環(huán)保型涂料在美國家具企業(yè)中的應(yīng)用

劉煜平 *，紀(jì)傳偉 ，張艷芳 ，李陽蘋 ，焦元啟

（1.東莞理工學(xué)院廣東高?；で鍧嵣a(chǎn)與綠色化學(xué)品工程技術(shù)開發(fā)中心，廣東 東莞 523808； 2.東莞市清潔生產(chǎn)科技中心，廣東 東莞 523808）

我國企業(yè)在環(huán)境問題側(cè)重于關(guān)注生產(chǎn)過程中污染物的排放管理，忽略了污染物的全程控制和預(yù)防，其治理方法屬于末端治理，無法從根本上解決污染問題。一個(gè)產(chǎn)品在其設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、包裝、運(yùn)輸、使用到報(bào)廢處理整個(gè)生命周期的每一階段，都會以不同的方式和程度對周圍環(huán)境產(chǎn)生影響。因此，要想徹底解決資源消耗和環(huán)境污染問題，必須采取源頭治理策略，從源頭至產(chǎn)品廢棄后回收各階段進(jìn)行全過程控制和預(yù)防。清潔生產(chǎn)正是這種源頭預(yù)防和治理的新理念。開展清潔生產(chǎn)，企業(yè)不僅可以達(dá)到良好的環(huán)境效益，還能帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益[1]。

我國家具制造企業(yè)在生產(chǎn)過程產(chǎn)生大量化學(xué)毒物。國家安全總局發(fā)布的結(jié)果顯示，不少企業(yè)存在15種化學(xué)毒物，最多達(dá)31 種，而且超標(biāo)嚴(yán)重，特別是苯、甲醛、苯胺、二異氰酸甲苯酯這4 種高毒物質(zhì)，其超標(biāo)更為嚴(yán)重[2]，對環(huán)境和工人造成嚴(yán)重的危害。為此，國家安監(jiān)總局、各地方政府紛紛發(fā)出相應(yīng)的強(qiáng)制整治通知和排放標(biāo)準(zhǔn)，對家具行業(yè)的環(huán)保問題嚴(yán)格管制，對達(dá)不到要求的企業(yè)限期整改、重罰甚至勒令停產(chǎn)[2-3]。在這一嚴(yán)峻形勢下，家具企業(yè)大力開展清潔生產(chǎn)，從源頭上減少排放，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文介紹一些美國家具企業(yè)推行環(huán)保型涂料的案例，為我國家具企業(yè)推行清潔生產(chǎn)提供借鑒。

1 中國家具企業(yè)污染產(chǎn)生分析

我國家具企業(yè)數(shù)量多，分布廣，技術(shù)參差不齊，一些木質(zhì)家具制造企業(yè)在生產(chǎn)過程產(chǎn)生不少化學(xué)毒物。具體污染物的產(chǎn)生見表1。由表1可見，涂膠、噴漆和晾漆是產(chǎn)生大量有機(jī)揮發(fā)性氣體(VOC)和有毒有害物質(zhì)(HAP)的主要工序[2]。

表1 家具生產(chǎn)主要工序和產(chǎn)生的廢物 Table 1 Main work procedures and produced wastes during furniture production

要降低家具企業(yè)的VOC 和HAP，最好的方法是從源頭下手，選擇清潔配方、清潔工藝，這樣才能有效 解決家具企業(yè)的污染問題[4]。目前，不少家具企業(yè)在生產(chǎn)過程中使用大量的傳統(tǒng)油性涂料，而與傳統(tǒng)油性涂料相比，新型的高固體分涂料、粉末涂料、水性涂料和輻射(UV/EB)固化涂料等環(huán)保型涂料能更有效地減少VOC 的排放和HAP 的產(chǎn)生。采用環(huán)保型涂料替代傳統(tǒng)涂料，是從源頭上減少VOC 和HAP 排放的有效措施。

