有机废气治理工艺及生产线低挥发性涂料及清洗剂改造技术手册

深圳市机电制造行业有机废气治理推荐工艺及生产线低挥发性涂料及清洗剂改造技术手册深圳市人居环境委员会深圳市环境工程科学技术中心有限公司2014年04月目 录第1章 总论11.1 编制背景11.2 编制目的和内容11.3 技术路线2第2章 涉VOCs机电行业概况42.1我国电子制造业行业状况42.2深圳电子制造业概况52.3电子制造业中的VOCs产生环节7第3章 机电行业的涂装93.1 机电行业涂装工艺93.2机电行业涂装相关设备123.3机电行业涂装使用的涂料173.4涂料低挥发相关技术19第4章 机电行业的有机溶剂清洗204.1清洗剂的分类204.2机电行业涉及有机清洗的工序介绍224.3清洗剂低挥发相关技术28第5章 VOCs废气末端治理技术295.1活性炭吸附法295.2燃烧法325.3生物降解法345.4 VOCs废气各治理工艺分析汇总355.5机电行业VOCs末端治理技术推荐36附录1 机电行业涂料低挥发技术推荐371 低挥发性涂料使用371.1使用粉末涂料371.2使用水性涂料411.3使用UV涂料431.4使用高固份涂料472 采用低VOCs的涂装工艺482.1 静电喷漆482.2 电泳涂装513 采用低VOCs的涂装装备55附录2 机电行业有机清洗剂低挥发技术推荐581 采用水基清洗剂581.1印刷电路板装配（PCBA）过程中的水基清洗581.2 LCD生产过程中的水基清洗622 研制免洗型产品63附录3 含VOCs废气末端治理技术推荐64II第1章 总论1.1 编制背景近年来，在城市化不断推进、经济迅猛发展的时代背景下，许多城市大气污染性质发生着巨大变化，形成了以煤烟型污染和光化学烟雾污染叠加新的复合性大气污染，深圳就是这种城市大气污染特征的典型代表。而光化学烟雾污染，与排入大气中的VOCs（挥发性有机化合物）有关。VOCs在经过阳光照射，氧化后可生成臭氧，遇到合适的气候条件就可能形成光化学烟雾，危害人体及其他生物健康；臭氧也可以与灰尘等微小颗粒结合产生灰霾，进而降低能见度水平，影响空气质量，危害人体健康。加强VOCs废气治理，改善空气质量已刻不容缓。环保部在“十二五”规划明确提出了“加强挥发性有机污染物和有毒废气控制”的要求。深圳市也于2013年8月，公布了深圳市大气环境质量提升计划（深府办201319号），明确指出要加快VOCs排放行业的排放标准制定，加强重点行业VOCs治理。1.2 编制目的和内容目前，针对机电制造行业有机废气的治理技术研究仍较少，且由于缺乏技术规范和标准，机电制造企业有机废气治理力度仍较薄弱。因此，尽快制定机电制造行业有机废气治理推荐工艺及生产线低挥发性涂料及清洗剂改造技术手册能够推进机电制造行业实施清洁生产工艺，指导机电制造行业有效减少有机废气，对深圳市进一步缓解灰霾和改善空气质量有重要作用。本课题主要研究内容包括：（1）开展机电制造行业涂料使用情况、涂装工艺及有机废气治理工艺现状调研；（2）开展VOCs控制技术研究，推荐适合深圳市机电制造企业的有机废气控制技术；（3）结合调查和研究成果，编制深圳市机电制造行业有机废气治理推荐工艺及生产线低挥发性涂料及清洗剂改造技术手册。1.3 技术路线本课题采用查阅文献与实地调查相结合的研究方法，具体思路如下图：机电行业调研典型企业调研文献调研行业协会调研了解行业内喷涂及末端治理情况了解行业内有机清洗及末端治理情况了解企业涂料使用及清洗技术情况了解企业喷涂工艺改造情况了解企业有机废气末端治理情况收集行业研究报告及总结行业专家及环保公司咨询编制深圳市机电制造行业有机废气治理推荐工艺及生产线低挥发性涂料及清洗剂改造技术手册图1-1 技术路线图70第2章 涉VOCs机电行业概况结合机电行业本身及深圳市行业特点，本手册中涉VOCs排放的机电行业为包含以下生产工序的企业：电子行业相关零配件涂装以及包含有机溶剂清洗的电子制造过程中的有机清洗。