环保型涂料在美国家具企业中的应用

刘煜平 *，纪传伟 ，张艳芳 ，李阳苹 ，焦元启

（1.东莞理工学院广东高校化工清洁生产与绿色化学品工程技术开发中心，广东 东莞 523808； 2.东莞市清洁生产科技中心，广东 东莞 523808）

我国企业在环境问题侧重于关注生产过程中污染物的排放管理，忽略了污染物的全程控制和预防，其治理方法属于末端治理，无法从根本上解决污染问题。一个产品在其设计、生产、包装、运输、使用到报废处理整个生命周期的每一阶段，都会以不同的方式和程度对周围环境产生影响。因此，要想彻底解决资源消耗和环境污染问题，必须采取源头治理策略，从源头至产品废弃后回收各阶段进行全过程控制和预防。清洁生产正是这种源头预防和治理的新理念。开展清洁生产，企业不仅可以达到良好的环境效益，还能带来良好的经济效益[1]。

我国家具制造企业在生产过程产生大量化学毒物。国家安全总局发布的结果显示，不少企业存在15种化学毒物，最多达31 种，而且超标严重，特别是苯、甲醛、苯胺、二异氰酸甲苯酯这4 种高毒物质，其超标更为严重[2]，对环境和工人造成严重的危害。为此，国家安监总局、各地方政府纷纷发出相应的强制整治通知和排放标准，对家具行业的环保问题严格管制，对达不到要求的企业限期整改、重罚甚至勒令停产[2-3]。在这一严峻形势下，家具企业大力开展清洁生产，从源头上减少排放，具有重要的现实意义。本文介绍一些美国家具企业推行环保型涂料的案例，为我国家具企业推行清洁生产提供借鉴。

1 中国家具企业污染产生分析

我国家具企业数量多，分布广，技术参差不齐，一些木质家具制造企业在生产过程产生不少化学毒物。具体污染物的产生见表1。由表1可见，涂胶、喷漆和晾漆是产生大量有机挥发性气体(VOC)和有毒有害物质(HAP)的主要工序[2]。

表1 家具生产主要工序和产生的废物 Table 1 Main work procedures and produced wastes during furniture production

要降低家具企业的VOC 和HAP，最好的方法是从源头下手，选择清洁配方、清洁工艺，这样才能有效 解决家具企业的污染问题[4]。目前，不少家具企业在生产过程中使用大量的传统油性涂料，而与传统油性涂料相比，新型的高固体分涂料、粉末涂料、水性涂料和辐射(UV/EB)固化涂料等环保型涂料能更有效地减少VOC 的排放和HAP 的产生。采用环保型涂料替代传统涂料，是从源头上减少VOC 和HAP 排放的有效措施。

2 美国家具企业环保型涂料应用状况

2.1 高固含量涂料

高固含量涂料是固含超过涂料总质量的60%或更高的环保型涂料，其生产和涂装工艺、设备、检测评估的仪器和传统溶剂型涂料基本相同，新增添的设备投资少，涂布效率高。高固含量涂料通过提高固含量、减少溶剂的使用，减少了VOC 的排放。若以85%的超高固含量涂料替代目前固含量为55%的普通涂料，每年可节约有机溶剂近百万吨[5]。美国Ethan Allen 公司曾使用油性涂料对家具进行喷涂，是佛蒙特州最大的VOC 排放企业。为了使公司的气体排放符合该州的有毒气体排放标准和美国有毒气体物质排放标准，该公司选用高固含量涂料替代低固含量涂料方案，并选用高流量低压喷涂系统(HVLP)替代传统的喷枪，取得良好的经济效益。具体方案及经济效益见表2。

表2 Ethan Allen 公司清洁生产方案及其环境和经济效益 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，减少溶剂的使用，可以有效地削减VOC 和HAP，还提高生产效率，节省人力，获得良好的经济效益。对喷枪进行改造，可以提高附着率，减少原材料的浪费。虽然实施两个清洁生产方案需要一定的前期投入，但是，实施清洁生产方案之后，减少了原材料的浪费，节省了劳力和原材料，方案的回报期为0.4年，可以在很短时间内收回投资。

2.2 粉末涂料

粉末涂料是一种不含溶剂、100%固体粉末状的环保型涂料。具有原材料利用率高、生产效率高和易于贮存运输等优点。目前一些知名品牌的粉末供应商生产的粉末其过喷的粉末可回收利用，最高的利用率能达99%以上[9]。粉末涂料在生产、存贮、运输过程都比较安全和方便，产生的VOC 和HAP 少。宾州的Knoll公司是一家领先的办公家具生产企业，自20 世纪80年代以来一直注意清洁技术的研究与应用，取得良好的经济效益，多次受到密西根州和宾州环境保护部的奖励[5]。该公司采用粉末涂料替代原来的水性涂料和油性涂料，具体清洁生产方案如表3所示。可以看出，利用粉末涂料替代原来的油性涂料和水性涂料，需要较大的投入和较长的研究时间。但是，粉末涂料降低 VOC 的排放效果十分明显。同时由于效率高，可以提高产量，创造更好的经济效益。

