0   引言

近年來我國大氣環境污染問題日益凸顯，已嚴重影響正常的生產和生活秩序，危害人民身心健康，工業涂裝工序VOC排放作為大氣污染治理的重點領域，監管力度和頻次不斷加強，涂料涂裝綠色轉型升級是必然趨勢。

1   水性工業涂料特性簡述

水性工業涂料由水溶性樹脂、功能填料、裝飾顏料、助劑、水及雙組份固化劑等組成。近年來水性工業涂料保持著快速的發展勢頭，已成為綠色環保的主旋律和代名詞。水性工業涂料在整個生產和施工過程中使用水作為溶劑，性能特點突出，主要體現在以下幾方面：1）漆膜性能達到同檔次溶劑型油漆技術指標；2）其VOC含量極少，健康環保特性顯著；3）施工過程直接用水稀釋涂料、清洗工具，施工方便、安全；4）生產、運輸、儲存、施工全過程全周期，不然不爆，安全性能突出；5）漆渣不屬于危險固廢范圍，固廢處理簡化。

2  水性工業涂料涂層體系及技術指標的確定

2.1  基本原則

軌道車輛油漆涂裝既要滿足基本防護性能，同時還要具備優異的裝飾效果。我們在機車車輛上試驗及應用水性工業涂料遵循以下基本原則：1）漆膜性能不低于溶劑型油漆；2）突出水性涂料的安全環保性能；3）強調配套性能及施工性能。在原有溶劑型油漆施工條件下進行水性涂料涂裝，水性與溶劑油漆交叉配套施工性能良好；4）使用既有噴漆設備實現VOC達標排放。以現有設備、工具的適用性為前提，最大限度減少噴漆室、烘干室等設備的改造。

2.2  配套體系

經過對水性涂料產品的性能分析及符合涂層技術指標的試驗檢測，確定底漆、中涂漆、面漆、清漆及底面合一漆等采用相應的水性工業涂料，膩子仍采用原子灰。機車及零部件用水性涂料基本配套體系包括：1）水性環氧底漆（雙組分）；2）原子灰膩子（雙組分）；3）水性丙烯酸聚氨酯中涂漆（雙組分）；4）水性丙烯酸聚氨酯面漆（雙組分）；5）水性環氧底面合一漆（雙組分）；6）水性丙烯酸聚氨酯清漆（雙組分）

2.3  性能指標

軌道車輛用水性工業涂料性能指標參照Q/CR 227-2014《鐵路機車車輛用防銹底漆》、Q/CR 236-2014《鐵路機車車輛用面漆》及Q/CR546.1-2016《動車組用涂料與涂裝 第一部分：車體外表面用涂料及涂層體系》執行，其中水性環氧底漆膜層主要性能要求見表1，水性丙烯酸聚氨酯面漆膜層主要性能要求見表2。

水性工業涂料中揮發性有機物等含量限值參照HJ 2537—2014《環境標志產品技術要求 水性涂料》中防腐涂料類相關條款執行，揮發性有機物及其它有害物質限值見表3，另外烷基酚聚氧乙烯醚等6種物質禁止添加。

3  水性工業涂料涂裝應用技術說明

中車北京二七機車公司地處北京核心區域，是大氣環境綜合治理的重點企業，我們從2010年即著手水性工業涂料的技術調研、論證、試驗工作，利用既有噴漆烘干設備、噴涂工具，針對不同產品、不同基材、不同表面處理方法及狀態，在不同的溫濕度條件下，重點對水性工業涂料的性能指標、施工性能、配套性能及涂裝效果進行實際應用性試驗、驗證及評價。通過對多個國家內外著名品牌水性涂料產品進行性能、業績、性價比等多方面綜合比較，我們優選民族品牌的華豹水性工業涂料進行工藝試驗、典型工件試驗、車輛產品試驗。

3.1  工件表面狀態及處理方式

在軌道車輛、工程機械等裝備制造行業，生產工藝復雜，油漆涂裝范圍涉及板材、加工件、焊接件、結構件、零部件、機組及整車。工件材質多種多樣，包括熱軋鋼板及型鋼、冷軋薄鋼板、鍛鑄件、不銹鋼、鋁合金、玻璃鋼等。工件表面狀態也千差萬別，如氧化皮、銹蝕、油污、切削液、焊接防濺劑、舊漆膜及灰塵雜質等。為保證油漆涂層的附著力及穩定性，需要針對不同工件結構、材質及表面狀態進行針對性處理并到達一定的清潔度、粗糙度，采取的處理方法及要求見表4。