2.1我国电子制造业行业状况我国电子产品制造业的产业链大体上分为上、中、下三个层次：最上面的层次是最终电子整机产品（或称电子终端产品），例如通信设备、雷达设备、广播电视设备、电子计算机、家用视听设备等，它们的用户是国民经济的各个领域和千家万户的老百姓；中间层次是成百上千种的电子基础产品，包括半导体器件（分立器件、 集成电路）、电真空器件及光电显示器件（显像管、平板显示器件）、电子元件和机电组件等，它们经过组合装配便形成了各种电子终端产品；最下面的层次是支撑着电子终端产品组装和电子基础产品生产的电子专用设备、电子测量仪器和电子专用材料（电子元件材料、电真空材料、半导体材料、信息化学材料等），它们是电子基础产品的基础。长期以来我国电子工业的发展策略，是以电子终端产品为龙头，配之以元器件本地化配套水平，带动集成电路和电子基础产品的同步协调发展，集成电路芯片则是现代电子终端产品的核心技术支撑。电子终端产品（整机）尽管范围广，种类多，究其产品共同特征表现为： 电子终端产品=印制电路板+结构件+显示器/屏+机壳这里值得指出，我国整机产品制造业的发展趋势是在整个产品制造链条中不断的进行分工细化和专业化。与计划经济时代“大而全、小而全” （从零部组件生产一直到整机出厂都是自己加工生产） 的生产模式不同，现代电子终端产品制造厂形成整机总装厂模式，主要承担着产品总装、新品研发、市场开拓和售后服务，产品中的零部组件，广泛采用国际流行的生产外包方式，通过专业化的零部组件制造商外协加工形式组织生产。由此，现代电子终端产品制造厂不涉及其零部组件（如印制线路板、结构件、配套件等）的生产。2.2深圳电子制造业概况电子信息产业是深圳的支柱产业，电子信息产业产品产值占深圳高新技术产品产值90%以上，深圳有极其发达的电子信息产业中游和下游市场，是国内主要的电子信息产品生产基地，市场需求巨大，为电子信息材料的发展提供了巨大的市场空间。有关专家认为，深圳应大力发展电子信息材料，重点发展与新型平板显示产业、电子元器件及封装产业、化合物半导体产业相配套的电子信息材料，在深圳形成完善的电子信息产业链。电子元件是电子信息产业的基础，在我国的电子信息制造业中，电子元件产业已经成为仅次于计算机行业的第二大产业。深圳市雄厚的电子信息产业基础为电子元器件产业提供了强大的技术支持和市场需求。深圳是我国电子信息产品的重要生产地，也是电子元器件的重要使用地和集散地，在半导体、显示器件、光电子器件、各类组件、印制电路等领域拥有一批规模型企业，产品在全国占有一定的优势地位，电子元件总体生产规模在全国领先，器件总规模居全国第四位。根据深圳电子行业协会信息，深圳电子信息产业重点发展六大领域：1)计算机制造业。重点发展拥有自主知识产权的商业化大型计算机、网格配套零部件和周边产品等硬件制造技术和产业。代表企业有长城、联想信息、神舟。2)通信设备制造业。重点发展固定网络设备、移动网络设备、数据通信设备；开发下一代网络设备、第三代移动通信设备、通信终端。代表企业有华为、中兴、宇龙。3)电子元器件制造业。重点发展高端平板显示器件，包括液晶平板显示器件（TFT-LCD）等新型平板显示器件的研发和产业化。代表企业有天马微、豪威、南玻、莱宝、清溢。4)视听设备制造业。重点发展视听节目制作系统、数字电视前端播控系统、网络传输设备、用户端接收显示设备和家用娱乐信息终端设备。代表企业有康佳、创维、同洲、朗科。5)软件业。