VOCs治理對工程機械涂料影響的分析研究

工程機械是機械行業的一個重要的分支，2019年，國內工程機械銷量達到169萬臺，其中挖掘機械銷量創紀錄超23.5萬臺，裝載機銷量超過12萬臺，工業車輛銷量突破60萬臺。涂裝是工程機械產品生產的一道重要工序，大量的工程機械需要消耗大量的涂料。因此，工程機械成為工業涂裝VOCs治理的重點行業，在國家、省、市的VOCSs治理文件中被單獨列出。在有關VOCs治理政策法規的影響下，高VOCs涂料使用受限，用量將會縮減，低VOCs涂料將被推廣應用。

1 、工程機械涂裝的特點及現狀

工程機械產品不僅種類、型號多，而且工件材質、形狀、尺寸等變化范圍大，這使工程機械涂裝與其他機械行業涂裝相比有著自身的特點，主要包括以下幾個方面。

（1）涂裝線差異大。有的工程機械一年的市場需求量十幾萬臺，有的卻只有幾千臺，甚至才幾百臺。即使是市場需求量大的產品，不同企業的產銷量差距也很大，如，挖掘機，規模大的企業年產五六萬臺，規模小的卻只有幾百臺。因此，工程機械涂裝線規模差距大。由于企業生產規模差距大，涂裝生產線的工藝、配置完全不一樣，即使是生產相同的產品，也很難有流程、工藝相同的2條涂裝生產線。不同產品的涂裝生產線差異更大，一個企業的多條涂裝線也沒有完全相同的2條線，每一條線都是有針對性的非標設計。由于涂裝線差異，新的涂料、工藝很難大面積復制推廣。

（2）涂裝線水平總體不高。2000年以來，工程機械行業在涂裝方面的投入加大，新建了大量的涂裝線。但是，受到生產規模等限制，涂裝線的建設水平總體不高。行業龍頭企業生產規模較大，涂裝生產線投入也較大，水平相對較高。但是，與汽車行業涂裝線相比，差距很大，如，工程機械行業的涂裝線沒有恒溫恒濕的噴漆室，很多噴漆室送風系統不具備加熱空調，這也成為水性涂料難以在工程機械行業快速推廣的原因之一。

（3）不同的工程機械產品零件涂裝工藝不同。工程機械零部件板材厚度從1mm以下到50mm以上，外型尺寸從幾厘米到十幾米，質量從幾百克到幾噸甚至十幾噸。由于工件尺寸的巨大差異，工程機械零件涂裝很難統一采用相同的涂料和涂裝工藝。如，粉末涂裝，作為一種無溶劑涂料的涂裝工藝，不僅環保，而且涂料利用率高，1998年就開始在工程機械行業應用。但是，由于粉末涂料高溫烘烤的要求和工程機械零件板材厚度的差異大，局限于工程機械薄板件。目前，工程機械行業使用的涂料有傳統溶劑型涂料、高固體分涂料、水性涂料、粉末涂料、電泳涂料等，施工工藝包括浸涂、空氣噴涂、手工靜電噴涂、旋碟靜電噴涂、靜電粉末噴涂、電泳等，一家企業可能擁有多條涂裝線，采用多種涂料和多種涂覆施工工藝。

（4）涂裝工藝總體落后。由于零件差異大，且部分產品批量較小、種類多、結構復雜，因此工程機械大多不易實現自動化噴涂，基本是手工噴涂。零件結構存在腔、縫、孔等也影響了靜電噴涂工藝的應用。因此，工程機械的噴涂基本上是空氣噴涂，底漆噴涂部分采用無氣噴涂。雖然手工靜電噴涂、旋碟靜電噴涂、機器人噴涂在工程機械也有應用，但所占比例不大。

2、 涂裝VOCs治理對涂料的要求

工程機械涂裝VOCs可從源頭、過程、末端3個環節進行治理，以實現VOCs的減排。源頭減排及采用低VOCs涂料，是實現VOCs減排最有效的途徑，因此在國家及各省市相關文件中都將原材料替代列為VOCs治理的首要選項。

2.1限制使用高VOCs涂料

國務院《打贏藍天保衛戰三年行動計劃》（國發〔2018〕22號）要求“揮發性有機物（VOCs）全面執行大氣污染特別排放極限值”，第二十條指出：“重點區域禁止建設生產和使用高VOCs含量的溶劑型涂料”。從2018年開始，國家對重點區域高VOCs涂料的生產和使用進行了限制，不允許建設生產和使用高VOCs涂料的項目。

