VOCs治理对工程机械涂料影响的分析研究

工程机械是机械行业的一个重要的分支，2019年，国内工程机械销量达到169万台，其中挖掘机械销量创纪录超23.5万台，装载机销量超过12万台，工业车辆销量突破60万台。涂装是工程机械产品生产的一道重要工序，大量的工程机械需要消耗大量的涂料。因此，工程机械成为工业涂装VOCs治理的重点行业，在国家、省、市的VOCSs治理文件中被单独列出。在有关VOCs治理政策法规的影响下，高VOCs涂料使用受限，用量将会缩减，低VOCs涂料将被推广应用。

1 、工程机械涂装的特点及现状

工程机械产品不仅种类、型号多，而且工件材质、形状、尺寸等变化范围大，这使工程机械涂装与其他机械行业涂装相比有着自身的特点，主要包括以下几个方面。

（1）涂装线差异大。有的工程机械一年的市场需求量十几万台，有的却只有几千台，甚至才几百台。即使是市场需求量大的产品，不同企业的产销量差距也很大，如，挖掘机，规模大的企业年产五六万台，规模小的却只有几百台。因此，工程机械涂装线规模差距大。由于企业生产规模差距大，涂装生产线的工艺、配置完全不一样，即使是生产相同的产品，也很难有流程、工艺相同的2条涂装生产线。不同产品的涂装生产线差异更大，一个企业的多条涂装线也没有完全相同的2条线，每一条线都是有针对性的非标设计。由于涂装线差异，新的涂料、工艺很难大面积复制推广。

（2）涂装线水平总体不高。2000年以来，工程机械行业在涂装方面的投入加大，新建了大量的涂装线。但是，受到生产规模等限制，涂装线的建设水平总体不高。行业龙头企业生产规模较大，涂装生产线投入也较大，水平相对较高。但是，与汽车行业涂装线相比，差距很大，如，工程机械行业的涂装线没有恒温恒湿的喷漆室，很多喷漆室送风系统不具备加热空调，这也成为水性涂料难以在工程机械行业快速推广的原因之一。

（3）不同的工程机械产品零件涂装工艺不同。工程机械零部件板材厚度从1mm以下到50mm以上，外型尺寸从几厘米到十几米，质量从几百克到几吨甚至十几吨。由于工件尺寸的巨大差异，工程机械零件涂装很难统一采用相同的涂料和涂装工艺。如，粉末涂装，作为一种无溶剂涂料的涂装工艺，不仅环保，而且涂料利用率高，1998年就开始在工程机械行业应用。但是，由于粉末涂料高温烘烤的要求和工程机械零件板材厚度的差异大，局限于工程机械薄板件。目前，工程机械行业使用的涂料有传统溶剂型涂料、高固体分涂料、水性涂料、粉末涂料、电泳涂料等，施工工艺包括浸涂、空气喷涂、手工静电喷涂、旋碟静电喷涂、静电粉末喷涂、电泳等，一家企业可能拥有多条涂装线，采用多种涂料和多种涂覆施工工艺。

（4）涂装工艺总体落后。由于零件差异大，且部分产品批量较小、种类多、结构复杂，因此工程机械大多不易实现自动化喷涂，基本是手工喷涂。零件结构存在腔、缝、孔等也影响了静电喷涂工艺的应用。因此，工程机械的喷涂基本上是空气喷涂，底漆喷涂部分采用无气喷涂。虽然手工静电喷涂、旋碟静电喷涂、机器人喷涂在工程机械也有应用，但所占比例不大。

2、 涂装VOCs治理对涂料的要求

工程机械涂装VOCs可从源头、过程、末端3个环节进行治理，以实现VOCs的减排。源头减排及采用低VOCs涂料，是实现VOCs减排最有效的途径，因此在国家及各省市相关文件中都将原材料替代列为VOCs治理的首要选项。

2.1限制使用高VOCs涂料

国务院《打赢蓝天保卫战三年行动计划》（国发〔2018〕22号）要求“挥发性有机物（VOCs）全面执行大气污染特别排放极限值”，第二十条指出：“重点区域禁止建设生产和使用高VOCs含量的溶剂型涂料”。从2018年开始，国家对重点区域高VOCs涂料的生产和使用进行了限制，不允许建设生产和使用高VOCs涂料的项目。

