來源:《中國涂料》 作者:潘佐
摘要：綜述了集裝箱生產(chǎn)污染物排放概況,歸納了集裝箱涂裝線現(xiàn)行VOCs治理技術(shù)及水性涂料的技術(shù)難點,分析了集裝箱水性涂料與溶劑型涂料的施工工藝差別。指出集裝箱水性涂料的VOCs含量相比溶劑型下降了80%,使用水性涂料已成為集裝箱制造業(yè)的必然趨勢。
1集裝箱生產(chǎn)污染物排放概況
集裝箱也稱為“貨柜’，(英文：Container)，是一種可以反復(fù)使用的交通運(yùn)輸裝備”1。集裝箱的角件結(jié)構(gòu)便于機(jī)械裝卸，并易于進(jìn)行多式聯(lián)運(yùn)，即在集裝箱卡車、貨運(yùn)飛機(jī)、鐵道車輛、貨輪之間的相互轉(zhuǎn)運(yùn)使用。集裝箱運(yùn)輸?shù)奶攸c是貨物運(yùn)轉(zhuǎn)的高效率和運(yùn)輸方式多樣化(即多式聯(lián)運(yùn))。隨著計算機(jī)IT產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，集裝箱運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)的管理效率得到了極大提升，伴隨著國際多式聯(lián)運(yùn)模式的快速發(fā)展，集裝箱運(yùn)輸已成為國際物流運(yùn)輸?shù)闹饕绞健H集裝箱運(yùn)輸?shù)臍v史已有近60年，我國的集裝箱運(yùn)輸也有了30余年的歷史，并已進(jìn)入成熟時期。我國于1993年超越韓國成為集裝箱產(chǎn)銷量的世界第一，至今已占全球市場份額的95%。圖1為集裝箱的多式聯(lián)運(yùn)。
當(dāng)前國際物流領(lǐng)域使用的集裝箱，其中90%為普通海運(yùn)干貨集裝箱。其長期在海上承擔(dān)運(yùn)載業(yè)務(wù)，而且在吊運(yùn)裝載過程中會經(jīng)常發(fā)生擦碰。因此，集裝箱的箱體防銹問題，既影響集裝箱的壽命，也涉及使用安全(銹蝕嚴(yán)重會導(dǎo)致重貨吊裝安全問題)。在考慮集裝箱涂料涂裝成本的同時，減低揮發(fā)性有機(jī)物的排放、提升集裝箱涂層性能是研究的主要方向。
現(xiàn)有涂裝線主要使用的涂料產(chǎn)品是溶劑型涂料。集裝箱是快節(jié)奏、大批量的流水線作業(yè)，涂裝施工過程中排放的VOCs不僅造成環(huán)境污染，還存在火災(zāi)、爆炸的安全隱患。隨著人們對生存環(huán)境和身體健康的日益重視，集裝箱涂裝線VOCs排放污染的治理壓力空前增大。集裝箱涂裝線排放的VOCs，不僅破壞了涂裝線周邊的環(huán)境，而且將會對施工人員的身體健康造成職業(yè)病的危害。以普通海運(yùn)鋼質(zhì)集裝箱的制造工廠為例，其主要的制造工藝流程和產(chǎn)污的環(huán)節(jié)詳見圖2。
從圖2中可以看出，揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs)是集裝箱生產(chǎn)線排放的主要污染物。為提升集裝箱涂裝施工過程的環(huán)保化，行業(yè)內(nèi)已深入開展了集裝箱水性涂料的研發(fā)。
2集裝箱涂裝線現(xiàn)行VOCs治理技術(shù)
集裝箱行業(yè)現(xiàn)行治理VOCs污染的方式主要是末端治理方式一一催化燃燒法和吸附回收法。
2.1燃燒法及催化燃燒法
燃燒法是通過有組織系統(tǒng)，將生產(chǎn)過程中的VOCs引導(dǎo)至燃燒室，通過高溫(需要850℃以上高溫)燃燒成完全氧化的碳、氮、硫等氧化物氣體。燃燒法的優(yōu)點是如果燃燒室的溫度有保障，VOCs能被完全轉(zhuǎn)化為無害氣體;缺點是如果進(jìn)入燃燒室的VOCs濃度低于一定值，VOCs的燃燒值不能維持燃燒室的高溫。結(jié)果是要么給燃燒室補(bǔ)充高能維持高溫，要么任由燃燒室溫度下降而不完全燃燒，無法實現(xiàn)VOCs的轉(zhuǎn)化。前者需要產(chǎn)生較大的燃燒成本費(fèi)用(環(huán)保成本較高)，后者則會向空氣排放對人體更為有害的苯系氧化物。
