节能减排绿色环保的船舶涂料发展和困难

本文分析了目前船舶涂料和涂装过程中的污染组成和来源，以及各国对船舶涂料voc的限制规定。讨论了节能减排，绿色环保型船舶涂料的发展方向和面临的困难。

1.前言

船舶面临着腐蚀严重的海洋环境和数以千计的海洋污损生物的附着，船舶涂料是承担着解决这两大问题的首当功能材料。

船舶涂装工艺贯穿于船舶建造的始终，船舶涂装是船舶建造中最重要工艺之一。目前在船舶上使用的涂料绝大多数是有机涂料。涂料的主要组分的有机溶剂在船舶涂料涂装的过程中，挥发到大气中，造成了大气污染;涂装前对钢材表面的处理多数要求采用喷砂(丸)处理，会产生很强噪声和严重的空气污染;船舶维修时是清除出的内舱的污泥和旧涂层也是污染处置的难题;因此船舶涂装作业是船舶建造和维修的最主要污染源。在船舶工业逐步采用节能减排和绿色环保的船舶涂料和实施相应的涂装工艺是非常艰难而长期的目标。

2.船舶涂料和涂装工艺的能耗和污染

2.1船舶涂料的挥发性有机化合物(voc)

船舶涂料的voc多数是有害的空气污染物(hap)，在涂装过程中voc的挥发直接损害涂装施工人员的健康，同时voc的扩散影响造船企业和周围环境人员的健康。voc挥发到大气中与氮氧化合物结合会生成臭氧，直接影响大气环境和人类健康。

船舶涂料voc的限制指标是：g(voc)/l(涂料)，表1和2列举了欧美对主要的船舶涂料的voc的限制标准。

表1 美国环境保护署的有害空气污染物排放

国家标准(neshaps)

涂料种类g/l coatingvohap g/l 固体t≥4.5℃t＜4.5℃普通涂料340571728防污涂料400765971厚浆富锌涂料340571728专用舱室涂料340571728车间锌粉底漆6502885－注：vohap挥发性有害空气污染物

表2 欧洲油漆，油墨和颜料生产商协会（cepe）

voc限量（g/l）

涂料种类溶剂型水基型双组分底漆和中间漆250140单组分底漆和中间漆380140富锌涂料420140双组分面漆380140单组分面漆400140日本的涂料生产商也在努力减少船舶涂料voc对环境的影响，提出了以2000年为基准，各种类型的船舶涂料减少voc的目标，见表3：

表3 日本油漆生产商协会（jpma）

船舶涂料voc（g/l）减少百分比

船舶类型200420052007vlcc21121油船1411集装箱船3410散货船3514注：以2000年为基准

目前世界主要造船工业已集中在亚洲和其他发展中国家，而欧美的主要工业发达国家已基本淘汰了劳动密集和环境污染严重的造船工业，但是这些国家的军船建造和维修还是在本国进行。他们也对军船的涂料提出了与民船相同的环保要求和限制，见表4。

表4 国际船舶涂料军用标准对voc的限制规定，g/l

标准号mil-prf-24647dmil-prf-23236dnato aep-61标准名称船体防污防锈漆船舶结构涂料体系船舶水下油漆体系船体防锈漆a级：340 b级：250 c级：100v型：≯340 vi型：≯250 vii型：≯150 viii型和viiia型：≯75250船体防污漆400-400近年来我国的造船工业有了大跨步的发展，目前正在从世界造船大国向造船强国的目标努力，到2009年中国的新完工的造船量已达到2200万吨，根据造船量与船舶涂料voc比例估算，voc的总量约6.5万吨。我国对船舶涂料voc控制情况作出了减排的方案和目标，如在《国防科技工业节能减排综合性工作方案》提出了在2010年的减排目标：主要污染物排放总量减少10%已经达到。

目前我国在造船工业的涂装工序voc的减排和控制的主要问题是：虽然多数船厂已基本做到在钢板预处理阶段和船体分段涂装阶段voc的回收和处理，但是voc控制只是浓度控制，而不是总量控制。环保型船舶涂料应用刚开始，比例很少，实现节能减排绿色环保的船舶涂料和涂装的任务还是非常艰巨。

2.2船体钢材表面处理和涂装的能耗和污染

由于高性能的船舶涂料规定了严格的钢材表面处理要求，多数要求采用喷砂(喷丸)表面处理，达到sa2.5级的高要求，目前正在强制实施的imo的船舶专用压载舱涂层性能标准(pspc)更是对钢材表面处理要求达到了相当苛刻的高度。船舶涂装的表面处理和涂装工艺已是造船工业的能耗大、空气污染(粉尘为主)和噪音污染最严重的工序之一。

2.3修船涂装过程的污染

在修船的表面处理和涂装工作中，含油污泥、废磨料和旧涂层(特别是含有机锡的防污涂层)处理是主要的污染来源。

3节能减排绿色环保型船舶涂料的发展

2009年12月18日“哥本哈根世界气候大会”后，世界各国纷纷采取措施向节能减排和绿色环保方向发展，工业发达国家打出“绿色环保”大旗，作为竞争的优势，我国正处于造船大国向造船强国转变的关键时期，面对挑战，深入开展绿色船舶关键共性技术研究，增强竞争力，促进可持续发展。船舶涂料是船舶节能减排绿色环保的关键共性技术，也是从源头控制来环境污染物和达到节能减排的目标。可以从几方面来发展节能减排和绿色环保型船舶涂料。