水性涂料施工過程中，工件涂裝前表面處理方法和質量要求和溶劑型油漆是相同的，工件進行常規表面處理后噴涂水性工業涂料，涂膜狀態及附著力良好。客觀地說水性涂料對表面清潔度更敏感，如果偶然情況下出現清潔度不達標而噴漆的情況，溶劑型油漆隱患會長時間存在，水性涂膜會在短時間內表現出來，為及時處理提供了可能性，質量風險得到有效控制，避免影響的擴大化，在一定條件下水性涂料更起到了表面清潔度檢查的作用。

3.2  環境溫濕度對水性涂料施工的影響

施工溫度和相對濕度是涂料正常施工、成膜的重要環境條件。水性涂料可以噴涂的溫度范圍10～35℃，相對濕度20％～85％，理想的噴涂溫度范圍18～30℃，相對濕度30％～70％。在實際噴涂時根據具體涂料類型及施工要求，通過合理選擇噴涂方式及噴槍型號，調整工藝參數，可進一步擴大可正常施工的溫濕度窗口范圍。例如通過調整涂料粘度、涂料流量及噴涂速度、空氣壓力及流量、涂膜厚度、重涂間隔及表干時間等，以提高水性涂料對施工環境的適應性，達到理想的涂裝效果。

水性涂料的干燥同樣受溫度、濕度、氣流的影響，溫度高、濕度小、空氣流速快，涂層干燥快。水性涂料可以自然干燥，也可以加熱干燥，加熱烘干前應進行充分的表干或逐步升溫干燥，可避免表面干燥過快導致涂層缺陷。

3.3  多樣性配套應用

水性工業涂料基本配套體系的確定還應考慮水性涂料與溶劑油漆的配套性能，這主要基于以下情況：首先水性涂料應用初期，不可避免存在與溶劑油漆同時使用并逐步向水性涂料過渡階段；其次軌道車輛運用期間及檢修過程中，涂層修補及再次涂裝時也存在水性涂料與溶劑油漆間彼此涂覆的可能性。

中車北京二七機車公司應用水性工業涂料過程中，經過一段時間的交叉使用，庫存溶劑油漆得到最大限度的利用，實現無縫隙銜接轉型。通過實際應用驗證，水性工業涂料配套體系是穩定的、良好的。

3.4  噴涂工具及噴涂方式

軌道車輛涂裝主要采用高壓無氣噴涂、高壓混氣噴涂及空氣噴涂等，涉及到自動噴涂和人工噴涂方式。其中高壓噴涂主要用于底漆、底面合一等厚涂層施工，中間涂層漆、面漆等的一般采用空氣噴涂。

水性工業涂料的工藝過程、施工方式、參數控制與溶劑型油漆相似，用于溶劑油漆的噴涂工具完全適用于水性工業涂料，在溶劑油漆和水性涂料交替使用過程中，只要注意將噴漆槍（泵）及管路中的殘留油漆涂料及溶劑清洗干凈，再更換為水性涂料即可。

3.5  噴漆室及涂裝生產線

軌道車輛普遍采用干式噴漆室或噴漆烘干室，室內送排風為上送下吸。干式噴漆室的特點是在室體下部底部采用過濾棉吸附漆霧，有機廢氣通常采用活性炭吸附等方式處理，噴漆室運行及維護過程中沒有水的消耗及廢水排放，軌道車輛行業典型干式噴漆烘干室主要技術參數見表5。噴漆室、烘干室一般采用獨立布局，通過軌道及遷車臺與膩子間、準備臺位等其它功能臺位連接為間歇式的柔性生產線。噴漆室及生產線形式適合軌道車輛多產品、不同工藝流程、不同生產周期的靈活應用，為水性工業涂料施工工藝過程及參數的必要調整提供了可行性。

4  環保要求及措施

近年來，國家和各省市對噴漆廢氣的排放越來越嚴格，以北京為例，2015年9月1日開始實施DB11/1226-2015《工業涂裝工序大氣污染物排放標準》地方標準，本標準為全文強制執行，規定2017年1月1日起現有污染源和新建污染源全部執行更加嚴格的第Ⅱ時段排放限值，大氣污染物排放濃度限值見表6。本標準同時規定采用非原位再生處理工藝的噴漆室，每萬m?/h設計風量的吸附劑使用量不應小于1m，吸附劑更換周期不應長于2個月。

DB11/1226-2015《工業涂裝工序大氣污染物排放標準》實施后，利用原有噴漆室繼續噴涂溶劑型油漆很難滿足環保排放要求。無論是通過增加活性炭填充量，還是改用分子篩濃縮及催化氧化燃燒等技術，改造難度和裝置建造投入都是巨大的，而且后期日常運轉能耗及維護費用很高。

水性工業涂料VOC含量很低，中車北京二七機車公司2016年在原有噴漆室條件下全面實現水性涂裝后，經過多次例行環保監測及臨時抽查數據均大大低于限值。實際生產施工表明用原有噴漆室噴涂水性工業涂料，漆霧粉塵通過底層過濾棉處理后就可以達標排放。