重点发展面向应用需求、面向国际市场，重点发展集成电路设计、嵌入式软件、行业应用、移动通信和信息安全软件。代表企业有腾讯、金蝶、金证、迅雷。6)信息服务业。重点发展电信增值业务、网络视讯和无线增值服务、交互式数字电视业务；促进互联网服务提供商（ISP）的规模化发展。代表企业有航盛、元征、赛格、华强。2.3电子制造业中的VOCs产生环节电子制造业中产生VOCs的环节主要包含涂装和有机溶剂清洗。（1）涂装出于对相关零配件的保护及美观考虑，电子零配件的涂装经常必不可少，其中以电子产品的外壳涂装最为常见，比如手机、打印机、电脑、相机等电子产品的外壳通常都需要进行涂装处理。涂装过程中涂料中溶剂的挥发直接导致了VOCs的大量排放，污染了大气环境。（2）有机溶剂清洗电子制造业的产品众多，有显示器、显像管、微型计算机、集成电路、电视机、磁盘、电缆、程控交换机、电话单体、计算器、磁头、移动电话等，这些产品生产中都会使用到有机溶剂。在电子工业中，电子装配中的重要部分是电路板组装件，电路板上的各种电子元器件通过涂敷助焊剂、焊膏，再经过波峰焊、回流焊或手工焊接后连接成为一个功能组件，在此过程中由于助焊剂、焊料和环境的影响，板面上滞留下一定数量的残余物，这些残余物将可能直接影响着产品的质量、必须进行清洗才能保证电子产品的可靠性、工作寿命和电气性能。因此电路板组装件的清洗技术是一项十分重要且技术性较强的工作，但清洗剂的大量使用就会造成相应组分的大量挥发，尤其是VOCs的大量排放，造成大气污染。另外，对于部分电子行业，例如液晶屏、手机屏等，在产品加工过程中会留下污渍，也需要进行清洗。根据北京大学深圳研究生院环境与能源学院的调研，可大致估算深圳市电子制造有机清洗的VOCs排放量：按照溶剂挥发率为50%进行计算，采用2008年深圳市173家电子制造企业的有机溶剂回收统计数据，得到深圳市电子制造行业有机溶剂清洗过程排放状况如下表2-1所示：表2-1电子制造行业VOCs排放状况行业名称VOCs排放工序排放量（吨）VOCs主要成分电子制造零件清洗2664酒精、天那水等计算表明深圳电子行业清洗过程VOCs产生量大约为2664吨/年。深圳市电子行业种类多、数量大，VOCs排放状况不尽相同。小型企业废气处理设施简陋，基本缺乏有效的VOCs去除设备，主要用排风设施将废气排入大气；大型企业具有一定有机溶剂吸附、吸收、催化燃烧等处理能力，可一定程度上减少VOCs排放。第3章 机电行业的涂装深圳市机电行业零配件的涂装包括手机、相机、打印机、电器等的外壳塑胶件的涂装，还包含电脑机箱外壳、通讯设备柜、配电柜等金属件涂装，本章将对机电行业涂装的工艺、设备、涂料使用及低挥发改造技术进行介绍。3.1 机电行业涂装工艺因机电行业喷涂既涉及包括手机、相机、打印机、电器等的外壳塑胶件的涂装，还涉及电脑机箱外壳、通讯设备柜、配电柜等金属件涂装，且同类材质的表面涂装的工艺参数也多种多样，本手册只对塑胶件和金属件表面涂装工艺作一般性介绍。（一）电子塑胶零配件涂装工艺塑料材料因其密度小、价格低廉、制造方便等优点在工业中的应用越来越广泛，如手机、计算机、照相机、仪器仪表、音响设备、电视机、工艺品外壳及汽车挡泥板、摩托车部件等都使用塑料。根据深圳的行业特点，电子零配件的涂装以手机、打印机、电脑、相机等电子产品外壳的涂装工艺居多，此类涂装的基材基本为塑胶件，故而相关涂装工艺也以塑胶件涂装工艺为主。塑料件喷涂后，可获得如下效果：（1）可遮盖成型后制件的表面缺陷；（2）因塑料件本身着色比较困难，可利用喷涂获得多种色彩；（3）使塑料件的静电性能得到改善，减少灰尘吸附；（4）增强了塑料件的硬度和耐擦伤性；（5）提高了塑料件的耐候性；（6）使塑件件表面的光泽任意调整；（7）砂纹漆、绒毛漆等一些特殊漆，可获得较好的外观及手感。