2 美國家具企業(yè)環(huán)保型涂料應(yīng)用狀況

2.1 高固含量涂料

高固含量涂料是固含超過涂料總質(zhì)量的60%或更高的環(huán)保型涂料，其生產(chǎn)和涂裝工藝、設(shè)備、檢測評估的儀器和傳統(tǒng)溶劑型涂料基本相同，新增添的設(shè)備投資少，涂布效率高。高固含量涂料通過提高固含量、減少溶劑的使用，減少了VOC 的排放。若以85%的超高固含量涂料替代目前固含量為55%的普通涂料，每年可節(jié)約有機(jī)溶劑近百萬噸[5]。美國Ethan Allen 公司曾使用油性涂料對家具進(jìn)行噴涂，是佛蒙特州最大的VOC 排放企業(yè)。為了使公司的氣體排放符合該州的有毒氣體排放標(biāo)準(zhǔn)和美國有毒氣體物質(zhì)排放標(biāo)準(zhǔn)，該公司選用高固含量涂料替代低固含量涂料方案，并選用高流量低壓噴涂系統(tǒng)(HVLP)替代傳統(tǒng)的噴槍，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。具體方案及經(jīng)濟(jì)效益見表2。

表2 Ethan Allen 公司清潔生產(chǎn)方案及其環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益 Table 2 Cleaner production project for Ethan Allen company and their environmental and economical benefits

由表2可以看出，利用高固含涂料替代低固含涂料，減少溶劑的使用，可以有效地削減VOC 和HAP，還提高生產(chǎn)效率，節(jié)省人力，獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益。對噴槍進(jìn)行改造，可以提高附著率，減少原材料的浪費(fèi)。雖然實(shí)施兩個(gè)清潔生產(chǎn)方案需要一定的前期投入，但是，實(shí)施清潔生產(chǎn)方案之后，減少了原材料的浪費(fèi)，節(jié)省了勞力和原材料，方案的回報(bào)期為0.4年，可以在很短時(shí)間內(nèi)收回投資。

2.2 粉末涂料

粉末涂料是一種不含溶劑、100%固體粉末狀的環(huán)保型涂料。具有原材料利用率高、生產(chǎn)效率高和易于貯存運(yùn)輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)。目前一些知名品牌的粉末供應(yīng)商生產(chǎn)的粉末其過噴的粉末可回收利用，最高的利用率能達(dá)99%以上[9]。粉末涂料在生產(chǎn)、存貯、運(yùn)輸過程都比較安全和方便，產(chǎn)生的VOC 和HAP 少。賓州的Knoll公司是一家領(lǐng)先的辦公家具生產(chǎn)企業(yè)，自20 世紀(jì)80年代以來一直注意清潔技術(shù)的研究與應(yīng)用，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益，多次受到密西根州和賓州環(huán)境保護(hù)部的獎(jiǎng)勵(lì)[5]。該公司采用粉末涂料替代原來的水性涂料和油性涂料，具體清潔生產(chǎn)方案如表3所示?？梢钥闯?，利用粉末涂料替代原來的油性涂料和水性涂料，需要較大的投入和較長的研究時(shí)間。但是，粉末涂料降低 VOC 的排放效果十分明顯。同時(shí)由于效率高，可以提高產(chǎn)量，創(chuàng)造更好的經(jīng)濟(jì)效益。

表3 Knoll 公司清潔生產(chǎn)方案及其環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益 Table 3 Cleaner production project of Knoll company and its environmental and economical benefits

2.3 水性涂料

水作溶劑或者作分散介質(zhì)的涂料都可稱為水性涂料。它是目前國際上研究比較熱門的環(huán)保型涂料。家具企業(yè)使用的水性木器漆，是木器涂料中技術(shù)難度和科技含量最高的產(chǎn)品，須同時(shí)具有無毒環(huán)保、無氣味、可揮發(fā)物極少、不燃不爆的高安全性、不黃變、涂刷面積大等特點(diǎn)。美國亞特蘭大的Geiger Brickel 公司是一家大型的辦公家具生產(chǎn)企業(yè)，受到美國環(huán)境保護(hù)部的資金資助，開展水性聚氨酯(PU)涂料在家具行業(yè)的應(yīng)用研究，歷時(shí)兩年半，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益[5]。該公司具體的清潔生產(chǎn)方案和環(huán)境、經(jīng)濟(jì)效益見表4?？梢钥闯觯酝苛咸娲托酝苛?，一項(xiàng)基本投資就是要對生產(chǎn)線進(jìn)行一定的改造，水性涂料生產(chǎn)線都要求有一定的防腐防銹能力。雖然水性涂料的單位價(jià)格比油性涂料高，但是平攤到噴涂的單位面積的原材料費(fèi)用，費(fèi)用反而更低。由于水性涂料VOC 和HAP(分別為0.31 和0.01 磅/加侖，約合0.22 和0.001 2 kg/L)比油性涂料(VOC 和HAP 分別為6.0 和0.85 磅/加侖，約合0.72 和0.10 kg/L)低，可以大幅度削減VOC 的排放，改善工作環(huán)境。