《长三角地区2018—2019年秋冬季大气污染综合治理攻坚行动方案》中也明确禁止生产高VOCs含量有机溶剂型涂料、油墨和胶黏剂的新、改、扩建项目，开始对生产和使用高VOCs涂料的项目亮起红灯。其他各省市的VOCs治理相关文件也要求对高VOCs涂料生产和使用项目进行限制。

但是，对工程机械而言，高VOCs涂料却没有判定标准。2013年9月，国务院印发《大气污染防治行动计划》提出：“在石化、有机化学、涂料、包装印刷等行业实施挥发性有机物综合整治，完善涂料等产品挥发性有机物限制标准”。2014年，《建筑钢结构防腐涂料中有害物质限量》（GB30981—2014）发布，但是并不适用于工程机械。2020年3月4日发布的《工业防护涂料中有害物质限量》（GB30981—2020）对工程机械用涂料VOCs含量有专门和具体要求，如表1。该标准已于2020年12月1日开始实施，工程机械使用的涂料VOCs含量不能超过表1的限值，否则属于不合格产品。

表1、 工程机械用涂料VOCs含量

不仅在政策上限制，在法律上也加大了惩处。《中华人民共和国大气污染防治法》第四十六条规定“工业涂装企业应当使用低挥发性有机物含量的涂料，并建立台账，记录生产原料、辅料的使用量、废弃量、去向以及挥发性有机物含量”。第一百零八条明确指出：“违反本法规定，有下列行为之一的，由县级以上人民政府生态环境主管部门责令改正，处2万元以上20万元以下的罚款；拒不改正的，责令停产整治”，其中一种违法行为就是“工业涂装企业未使用低挥发性有机物含量涂料或者未建立、保存台账的”。

2019年5月22日，生态环保部下发《关于进一步规范适用环境行政处罚自由裁量权的指导意见》（环执法〔2019〕42号），各省市随后制定了自己的“生态环境行政处罚裁量基准”，如《重庆市生态环境局关于印发重庆市环境行政处罚裁量基准的通知》（渝环〔2019〕77号）、《北京市生态环境系统行政处罚自由裁量基准》（京环发〔2020〕7号）、《山东省生态环境行政处罚裁量基准》（鲁环发〔2020〕1号）等。山东省生态环境厅下发《山东省生态环境行政处罚裁量基准》（鲁环发〔2020〕1号）将未使用低挥发性有机物含量涂料裁量等级定位5级（裁量的最高为5级）。

其他各省市也有相配套的生态环境行政处罚裁量基准，对于高VOCs涂料的使用，不仅仅是停留在限制上，还上升到了行政处罚或违法处罚上。

2.2倡导使用低VOCs涂料

2013年国务院《大气污染防治行动计划》中就已经提出“推广使用水性涂料”。但是，由于涂料、工艺、成本、环保压力等多方面的因素，2018年之前，水性涂料并没有在工程机械行业真正推广使用。

《重点行业挥发性有机物综合治理方案》（环大气〔2019〕53号）中，将工业涂装VOCs综合治理列为重点行业治理任务，要求“加大汽车、家具、集装箱、电子产品、工程机械等行业VOCs治理力度”。《重点行业挥发性有机物综合治理方案》不仅明确要求“强化源头控制，加快使用粉末、水性、高固体分、辐射固化等低VOCs含量的涂料替代溶剂型涂料”，还更加细化要求“工程机械制造大力推广使用水性、粉末和高固体分涂料”。

2020年6月3日，生态环境部下发《关于在疫情防控常态化前提下积极服务落实“六保”任务，坚决打赢打好污染防治攻坚战的意见》（环厅〔2020〕27号），文件要求优先推行生产和使用环节低VOCs原辅材料源头替代。对未实行低VOCs原辅材料源头替代和未采用高效治理设施的企业，鼓励在夏秋季采取错峰减排措施。推广使用符合国家产品质量标准的低VOCs含量涂料、油墨、胶粘剂和清洗剂。

2020年6月24日，生态环境部发布了《2020年挥发性有机物治理攻坚方案》（环大气〔2020〕33号）明确“大力推动低（无）VOCs原辅材料生产和替代。将全面使用符合国家要求的低VOCs含量原辅材料的企业纳入正面清单和政府绿色采购清单”。

