1 概要
1.1 标准制定背景
伴随着我国经济飞速发展而产生的环境污染, 特别是大气污染问题正变得日益严重,治理大气污染的严重性和紧迫性刻不容缓。中央和地方政府近几年发布了多个关于治理大气污染法规和政策,其中包括有关汽车涂装行业排放标准和管理规定。整车涂装作为汽车制造环节中最大的污染环节之一和能源消耗的重要部分,节能减排的任务越来越紧迫。各种涂装新技术相继引入我国并得到了广泛的推广应用,其中主要包括溶剂型高固体分3C1B/3Wet涂装技术、水性免中涂涂装技术、水性3Wet涂装技术和传统水性汽车涂料涂装技术。这些新技术的陆续使用使中国汽车涂装新线的技术水平正步入世界汽车涂装技术的最前沿。但是,我们也应该看到,经过近20年发展的中国汽车工业,也积累了一大批依靠高污染高消耗的落后技术的涂装生产线,这些生产线仍然还在生产着各种汽车产品。将这些生产线改造达到VOC环境友好排放要求并实现节能减排,是一项利国利民的紧迫任务。
2012年9月27日,国务院正式批复了制定《重点区域大气污染防治“十二五”规划》提出了详细的计划和措施,其中有关汽车涂料和涂装的部分如下:“新建机动车制造涂装项目,水性涂料等低挥发性有机物含量涂料占总涂料使用量比例不低于80%,小型乘用车单位涂装面积的挥发性有机物排放量不高于35 g/m2。”
中国汽车工业的快速发展起步于1998年。到2014年,中国汽车的产量已达到2 300万辆,成为全球最大的汽车生产和消费市场。2005年中国第一条传统水性涂装体系涂装线投入生产,到2010年先后有10多条涂装线采用了水性汽车涂料。但2000-2010年间在中国建成的汽车涂装线绝大多数采用的还是传统中低固体分溶剂型涂料系统。在此期间建成的涂装线的产能超过1 500万辆。2010年以后新建的涂装线开始大规模地采用先进涂装技术路线,如水性免中涂体系、高固体分3C1B体系、水性3C1B体系、水性紧凑型涂装工艺和传统水性涂料涂装体系。特别是工业和信息化部发布《乘用车生产企业及产品准入管理规则》后,规划建设的新涂装线都在采用各种水性涂装体系。中国新涂装线技术路线和工艺已经是当今世界汽车涂装最先进技术的组合。到2015年底,采用水性涂料涂装线的数量达到50条以上,产能达到千万辆以上。这些采用最新技术路线的涂装线在VOC排放和能源消耗水平方面都能够达到当前世界汽车涂装先进水平。努力采用各种紧凑型涂装工艺,尽量减少投资和土地占用,着力节能降耗,降低VOC排放,已经日益成为中国汽车涂装行业的共识,成为今后汽车涂装的技术方向。然而,中国汽车涂装业在节能减排方面遇到的最大挑战是有关在2012年前建成的一大批汽车涂装线。这些涂装线绝大多数采用的是传统中低固体分溶剂型涂料系统,VOC排放高,需要进行升级改造。这些涂装线都是各汽车公司的主力生产线,生产任务紧迫。然而,进行水性涂料改造需要较大的资金投入和较长的停产改造时间,这对国内汽车生产厂来说是一大挑战。尽管合资汽车企业经济效益相对较好,投入资金改造容易获得通过,但对大部分国内自主品牌的汽车企业来说,涂装线水性化改造的费用是一笔很大的投入,因此急需找到一条适合中国汽车工业具体情况的,既能做到VOC减排,又能做到少投入,同时运行费用低的技术路线。
“十二五”期间中国汽车工业由高速增长转向稳定的中速增长,汽车企业的制造技术升级换代和先进技术的广泛推广使用成为主流。与之相配套的汽车原厂漆预计2015年达到55万t左右。中国汽车涂料工业在“十二五”期间,完成了重要的产品升级换代和新技术应用。特别是引进的溶剂型高固体分体系,为中国汽车涂装体系采用既节能降耗又可以实现VOC减排的涂装工艺提供了最佳途径。这一体系已经成功在中国实现工业化应用,取得了显著的环保效果和经济效益。得到了政府相关部门、汽车行业和环保组织的广泛认可。