塑胶喷涂工艺流程一般为：退火、除油、消除静电、除尘、喷涂 烘干。下面为各流程的一般性介绍。（1）退火：塑料成型时易形成内应力，涂装后应力集中处易开裂。可采用退火处理或整面处理，消除应力。（2）除油：塑料件表面常沾有油污、手汗和脱模剂，它会使涂料附着力变差，涂层产生龟裂、起泡和脱落。涂装前应进行除油处理。对塑料件通常用汽油或酒精清洗，然后进行化学除油化学除油后应彻底清洗工件表面残留碱液，并用纯水最后清洗干净，晾干或烘干。（3）除电及除尘：塑料制品是绝缘体，表面电阻一般在1013左右，易产生静电。带电后容易吸附空气中的细小灰尘而附着于表面。因静电吸附的灰尘用一般吹气法除去十分困难，采用高压离子化空气流同时除电除尘的效果较好。（4）喷涂：通常要喷涂2-3道才能完成。（5）烘干：涂完后可在室温下自干，也可加温烘干。常见塑胶件的喷涂工艺一般经过底漆喷涂、底漆晾干、底漆烘干、底漆打磨、面漆喷涂等几个流程。（1）底漆晾干：底漆喷涂后，湿漆膜中含有大量的有机溶剂，若直接进入烘干室烘干，就会因溶剂挥发过快造成涂膜表面针孔、气泡等缺陷。因此在底漆喷涂后必须进行底漆晾干，在晾干过程中，伴随着溶剂的挥发，油漆得以充分流平、展开；晾干时间、风速对流平效果影响较大，控制不当易产生流平不良、桔皮等漆膜缺陷。（2）底漆烘干：塑料件使用的底漆涂料多为双组分涂料，目前使用的底漆涂料由快干型和普通型两种；快干型底漆涂料可自然干，但普通型底漆涂料施工后其自身不能快速固化，因为需要采取加热固化方法，目的是为了缩短涂料烘干时间和提高图层性能，同时要考虑到塑料件自身耐热性能及易变形的特点，烘干温度不宜过高，一般控制在80左右。（3）底漆打磨：底漆喷涂过程中表面或多或少存在诸如颗粒、流挂、少漆等油漆缺陷，为了给下道工序提供良好的油漆图层表面，有必要对底漆件的表面进行打磨处理。（二）金属件涂装工艺此部分涂装主要包含电子行业中电脑主机机箱、通讯设备柜等的涂装。金属件涂装如果选择适当的涂料，可使金属零件表面得到优良的机械性能，如防锈抗蚀、坚硬耐磨等，而其喷涂工艺成本远比电镀、化学镀简单低廉。金属的喷涂工艺流程一般为：预处理喷涂干燥。预处理为使涂膜附着力强，不易脱落，寿命长，喷涂前必须对零件表面预处理。不同的金属材料零件预处理方法不尽相同。钢铁件主要是除油、除锈、磷化等处理，常用水剂清冼液去污除油，用机械或化学法除锈，磷化是将零件浸入酸性稀释液(密度1-1.1，pH=1-3)，两者界面处会发生反应。在零件表面生成一层致密的磷化膜，从而提高漆膜的结合力和防锈力。铝及其合金件主要是除油、去氧化膜处理，除油方法与钢件相同，通过酸洗去除氧化膜，再用化学转化处理形成转化膜，如果零件表面要求不高，也可以不进行转化处理。喷涂根据涂料的品种、性能和固化条件不同，喷涂的工艺、方法也不同。金属表面喷涂使用的涂料种类有油脂涂料、天然树脂、环氧树脂、酚醛树脂等十几种涂料，可依实际情况选择。喷涂的方法有手动、自动、静电、电泳等多种方法，可按零件批量、形状大小及现有装备选择。干燥为使涂层性能优良、坚硬、耐磨，必须待其充分干燥后使用。涂层干燥按涂料本身性质分物理干燥和化学干燥。物理干燥指溶剂挥发和熔融固化干燥；化学干燥指氧化、热聚合、催化聚合、辐射聚合干燥。用户可根据零件形状、大小、批量及设备选择。实际中为快速干燥，常选用溶剂挥发型涂料或热固化涂料，通过自然干燥或简单烘干工艺就能达到理想效果。3.2机电行业涂装相关设备（一）喷枪空气喷涂的原理是将压缩空气从喷枪空气帽的中心孔喷出，在涂料喷嘴前端形成负压区，使涂料容器中的涂料从涂料喷嘴喷出，并迅速进入高速压缩空气流，使液-气相急剧扩散，使涂料形成微粒，呈漆雾状飞向并附着在被涂物表面，涂料微粒迅速集聚成连续的漆膜。