表4 Geiger Brickel 公司清潔生產(chǎn)方案及其環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益 Table 4 Cleaner production project for Geiger Brickel company and its environmental and economical benefits

2.4 UV/EB 固化涂料

UV/EB 涂料是以UV(紫外光)或EB(電子束)引發(fā)具有化學(xué)活性的液態(tài)涂料，使其快速聚合、交聯(lián)，瞬間反應(yīng)，轉(zhuǎn)化率接近100%。UV/EB 涂料使用方便、不需晾干、低溫固化，可以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品性能。在家具漆領(lǐng)域，水性光固化涂料甚至具有更好的耐磨損能力和機(jī)械性能。美國Hussey Seating 公司開展清潔生產(chǎn)前的VOC 排放量是50 t/a，為了符合美國有毒氣體排放限制，公司進(jìn)行了清潔生產(chǎn)調(diào)查和研究，通過采用UV 固化涂料替代油性涂料方案，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益[5]。見表5。從表5可以看出，UV 固化涂料替代油性涂料，投資主要有生產(chǎn)線和員工培訓(xùn)兩部分。UV 固化涂料可以節(jié)省人力，提高生產(chǎn)效率，減少物料損耗，減少各種原材料的使用，并可獲得良好的的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益，節(jié)省大量的人工成本。雖然原材料成本略有增加，但是總成本降低，投入的回報(bào)期為0.45年。

表5 Hussey Seating 公司清潔生產(chǎn)方案及其環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益 Table 5 Cleaner production project for Hussey Seating company and its environmental and economical benefits

3 結(jié)論

美國家具企業(yè)積極開展清潔生產(chǎn)，實(shí)施了各種清潔生產(chǎn)方案，尤其是采用環(huán)保涂料替代傳統(tǒng)涂料，從源頭下手，很好地解決了VOC 和HAP 排放限制問題，同時(shí)也取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。我國家具生產(chǎn)制造企業(yè)是排放VOC 和HAP 的大戶，逐漸成為各地政府監(jiān)管 的重點(diǎn)對象，能否削減VOC 和HAP 的排放已經(jīng)成為企業(yè)生存的關(guān)鍵。通過美國家具企業(yè)的清潔生產(chǎn)案例可以看到，與過去的末端治理消耗大量人力物力，只能產(chǎn)生環(huán)境效益、不能帶來經(jīng)濟(jì)效益不同，開展清潔生產(chǎn)可以提高生產(chǎn)效率，節(jié)省原材料、人力、能源，獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益。因此，國內(nèi)家具制造企業(yè)大力開展清潔生產(chǎn)，努力研究清潔生產(chǎn)技術(shù)和清潔生產(chǎn)工藝，推進(jìn)企業(yè)的節(jié)能減排，即可實(shí)現(xiàn)可持續(xù)性發(fā)展。

[1]王一夫,史志鴻.電鍍行業(yè)清潔生產(chǎn)勢在必行[J].電鍍與涂飾,2003,22 (1): 41-42.

[2]國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局.[安監(jiān)總安健(2010)111 號]國家安全監(jiān)管總局關(guān)于開展木質(zhì)家具制造企業(yè)高毒物質(zhì)危害治理的通知[EB/OL].[2010-07-14].http://www.chinasafety.gov.cn/newpage/Contents/Channel_ 6288/2010/0715/101861/content_101861.htm.

[3]馮紹彬,孫喜蓮,馮麗婷,等.推行清潔生產(chǎn)，迎接新的挑戰(zhàn)──論實(shí)施“清潔生產(chǎn)促進(jìn)法”是推動電鍍業(yè)可持續(xù)發(fā)展的最佳選擇[J].電鍍與涂飾,2003,22 (6): 65-67.

[4]何中華,張建輝.家具企業(yè)實(shí)施清潔生產(chǎn)技術(shù)的研究[J].家具與室內(nèi)裝飾,2004 (1): 30-31.

[5]U.S.Environmental Protection Agency.Case Studies: Low-VOC/HAP wood furniture coatings [R/OL].Research Triangle Park: EPA,2000 [2000-05-12].http://www.epa.gov/ttnatw01/wood/low/downloads/ wdrptpic.pdf.