3.1环境友好型船舶防护涂料应用研究

目前高性能的船舶防护(以防腐功能为主)涂料品种中占绝大多数是溶剂型环氧涂料，因此控制涂料的voc量是最主要的目标。

水性防护涂料是voc最低的涂料种类，逐步用水性防护涂料代替溶剂型环氧涂料是一个长期的努力目标，目前各大船舶漆公司在船舶涂料产品中占的比例还很低，一般在0.1~2%，但是考虑到造船的工序特点和连续快速的造船节奏，水性防护涂料的应用还有相当的难度。

在少溶剂和无溶剂船舶防护涂料中，溶剂型的环氧型的船舶涂料已达到相当水平，大多数环氧船舶涂料的voc在200～400g/l，是属于少溶剂或者高固体分的溶剂型环氧涂料。目前能够达到imo的专用海水压载舱的保护涂层性能标准(pspc)的环氧涂料产品也基本上在该范围内。在其他内舱，如：货油舱，机舱，空舱，货舱，也多应用环氧防腐涂料，其预期设计寿命多要求达到15年。更低voc的环氧涂料，例如voc<100g/l(固体体积分大于95%)的产品目前在船舶工业的用量比例平均只有5%;一些国家正在积极开发可以符合pspc要求的少溶剂或者无溶剂环氧型压载舱保护涂料。另外无溶剂(以环氧型为主)防护涂料的涂装施工特别要求专门的设备和熟练的施工人员，应用场合还受到施工距离和空间的限制，目前在船舶上应用还不普遍。

3.2环境友好型船舶防污涂料

船舶防污涂料是船舶涂料中最特殊和最重要的品种，也是与保护海洋环境直接有关船舶涂料，在本世纪初有机锡自抛光防污涂料全面禁止使用后，以环保型为主的船舶防污涂料相继推出，从防污机理、树脂成分和防污剂几方面可以分成三大类：

⑴无锡自抛光型防污涂料;

⑵低表面能防污涂料(或称不沾污染防污涂料);

⑶仿生型防污涂料。

3.2.1无锡自抛光型防污涂料

目前无锡自抛光型防污涂料还是以氧化亚铜为主要防污剂，它们已普遍取代原先的有机锡自抛光防污涂料，成为目前应用的船舶防污涂料的主流。存在的困难是：作为防污剂主剂的铜和铜化合物，已在一些国家和一定类型的船舶上应用受到限制;新的有机杀生物剂需要认可;防污剂渗出率的评定技术和降低船体表面摩擦阻力的性能评定技术还正在发展之中。

3.2.2低表面能防污涂料(或称不沾污染防污涂料)

不含任何杀生物剂(或称防污剂)，以涂层表面的低表面能状态，使得海洋污损生物附着不上或者附着不牢，在船舶航行中很容易被水流冲掉，或者采用低压水可容易清洗掉的船舶防污涂料称为低表面能防污涂料(或称不沾污染防污涂料)。低表面能防污涂料现状和困难是：已有部分商业化产品推向市场，并在一些远洋船舶上获得了较好的使用效果和经济效益;但是现有产品的价格昂贵，产品的voc比较高，在400g/l范围内。另一个问题是防污涂层修补工艺要求高。

3.2.3仿生型防污涂料

除上述采用化学方法(防污剂)和物理方法(低表面能)防污外，应用生物技术防污也是海洋生物学家和防污技术专家一直探索的目标。这种概念来自自然界：许许多多的海洋生物，由于它们的防污适用性不会附着任何污损生物。人们在考虑是否可以利用这种生物的防卫机理来实现防污。这类防污涂料的技术途径可以有：仿照海洋生物所具有的天然抗污结构的纳米级防污涂料;仿照海洋生物身体表面分泌物的成分所配制的防污涂料;从植物中(陆生或海洋)提取天然防污剂所配制的防污涂料;或者其他类型的仿生防污涂料。仿生型防污涂料现状和困难是：追溯研究历史，至少已长达半个世纪以上的时间，但是目前还处于科研阶段;虽然已有极个别仿生防污涂料产品推向市场，但是效果并不理想;另一个困难是与现有造船工艺的适应性。

3.3节能环保型船体涂料

船舶的金属结构和在海洋环境的应用使得在船舶上的工作和居住条件相当苛刻，为达到船舱内舒适的生活和工作环境，以及减少能源的消耗，提出了节能环保型船体涂料的发展方向，它们可以包括：热反射型船壳涂料和甲板涂料和隔热(热绝缘防护)内舱涂料。节能环保型船体涂料现状和困难是：这类涂料的voc控制比较困难;以及节能效果的评定技术和指标的确定。

4.结论

船舶涂装作业是船舶建造和维修的最主要污染源。船舶涂料的voc是涂装作业污染的最主要控制因素。采用无溶剂和少溶剂的船舶防腐涂料以及水性船舶涂料是减少voc的主要途径。对船舶涂装作业的全程控制是减少船厂环境污染的重要方面。船舶涂料和涂装节能减排是一项长时间任务。