节能减排与涂料产品

节能减排与涂料产品

2013-08-20 10:36来源:中涂化工（上海）有限公司 作者:屠振文

0 引言
近年来，随着人们环保意识的增强，节能减排成了一项重要的议题，受到全世界人民的关注。过去的一个世纪，全球平均温度上升了0.74℃，中国平均温度则上升了1.1℃。温室效应已经对全球环境带来了一系列严重的影响。根据最近的官方报告，美国是世界第一大温室气体排放国，其次是中国。而在2009 年联合国气候变化大会期间，根据 CarbonMonitoring for Action 的网站数据，中国可能已经成为全球最大的二氧化碳排放国。中国在2009 年11 月26 日承诺，到2020 年单位国内生产总值二氧化碳排放量将比2005 年下降40%~45%。这对于涂料企业而言，既是挑战，也是机遇。

1 涂料与温室气体
温室气体（Greenhouse Gas，GHG）或称温室效应气体是指大气中促成温室效应的气体成分，主要包括二氧化碳及氟氯碳化合物（CFCs）等。近年来，最引人注意的全球气温反常上升，主要由于人为作用使大气中温室气体的浓度急剧上升所致。对于涂料行业而言，主要的温室气体排放体现在以下两个方面。
1.1 生产运输等产生的能耗
在涂料的生产中，需要消耗大量的能源，其中包括需要电力驱动的生产设备和需要热能的加温过程，这些通常都最终会追溯到化工燃料（煤炭、石油和天然气等）的燃烧上。人类自工业革命以来，燃烧化工燃料产生的温室气体，是加速全球变暖的主要因素。一些化工行业内的知名企业，均提出了针对减少温室气体排放的计划，通过使用催化剂等新技术，减少使用化工燃料，来降低温室气体的排放。据不完全统计，我国约有万余家涂料生产企业，其中多数在沿海地区，形成以珠江三角洲、长江三角洲为中心的两大涂料生产区域。在众多的涂料生产企业中，80% 的企业为中小型企业，产量约为全国产量的20%，平均年产量为200 t/a，相当于美国1 个涂料生产工人的平均年产量。而在这一低人均产量的背后，所产生的巨大能耗和污染对环境的危害是不容回避的。
1.2 涂料本身释放的挥发性有机化合物
作为涂料产品，特别是涂料产品稀释剂或溶剂的主要成分——苯系物，特别是甲苯、二甲苯，及其它酯类、醇类，乃至醚类溶剂，这些化合物本身都不是主要的温室气体的祸源。《京都议定书》上主要控制的六大温室气体为：二氧化碳、甲烷、一氧化二氮、全氟碳化物、氢氟碳化物及六氟化碳，这些没有一项是涂料产品会大量排放的。控制挥发性有机化合物（VOC）的排放，应当立足于减少对于化工燃料的依赖及保护涂料工人的人身安全。减少VOC 的排放，对于涂料产品配方而言，最直接的就是减少有机溶剂的使用。而有机溶剂的上游企业，就是几乎占到全球所有排放量一半的石油及天然气企业。与此同时，减少涂料中的VOC 含量，也有助于改善涂料工人的工作环境及人身安全。我国涂料工人，特别是在现场喷涂施工的涂装工人，其工作防护条件并不完善，在某些工地上，涂装工人甚至在无保护或者是低保护的情况下工作。作为涂料VOC 的主要成分，苯系物对于人体的危害也一直受到诟病。