空气喷涂具有涂装效率高、适应性强、漆膜质量好等优点，至今仍是应用最广泛的涂装工艺之一。喷枪是空气喷涂的主要工具。喷枪可按很多方式进行分类，按混合方式可分为内混式和外混式喷枪。内混式喷枪的涂料和空气在空气帽内侧混合后喷出，可用于喷涂油性漆、多色美术漆和涂装小物件，喷雾图形也仅限于圆形。外混式喷枪的涂料和空气在空气帽的外侧混合，这种喷枪用途广泛。外混式喷枪按涂料供给方式又可分为吸上式、重力式和压送式三种。吸上式喷枪涂料罐安在喷枪的下方，喷嘴一般比空气帽的中心孔稍向前凸出，压缩空气自喷嘴周围喷出，在喷嘴前端形成负压区，从而吸出涂料并雾化。这类喷检涂料的喷出量受涂料的黏度和密度影响较大，且与喷嘴的口径关系密切，一般用于非连续作业。重力式喷枪涂料杯安在喷枪的上方，涂料靠自身的重力流到喷嘴，与压缩空气混合后喷出，这类喷枪的结构与吸上式类似，但是漆料容易流出，涂料的喷出量较大。而且在涂料使用量大时可将涂料容器挂在高处，以胶管连接喷枪，通过改变涂料罐的高度调节涂料的喷出量。压送式喷枪是从另设的增压罐供给涂料，提高增压罐的压力可以同时向几支喷枪提供涂料。这类喷枪的喷嘴与空气帽位于同一平面或稍凹一些，在喷嘴前端不必形成负压，适用于涂料用量大的工业涂装。内混式喷枪有两个供气系统，一个用于涂料混合雾化，另一个用于给涂料容器中的涂料增压，涂料供给方式属于压送式。空气帽的形状是长橄榄形，故喷雾图案为椭圆形。这种喷枪没有侧面空气孔和辅助空气孔，所以没有喷雾图形调节机构，要改变喷雾图形的尺寸必须更换空气帽。（二）喷漆室喷漆室是专供喷涂液态涂料的涂装室，它是工业涂装车间的关键设备之一。起初它仅仅是有排风装置（安装在壁上的风扇），无漆雾捕集功能的简易的涂装室；随着工业涂装量的扩大，涂装品质要求的提高，并考虑到操作人员的安全卫生及防止漆雾污染厂房内外环境，喷漆室配置了漆雾捕集装置、供排风系统；为适应优质高装饰性涂装的需要，喷漆室空气必须经空调除尘、调温、调湿，并在喷漆室周围设洁净间，确保喷涂作业空间高度洁净。喷漆室含以下功能：排气：换气并及时排掉漆雾和溶剂蒸气，防止它们污染厂房内外环境和被涂面，确保安全生产；除尘：除掉排出空气中的漆雾（尘埃）；供风：按喷涂环境条件供给空调（调湿、调温、除尘）过的洁净空气，确保作业人员的安全卫生和作业环境高度洁净；照明：照亮被涂物表面。喷漆室按供排风方式和捕集漆雾的方式分类情况如下。按供排风方式分类，分为敞开式和封闭式（供风型）。敞开式仅装备有排风系统，而无独立的供风装置，直接从车间内抽风，适用于一般涂装。封闭式装备有独立的供排风系统，从厂房外吸新鲜空气，不干扰涂装车间内的换气和采暖体系，适用于装饰性涂装。供排风方式有垂直层流的气流模式（即上供下抽式）和水平层流的气流模式（即侧供、侧抽或侧下角方向抽风）。按捕集漆雾的方式分类，分为干式喷漆室和湿式喷漆室。前者是借助挡漆板、过滤层（袋）捕集漆雾，后者借助于循环水系统清洗喷漆室的排气，捕集漆雾，循环水中添加有涂料凝聚剂，使漆雾失去黏性，在循环水槽中漂浮或沉淀。湿式喷漆室捕集漆雾的原理是使带漆雾的喷漆室排气通过漩涡作用与水充分混合，利用不同风速、挡水板和风向的多次转换，使水和漆滴与空气分离，带漆渣的水流回循环水槽，过滤后再循环使用，除掉漆雾的空气通过排风机排向室外或送往除VOCs的二次净化设备处理。湿式漆雾捕集装置（又称排风洗涤装置或气水混合分离室）有多种结构和洗涤方式。按水洗涤方式又可分为喷淋式、水幕式、漩涡式（含文丘里型、水旋动力管型和漩涡型等多种）。它是喷漆室的关键装置，直接影响喷漆室的主要性能漆雾捕集率（或称除尘埃效率）。（三）烘干设备涂料的固化方法有很多种，一般分为三类：自然固化、加热固化和辐射固化，常用固化设备如下。