近日，汽車涂料中國國標《gb24409-2020》正式實施。新標準是貫徹落實《中華人民共和國大氣污染防治法》、《國務院關于印發打贏藍天保衛戰三年動計劃的通知》的重要舉措，決心堅定，行動明確。
有見及此，本文以乘用車為例，結合涂裝工藝工段，全面分析了涂裝車間揮發性有機物的來源、產生環節、排放途徑，總結了不同涂裝工藝的vocs產生和排放水平，同時指出了涂裝vocs治理面臨的亟需解決的問題及需努力的方向。
典型乘用車涂裝流程為：
前處理-電泳-電泳烘干-電泳打磨-涂膠-（膠烘干）-中涂-（中涂烘干）-色漆-清漆-面漆烘干-精飾-小修-（注蠟）
其中膠烘干及中涂烘干根據不同工藝要求設置，注蠟根據不同產品要求設置，電泳、涂膠、中涂、色漆、清漆、小修過程均有vocs產生。
各涂裝車間前處理電泳所用藥劑有所差異，例如：前處理轉化膜有磷化、硅烷化、鋯化等不同方式，噴涂工藝差異較大。
2008年之前，國內乘用車噴涂工藝以溶劑型3c2b為主，涂裝完成后各涂層示意圖見上圖。2008年以后，為減少揮發性有機物的產生，噴涂涂料趨向水性化及高固化、工藝趨向緊湊型發展，從水性3c2b到水性3c1b，再到目前較為流行的緊湊型水性3c1b工藝，含b1b2工藝及2010v工藝；溶劑型高固體份3c1b噴涂工藝也頗受關注。與溶劑型涂料相比，水性涂料在膜固化之前增加了水分烘干的要求。
水性3c2b噴涂體系為：中涂噴涂—中涂烘干—中涂打磨—底色漆噴涂—熱流平—罩光漆噴涂—面漆烘干。
水性3c1b噴涂體系為：中涂噴涂—熱流平—底色漆噴涂—熱流平—罩光漆噴涂—面漆烘干。
緊湊型3c1b工藝（雙底色漆緊湊型面漆噴涂工藝）為：bc1噴涂—bc2噴涂—閃干流平—罩光漆噴涂—面漆烘干，bc1兼有中涂及面漆功能，經短時間流平后濕碰濕噴涂bc2，之后進行熱流平及罩光漆噴漆，相對水性3c1b減少了中涂熱流平工序。近年新建的汽車涂裝線均采用以水性3c1b或水性緊湊型3c1b為主的噴涂體系。
涂裝車間vocs的來源有兩種，一是原輔料中揮發的有機物，包括電泳漆及添加劑、膠類物質、各類油漆、稀釋劑、固化劑、清洗溶劑以及蠟等，二是烘干成膜過程中反應產生的vocs。
噴涂（含噴漆烘干）過程的產生的vocs超過整個涂裝車間產生量的90%，有關涂裝車間的vocs分析大多針對噴涂過程，但隨著vocs控制越來越嚴格，包括電泳及膠在內的各個工序的vocs產排都受到關注，涂裝全過程的vocs分析十分必要，這是有針對性、高效進行vocs治理的前提。
vocs的產生及排放
前處理電泳
前處理是對車身表面進行清洗并在車身表面形成一層薄膜，為電泳做準備，材料以脫脂劑、薄膜材料為主，不涉及vocs的排放。電泳過程中產生的vocs主要來自電泳漆醇醚類溶劑及ph調節劑有機酸（乙酸、乳酸等）的揮發。電泳烘干過程中產生的vocs一方面來自車身表面電泳漆中的溶劑揮發，一方面來自電泳漆烘干過程，即加熱減量。
雖然行業標準對電泳工作液中乙二醇醚類溶劑含量及加熱減量有規定，但電泳工作液還含有其他的可揮發性溶劑，對電泳工作液中vocs含量的技術要求及相應測試方法還有待進一步完善。
單位面積電泳材料的耗量約為60～80 g/m2，vocs的排放量約為0.6～1 g/m2。雖然電泳漆中溶劑含量低，因溶劑揮發造成的vocs排放量少，但因電泳段排風量少，在地方標準對濃度排放要求嚴格的地區存在濃度超標的風險。電泳烘干廢氣一般采用rto或者tnv焚燒處理。
涂膠
涂裝車間用膠包括焊縫密封膠、底部抗石擊涂料、裙邊抗石擊涂料等，固含量均在95%以上，溶劑含量一般在5%以下，超環保型焊縫密封膠涂料溶劑含量可控制在0.5%以下。
不同主機廠、不同車型單臺車膠材料的耗量差別較大，下圖給出了10個工廠膠用量的統計值。常溫下膠揮發少，大部分工廠密封膠工位的送風自然散溢至車間或者部分循環使用，部分工廠因抗石擊涂料噴涂量大設有獨立的排風。根據不同工藝的需求可以設置膠烘干爐或者涂膠后直接噴涂面漆。膠烘干廢氣一般采用rto或者tnv焚燒處理。
噴漆
油漆、稀釋劑、固化劑及清洗溶劑是噴漆vocs的主要來源。前三者的使用量由噴涂面積、膜厚、上漆率決定，其中上漆率與噴涂方式相關，外板采用機器人靜電旋杯噴涂，上漆率可達60%～70%，一般空氣噴槍僅為30%～40%，內板噴涂面積較小且形狀更為復雜，靜電噴涂效率在50%～70%之間。