2 我国低VOC涂料的现状
我国自2001 年以来，出台了越来越多的涂料产品标准，限制涂料中的VOC 含量及可溶性重金属含量。我国现有的低VOC 涂料产品有以下几类。
2.1 水性涂料
水性涂料一般被认为是一种相当环保的涂料，也的确减少了对有机溶剂的依赖。但是水性涂料需要面对的主要问题，在于控制由于使用水作为主要溶剂而产生的其它污染问题，以及水性涂料的性能提升。首先水性涂料的生产过程中，并非就是毫无污染，对于电力等的需求，也并不会由于是生产水性涂料而更为节能；其次由于水性涂料技术门槛较低，有相当多的小厂家生产水性涂料，其排污措施显得十分薄弱，更容易造成对环境的污染。部分水性涂料所用的助剂或溶剂相比二甲苯，或许毒性更强，产品的闪点更低，危险性比起溶剂型涂料有过之而无不及。
水性涂料经过了多年的发展，在一些领域，特别是民用建筑方面取得了长足的发展，但是水性涂料的性能较之溶剂型涂料的差距，仍然是限制水性涂料应用的一大问题。算一笔简单的经济账就可以说明这一问题：如果同样的应用，溶剂型涂料的使用寿命是水性涂料的3 倍，除非水性涂料的排放是溶剂型涂料的1/5 甚至更低，否则对于控制VOC 排放而言，就意义不大。温室气体的排放，不仅仅只是由于涂料本身的排放，涂料的生产运输和涂装过程也产生排放。
2.2 高固体分涂料
高固体分涂料是在传统溶剂型涂料的基础上加以改良的涂料品种，其主要特点是在利用传统溶剂型涂料的生产方法和生产工艺的条件下，通过降低有机溶剂的含量，从而提高涂料的固含量。高固体分涂料不能简单地认为是减少了溶剂的传统溶剂型涂料，因为高固体分涂料研发中需要解决在提高涂料固体含量的同时控制黏度，以及施工涂装中面临的问题。由于降低了涂料体系中溶剂的含量，不仅可以降低VOC 的排放，从施工的角度来说，高固体分涂料具有较高的涂覆率，一次涂装即可获得较厚的漆膜，可以有效减少施工时间，降低劳动力成本。同样在运输和贮存稳定性上，高固体分涂料较之传统溶剂型涂料，也具有一定的优势，不容易产生沉降等涂料贮存上的问题。笔者认为：相比水性涂料，高固体分涂料是我国现阶段主要应该发展的环保型涂料品种。
2.3 粉末涂料
粉末涂料是理论上为零VOC 排放的涂料品种，有其独特的优点：使用静电喷涂，涂装设备可以实现全自动化，减少人力资源的消耗；喷涂不良的区域，只要没有经过烘烤，就可以通过空气喷枪将其吹除回收；理论上讲，涂料利用率可达98%，较之普通涂料的60%~65% 高出许多；与液体涂料相比，粉末涂层具有优异的耐久性、耐磨性、抗腐蚀性、抗刮性和耐化学品性。粉末涂料的主要缺点在于粉末涂料的制造工艺比液体涂料复杂，涂料制造成本较高；使用的设备与液体涂料的涂装设备不同，必须安装粉末涂料专用回收装置；粉末涂料的干燥过程需要较高的烘烤温度，由此限制了其应用；粉末涂料厚涂比较容易，但薄涂相当困难；粉末涂料的配色比起液体涂料略微困难。
2.4 UV 光固化涂料
UV 光固化涂料已在木器漆领域获得广泛应用。由于使用高强度UV 光而非热能固化，且固化过程在瞬间完成，所消耗的能源及空间都较小。UV 光固化涂料含有的溶剂极少，对于环境来说，也是相当友好。UV 涂料的缺点在于涂料用单体对人体有刺激性；适合施涂于平面的被涂物上（如地板）而不适合外形复杂的零件；漆膜的柔韧性和附着力较差。

3 高性能涂料产品与节能
降低涂料产品VOC 的排放就是涂料产品对于节能减排所能做的全部吗？不是！涂料产品在节能减排中更可主动出击，通过节能来降低碳排放。其中典型的例子就是高效防污漆与保温隔热涂料。
早在两千年前，人们就意识到海生物对船壳的污损危害。早期的防污手段包括使用沥青、焦油等覆盖物。19 世纪以来，采用析出有毒物质来抑制海生物附着的防污漆成为主流。防污漆，特别是自抛光防污漆的应用，可以减少海生物对于船舶壳体的附着，降低船身表面的粗糙度，减少对船身的摩擦阻力，不仅可以减少由于海生物附着产生的燃料消耗，还能提高船速和船舶航行的机动性。
最新的防污漆产品，诸如低表面能无毒防污漆受到广泛关注。该防污漆应用了荷叶效应防污机理，通过降低涂层表面能，使海洋生物难以附着，即使勉强黏附上去，也会被船舶本身航行时产生的水流冲走。然而低表面能是一把双刃剑，由于其表面能需降低到足够低（对于藤壶，防污涂层表面能需低于1.2×10-4N/m 才能防止其附着），同样使得其与防锈漆或底漆的配套性差，重涂性也相对较差。低表面能防污漆相比无锡自抛光防污漆，属于无毒、低VOC 的产品，且使用期长，特别适用于高速航行的船舶。但由于生产成本较高，需要较长的时间才能看到回报。保温隔热涂料则是在近年来获得大力发展的一种涂料产品。成本较低的复合硅酸盐保温涂料，过去三十年在我国发展很快，主要用作工业保温涂料，如高温管道保温，或者锅炉、窑炉等的外壳保温。但由于该涂料的干燥周期长，抗冲击能力弱，对墙体的黏结强度偏低，施工不当易造成大面积空鼓现象而影响装饰性，在民用市场应用不广。在保温隔热涂料中，加入导热系数极低的空心球型界面材料或纳米材料，通过材料改性，由空气微孔层来隔绝热能的传递，表层则强化反射太阳热，能有效地降低对流传热和辐射传热，从而降低物体表面的热平衡温度。通过使用保温隔热涂料，可以有效地保持室内温度，降低使用空调等设备的能耗。

4 结语
尽管涂料产品并不直接排放温室气体，但是通过降低涂料产品中有机溶剂的含量，不仅能保护涂料工人的人身安全，同时也能通过减少对化石燃料的依赖，达到节能减排的目的。高性能涂料产品的应用，更能通过改善应用环境，来达到降低能耗的积极作用，为节能减排作出贡献。对于我国涂料工业而言，应当在致力于降低排放的同时，开发高性能节能涂料，提高产业水平，在节能减排方面作出贡献。