1、热风循环固化设备热风循环固化的机理是应用对流传热的原理对工件的涂层进行加热固化，它以热空气为载体。它的特点是加热均匀、适用面广、设备庞大、防尘要求高等。热风循环固化设备一般按加热空气介质的方式分为直接加热和间接加热两种形式。直接加热是将燃油或燃气在燃烧室中燃烧所产生的高温空气送往混合室，与来自烘干室的循环空气混合，然后送往烘干室加热工件涂层使之固化，其热效率高、但气体不纯净。间接加热烘干室是利用热源加热空气，通过循环风机在烘干室进行循环，加热工件涂层，其热效率低，空气纯净。热风循环固化设备一般由烘干室的室体、加热器、空气幕和温控系统等组成。2、远红外辐射固化设备远红外辐射固化设备主要由烘干室的室体、辐射加热器、空气幕和温控系统等组成。常用的辐射加热器有电热式和燃气式两类，电热式辐射加热器又分为旁热式、直热式和半导体式三种。3、紫外光固化设备紫外光固化设备是专供光固化涂料固化用的紧外线发射装置。紫外线照射设备由光源、反射板、灯具、电源装置、冷却装置、传感器等组成。（四）水帘柜水帘柜能把喷漆时剩余的漆沫直接打在水箱里或水帘板上，同时使喷漆时产生的废气及少量的漆沫通过多层过滤后经过排风机排放到室外，从而起到净化工作环境的作用。（五）自动喷涂线设备自动喷涂线是指由喷涂、烘干等设备组合而成的自动完成生产的喷涂生产线，它可以减少涂料的浪费，有利于废气的集中收集处理，同时可大大提高生产效率。3.3机电行业涂装使用的涂料（一）电子塑胶件涂装常用涂料目前塑料的种类主要有聚烯烃、PS、ABS、PC、PMMA、聚酰胺和聚醚塑料等。其中，聚烯烃、ABS 和PS 塑料的应用最为广泛。由于不同塑料底材的结构、极性有很大差别，因此不同的塑料底材要选用不同的涂料体系。表3-1 不同的塑料底材对应的涂料体系塑料类别特点所用涂料类型PE耐药品、耐溶剂、比重轻、耐磨、电气特性好丙烯酸系、环氧、聚氨酯、氯化聚烯烃系PP耐药品、耐溶剂、比重轻、耐磨、电气特性好丙烯酸系、环氧、聚氨酯、氯化聚烯烃系PVC难燃、耐候、耐药品、电绝缘丙烯酸系、聚氨酯、氯化聚烯烃系PS刚性、透明、不结晶、加工性好、电绝缘丙烯酸系、聚氨酯、过氯乙烯ABS机械强度高、加工性好、注塑成型性佳丙烯酸系、环氧、聚氨酯PMMA透明、耐候、表面硬度高、电气特性好丙烯酸系、硝基PC透明、耐热、电气特性好、耐冲击双组分聚氨酯、丙烯酸系有机硅PET长期耐热、耐磨、耐冲击、耐疲劳、表面光泽度高聚酯、聚氨酯PPO强韧、耐燃、耐久性好丙烯酸系、聚氨酯塑胶件涂装使用的涂料应具备以下性质：涂料对塑料底材必须有良好的结合力；涂料不能过分溶蚀塑料表面；涂料应具有一定的硬度和韧性，以克服涂料的日常磨损；根据塑料底材的需要配置性能各异、色彩鲜艳、丰满光亮、耐候性强的涂料；施工方便，常温自干，干燥速率要适宜，且能掩盖塑料制品成型过程中所产生的小缺陷。 要使涂膜与塑料底材有良好的附着力，涂料充分润湿底材的同时，涂料中的溶剂对塑料要有轻微的溶解，使涂料与塑料表面有一个互溶层，这样就使涂料与底材结合在一起，产生良好的附着力。但涂料也不能过分溶蚀塑料底材表面，否则塑料底材表面会凸凹不平，漆膜起皱，流平性不好，外观难看。溶剂型涂料的使用过程中，溶剂大量挥发，影响生产人员健康安全的同时，也污染了大气环境。（二）金属件涂装常用涂料金属件表面涂装使用的涂料有：天然高分子涂料、合成树脂涂料（如聚氨酯涂料、丙烯酸酯涂料、醇酸树脂涂料、氨基树脂涂料）等，具体涂料的选用将根据金属件的材质及市场客户需求进行确定，一般使用溶剂型的涂料居多，故而会产生污染大气环境的挥发性有机物。3.4涂料低挥发相关技术涂料低挥发相关技术主要涉及使用低挥发性的涂料、采用低VOCs的工艺、设备等方面，本节只对相关技术进行汇总，各技术的详细情况见。