过渡到无磷涂料预处理工序：综合分析视角

作者：BRIAN LIST, BRANDON LLOYD

欢迎访问e展厅 展厅 3 环保设备/水处理设备展厅 噪音控制, 紫外线杀菌器, 反渗透装置, 粉尘过滤器, 除尘器, ... 为了让喷涂器表现出色的涂料附着力和耐腐蚀性，金属脱脂，转化膜和增粘剂工序都是必不可少的第一步。然而，这些工序都会对环境产生一个负面的影响。针对污水排放和化学处理不当问题上所制定的全球法规，继续制约着油漆车间的日常操作。为此，安美特公司研发了一项涂料预处理技术，以帮助喷涂器在不影响效率或性能的情况下，同时尽量减少对环境的影响。 对环境的影响 磷是一种天然存在的元素并且在环境中只发现了少数。磷被认为是陆地和水生生态系统中有限的养分（参见图1）。当磷透过外部来源，如肥料，家用洗涤剂，和工业化学品进入到环境中的时候，它为生物体的增长提供了额外的营养。然而，由于磷会导致水体富营养化，这对于淡水环境下生活的动物来说可能是有害的。（富营养化是一种氮、磷等植物营养物质含量过多所引起的水质污染现象。在自然条件下，随着河流夹带冲击物和水生生物残骸在湖底的不断沉降淤积，湖泊会从平营养湖过渡为富营养湖，进而演变为沼泽和陆地，这是一种极为缓慢的过程。但由于人类的活动，将大量工业废水和生活污水以及农田径流中的植物营养物质排入湖泊、水库、河口、海湾等缓流水体后，水生生物特别是藻类将大量繁殖，使生物量的种群种类数量发生改变，破坏了水体的生态平衡。） 磷导致水源营养丰富的主要表现是加速藻类的繁殖。丰富的磷作为催化剂会导致藻类快速增长，也称为藻华。在一个自然短的生命周期里，过多的藻类会产生大量的有机体；藻类的生长与腐烂会在降解过程开始的时候耗尽溶解了的氧源。最终，当溶解氧水平耗尽以后，环境就不能够再维持动物的生命，从而导致出现了我们所知道的鱼类死亡的现象。由于鱼是依靠淡水中的溶解氧生存的，当藻华大量繁殖的时候鱼类会迅速窒息而死。当这种情况大规模发生的时候也会大大影响人类和动物。鱼类不仅仅是人类饮食的一个不可分割来源，他们还是大部分鸟类以及水生动物的食物来源。藻华的另外一个影响还包括把有毒化学品引进了淡水生态系统，从而导致人类皮肤刺激以及呼吸困难，长期饮用含磷的水还会使人骨质疏松，同时也大大增加了水处理的成本。 传统工艺 在涂漆前，传统的涂料预处理工艺涉及金属脱脂和转化膜的应用，通常是磷酸铁或磷酸锌。基板脱脂有助于去除对随后的转化涂层有害的污垢，有机和无机的都可以。由于其固有的去污特性，磷酸盐和磷经常被用在清洁剂里面。在清洁过后，铁和锌的磷酸盐转化涂层就会被用到金属基材上，以促进涂料的附着力和防腐蚀。透过污水流，糟糕的污水处理与化学处理不当，磷被引进到环境当中。为了减少磷的含量增加对水生生态系统富营养化的影响，在全球许多国家都增加了关于处理磷与磷酸盐的规定。这样做，政府组织才能够控制淡水中的磷限度来防止富营养化的环境。有些国家会强行实施全国性的规定，另外一些则允许地方政府制定磷限度。 在20世纪70年代，美国发生了很多关于环境的变化，包括设立了环境保护局（EPA），制定了1972年的“清洁水法”，以及国家污染物排放消除系统（NPDES）。这些改变对于建立应对化学处理不当的法规起到了推波助澜的作用，大多是为了应对在俄亥俄州凯霍加河发生的一系列火宅。由于不当的化学排放导致污染水平升高，凯霍加河在20世纪60年代多次起火，因此导致了百万美元以上的损失。1972年“清洁水法”的最终通过有助于消除众多供水系统中得有害化学物质并允许联邦和地方政府建立一个国家层面的磷排放限值。 举个例子，早在1972年，五大湖边的八个洲就与加拿大签署了一项协议，即“五大湖水质协定”，以此减少五大湖的污染以及有效降低磷排放限值到1ppm。1988年，针对佛罗里达大沼泽地通过了一项法律以把磷排放限值从100ppm（百万分之一）降低到10ppb（十亿分之一）。在北卡罗莱纳州，磷排放限值设定为百万分之一至百万分之七，并接受全国339个监测站的管理规定。 1991年，欧盟制定了城市污水处理指令，这个指令有助于增加整个欧洲制定针对磷排放的法律法规。这也使欧洲许多国家的磷排放限值降低到百万分之一至百万分之二。然而，爱尔兰采取了欧洲地区最严格的法规，即限值为十亿分之十五至十亿分之七十。对于磷与磷酸盐的法规的最新发展是在远东地区，尤其是在中国的发展。通过实施国家环境政策法（SEPA），中国增加了许多法规与检测来消除许多富营养化的环境，并且针对最大的水系统作出重大投资来改善环境。针对中国的特殊保护区的电镀行业，磷的规定限值为百万分之零点五。 磷的消除 在消除磷这个问题上，预处理应用通常可以在不影响性能的情况下又满足最严格的规定。本轻利厚的多金属元件处理可以向以往的磷酸锌化学挑战。这些系统通常不一致运作，在高温下运行，生成显著的污垢沉积物与污泥量，需要频繁的解决方案存储并会能腐蚀一定的设备。 