《長三角地區2018—2019年秋冬季大氣污染綜合治理攻堅行動方案》中也明確禁止生產高VOCs含量有機溶劑型涂料、油墨和膠黏劑的新、改、擴建項目，開始對生產和使用高VOCs涂料的項目亮起紅燈。其他各省市的VOCs治理相關文件也要求對高VOCs涂料生產和使用項目進行限制。

但是，對工程機械而言，高VOCs涂料卻沒有判定標準。2013年9月，國務院印發《大氣污染防治行動計劃》提出：“在石化、有機化學、涂料、包裝印刷等行業實施揮發性有機物綜合整治，完善涂料等產品揮發性有機物限制標準”。2014年，《建筑鋼結構防腐涂料中有害物質限量》（GB30981—2014）發布，但是并不適用于工程機械。2020年3月4日發布的《工業防護涂料中有害物質限量》（GB30981—2020）對工程機械用涂料VOCs含量有專門和具體要求，如表1。該標準已于2020年12月1日開始實施，工程機械使用的涂料VOCs含量不能超過表1的限值，否則屬于不合格產品。

表1、 工程機械用涂料VOCs含量

不僅在政策上限制，在法律上也加大了懲處。《中華人民共和國大氣污染防治法》第四十六條規定“工業涂裝企業應當使用低揮發性有機物含量的涂料，并建立臺賬，記錄生產原料、輔料的使用量、廢棄量、去向以及揮發性有機物含量”。第一百零八條明確指出：“違反本法規定，有下列行為之一的，由縣級以上人民政府生態環境主管部門責令改正，處2萬元以上20萬元以下的罰款；拒不改正的，責令停產整治”，其中一種違法行為就是“工業涂裝企業未使用低揮發性有機物含量涂料或者未建立、保存臺賬的”。

2019年5月22日，生態環保部下發《關于進一步規范適用環境行政處罰自由裁量權的指導意見》（環執法〔2019〕42號），各省市隨后制定了自己的“生態環境行政處罰裁量基準”，如《重慶市生態環境局關于印發重慶市環境行政處罰裁量基準的通知》（渝環〔2019〕77號）、《北京市生態環境系統行政處罰自由裁量基準》（京環發〔2020〕7號）、《山東省生態環境行政處罰裁量基準》（魯環發〔2020〕1號）等。山東省生態環境廳下發《山東省生態環境行政處罰裁量基準》（魯環發〔2020〕1號）將未使用低揮發性有機物含量涂料裁量等級定位5級（裁量的最高為5級）。

其他各省市也有相配套的生態環境行政處罰裁量基準，對于高VOCs涂料的使用，不僅僅是停留在限制上，還上升到了行政處罰或違法處罰上。

2.2倡導使用低VOCs涂料

2013年國務院《大氣污染防治行動計劃》中就已經提出“推廣使用水性涂料”。但是，由于涂料、工藝、成本、環保壓力等多方面的因素，2018年之前，水性涂料并沒有在工程機械行業真正推廣使用。

《重點行業揮發性有機物綜合治理方案》（環大氣〔2019〕53號）中，將工業涂裝VOCs綜合治理列為重點行業治理任務，要求“加大汽車、家具、集裝箱、電子產品、工程機械等行業VOCs治理力度”。《重點行業揮發性有機物綜合治理方案》不僅明確要求“強化源頭控制，加快使用粉末、水性、高固體分、輻射固化等低VOCs含量的涂料替代溶劑型涂料”，還更加細化要求“工程機械制造大力推廣使用水性、粉末和高固體分涂料”。

2020年6月3日，生態環境部下發《關于在疫情防控常態化前提下積極服務落實“六保”任務，堅決打贏打好污染防治攻堅戰的意見》（環廳〔2020〕27號），文件要求優先推行生產和使用環節低VOCs原輔材料源頭替代。對未實行低VOCs原輔材料源頭替代和未采用高效治理設施的企業，鼓勵在夏秋季采取錯峰減排措施。推廣使用符合國家產品質量標準的低VOCs含量涂料、油墨、膠粘劑和清洗劑。

2020年6月24日，生態環境部發布了《2020年揮發性有機物治理攻堅方案》（環大氣〔2020〕33號）明確“大力推動低（無）VOCs原輔材料生產和替代。將全面使用符合國家要求的低VOCs含量原輔材料的企業納入正面清單和政府綠色采購清單”。