催化燃燒法是指：為了維持進(jìn)入燃燒室的VOCs有較高濃度，有機(jī)構(gòu)提供吸附解附裝置，將生產(chǎn)過程中的低濃度廢氣，濃縮為高濃度VOCs氣體，再送燃燒室燃燒。但這種裝置投資較大，也需要較高的運(yùn)營成本。圖3為催化燃燒的原理示意圖，圖4為某集裝箱制造企業(yè)投入施工的催化燃燒設(shè)備。
2.2吸附回收法
吸附回收法是在濃縮回收法的啟發(fā)下，進(jìn)一步創(chuàng)新而成。其原理是通過特定的吸附材料捕捉VOCs分子，到一定集中度之后，用高溫水蒸氣脫附VOCs分子，并將所得的高濃度VOCs水蒸氣，通過分餾等技術(shù)，分離成液態(tài)的有機(jī)溶劑和水。分離所得的有機(jī)溶劑其實就是涂料的溶劑主材料，所以可以重用于涂料的調(diào)配、涂裝工藝過程，實現(xiàn)了VOCs的回收重新利用。圖5為吸附回收法的流程圖。
3集裝箱水性涂料的技術(shù)難點
海運(yùn)集裝箱長期處在鹽霧及陽光直射環(huán)境，腐蝕環(huán)境非常惡劣，集裝箱的箱體防銹問題，既影響集裝箱的壽命，也涉及貨物安全(銹穿漏水損壞貨物)和使用安全(銹蝕嚴(yán)重會導(dǎo)致重貨吊裝安全問題)。目前，集裝箱涂料中溶劑型涂料占比在90%以上。水性涂料是國內(nèi)外重防腐產(chǎn)業(yè)，特別是海洋防腐工程的前沿技術(shù)領(lǐng)域，這項技術(shù)的突破可以對船舶、海洋設(shè)施、集裝箱等提供非常重要的防腐保護(hù)，極具研究開發(fā)價值。
我國在水性涂料方面有很大需求。從環(huán)保角度考慮，這方面的技術(shù)開發(fā)能夠有益于我國海運(yùn)事業(yè)健康發(fā)展，但是集裝箱水性涂料產(chǎn)品尚有技術(shù)難點需要克服。
3.1水性涂料中的3涂層方案及其技術(shù)難點
集裝箱傳統(tǒng)涂料的工藝配方，涂層由3種不同成分的涂料組成，每一涂層有不同的功能。內(nèi)層(與鋼材接觸)，業(yè)內(nèi)稱之為“富鋅底漆”，其作用功能如前所述;中間一層，行內(nèi)稱為“中層漆”(有單組分和雙組分2種工藝方案)，其主要功能是防止氧氣進(jìn)入與富鋅底漆及鋼材接觸;外面一層，業(yè)內(nèi)稱為“外面漆”，其主要功能是防止太陽紫外線老化“中層漆”(其老化開裂將導(dǎo)致防氧化功能失效)。
由于集裝箱內(nèi)極少被陽光照射，所以箱內(nèi)采取了“富鋅底漆”加高致密性的“箱內(nèi)面漆”兩涂層方案。我們所說的3涂層方案，其實以箱外表面涂裝工藝為區(qū)分標(biāo)準(zhǔn)。
以上可見，傳統(tǒng)集裝箱3涂層方案，是由3種不同性能的涂料，綜合配套，才能有效解決集裝箱箱體防銹蝕問題。
3涂層方案的技術(shù)瓶頸在于防止“富鋅底漆”中鋅原子被氧化。鋅原子被氧化導(dǎo)致其喪失“陰極保護(hù)”功能。目前，業(yè)界采用“包絡(luò)技術(shù)”解決這一難題，即先將鋅粉用少量有機(jī)溶劑包絡(luò)，然后通過乳化劑令有機(jī)溶劑包絡(luò)的鋅粉溶于低VOc介質(zhì)。所以必須在協(xié)調(diào)包絡(luò)技術(shù)所采用的有機(jī)溶劑含量的極限基礎(chǔ)上達(dá)到降低VOCs目的。
3.2水性涂料的閃蝕性技術(shù)瓶頸
為解決3涂層方案鋅原子被氧化的問題，目前有涂料商采用高附著力的兩涂層解決方案，但這一方案也存在技術(shù)瓶頸。一般集裝箱制造過程中打砂工藝之后，鋼材不能接觸水汽，否則會發(fā)生“閃銹”，即在“打砂”后的粗糙鋼材表面尖鋒點上，出現(xiàn)快速被氧化銹蝕現(xiàn)象。為此，該供應(yīng)商的解決方案，在實際應(yīng)用時，也不得不使用少量的傳統(tǒng)富鋅底漆，以防止“閃銹”。