研究表明油漆中約70～80%的vocs在噴漆室及流平室揮發并排放，10%～20%的vocs在烘干爐排放。其原理是噴漆室中揮發的有機溶劑及過噴的漆霧顆粒隨自上而下的風流進入漆霧捕集系統，漆霧被捕集后含vocs的氣流全部或者部分排放。漆霧捕集系統有濕式和干式兩種，濕式主要是文丘里系統，水經過文丘里喉口被充分霧化，與空氣充分混合，空氣中的漆霧分離出來，隨水進入循環水池并絮凝形成漆渣。循環水及漆渣中也含有vocs，但相關研究結果差異較大。
噴漆室廢氣及過噴漆霧經底部水循環系統絮凝處理后，其中二甲苯、芳香烴及其他類有機溶劑可吸收2%（被包裹在漆渣中），酯、酮、醚、醇類可吸收13%（部分溶解在水中，部分被包裹在漆渣中），有研究指出醇酸樹脂溶劑型油漆漆渣中甲苯和二甲苯的含量高達7～18%，研究人員對水性漆漆渣和溶劑型漆渣進行了分析，指出溶劑型漆渣中btex（苯、甲苯、乙基苯、三種二甲基苯的異構體的合稱）含量可達44 mg/l，水性漆中btex含量約為2.1 mg/l；歐盟bat中對46個涂裝車間漆渣進行了分析，漆渣中溶劑含量在0%～40%之間，平均為4.7%。
干式漆霧捕集裝置有石灰粉、紙盒、靜電等形式：
石灰粉漆霧捕集采用壓縮空氣脈沖氣流使石灰石粉末與噴漆廢氣中的漆霧混合接觸，漆霧被粘附在石灰粉末上，再經過濾模組進行分離。
紙盒過濾漆霧捕集采用迷宮式過濾結構，使漆霧顆粒截留于過濾材料上。
靜電漆霧捕集是在高壓電場的使用下，使被荷電的涂料顆粒集聚在集塵板（極）上，集塵板表面有自上而下流動的液膜，可使上面的涂料顆粒隨液流進入離心分離器內將水和涂料顆粒分離，因操作及安全原因，靜電漆霧捕集應用較少。捕集漆霧后的石灰石粉、紙盒也含有部分vocs，但含量和成分還有待進一步分析研究。
漆噴涂過程為追求良好的涂膜質量，需要對使用的噴槍、機器人系統中的部分元件、旋杯、霧化器進行反復清洗，換色過程中還要對部分油漆管路清洗，溶劑耗量很大。
以30 jph噴涂線一般設置為例，結合機器人廠家資料，溶劑密度按1 g/ml，噴涂過程中的清洗溶劑耗量。對單臺車油漆及溶劑消耗量進行分析，清洗溶劑與油漆中的vocs量接近1∶2；因為水性中涂及面漆的使用，水性3c2b工藝與溶劑型3c2b工藝相比雖然油漆耗量相當，但油漆中的vocs總量降低了約50%，此外，水性漆清洗溶劑使用狀態下vocs含量僅為10～20%，而溶劑型漆清洗溶劑vocs含量接近100%，這也使得水性3c2b工藝清洗溶劑中vocs的使用量比溶劑型3c2b工藝降低約50%。
綜上，由于水性涂料及清洗溶劑中vocs含量降低，水性3c2b工藝噴涂過程使用的vocs量較溶劑型3c2b工藝降低了約50%。無vocs的水性漆清洗溶劑也正在開發并開始使用，可進一步降低水性漆工藝的vocs排放。
在實際生產過程中，不同廠家清洗溶劑使用量差異較大，清洗溶劑選擇、清洗程序設置、單次清洗溶劑耗量、換色頻率等不同會造成溶劑耗量差異很大。噴涂機器人清洗溶劑一般都配有溶劑回收系統，溶劑回收率在60%～90%之間。
其他
除生產工序上vocs的排放以外，修補、調漆過程、設備清潔等也有vocs的排放。修補主要是針對車身上油漆質量不合格的部位進行補漆作業，一般在修補室內進行，隨著涂裝水平的提高，修補量越來越少。
汽車涂裝采用集中輸調漆系統，可實現封閉狀態下調漆及漆料輸送，只有在檢查、檢修、清洗過程中有開口操作，在管理規范嚴格的前提下，輸調漆過程vocs排放相對于總排量而言微乎其微，可忽略不計。涂裝車間對清潔度要求很高，設備特別是噴漆設備需要經常清潔，休息或者停線后噴漆設備清潔使用的溶劑會全部在噴漆室揮發排放。
結論
近年來環保形勢日益嚴峻，環保要求特別是vocs排放的要求也越來越嚴格。涂裝車間vocs產排分析是全面展開防治工作、有效合理處理vocs的前提。
本文結合涂裝工藝工段簡要分析了涂裝車間vocs的來源、產生及排放，基于一定條件給出了不同涂裝工藝的vocs產生和排放水平，雖然單位面積產品vocs產排量是評價涂裝vocs產排水平的最根本的參數，但部分地方標準中對vocs濃度排放限值的要求對汽車涂裝行業的影響遠遠大于單位面積產品vocs排放量的限值要求，二者與涂裝工藝發展的關系還有待進一步探討。
另一方面涂裝特別是噴涂過程vocs的產排與工藝、材料、噴涂方式、溫濕度、風速、濃度、漆霧處理方式等多種因素相關，涉及廢氣、廢水、固體廢物多個方面，很難建立統一的數學模型，檢測數據的準確性、大量數據的收集分析顯得尤為重要，這方面的工作還有待加強。
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