2020年6月29日，《重污染天氣重點行業應急減排措施制定技術指南（2020年修訂版）》（環辦大氣函〔2020〕340號）發布，工程機械整機制造作為重點行業之一。在績效分級差異化指標中，A級企業原輔材料必須采用水性涂料、無溶劑涂料或粉末涂料，不允許使用溶劑型涂料。A級企業在所有重污染天氣預警期間不強制采取減排措施，不采用溶劑型涂料的B級企業在重污染天氣黃色、橙色天氣預警期間不強制性限產、停產，這就引導更多的企業采用水性涂料、無溶劑涂料或粉末涂料。

廣東省《廣東省環境保護廳關于重點行業揮發性有機物綜合整治的實施方案（2014—2017年）》要求表面涂裝行業提高低揮發性有機物含量的涂料使用比例，鼓勵企業使用符合環保要求的水性、高固體分、粉末等低VOCs含量的涂料。要求工程機械制造行業推廣使用高固體分、粉末涂料，到2020年底前，使用比例達到30%以上；試點推行水性涂料。廣東成為較早對工程機械涂料進行專門要求的省份。2017年的《山東省“十三五”揮發性有機物污染防治工作方案》也和廣東省一樣，要求工程機械行業推廣使用高固體分、粉末涂料，到2020年底前，使用比例達到30%以上；試點推行水性涂料。

《上海市揮發性有機物深化防治工作方案（2018—2020年）》提出，工業行業全面推進低（無）VOCs含量原輔材料和產品源頭替代，加快淘汰高揮發性溶劑生產使用，到2020年汽車制造、包裝印刷、家具、集裝箱制造等重點行業推廣低揮發性產品。要求工程機械制造行業推廣使用高固體分、粉末涂料，試點推行水性涂料。到2019年，低VOCs含量涂料使用比例達30%以上。

2018年11月6日，福建省人民政府印發《福建省打贏藍天保衛戰三年行動計劃實施方案》，鼓勵重點行業企業開展生產工藝和設備水性化改造，加大水性涂料、粉末涂料等綠色、低揮發性涂料產品使用，加快涂料水性化進程，從生產源頭減少揮發性有機物排放。

2020年5月31日，山東省生態環境廳下發《山東省2020年夏秋季揮發性有機物強化治理專項行動方案》（魯環發〔2020〕27號），明確要求持續推進源頭替代。2019年12月13日，山東省生態環境廳下發《山東省涉揮發性有機物企業分行業治理指導意見》（魯環發〔2019〕146號），要求表面涂裝行業推進源頭替代，通過使用水性、粉末、高固體分、無溶劑等低VOCs含量的涂料，替代溶劑型涂料，從源頭減少VOCs產生。2020年6月30日，山東省生態環境廳下發《山東省工業企業無組織排放分行業管控指導意見》（魯環發〔2020〕30號），也要求表面涂裝行業通過使用水性、粉末、高固體分、無溶劑等低VOCs含量的涂料替代溶劑型涂料，從源頭減少VOCs產生。

全國大多數省市在VOCs治理相關文件中也都提出了原材料替代要求，對涂裝行業基本上是推廣使用高固體分、粉末涂料，水性涂料等低VOCs涂料，但在高固體分、粉末涂料，水性涂料排序上各省市有所不同，推進的時間點也不同。部分省、市專門對工程機械涂料進行了要求，都倡導使用水性涂料、粉末涂料、高固體分涂料替代溶劑型涂料。

2.3低VOCs涂料豁免

《國家危險廢物目錄（2016版）》（環境保護部令第39號）中對使用水性涂料產生的漆渣、廢漆桶等不強制列為危險廢物，《國家危險廢物目錄（2021版）》（環境保護部令第15號）在這方面延續了2016版。關于水性涂料廢渣是否屬于危廢，廣州市生態環境局網站上有一個答復“根據2016年8月1日起施行《國家危險廢物名錄》（2016版）指出HW12染料、涂料廢物。（1）264-011-12其他油墨、染料、顏料、涂料（不包括水性涂料）生產過程中產生的廢水處理污泥、廢吸附劑。（2）264-012-12使用涂料（不包括水性涂料）、有機溶劑進行阻擋層涂敷過程中產生的廢物。（3）900-252-12使用涂料（不包括水性涂料）、有機溶劑進行噴漆、上漆過程中產生的廢物進行阻擋層涂敷過程中產生的廢物。據此，水性涂料廢渣及其沾染物（水性涂料桶）不屬于危廢”。雖然各省、市、地在執行時還存在差異，但是隨著水性涂料系列標準的實時運行，對水性涂料的界定會具體、明確，水性涂料廢渣是不是危廢也就明確了。