2020年6月29日，《重污染天气重点行业应急减排措施制定技术指南（2020年修订版）》（环办大气函〔2020〕340号）发布，工程机械整机制造作为重点行业之一。在绩效分级差异化指标中，A级企业原辅材料必须采用水性涂料、无溶剂涂料或粉末涂料，不允许使用溶剂型涂料。A级企业在所有重污染天气预警期间不强制采取减排措施，不采用溶剂型涂料的B级企业在重污染天气黄色、橙色天气预警期间不强制性限产、停产，这就引导更多的企业采用水性涂料、无溶剂涂料或粉末涂料。

广东省《广东省环境保护厅关于重点行业挥发性有机物综合整治的实施方案（2014—2017年）》要求表面涂装行业提高低挥发性有机物含量的涂料使用比例，鼓励企业使用符合环保要求的水性、高固体分、粉末等低VOCs含量的涂料。要求工程机械制造行业推广使用高固体分、粉末涂料，到2020年底前，使用比例达到30%以上；试点推行水性涂料。广东成为较早对工程机械涂料进行专门要求的省份。2017年的《山东省“十三五”挥发性有机物污染防治工作方案》也和广东省一样，要求工程机械行业推广使用高固体分、粉末涂料，到2020年底前，使用比例达到30%以上；试点推行水性涂料。

《上海市挥发性有机物深化防治工作方案（2018—2020年）》提出，工业行业全面推进低（无）VOCs含量原辅材料和产品源头替代，加快淘汰高挥发性溶剂生产使用，到2020年汽车制造、包装印刷、家具、集装箱制造等重点行业推广低挥发性产品。要求工程机械制造行业推广使用高固体分、粉末涂料，试点推行水性涂料。到2019年，低VOCs含量涂料使用比例达30%以上。

2018年11月6日，福建省人民政府印发《福建省打赢蓝天保卫战三年行动计划实施方案》，鼓励重点行业企业开展生产工艺和设备水性化改造，加大水性涂料、粉末涂料等绿色、低挥发性涂料产品使用，加快涂料水性化进程，从生产源头减少挥发性有机物排放。

2020年5月31日，山东省生态环境厅下发《山东省2020年夏秋季挥发性有机物强化治理专项行动方案》（鲁环发〔2020〕27号），明确要求持续推进源头替代。2019年12月13日，山东省生态环境厅下发《山东省涉挥发性有机物企业分行业治理指导意见》（鲁环发〔2019〕146号），要求表面涂装行业推进源头替代，通过使用水性、粉末、高固体分、无溶剂等低VOCs含量的涂料，替代溶剂型涂料，从源头减少VOCs产生。2020年6月30日，山东省生态环境厅下发《山东省工业企业无组织排放分行业管控指导意见》（鲁环发〔2020〕30号），也要求表面涂装行业通过使用水性、粉末、高固体分、无溶剂等低VOCs含量的涂料替代溶剂型涂料，从源头减少VOCs产生。

全国大多数省市在VOCs治理相关文件中也都提出了原材料替代要求，对涂装行业基本上是推广使用高固体分、粉末涂料，水性涂料等低VOCs涂料，但在高固体分、粉末涂料，水性涂料排序上各省市有所不同，推进的时间点也不同。部分省、市专门对工程机械涂料进行了要求，都倡导使用水性涂料、粉末涂料、高固体分涂料替代溶剂型涂料。

2.3低VOCs涂料豁免

《国家危险废物目录（2016版）》（环境保护部令第39号）中对使用水性涂料产生的漆渣、废漆桶等不强制列为危险废物，《国家危险废物目录（2021版）》（环境保护部令第15号）在这方面延续了2016版。关于水性涂料废渣是否属于危废，广州市生态环境局网站上有一个答复“根据2016年8月1日起施行《国家危险废物名录》（2016版）指出HW12染料、涂料废物。（1）264-011-12其他油墨、染料、颜料、涂料（不包括水性涂料）生产过程中产生的废水处理污泥、废吸附剂。（2）264-012-12使用涂料（不包括水性涂料）、有机溶剂进行阻挡层涂敷过程中产生的废物。（3）900-252-12使用涂料（不包括水性涂料）、有机溶剂进行喷漆、上漆过程中产生的废物进行阻挡层涂敷过程中产生的废物。据此，水性涂料废渣及其沾染物（水性涂料桶）不属于危废”。虽然各省、市、地在执行时还存在差异，但是随着水性涂料系列标准的实时运行，对水性涂料的界定会具体、明确，水性涂料废渣是不是危废也就明确了。