高固体分汽车涂料需求量的快速增长,将对汽车涂料产业带来更好的发展机遇。但由于我国尚没有统一的行业标准或国家标准对高固体分汽车涂料的生产和应用进行明确定义指引,导致对高固体分的理解和解释经常混淆,不同企业的产品也呈现出良莠不齐的现象。汽车工业和汽车涂料生产企业希望尽快制定统一的行业标准,为行业发展和政策制定提供科学的依据和导向。制定统一的汽车用高固体分涂料行业标准,有利于提高国内汽车用涂料生产企业的整体健康发展,引导企业加大投入,开发低VOC排放的节能环境友好型涂料产品,提高技术水平,加快企业产品的升级换代,支持汽车涂装业的整体技术升级和改造。
1.2 主要工作过程
在接到上级主管部门的标准项目批准文件后,中国涂料工业协会标准化技术委员会(以下简称“标委会”)立即开始标准制定的前期准备工作。对目前国内外市场上汽车用涂料的品种、技术水平、质量性能及发展趋势进行了充分调研、讨论分析,收集了国内外相关的标准和资料,编写了标准工作组讨论稿。与此同时,与部分有代表性企业联系并邀请其共同参加标准制定工作,得到了许多企业的积极响应和支持。标委会2015年7月在上海召开了工作组筹备会议,会上讨论了正式成立标准工作组的计划,决定于同年9月在北京召开第一次标准起草会议,在这次会议上明确制定标准的原则和依据,确定标准的有关内容,确定验证实验项目和验证实验方案。2015年11月召开了第二次会议,对标准的细节进行了详细讨论和确定。会后进行了样品收集和验证实验。根据验证实验的结果以及验证实验过程中部分单位反馈的情况,同年12月,标委会将编制标准征求意见稿和编制说明,发给各委员、生产和使用单位,征求意见。2016年1月标委会汇总各方面意见,对标准进行再次修订,并发给各委员、生产和使用单位,再次征求意见。2016年4月标委会在网上公示《汽车用高固体分溶剂型涂料》标准,征求各方面意见。
随着国内环保意识的提高和国家节能减排的产业政策的实施,推动了涂料产品结构的调整,传统溶剂型涂料逐渐减少,涂料产品向低VOC、低污染方向发展已成为必然趋势。涂装工艺是汽车制造中耗能最大、VOC排量最多的环节,世界各国汽车涂料制造商都在努力开发水性化、高固体分化和粉末化的环境友好型汽车涂料,来满足日益严格的环保法规和用户对低污染汽车涂料的需要。
在欧美,环境友好型汽车涂料的应用已经相当成熟,相关的涂装设备及工艺也有很大的改进,涂料利用率及涂装质量也有了较大提高。目前底漆已有90%以上采用水性涂料,88%汽车中涂也已采用水性化技术,水性金属闪光底色漆的应用超过了65%,罩光清漆则大多采用高固体分涂料或粉末涂料,水性罩光清漆正在研究完善中。而我国汽车涂料除了底漆大部分水性化以外,水性中涂及水性面漆均处于刚起步阶段,与国外发达国家还有较大的差距。
2 国内外汽车高固体分涂料情况
由于当时未查询到与汽车用高固体分涂料性能有关的国际标准或国外先进国家标准,仅检索到部分与汽车涂料相关的有毒有害物质限量标准,如国家标准GB 24409─2009《汽车涂料中有害物质限量》和HG/T 4570─2013《汽车用水性涂料》等。因此标准制定时以汽车行业用涂料产品的质量状况、技术水平为基础,同时结合实际的应用需要,有选择地参考了现有国家标准GB/T 13492─1992《各色汽车用面漆》和HG/T 3952─2007《阴极电泳涂料》,同时还参考了国内外汽车涂料相关的企业标准中的项目设计,尽量采用国内或国外普遍采用的实验方法,制定出反映目前国内汽车原厂用涂料高固体分主流产品技术水平、便于实际操作的产品性能标准。
3 标准制定的原则
国外相关法规大多控制汽车涂装生产或涂装过程中VOC的排放,这种方式检测和测算过程复杂,时间周期较长。因此本标准制定从源头控制的思路开始,拟以提高涂料产品即用状态下的固体分来降低产品的VOC含量。