對于高VOCs涂料的使用，相關文件都規定，必須對涂裝廢氣進行收集、處理，且對收集率、處理效率都有要求。但是，對于低VOCs（≤10%）涂料，只要排放濃度、速率達標，就可以不進行強制性收集和處理。

無論是危廢的處置，還是涂裝廢氣的收集處理，企業都需要投入資金和支付費用。雖然使用水性涂料成本較高，但是從廢物處理費用上能夠節省一部分，增大了企業使用包括水性涂料在內的低VOCs涂料的意愿。

3、 VOCs治理對工程機械涂裝材料的影響

從前面提到的文件可以看出，政府對工程機械涂料的導向非常明確。這一系列的政策性文件、強制性標準、懲罰性措施必將對工程機械涂料帶來巨大的影響，使不同涂料在工程機械行業使用的占比發生變化。

3.1對傳統溶劑型涂料的影響

傳統溶劑型涂料見證了國內工程機械行業的成長和壯大。傳統溶劑型涂料工藝成熟，應用幾乎不受工件、工況、工具限制，仍是目前工程機械用涂料中占比最大的一類。但是，傳統溶劑型涂料施工狀態VOCs含量一般在60%以上，且大多含有苯系物，涂裝施工過程會釋放出大量的VOCs，已經成為VOCs治理的重要對象。

從前面的相關政策文件可以看到，對生產和使用傳統溶劑型涂料新、改、擴建項目已經實行限批，這使得傳統溶劑型涂料的產量和用量不會再增加。不僅如此，對已有的項目也提倡源頭替代、水性化改造等。因此，傳統溶劑型涂料在工程機械行業的應用占比將逐漸下降。

3.2對水性涂料的影響

水性涂料相對于傳統溶劑型涂料，VOCs含量大幅降低，施工狀態VOCs含量一般在15%左右，有的甚至低于10%。因此，水性涂料是VOCs治理倡導推廣使用的涂料之一。水性涂料是技術、工藝成熟的環保型涂料，但是在工程機械行業應用還面臨一些難點和問題。一是水性涂料對施工條件要求較傳統溶劑型涂料要高，工件表面溫度要求15℃以上、環境溫度和濕度等施工窗口較傳統溶劑型涂料要窄。工程機械以結構件為主，過去基本上都是使用溶劑型涂料，噴漆線也都是按溶劑型涂料進行規劃和配置的，沒有考慮對工件進行預熱，北方地區一些配置較高的噴漆線考慮了噴漆室冬季暖風空調，但很少有對濕度的調節控制裝置。二是水性涂料施工工藝成本較傳統溶劑型涂料的要高。要滿足水性涂料的施工條件，工程機械企業必須投入一定資金對現有噴漆線進行改造，這會導致涂裝生產固定成本增加。完成改造后，冬季工件需進行預熱，導致涂裝生產能耗增加。另外，在60~80℃溫度下水性涂料的烘干時間需要40min，比普通溶劑型涂料烘干時間增加10min，漆膜干燥能耗相應增加30%左右。三是水性涂料價格較普通溶劑型涂料高10%~50%，增加了工程機械涂裝的物料成本。

但是，水性涂料除了低VOCs特點外，較溶劑型涂料在安全、職業健康方面也有著明顯優勢。此外，水性涂料的一個重要優勢是和電泳涂料、粉末涂料等環保涂料不同，施工應用不受工件大小限制，除前面提到的施工條件和工藝參數外，施工方法與溶劑型涂料相同，可進行噴涂、浸涂等，而且也有自干型的水性涂料，滿足各種不同金屬零件的涂裝需要。

水性涂料在工程機械行業應用的時間不長，但受到VOCs治理的影響，近兩年應用范圍擴大呈加速之勢。在未來兩年內，VOCs治理對工程機械水性涂料的影響還將持續，會有越來越多的工程機械企業采用水性涂料替代現有的溶劑型涂料，水性涂料將成為工程機械中應用量最大的一類涂料。

3.3對粉末涂料的影響

粉末涂料的VOCs含量幾乎為零，是VOCs治理源頭替代的最佳選擇，而且利用率可達到98%以上，幾乎沒有廢物產生，工藝成熟，在各級涂裝VOCs質量文件中都被列為傳統溶劑型涂料的替代品之一。但是，粉末涂料烘烤溫度在180℃左右，如果板材較厚，能耗就增大。雖然粉末涂料在工程機械行業已經使用了20多年，但主要局限在機罩、駕駛室等厚度3mm及以下的薄板件上。隨著VOCs治理的加強，能耗成本對粉末涂料應用的影響會有所弱化，粉末涂料在工程機械行業的應用范圍將會擴大，從3mm及以下薄板件發展到6mm甚至是10mm的中厚板件，會有越來越多的企業和產品采用粉末涂料替代溶劑型涂料。