对于高VOCs涂料的使用，相关文件都规定，必须对涂装废气进行收集、处理，且对收集率、处理效率都有要求。但是，对于低VOCs（≤10%）涂料，只要排放浓度、速率达标，就可以不进行强制性收集和处理。

无论是危废的处置，还是涂装废气的收集处理，企业都需要投入资金和支付费用。虽然使用水性涂料成本较高，但是从废物处理费用上能够节省一部分，增大了企业使用包括水性涂料在内的低VOCs涂料的意愿。

3、 VOCs治理对工程机械涂装材料的影响

从前面提到的文件可以看出，政府对工程机械涂料的导向非常明确。这一系列的政策性文件、强制性标准、惩罚性措施必将对工程机械涂料带来巨大的影响，使不同涂料在工程机械行业使用的占比发生变化。

3.1对传统溶剂型涂料的影响

传统溶剂型涂料见证了国内工程机械行业的成长和壮大。传统溶剂型涂料工艺成熟，应用几乎不受工件、工况、工具限制，仍是目前工程机械用涂料中占比最大的一类。但是，传统溶剂型涂料施工状态VOCs含量一般在60%以上，且大多含有苯系物，涂装施工过程会释放出大量的VOCs，已经成为VOCs治理的重要对象。

从前面的相关政策文件可以看到，对生产和使用传统溶剂型涂料新、改、扩建项目已经实行限批，这使得传统溶剂型涂料的产量和用量不会再增加。不仅如此，对已有的项目也提倡源头替代、水性化改造等。因此，传统溶剂型涂料在工程机械行业的应用占比将逐渐下降。

3.2对水性涂料的影响

水性涂料相对于传统溶剂型涂料，VOCs含量大幅降低，施工状态VOCs含量一般在15%左右，有的甚至低于10%。因此，水性涂料是VOCs治理倡导推广使用的涂料之一。水性涂料是技术、工艺成熟的环保型涂料，但是在工程机械行业应用还面临一些难点和问题。一是水性涂料对施工条件要求较传统溶剂型涂料要高，工件表面温度要求15℃以上、环境温度和湿度等施工窗口较传统溶剂型涂料要窄。工程机械以结构件为主，过去基本上都是使用溶剂型涂料，喷漆线也都是按溶剂型涂料进行规划和配置的，没有考虑对工件进行预热，北方地区一些配置较高的喷漆线考虑了喷漆室冬季暖风空调，但很少有对湿度的调节控制装置。二是水性涂料施工工艺成本较传统溶剂型涂料的要高。要满足水性涂料的施工条件，工程机械企业必须投入一定资金对现有喷漆线进行改造，这会导致涂装生产固定成本增加。完成改造后，冬季工件需进行预热，导致涂装生产能耗增加。另外，在60~80℃温度下水性涂料的烘干时间需要40min，比普通溶剂型涂料烘干时间增加10min，漆膜干燥能耗相应增加30%左右。三是水性涂料价格较普通溶剂型涂料高10%~50%，增加了工程机械涂装的物料成本。

但是，水性涂料除了低VOCs特点外，较溶剂型涂料在安全、职业健康方面也有着明显优势。此外，水性涂料的一个重要优势是和电泳涂料、粉末涂料等环保涂料不同，施工应用不受工件大小限制，除前面提到的施工条件和工艺参数外，施工方法与溶剂型涂料相同，可进行喷涂、浸涂等，而且也有自干型的水性涂料，满足各种不同金属零件的涂装需要。

水性涂料在工程机械行业应用的时间不长，但受到VOCs治理的影响，近两年应用范围扩大呈加速之势。在未来两年内，VOCs治理对工程机械水性涂料的影响还将持续，会有越来越多的工程机械企业采用水性涂料替代现有的溶剂型涂料，水性涂料将成为工程机械中应用量最大的一类涂料。

3.3对粉末涂料的影响

粉末涂料的VOCs含量几乎为零，是VOCs治理源头替代的最佳选择，而且利用率可达到98%以上，几乎没有废物产生，工艺成熟，在各级涂装VOCs质量文件中都被列为传统溶剂型涂料的替代品之一。但是，粉末涂料烘烤温度在180℃左右，如果板材较厚，能耗就增大。虽然粉末涂料在工程机械行业已经使用了20多年，但主要局限在机罩、驾驶室等厚度3mm及以下的薄板件上。随着VOCs治理的加强，能耗成本对粉末涂料应用的影响会有所弱化，粉末涂料在工程机械行业的应用范围将会扩大，从3mm及以下薄板件发展到6mm甚至是10mm的中厚板件，会有越来越多的企业和产品采用粉末涂料替代溶剂型涂料。