但是，一旦加了富鋅底漆，其內(nèi)面漆原本的高附著力特性就被削弱(隔了鋅粉層將導(dǎo)致其內(nèi)面漆很難接觸鋼材表面，附著力下降)。這種“兩層半”的實際解決方案，在防銹蝕機(jī)理上是自相矛盾的，很難說服客戶相信這種辦法有足夠的防銹蝕能力。
3.3水性涂料的涂裝工藝技術(shù)難點
涂料體系的溶劑介質(zhì)為低冰點高揮發(fā)性有機(jī)物，在大氣中含量極低，所以，涂料在涂裝時的氣候條件(溫濕度)幾乎不受限制。但如果將溶劑改為水性體系后，由于水和低含量有機(jī)溶劑的凝固點約為0℃，加上空氣中有大量的水分，所以，水性涂料在涂裝施工時，低于一定溫度和高于一定濕度時，均無法形成有效的涂膜。水性涂料涂裝工藝受限于溫濕度的這種現(xiàn)象，叫“施工窗口控制”。
水性涂料不但有施工窗口控制問題，還有一個施工過程的“成膜反潮”問題?！俺赡し闯薄笔侵杆酝苛显诟稍镞^程中，需要干燥度達(dá)到一定的指標(biāo)度，才能返回高濕環(huán)境(包括下雨天氣)，否則將無法形成有效涂膜。
3.4水性涂料的標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)滯后
由于集裝箱水性涂料產(chǎn)品近些年才陸續(xù)研發(fā)面世，各種產(chǎn)品供應(yīng)商各自為政做研發(fā)，各大集裝箱制造企業(yè)也是被動跟隨產(chǎn)品供應(yīng)商試用水性涂料，對施工工藝規(guī)范還沒完全掌握，更沒能形成行業(yè)公認(rèn)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和施工規(guī)范。因此，集裝箱水性涂料的“標(biāo)準(zhǔn)”基礎(chǔ)工作薄弱，也增加了我國集裝箱行業(yè)推廣使用新型環(huán)境友好型涂料的困難。
3.5水性涂料的成膜質(zhì)量缺陷
水性涂料的成膜質(zhì)量缺陷舉例如圖6所示。
4集裝箱水性涂料與溶劑型涂料的施工工藝差別
集裝箱水性涂料與溶劑型涂料在施工工藝上的差別如表l。
5集裝箱水性涂料施工工藝匯總
水性涂料施工工藝匯總情況參考表2。
6結(jié)語與展望
盡管集裝箱水性涂料在產(chǎn)品技術(shù)、施工工藝、標(biāo)準(zhǔn)體系方面仍存在一定的限制和困難，但鑒于我國在環(huán)保政策上制定的要求越來越嚴(yán)格，如：國家涂料消費(fèi)稅的全面征收，廣東省制定的集裝箱行業(yè)有機(jī)揮發(fā)物排放標(biāo)準(zhǔn)已明確于2017年7月1日開始將全面限制溶劑型涂料的使用，國家vochl!放收費(fèi)試點政策已將集裝箱行業(yè)列為試點行業(yè)等，集裝箱水性涂料的應(yīng)用已成必然趨勢。
集裝箱水性涂料的成功推廣應(yīng)用依賴于以下條件的具備：
(1)對現(xiàn)有“三涂一烘”工藝的集裝箱涂裝線進(jìn)行水性化改造，以滿足“一涂一烘”的工藝要求;
(2)完善對水性環(huán)氧富鋅底漆、水性底漆的防腐機(jī)理的論證;
(3)提升水性涂料的成膜初期耐水性能，以滿足全天候條件對水性涂料成膜質(zhì)量的考驗;
(4)完善集裝箱水性涂料產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、施工規(guī)范、驗收標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)，與COA、IICL國際組織的標(biāo)準(zhǔn)體系接軌：
(5)克服水性涂料廢水、廢渣環(huán)保治理的技術(shù)瓶頸，真正實現(xiàn)集裝箱涂裝線“三廢”的環(huán)保治理。