本标准的制定应起到减少汽车涂料中VOC的排放,引导传统溶剂型汽车涂料和涂装工艺逐步向低VOC排放的环境友好型汽车涂料和涂装工艺方向发展。
4 标准适用范围和产品分类
从高固体分汽车涂料的现实发展水平来看,目前国内外使用的多以原厂漆为主,从用途来说,高固体分汽车涂料可广泛应用于乘用车、商用车、挂车、汽车列车(按GB/T 3730.1─2001的规定划分)等。
本标准的适用范围定为:
本标准规定了高固体分汽车涂料产品的分类、要求、实验方法、检验规则及标志、包装和贮存等内容。
本标准适用于以有机溶剂为主要分散介质、用于汽车表面起装饰和保护的原厂涂料。产品用于乘用车、商用车、挂车、汽车列车等。
本标准将高固体分汽车涂料分为中涂漆、本色面漆、实色底色漆、金属底色漆和罩光清漆。
由于原厂汽车涂料底漆已经全部采用阴极电泳漆,可以直接采用HG/T 3952─2007《阴极电泳涂料》标准,在此不作特殊要求,因此本标准不适用于电泳涂料。
5 项目设置及技术指标
根据目前国内外高固体分汽车涂料的实际质量状况和使用需求,结合国内外的相关标准的项目设置,本标准拟设置25个控制项目,其中中涂漆拟设置11项,面漆拟设置25项。产品应符合表1的要求。
6 标准的社会效益
关于汽车涂装各种不同技术路线的优劣的讨论和研究这几年报道得比较多,但是真正从全面的减排和节能来研究汽车涂装的是生命周期评价(LCA)这种全流程的方法。生命周期评价是一种评价产品系统的环境影响和环境权衡的标准化方法。福特汽车公司在2006年、杜尔公司在2009年和伊士曼化工公司在2012年都做了比较详尽的针对不同汽车涂装技术的生命周期的对比, 综合评价不同涂装技术对环境影响。彼此独立开展研究工作的福特汽车公司、杜尔公司和伊士曼化工的研究结论却是相同的:即在目前所有的现行汽车涂装体系中,溶剂型高固体分3C1B体系是最节能、温室气体排放最低的。在配套溶剂回收和废气焚烧末端治理装置的汽车涂装厂,溶剂型高固体分3C1B体系的VOC排放可达到与水性技术相同的水平,但投资和运行成本却大大降低。从2012年开始,长安福特在亚太地区和国内首次引进高固体分3C1B涂装工艺,目前高固体分溶剂型3C1B涂料系统已经在长安福特和江铃福特等多条汽车厂涂装线大规模成功采用,运行稳定,涂装车身超过100万辆,取得了显著的经济效益和环保效果。
根据伊士曼、福特和巴斯夫/杜尔的全生命周期报告的研究,紧凑型高固体分汽车OEM涂料技术可以实现最低的全球变暖潜能值(GWP),同时满足欧洲VOC排放限值。由于喷漆室的能耗更低且不需要加热闪干区,就生命周期GWP影响而言,高固体分SB紧凑型工艺比WB紧凑型工艺更具优势。汽车涂料的生命周期GWP影响主要来自涂装车间的能源使用,涂料材料生产造成的GWP影响不太显著。在实施减排的情况下,所有技术均能达到欧洲现行的VOC排放监管限值35 g/m2。如果世界上某些地区的OEM厂商选择不采用减排技术,那么为了符合35 g/m2的限值要求,需要采用WB技术。
高固体分SB技术的低能源需求使其具有更好的环境效益,它能减少全球变暖潜能,同时减少能源消耗。能源需求减少除了可以降低碳的排放,还能提供额外的环境效益。中国对能源的需求很高,同时包括水在内的自然资源十分有限。此外,中国的电力生产主要依靠煤燃烧,而颗粒物质、酸性气体及汞的排放可能会对空气质量造成负面影响,影响程度取决于排放控制力度。
7 标准属性和水平
本标准为推荐性化工行业标准。
本标准参考了国内外先进的水性汽车涂料和溶剂型汽车涂料产品标准,采用了国内或国外普遍采用的实验方法,符合国家及汽车行业对环境友好型溶剂型涂装材料的要求,标准整体水平达到国际先进水平。