3.4对电泳涂料的影响

电泳涂料是一种VOCs含量很低的环保型涂料，符合VOCs治理的要求，且在工程机械行业已经使用了近20年，工艺非常成熟。但是，电泳涂料适合于大批量生产和薄板件涂装。由于电泳涂装生产线一次性投资大，小批量的生产难以支撑企业去投入和运营一条电泳涂装线。电泳漆膜干燥温度在120℃以上，厚板件能耗较大，因此只能用于机罩、驾驶室等工程机械薄板件。另外，工程机械产品零部件外型尺寸和质量都非常大，受电泳槽尺寸的限制难以实现电泳涂装。因此，VOCs治理对电泳涂料在工程机械行业应用的影响不会很大。

3.5对高固体分溶剂型涂料的影响

高固体分溶剂型涂料固含量一般在60%~85%，施工状态的VOCs含量比传统溶剂型涂料的要低10%~30%，因此在涂装VOCs治理文件中，高固体分溶剂型涂料也被作为低VOCs涂料而推荐使用。高固体分溶剂型涂料施工工艺、条件与传统溶剂型涂料完全相同，不需要进行设备改造，因此可作为传统溶剂型涂料的一种快速替代涂料。但是，高固体分溶剂型涂料仍然含有较高的VOCs，采用高固体分溶剂型涂料和使用传统溶剂型涂料一样，必须采用燃烧方式处理才能使废气达标排放，环保投资大，运行费用高。高固体分溶剂型涂料仍属于溶剂型涂料，即使是通过工程机械涂装绩效B、C级评价的企业，在重污染黄色、橙色预警的情况下会被要求限产。另外，高固体分溶剂型涂料和水性涂料一样，60~80℃温度条件下漆膜烘烤的时间比普通溶剂型涂料的要长10min，单个工件漆膜干燥能耗增加30%左右。因此，高固体分溶剂型涂料的应用范围不会很大。

3.6对其他涂料的影响

不加惰性溶剂的辐射固化涂料固含量可达95%，包括辐射固化溶剂型涂料、辐射固化水性涂料、辐射固化粉末涂料等。随着辐射固化技术的发展，辐射固化涂料的应用快速发展，在塑料、金属、石材等多种领域有应用。虽然辐射固化涂料被列为VOCs治理源头替代的涂料之一，但在工程机械的应用短期内除了批量大、结构相对简单、产品种类单一的涂装线外，还难以推广。因此，VOCs治理对工程机械辐射固化涂料应用会有所推动，但短期影响不是很大。

天冬聚脲涂料也是一类相对环保的涂料，在漆膜质量、VOCs含量、能量消耗、综合成本、投资费用等综合评价方面有较为明显的优势，在工程机械行业开始受到关注，但尚处于试验阶段。VOCs治理会推动天冬聚脲涂料在工程机械应用研究，但短期内难以大批量推广应用。

4、 结语

VOCs的治理将会对工程机械涂装材料产生很大的影响。但是，由于工程机械零件、涂装设备、涂装工艺等特点，VOCs的治理对工程机械不同涂料的影响程度不同。

（1）传统溶剂型涂料是VOCs的治理的重点，受影响程度最大，被替代范围加大，被替代速度加快。

（2）水性涂料由于VOCs含量低，施工方式与传统溶剂型涂料也完全相同，不受工件结构、尺寸限制，因此推广应用范围会加大，推广应用速度会加快，会大范围替代现有溶剂型涂料。

（3）电泳涂料虽然在工程机械行业应用较早，工艺成熟，受工艺限制，影响较小，变化不大。

（4）粉末涂料在工程机械行业应用范围将有所扩大，但受工艺限制，无法大范围替代现有溶剂型涂料，变化不明显。

（5）高固体分涂料在不改变现有设备的情况下就可以使用，因此短期内会迅速替代少部分传统溶剂型涂料。但由于VOCs含量相对于其他类的低VOCs涂料仍然较高，应用范围不如水性涂料大。

（6）辐射固化涂料、天冬聚脲涂料在VOCs治理的影响下，在工程机械行业的应用研究会加快，但短期内推广应用范围不大。

本文作者：张瑞，王春英，乔锟，于萍，杨建明