3.4對電泳涂料的影響

電泳涂料是一種VOCs含量很低的環保型涂料，符合VOCs治理的要求，且在工程機械行業已經使用了近20年，工藝非常成熟。但是，電泳涂料適合于大批量生產和薄板件涂裝。由于電泳涂裝生產線一次性投資大，小批量的生產難以支撐企業去投入和運營一條電泳涂裝線。電泳漆膜干燥溫度在120℃以上，厚板件能耗較大，因此只能用于機罩、駕駛室等工程機械薄板件。另外，工程機械產品零部件外型尺寸和質量都非常大，受電泳槽尺寸的限制難以實現電泳涂裝。因此，VOCs治理對電泳涂料在工程機械行業應用的影響不會很大。

3.5對高固體分溶劑型涂料的影響

高固體分溶劑型涂料固含量一般在60%~85%，施工狀態的VOCs含量比傳統溶劑型涂料的要低10%~30%，因此在涂裝VOCs治理文件中，高固體分溶劑型涂料也被作為低VOCs涂料而推薦使用。高固體分溶劑型涂料施工工藝、條件與傳統溶劑型涂料完全相同，不需要進行設備改造，因此可作為傳統溶劑型涂料的一種快速替代涂料。但是，高固體分溶劑型涂料仍然含有較高的VOCs，采用高固體分溶劑型涂料和使用傳統溶劑型涂料一樣，必須采用燃燒方式處理才能使廢氣達標排放，環保投資大，運行費用高。高固體分溶劑型涂料仍屬于溶劑型涂料，即使是通過工程機械涂裝績效B、C級評價的企業，在重污染黃色、橙色預警的情況下會被要求限產。另外，高固體分溶劑型涂料和水性涂料一樣，60~80℃溫度條件下漆膜烘烤的時間比普通溶劑型涂料的要長10min，單個工件漆膜干燥能耗增加30%左右。因此，高固體分溶劑型涂料的應用范圍不會很大。

3.6對其他涂料的影響

不加惰性溶劑的輻射固化涂料固含量可達95%，包括輻射固化溶劑型涂料、輻射固化水性涂料、輻射固化粉末涂料等。隨著輻射固化技術的發展，輻射固化涂料的應用快速發展，在塑料、金屬、石材等多種領域有應用。雖然輻射固化涂料被列為VOCs治理源頭替代的涂料之一，但在工程機械的應用短期內除了批量大、結構相對簡單、產品種類單一的涂裝線外，還難以推廣。因此，VOCs治理對工程機械輻射固化涂料應用會有所推動，但短期影響不是很大。

天冬聚脲涂料也是一類相對環保的涂料，在漆膜質量、VOCs含量、能量消耗、綜合成本、投資費用等綜合評價方面有較為明顯的優勢，在工程機械行業開始受到關注，但尚處于試驗階段。VOCs治理會推動天冬聚脲涂料在工程機械應用研究，但短期內難以大批量推廣應用。

4、 結語

VOCs的治理將會對工程機械涂裝材料產生很大的影響。但是，由于工程機械零件、涂裝設備、涂裝工藝等特點，VOCs的治理對工程機械不同涂料的影響程度不同。

（1）傳統溶劑型涂料是VOCs的治理的重點，受影響程度最大，被替代范圍加大，被替代速度加快。

（2）水性涂料由于VOCs含量低，施工方式與傳統溶劑型涂料也完全相同，不受工件結構、尺寸限制，因此推廣應用范圍會加大，推廣應用速度會加快，會大范圍替代現有溶劑型涂料。

（3）電泳涂料雖然在工程機械行業應用較早，工藝成熟，受工藝限制，影響較小，變化不大。

（4）粉末涂料在工程機械行業應用范圍將有所擴大，但受工藝限制，無法大范圍替代現有溶劑型涂料，變化不明顯。

（5）高固體分涂料在不改變現有設備的情況下就可以使用，因此短期內會迅速替代少部分傳統溶劑型涂料。但由于VOCs含量相對于其他類的低VOCs涂料仍然較高，應用范圍不如水性涂料大。

（6）輻射固化涂料、天冬聚脲涂料在VOCs治理的影響下，在工程機械行業的應用研究會加快，但短期內推廣應用范圍不大。

本文作者：張瑞，王春英，喬錕，于萍，楊建明