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宝马的循环经济(七)—— 由表及里,从油漆到“无漆”的思考

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发表于 2021-10-27 16:04 | 显示全部楼层 |阅读模式
你能想象一辆没有漆的汽车会是什么样子?
9月6日,在2021慕尼黑国际汽车及智慧出行博览会(IAA)上,宝马集团提出了对循环经济和可持续出行进行了前瞻性展望,并带来BMW i循环概念车(BMW i Vision Circular)的全球发布。

宝马集团正是通过该车,作出了在可持续原则下“再思考、再精减、再利用、再循环”思路的第一次诠释。 其中就包括在该车身上首次出现了汽车行业的无漆技术。

在这款车上,宝马完全摒弃了车漆、真皮和铬,并引入生物基原材料以减少对环境的影响,缩小碳足迹。其中为了避免使用车漆,BMW i循环概念车车身材质使用了再利用铝材料,经阳极氧化处理为浅金色,从而避免了油漆的使用。

油漆与汽车的渊源

漆的历史非常悠久,在七千年前,我国先民就开始使用大漆。大漆是从漆树中自然分泌出的漆液,在接触空气后氧化颜色慢慢变深。由于生漆很难调成鲜艳的色漆,所以古代漆器大多是黑、朱两色。由于大漆产量有限,古人采用了比大漆更容易获得的桐油,在漆中掺入桐油,于是就产生了“油漆”一词。在此前所说的油漆均指来自于自然的天然材料。
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新石器时代木胎漆碗
进入到18世纪,油漆工艺有了重大发展,出现了粘着力更大、光泽度更高、阻燃、抗腐蚀与热稳定性高的各种颜色的油漆。油漆从手工艺品正式转变为工业产品。到20世纪,高分子科学理论和重大成就和各种高分子化合物的研制成功投入生产,为油漆发展开创新世代。而且油漆的名称已经无法涵盖行业现有的各类产品,“涂料”一词用处更为广泛。

汽车行业自诞生之初就与油漆行业密不可分,这是因为油漆具有防腐、装饰、标志等作用。汽车产品的主要原材料就是来源于金属,这些金属在大气、淋雨、风沙等天气中容易氧化被腐蚀,因此油漆的防腐保护作用就显现出来。
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在传统的汽车漆层结构上,附在车身钢板上有电泳层、中涂层(底漆层)、色漆层和清漆层四个漆层组成。其中的磷化层和电熔漆层,是直接附着在白车身上,对于车身有防腐保护,并为中涂层提供良好的附着环境;中涂底漆层是附着着电动层上,防紫外线,保护电熔层,并且加强车身的防腐保护,为色漆层提供良好的附着环境,部分厂商的中涂层也能对漆器的色相起一定的衬托作用;色漆层附着在中涂层上,进一步加强车身的防腐保护,并展示色相,看到的车的颜色就是色漆层展示出来的效果;清漆层附着在色漆层上,更一步加强车身的防腐保护,并保护色漆层不受微小的刮擦,使得颜色更透亮,减缓褪色现象。

汽车作为有着工业生产属性的产品,其使用的油漆也是工业化工用漆。作为汽车喷漆种类来说,一般使用的是烘烤漆,主要分为普通漆、金属漆和珠光漆等三种油漆。其中普通漆一般采用树脂、颜料和添加剂制造;金属漆中在原本的油漆中加入一些金属粉末比如铝粉、银粉等金属成分,不仅比普通车漆亮丽,而且防护性也更好;珠光漆中则是在油漆中加入云母片,不但具有一定防护性,在阳光的照射下颜色转变也十分好看。

从汽车油漆的主要成分来看,主要由树脂、颜料、溶剂和添加剂组成。其中,树脂一般采用的合成树脂即丙烯酸聚氨酯。丙烯酸聚氨酯漆分为油性的丙烯酸聚氨酯漆和水性的丙烯酸聚氨酯漆。由于水性漆的单价成本高于油性漆,施工工艺要求更加严谨,所以整体的成本要高于油性漆。因此汽车一般是以油性漆为主,不过目前水性漆的趋势也在慢慢上升。

油漆喷涂“双刃剑”

油漆在为汽车带来防腐、保护、个性等作用的同时,其危害也随之而来。汽车喷涂的丙烯酸聚氨酯漆有一定的毒性。如果防护不当,操作者易患上急性或慢性中毒、职业病和皮肤斑疹等疾病。
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首先对于操作者来说,涂料的毒性主要是由所含的溶剂、颜料和部分基料等有毒物质所造成的。有机溶剂一般都具有溶脂性(对油脂具有良好的溶解作用)。所以当溶剂进入人体后能迅速与含脂肪类物质作用,特别对神经组织产生麻痹作用,产生行动和语言障碍,造成失神状态。以苯为例,当苯的浓度约100~300mg/m3的环境下长期工作,就能产生不同程度的苯中毒。如果达到重度苯中毒,就会对操作者造成白细胞下降到2000以下,红细胞、血小板大量减少,口腔黏膜皮下出血,视网膜广泛出血,肝脏肿大,骨骼组织显著改变,多发性神经炎,再生障碍性贫血等症状。所以,为确保操作者身体健康,必须对工作环境有着更严格的要求。
此外,除了针对操作工作的危害之外,汽车喷涂如果操纵不当对于空气污染也不容忽视。有害气体的排放会对空气产生新的污染,对于周围人群造成微量损害,但是如果长期生活在这种污染后的空气中,就会对人体造成无法挽回的后果。