涂装过程中低挥发改造相关技术汇总情况见表3-2。表3-2 涂装过程中低挥发改造相关技术汇总类别改造技术种类低挥发性涂料使用使用粉末涂料使用水性涂料使用UV涂料使用高固分涂料采用低VOCs的涂装工艺静电喷漆电泳涂装采用低VOCs的涂装设备喷漆室的封闭化设计改进喷枪实现设备自动化第4章 机电行业的有机溶剂清洗4.1清洗剂的分类清洗剂根据含水量，可以大致将其分为有机溶剂清洗剂、水基清洗剂及半水基清洗剂三种类型。（一） 有机溶剂清洗剂 有机溶剂清洗剂主要是指成分中不含有水的有机类溶剂，多以烃类(石油类)、氯代烃、氟代烃、溴代烃、醇类等作为清洗主体。有机溶剂主要用于溶解一些不溶于水的物质( 如油脂、蜡、树脂、橡胶、染料等)和多种有机类污垢，其特点是在常温常压下呈液态，流动性好，粘度也较小，具有较大的挥发性，清洗过后在物质表面残留较少，在溶解过程中，溶质与溶剂的性质均无改变。由于有机溶剂易挥发进入环境中，不仅污染了空气，又具有脂溶性，容易对人体造成毒害作用，因此近年来探索研发低挥发、低毒性的有机溶剂清洗剂为研究人员研究方向。有机溶剂清洗剂的清洗机理是通过与有机污垢相似相溶的方法让污垢溶解从而剥离物体表面，清洗剂自身的性质较为稳定，不会因为其他某些因素的影响而改变溶解性质，清洗条件温和，工艺流程简单方便，具有很高的清洗效率，但是由于自身的可燃性又限制了它的使用范围，具有一定的操作危险性，挥发性大，毒性较高，对环境污染和人体健康都有一定的威胁，经济上因为有机溶剂自身价格昂贵，废液的处理回收上也价格不菲，更加限制了它的批量应用，只能用在一些需要高级清洗作业的情况。（二） 水基清洗剂 早期的水基清洗剂主要是一些碱性较强的无机碱或无机盐，如氢氧化钠、碳酸钠、硅酸盐、磷酸盐等。这类清洗剂由于成分单一、碱性强，清洗工艺简单，存在很大的局限性，目前应用已经不多。目前使用最多也发展最快的是以表面活性剂为主，结合一些化工助剂的水基金属清洗剂。水基清洗剂的清洗机理不仅利用了水本身就是良好的极性溶剂的特点，还通过表面活性剂改变表面张力对有机污垢进行乳化渗透降低污垢对物体的附着力从而达到洗脱的效果，与有机溶剂清洗剂相比，水基清洗剂稳定性要差些，在一些条件下乳化渗透能力会发生变化，清洗效果也会受到牵连，所以在进行清洗的时候需要保证清洗条件适宜，另外在稍微加热的条件下能够提高清洗效果，不过清洗工艺较为复杂，需要进行多步操作，清洗效果也比有机溶剂要稍差些，但是在安全性和环境影响性以及人体健康方面水基清洗剂都要比有机溶剂清洗剂表现得更加友好，在经济成本上也较为低廉，适合普通大众化的清洗作业，废液的处理方面则需要一些特殊处理，不过随着生物易降解的成分出现处理费用也会越来越便宜。（三） 半水基清洗剂 半水基清洗剂与有机溶剂清洗剂不同的是其向有机溶剂中加入了水和表面活性剂。其清洗机理包括了表面活性剂的水基清洗剂与溶剂清洗剂的结合机理。半水基清洗剂既保持了原溶剂型清洗剂对油污清洗力强，对基体润湿渗透好的优点，又提高了对水性污垢的去除能力，与有机溶剂清洗剂相比，拓展了在无机污垢方面的清洗能力。由于水的加入，提高了清洗剂的闪点，降低了挥发性，提高了原溶剂的安全性，应用范围更广泛。半水基清洗剂综合了有机溶剂清洗剂和水基清洗剂的清洗机理，也是因为成分复杂化的缘故，使得半水基清洗剂的稳定性是三者中最差的，清洗条件和清洗工艺都综合了前两种清洗剂的特点，适用范围较广，并且在克服了相应的安全隐患的同时保持了很高的清洗效率，降低了对环境的影响和人体健康的威胁，集中了前两种清洗剂的优点，不过半水基清洗剂的经济成本也较高，处理费用也较大，限制了它的普遍推广使用。