順應(yīng)日益嚴(yán)格的環(huán)保法規(guī)要求，能夠降低VOC排放量的水性漆涂裝技術(shù)得以迅速發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計，至2007年，歐洲水性漆所占比例為57%，美國水性面漆使用比例為39%，且這一比例近年來還在繼續(xù)增長。隨著對水性漆工藝研究的不斷深入，水性漆的施工窗口不斷加寬，施工難度降低，同時水性漆的漆膜質(zhì)量可與溶劑漆膜相媲美，這些因素均促使水性漆在涂裝中的應(yīng)用越來越廣泛。我國新建的涂裝線大都預(yù)留了水性漆的改造空間，有些廠家己直接采用了水性漆工藝。筆者結(jié)合水性漆的特性和涂裝線設(shè)計理念，對水性漆涂裝線設(shè)備進(jìn)行了簡要分析。
1 水性漆特性
圖1 為水性色漆和溶劑型色漆組成的對比。
圖1 水性色漆和溶劑型色漆的組成
可以看出，水性漆中的大部分組成是純水(僅含有少量的醇、醚類有機(jī)物)，水的特性影響了水性漆的施工特性。水與溶劑漆中甲苯的部分物理性質(zhì)見表1。
表1 水和甲苯的部分物理性質(zhì)
| 物理性質(zhì) | 水 | 甲苯 | 對比結(jié)果 | 沸點 /℃ | 100 | 110.6 | 水較易沸騰， 易產(chǎn)生針孔等漆膜弊病 | 蒸發(fā)潛熱 /J·kg-1 | 2268 | 414.2 | 水不易蒸發(fā)， 容易引起流掛和起泡 | 表面張力 /×10-3N·m-1 | 72.6 | 28.5 | 水的表面張力大， 不易浸潤底材表面， 易產(chǎn)生縮孔 |
2 水性漆對涂裝線設(shè)備的要求
針對水性漆的特性，水性漆涂裝線的設(shè)計和設(shè)備采取了相應(yīng)的措施，在新規(guī)劃水性涂裝線或?qū)ΜF(xiàn)有涂裝線進(jìn)行改造時，需對某些設(shè)備做必要的調(diào)整，以適應(yīng)水性漆的要求。
2.1 噴涂室
噴漆室是進(jìn)行噴涂操作的主要空間，水性漆漆霧中含有的大量純水和少量助劑，會直接腐蝕噴漆室內(nèi)部的結(jié)構(gòu)件。因此噴漆室墻壁的壁板材質(zhì)要求為不銹鋼，立柱等支撐框架結(jié)構(gòu)也采用不銹鋼型材，并在型鋼外表面再用不銹鋼板封閉成光滑狀態(tài)，以便于清理；噴漆室的門應(yīng)選用自動關(guān)閉的不銹鋼門，門較鏈也采用不銹鋼材質(zhì)，一般來講，為節(jié)約投資，水性漆噴漆室的靜壓室過濾棉下部室體和框架都要求采用不銹鋼，而靜壓室過濾棉以上的動、靜壓室仍可以選用傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及材質(zhì)，噴漆室下部的漆霧捕集裝置(如文丘里結(jié)構(gòu)、廢漆處理循環(huán)水管路等)要求全部采用不銹鋼制作。另外，水性漆對消防的要求沒有那么高，國外有些廠家將噴漆室的消防等級要求由2級放寬到了3級。
2.2 排氣系統(tǒng)
大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)(GB 16297-1996 )規(guī)定了VOC的排放速率和排放量(見表2) 。溶劑漆噴涂系統(tǒng)中二甲苯的排放速率直接決定著排氣筒的高度。采用水性漆后，有機(jī)廢氣中甲苯和二甲苯的含量幾乎為O，但非甲烷總烴含量升高，排氣筒高度只需滿足非甲烷總烴的排放速率要求即可。這樣就可以降低排氣筒高度，減少了土建施工成本，同時降低了排風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓，運行成本也隨之降低。