表3 Knoll 公司清洁生产方案及其环境和经济效益 Table 3 Cleaner production project of Knoll company and its environmental and economical benefits

2.3 水性涂料

水作溶剂或者作分散介质的涂料都可称为水性涂料。它是目前国际上研究比较热门的环保型涂料。家具企业使用的水性木器漆，是木器涂料中技术难度和科技含量最高的产品，须同时具有无毒环保、无气味、可挥发物极少、不燃不爆的高安全性、不黄变、涂刷面积大等特点。美国亚特兰大的Geiger Brickel 公司是一家大型的办公家具生产企业，受到美国环境保护部的资金资助，开展水性聚氨酯(PU)涂料在家具行业的应用研究，历时两年半，取得了良好的经济效益和环境效益[5]。该公司具体的清洁生产方案和环境、经济效益见表4。可以看出，水性涂料替代油性涂料，一项基本投资就是要对生产线进行一定的改造，水性涂料生产线都要求有一定的防腐防锈能力。虽然水性涂料的单位价格比油性涂料高，但是平摊到喷涂的单位面积的原材料费用，费用反而更低。由于水性涂料VOC 和HAP(分别为0.31 和0.01 磅/加仑，约合0.22 和0.001 2 kg/L)比油性涂料(VOC 和HAP 分别为6.0 和0.85 磅/加仑，约合0.72 和0.10 kg/L)低，可以大幅度削减VOC 的排放，改善工作环境。

表4 Geiger Brickel 公司清洁生产方案及其环境和经济效益 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(电子束)引发具有化学活性的液态涂料，使其快速聚合、交联，瞬间反应，转化率接近100%。UV/EB 涂料使用方便、不需晾干、低温固化，可以提高生产效率和产品性能。在家具漆领域，水性光固化涂料甚至具有更好的耐磨损能力和机械性能。美国Hussey Seating 公司开展清洁生产前的VOC 排放量是50 t/a，为了符合美国有毒气体排放限制，公司进行了清洁生产调查和研究，通过采用UV 固化涂料替代油性涂料方案，取得了良好的经济效益[5]。见表5。从表5可以看出，UV 固化涂料替代油性涂料，投资主要有生产线和员工培训两部分。UV 固化涂料可以节省人力，提高生产效率，减少物料损耗，减少各种原材料的使用，并可获得良好的的环境效益和经济效益，节省大量的人工成本。虽然原材料成本略有增加，但是总成本降低，投入的回报期为0.45年。

表5 Hussey Seating 公司清洁生产方案及其环境和经济效益 Table 5 Cleaner production project for Hussey Seating company and its environmental and economical benefits

3 结论

美国家具企业积极开展清洁生产，实施了各种清洁生产方案，尤其是采用环保涂料替代传统涂料，从源头下手，很好地解决了VOC 和HAP 排放限制问题，同时也取得了显著的经济效益。我国家具生产制造企业是排放VOC 和HAP 的大户，逐渐成为各地政府监管 的重点对象，能否削减VOC 和HAP 的排放已经成为企业生存的关键。通过美国家具企业的清洁生产案例可以看到，与过去的末端治理消耗大量人力物力，只能产生环境效益、不能带来经济效益不同，开展清洁生产可以提高生产效率，节省原材料、人力、能源，获得良好的经济效益。因此，国内家具制造企业大力开展清洁生产，努力研究清洁生产技术和清洁生产工艺，推进企业的节能减排，即可实现可持续性发展。

[1]王一夫,史志鸿.电镀行业清洁生产势在必行[J].电镀与涂饰,2003,22 (1): 41-42.

[2]国家安全生产监督管理总局.[安监总安健(2010)111 号]国家安全监管总局关于开展木质家具制造企业高毒物质危害治理的通知[EB/OL].[2010-07-14].http://www.chinasafety.gov.cn/newpage/Contents/Channel_ 6288/2010/0715/101861/content_101861.htm.

[3]冯绍彬,孙喜莲,冯丽婷,等.推行清洁生产，迎接新的挑战──论实施“清洁生产促进法”是推动电镀业可持续发展的最佳选择[J].电镀与涂饰,2003,22 (6): 65-67.

[4]何中华,张建辉.家具企业实施清洁生产技术的研究[J].家具与室内装饰,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.