在汽车生产的四大工艺中,涂装车间的工艺流程最长、技术最复杂、自动化程度最高。具体来看,汽车涂装设备按功能分为喷漆室、烘房、运输设备、空调、表面处理设备、电泳设备等,其中烘干室、喷漆室、电泳设备和空调所消耗的电能约占涂装车间总能耗的90%。同时涂装车间三废(废水、废气、废渣)的排放量也最大。涂装车间的能耗占60%、VOC(挥发性有机化合物)排放占95%、CO2排放占60%。其中色漆和清漆喷涂中使用量最大的一类油漆材料为芳香烃溶剂,此外酯类、醇类和酮类溶剂使用量较多,是涂装车间VOC的主要来源,并通过喷漆和烘干工序产生排放。
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随着智能数字化技术的应用,主机厂的喷涂车间多数均实现自动化,而且国家已经出台有关VOCs(挥发性有机物)的治理办法,喷涂车间废气可以通过点燃、吸附、冷却凝结等方法进行处理。只有达到国家排放标准才允许排放,换言之对于成本来讲也是一笔不小的开支,以一家车企主机厂的喷涂车间为例,如果按照定期维护每年成本至少在百万元以上。

在能耗方面,尽管油漆与石油化石能源没有直接关联,但油漆喷涂往往离不开有机溶剂稀释。而有机溶剂主要是从石油和煤炭中提炼,这不仅消耗大量的化石能源,而且有机溶剂还含有大量的苯、甲苯、二甲苯、甲醛等有毒有害物质,其挥发期长达十几年。可以说,有机溶剂不仅消耗能源、污染环境、有毒有害且易燃易爆。在国外,传统油漆生产和应用已被明令禁止或受限,2004年欧盟已立法严禁生产和使用油漆。

除此之外,受原油价格上涨驱动以及美寒流天气,导致多类化工装置关闭停工,短期内造成化工原材料市场供需失衡,国内化工品市场涨势一片。国内诸多企业发函调价,其中环氧树脂上涨超过50%,聚酯树脂、固化剂涨超40%,钛白粉涨超35%。上游原材料价格的涨势凶猛,这也导致下游的涂料企业生产成本上升。最终成本将转嫁至消费者身上。

由表及里,从“无漆”开始

在慕尼黑IAA展上,宝马集团推出不用油漆的BMW i循环概念车无疑为未来的汽车生产带来更多环保应用场景。从目前公开报道信息来看,宝马集团目前是第一家也是唯一一家推出了不使用车漆喷涂概念车的车企。
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这并不意味着BMW i循环概念车就不符合防腐、审美的标准需求。BMW i循环概念车摒弃了车漆、真皮和铬,并引入生物基原材料以减少对环境的影响, 所谓的生物基原材料是指以生物质资源为原料,经过物理、化学、生物等方法加工成具有高分子特性的天然或合成的物质。可以用来制造有用的构件、器件或物品等。

具体来看,车身材质使用再利用铝材料,经阳极氧化处理为浅金色,避免了车漆的使用。通过阳极氧化处理可以大大增强铝材料耐磨性和延长使用寿命,更为重要的是杜绝了油气喷涂带来的大气污染。
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值得一提的是,在2019年法兰克福车展,宝马推出了全世界最黑的车——THE VBX6。这款VBX6是宝马与英国的材料公司Surrey NanoSystems联手打造的,使用了该公司的专利材料——Vantablack® VBx2纳米漆面材料,VBX6也是世界上唯一一款采用了这种Vantablack(纳米碳管黑体)漆面的车。据悉Vantablack是目前世界上已知的最黑的物质,它能够吸收99.965%的可见光,几乎是没有光线可以反射。可以说,宝马在车辆面漆材料的运用上一直有着行业独创性和领先性。此次宝马推出无漆BMW i循环概念车再次将宝马面漆技术发挥到极致。
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对于宝马集团来说,BMW i循环概念车尽管没有达到量产级别,但其代表了未来宝马汽车全新的技术走向。根据一辆中型轿车至少需要喷漆2.5升计算来看,2020年宝马集团全球销量达到232.4万辆(宝马品牌、MINI品牌和劳斯莱斯品牌),如果未来宝马能够将无漆技术进行量产推广,粗略计算每年至少为宝马节省581万升的油漆喷涂。

宝马集团董事长齐普策先生表示,BMW i 循环概念车诠释了宝马集团在可持续出行方面进行的全面而细致的思考,这不仅仅是一款概念车,更是宝马集团的承诺。它展现了宝马致力于成为世界上最可持续的汽车制造厂商的雄心壮志。

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