表2 廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)摘錄
標(biāo)準(zhǔn)中 序號 | 污染物 種類 | 最高允許 排放濃度 /mg·m-3 | 最高允許排放速率/kg·h-1 | 排氣筒高度 /m | 二級 | 三級 | 16 | 甲苯 | 40 | 15 | 3.1 | 4.7 | 20 | 5.2 | 7.9 | 30 | 18 | 27 | 40 | 30 | 46 | 17 | 二甲苯 | 70 | 15 | 1 | 1.5 | 20 | 1.7 | 2.6 | 30 | 5.9 | 8.8 | 40 | 10 | 15 | 33 | 非甲烷 總烴 | 120 | 15 | 10 | 16 | 使用溶劑汽油 或其它混合烴 類物質(zhì) | 20 | 17 | 27 | 30 | 53 | 83 | 40 | 100 | 150 |
表2中非甲烷總烴指溶劑汽油或其他混合短類物質(zhì)。酯、酮、醚、醇雖無相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)，但產(chǎn)生量較大時會影響環(huán)境，將之納入非甲烷總烴類，故水性漆中含有的少量醇、醚類溶劑歸到非甲烷總烴中。
2.3 空調(diào)系統(tǒng)
水性漆的施工窗口相對溶劑漆要窄，因此水性漆對噴漆室的溫、濕度要求較為嚴(yán)格(見圖2) 。
圖2 水性漆與溶劑型漆施工窗口的比較
水性漆對施工環(huán)境的苛刻要求需要空調(diào)系統(tǒng)具備制冷和調(diào)濕功能，而目前我國溶劑型涂料噴漆室夏季送風(fēng)很少采用常制冷。水性漆涂裝空調(diào)系統(tǒng)除溫一般先通過表冷段降低空氣溫度(使空氣達(dá)到露點析出水分)，然后再將析出水分的空氣加熱到工作溫度，加濕則多通過噴淋加濕(霧化加溫或蒸氣加濕)實現(xiàn)。為此，空調(diào)系統(tǒng)需要有表冷段、加濕段，另外，還需要有足夠制冷量的制冷機(jī)組(一般為溴化鋰機(jī)組)、冷卻塔和冷水循環(huán)系統(tǒng)等設(shè)備。
在送、排風(fēng)方面，溶劑漆噴涂時，因排風(fēng)中的溶劑含量太高，排風(fēng)不宜重復(fù)利用。改用水性漆后，排風(fēng)中的溶劑含量大大減少，其排風(fēng)經(jīng)處理后基本可以用于送風(fēng)循環(huán)使用。所以噴涂室采用水性漆后，采用循環(huán)風(fēng)空調(diào)的涂裝線不斷增加，噴漆室部分排風(fēng)與新風(fēng)混合送入噴漆室，可節(jié)省空調(diào)設(shè)備的能耗。與以往傳統(tǒng)空調(diào)設(shè)備的結(jié)構(gòu)相比，循環(huán)風(fēng)空調(diào)增加了混風(fēng)段，可以通過風(fēng)閥自動控制回風(fēng)量。由于循環(huán)風(fēng)空調(diào)內(nèi)部增加了一道過濾器用以過濾排風(fēng)中的漆霧，因此循環(huán)風(fēng)空調(diào)的長度比傳統(tǒng)空調(diào)要長。增加一段過濾后，還需要提高相應(yīng)風(fēng)機(jī)的全壓以克服增加的阻力。循環(huán)風(fēng)空調(diào)中的有害成分比新風(fēng)多，所以循環(huán)風(fēng)一般多用于自動段噴涂。目前循環(huán)風(fēng)空調(diào)一般都是為自動段送風(fēng)，人工段還是以送新風(fēng)居多。
2.4 靜電噴涂機(jī)