5   綜合成本分析

生產過程中的油漆涂裝成本主要包括人工、油漆材料及輔料、設備及工裝工具、能源消耗等直接費用，全面客觀的成本構成還應該從產品的全生命周期及環境影響、社會效益等多維度考慮，下面對水性工業涂料與溶劑油漆的綜合應用成本進行簡單分析比較。

5.1 材料費用

油漆材料主要包括油漆涂料及配套稀釋劑等。水性涂料價格一般要高于同等性能的溶劑油漆價格，不同型號不同品牌差異較大，總體上國外及合資品牌明顯高于民族品牌，隨著市場占有率及產量的提高，水性工業涂料價格呈現逐漸下降趨勢。溶劑油漆在粘度調整及施工后工具清洗時需要消耗有機溶劑，而水性涂料直接采用純凈水或自來水，這方面水性涂料具有明顯價格優勢。

5.2  設備費用

在現有環保排放要求下繼續使用溶劑油漆，無論是新建噴漆室還是利用原有噴漆室，都必須在有機廢氣凈化處理上進行更大投入，動輒幾百萬。原有噴漆室一般能滿足水性涂料施工并能夠達標排放，不同氣候區域可根據需要加裝濕度調控裝置。

5.3  運行費用

針對有機廢氣處理裝置，采用非原位再生處理工藝的噴漆室、烘干室，活性炭等吸附劑填充量大，定期更換的材料、人工及廢材料處置等費用高、工作量大、時間長。具有再生處理功能的吸附劑處理裝置及催化氧化燃燒處理裝置，運轉能耗及維護費用也是很高的。

5.4  排污稅費

2015年6月我國發布《揮發性有機物排污收費試點辦法》，北京、上海、江蘇等十多個省市已經陸續開征VOC排污費。其中北京市2015年10月1日開始對石油化工、汽車制造等5大行業試點，VOC排污費基本收費標準20元/Kg，超標排放40元/Kg。

2018年1月1日《中華人民共和國環境保護稅法》施行，開始對大氣污染物、水污染物、固體廢物和噪聲征收環境保護稅，其中苯、甲苯、二甲苯等列入水污染物和大氣污染物征收范圍。

5.5  固廢處理費

溶劑油漆產生的固體廢物危險廢物，須嚴格按照規定進行儲存、運輸及無害化處理，2016年6月環保部等聯合發布新一版《國家危害廢物名錄》，將水性涂料生產和使用過程中產生的固廢不再列為危險廢物，相關細則頒布實施后水性涂料固廢處理簡單，降低了水性涂料的應用成本。

5.6  安全生產溶劑

油漆是典型的易燃易爆品，在油漆生產、儲存、運輸、涂裝施工過程中涉及的人員、工裝工具、設備設施、庫房廠房等須進行防爆配置、建造、運行，一旦發生不可預測的安全事故，后果和損失不可估量。水性涂料不燃不爆，生產安全風險極低，在相關法律法規及標準的規范指導下，將大大降低水性涂料的安全施工成本。

5.7  其他成本

溶劑油漆對直接操作人員、間接接觸人員健康的危害及對環境的影響毋庸置疑，企業和國家需要大量投入進行勞動防護、監測、治療、治理等。

6  應用效果  

水性涂料與粉末 涂料、UV涂料、高固體份涂料等都是綠色環保涂料的發展方向，可根據涂料性能及涂裝產品的結構特點、防護功能、工藝過程等合理選擇應用。其中水性工業涂料的配套體系、工藝過程、施工方式與溶劑油漆相同，對原有噴漆設備的適應性強，在軌道交通行業是傳統油漆最直接、最有效的替代產品。

2016年7月1日開始，中車北京二七機車公司全部產品、全涂層體系實現了水性化涂裝，徹底解決了VOC污染及涂裝生產環節安全隱患問題。華豹品牌水性工業涂料應用于內燃機車、電力機車、工程機械、礦山車輛及出口機車等全系列新造和檢修產品，配套體系、施工性能、漆膜性能滿足防護裝飾要求。

涂料的綜合應用成本構成因素較多，從不同主體、不同階段、不同范圍、不同角度測算結果有所不同，綜合考慮使用水性涂料的直接成本不會明顯提高，但安全環保特性突出，社會效益和環境效益顯著。

7  結語

涂料涂裝正處于綠色轉型期，以水性工業涂料為代表的環保涂料，技術不斷進步，性能不斷提高，施工技術不斷成熟，實現了從基本防護到高端裝飾的多功能多領域覆蓋。水性涂料社會認可度和影響力不斷提升，目前已在汽車、機車車輛、工程機械、鋼結構、集裝箱、風電等多個行業應用。在國家節能、環保政策法規推動下，配套技術不斷發展，水性工業涂料已經迎來了快速發展機遇。