案例 一个在远东地区制造家电产品特别是热水器的大型跨国OEM（原始设备制造商），经营着传统的磷酸锌预处理系统，这个系统主要是为涂料前的冷轧钢与镀锌钢部件而准备。OEM指出他们的磷酸锌工序需要每周从喷嘴和立管硝酸除垢从而可以更有效地运作。此外，还需要每月一次清理和重做它们的清洁槽，并且每月一次把磷酸锌溶液倒在次级收集槽，以此从溶液中去除磷酸盐污垢。由于高昂的营运成本与全球日益增加的磷限制的规定，家电制造商强烈希望实现无磷的预处理系统并曾向安美特寻求解决方案。 跨国企业OEM在2010年11月的时候安装了UniPrep （R）PF B，一个无磷的生物修复清洁剂，和Interlox（R） 5705，一种无磷锆系的转化涂层。这取代了传统的磷酸锌工序。经过四个星期的新系统测试和监测潜在的节约成本，他们认可了安美特作为他们的预处理系统的供应商。自从安装了安美特的无磷涂料预处理化学系统的18个月以来，他们已经能够把清洁剂和附着力促进阶段的运行温度从60℃降到35℃，消除了磷酸锌调节阶段，并减轻了废物处理的负担。跨国公司的OEM也承认，由于他们的喷洒管没有大量的污垢与污垢沉积物，也就没有做每周喷管清理的必要了。最后，他们指出，无论是清洁和转换涂层阶段都在没有倾泻溶液的状况下持续了一年多的时间，而在以前的话，他们的清洁剂和磷酸锌都要分别每个月与每隔六个月更换一次。 如果产品在耐蚀性与粘合性能测试中没有相似地运行的话，这些工序的优势对客户来说并没有太大的意义。有一个常见的误解是认为锆基转化涂层无法比拟传统的磷酸锌工序的防腐性能。然而，在跨国企业OEM，安美特能够提供和为冷轧钢和镀锌钢组件而形成的传统工序一样好或者更好的粘合性与腐蚀性能。耐腐蚀测试在每个ASTM B 117进行了长达96小时的盐雾喷洒；至于镀锌基板，安美特每ASTMD 1654评了9，磷酸锌则为8。与磷酸锌工序相比，安美特也可以为杯突试验（ENISO1520）和耐冲击性测试（ASTM D 2794）提供同等的粘接效果。自从实施安美特无磷漆预处理工序以来，OEM已经意识到除了彻底消除磷的废物流以外还有许多的好处。 这些好处包括以下内容： 1. 成本降低22%，或者每年平均节省17,000美金，不包括节省实现降低温度，磷酸盐化学除垢与劳动的消除，每周每月每半年的化学品倾倒成本。 2. 透过生物修复技术改善清洁剂的寿命。 3. 把部分清洁的时间从三分钟减少到两分钟。 4. 清除在喷嘴和立管的污垢沉积物与污泥。 5. 消除磷酸锌调整步骤。 6. 减少了清洗管与与槽里垃圾的时间。 7. 使用无磷预处理降低废水处理工序。 8. 改善整体粘合与耐腐蚀性能。 9. 故障率从25%减至11%。 通过引进无磷预处理，OEM能够在不影响性能并且节约成本的情况下符合远东地区严格的环境规定。 参考文献 [1] Annual Report of Fish Kill Events. Rep. Raleigh, NC: North Carolina Division of Water Quality, 2009. Print. [2] Clenaghan, Conor, Caitriona Collins, and Matthew Crowe. Phosphorus Regulations National Implementation Report, 2001. Rep. no. 1. Wexford: Environmental Protection Agency, 2001. Print. [3] Edwards P.E., Dr. Joseph D. Wastewater Discharge Regulations -- Introduction. Wastewater Discharge Regulations. Web. [4] Farmer, Dr. Andrew M., ed. Implementation of the 1991 EU Urban Waste Water Treatment Directive and Its Role in Reducing Phosphate Discharges. SCOPE Newsletter 34 (Oct. 1999). Print. [5] Great Lakes Timeline. The Sustainability Report. Institute for Research and Innovation in Sustainability. Web. . [6] Liu, Yi. Phosphorus Flows in China - Physical Profiles and Environmental Regulation. Tech. N.p.: Wageningen University, 2005. Print. [7] Phosphorus. Audubon Society of the Everglades. Web. (end)

文章内容仅供参考 (投稿) (1/6/2013)