水性漆的電導(dǎo)率高、電阻低，用傳統(tǒng)的內(nèi)部加電噴涂機(jī)噴涂時會出現(xiàn)漏電現(xiàn)象。針對水性漆的特性，出現(xiàn)了以DURR為代表的外部加電方式的噴涂機(jī)，該類噴涂機(jī)很好地解決了水性漆噴涂的漏電問題。但外部加電電極容易被漆霧污染，需要經(jīng)常清理，且電極對手臂的移動速度敏感，對噴涂合格率有一定影響。外部加電噴涂機(jī)噴涂效率約為60%左右，較內(nèi)部加電噴涂機(jī)低10%~15%，使油漆耗量增加“三廢”排放量也隨之增加。但外部加電方式無漆路絕緣模塊，初次投資相對較低。
隨著水性漆噴涂機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了適合水性漆噴涂的內(nèi)部加電旋杯。內(nèi)部加電噴涂機(jī)需采用Cartridge (彈匣)或增加EVB單元，因此設(shè)備造價稍高。Cartridge裝置需要定期清洗，增加了涂料的損耗，但其噴涂效率較高�，F(xiàn)在既有使用內(nèi)部加電方式噴涂機(jī)的水性漆涂裝線，也有使用外部加電方式噴涂機(jī)的水性漆涂裝線，可根據(jù)實際情況綜合考慮。
2.5 輸調(diào)漆系統(tǒng)
水性漆要在5~30℃下儲存，調(diào)漆間需要具備恒溫、恒濕條件，以防止涂料結(jié)冰或過熱，保證涂料的穩(wěn)定性。水性漆的施工粘度相對溶劑型漆要高、所需的供漆壓力也較高。適用于水性漆系統(tǒng)的隔膜式穩(wěn)壓器采用高壓力、高流量直通型設(shè)計，隔膜式穩(wěn)壓器應(yīng)易于清洗，但其價格比用于溶劑型漆的隔膜式穩(wěn)壓器高大約2倍。傳統(tǒng)的水夾套式溫控系統(tǒng)很難滿足水性漆對溫度控制精度的要求，應(yīng)改用管中管溫控系統(tǒng)。由于水性涂料只有在一定的pH值范圍內(nèi)才比較穩(wěn)定，因此水性漆增加了對pH值的控制要求，需增加pH值監(jiān)控設(shè)備。水性涂料的堿性特征使得管路等與涂料直接接觸的部件要選用304L或316不銹鋼材質(zhì)，且要進(jìn)行表面鈍化處理。
水性漆清洗系統(tǒng)不像溶劑漆清洗系統(tǒng)那樣可以采用單一溶劑進(jìn)行清洗，水性漆清洗系統(tǒng)的清洗液由純水和親水溶劑組成，純水和親水溶劑各自用1套氣動隔膜泵打到清洗溶劑混合罐中，經(jīng)攪拌后再由液壓泵將混合溶劑打到各使用點。因此，與溶劑漆清洗系統(tǒng)相比，水性漆清洗系統(tǒng)增加了1套純水泵(含水罐)、1套溶劑泵(含溶劑罐)和1套溶劑液壓泵(含溶劑罐和攪拌器等)。由于水性涂料對剪切力比較敏感，所以水性漆輸調(diào)漆系統(tǒng)的換熱器、背壓閥需要選用低剪切型的設(shè)備。
水性輸調(diào)漆系統(tǒng)采用雙葉式攪拌器(見圖3) �；毓芎屯苛涎a(bǔ)給管均設(shè)置在涂料槽底部，攪拌器和涂料槽的材質(zhì)均選用不銹鋼材料。涂料槽應(yīng)具備高密閉性，防止槽內(nèi)結(jié)皮。不生產(chǎn)時，水性涂料攪拌器的泵頻可以調(diào)低一半，待上班時再調(diào)到正常工作頻率，這樣可以減少能耗，同時減輕對油漆的剪切作用。
圖3 涂料槽雙葉攪拌器
3 結(jié)束語
隨著水性漆的全面使用及其研發(fā)技術(shù)的不斷進(jìn)展，水性漆的施工窗口會更加擴(kuò)大，施工工藝也隨之更加成熟，油漆利用率和合格率等將不斷提高，運行成本、“三廢”排放量及處理費用、能源消耗會不斷降低，今后水性漆的應(yīng)用會更加廣泛。
文章來源：剛桶包裝網(wǎng)
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