综上，由于清洗对象不同，污垢的性质及沾污程度不同，清洗作业的环境条件不同，清洗后对表面缓蚀或防锈要求也不同，因此，选择清洗剂应对具体条件进行分析，择优综合选用。4.2机电行业涉及有机清洗的工序介绍有机清洗剂在电子制造行业中主要应用于PCB线路板集成、LCD、半导体硅片、LCM模块、电脑主板、显卡、微型马达、LED等。在电子制造业中，清洗是非常重要的环节。清洗的彻底与否直接影响到该电子产品的可靠性及使用寿命。例如：SMT线路板的清洗，如果污染物清洗不彻底，就会腐蚀元件及电路、造成电接触不良、漏电，后果不堪设想。电子行业涉及的电子产品众多，且涉及生产过程中的有机清洗工序也非常之多，结合深圳市的产业结构等因素，本节我们选取印刷电路板装配（PCBA）和液晶显示器（LCD）生产过程中的有机清洗作为代表性的工序进行重点介绍。4.2.1印刷电路板装配（PCBA）随着现代电子产品快速地向短、小、轻和薄等方向发展及产品复杂程度的提高，在电子制造工艺过程中引入了越来越多的非极性污染物（松香/树脂和油等）、极性污染物（助焊剂活性剂和盐等）及颗粒状污染物，如果这些污染物得不到及时有效的清除，会直接造成印制板和元器件表面漏电、短路、断路或形成腐蚀导致失效，必然会影响到工艺的顺利实施或产品的质量和可靠性。因此，必须在工艺实施的许多环节导入清洗工序，使用清洗剂及配套的清洗设备。表面贴装技术（SMT）和双列直插式封装技术（DIP封装）都是在PCB板上集成零件的方式，其主要区别是SMT不需要在PCB上钻孔，在DIP需要将零件的PIN脚插入已经钻好的孔中。（1）表面贴装技术（SMT）表面贴装技术（SMT），是Surface Mount Technology的缩写。表面贴装技术（SMT）的工艺流程如下：锡膏印刷- 检测-零件贴装-检测- 回流焊接(采用热风回流焊进行焊接)- 检测- 维修- 分板(手工或者分板机进行切板)锡膏印刷：将锡膏呈45度角用刮刀漏印到PCB的焊盘上，为元器件的焊接做准备。所用设备为印刷机（锡膏印刷机），位于SMT生产线的最前端。零件贴装：将表面组装元器件准确安装到PCB的固定位置上。所用设备为贴片机，位于SMT生产线中印刷机的后面。回流焊接：将焊膏融化，使表面组装元器件与PCB板牢固焊接在一起。所用设备为回流焊炉，位于SMT生产线中贴片机的后面，对于温度要求相当严格，需要实时进行温度量测。AOI光学检测：对焊接好的PCB板进行焊接质量的检测。所使用到的设备为自动光学检测机（AOI），位置根据检测的需要，可以配置在生产线合适的地方，有的在回流焊接前，有的在回流焊接后。维修：对检测出现故障的PCB板进行返修。所用工具为烙铁、返修工作站等。配置在AOI光学检测后。分板：对多连板进行切分，使之分开成单独个体，一般采用V-cut与 机器切割方式。工艺流程中存在有机溶剂清洗导致VOCs产生的工序有：回流焊接后清洗、维修过程中手工焊接后的有机清洗、印刷钢网清洗等。（2）双列直插式封装技术（DIP封装）DIP封装，是dual inline-pin package的缩写，也叫双列直插式封装技术、双入线封装。指采用双列直插形式封装的集成电路芯片，绝大多数中小规模集成电路均采用这种封装形式，其引脚数一般不超过100。DIP封装的工艺流程为：插件-波峰焊-装配-焊接维修。其中波峰焊和焊接维修均存在后续有机清洗，从而导致有机溶剂的挥发和VOCs的产生、排放。（3）印刷电路板装配（PCBA）的工艺实例以深圳市某大型通讯设备制造企业为例，其生产内容中即包含印刷电路板装配（PCBA）的完整流程。该公司印刷电路板装配的工艺流程及VOCs产生环节如下：1）钢网室：钢网清洗设备使用有机溶剂，产生VOCs；2）SMT工序：上板印锡（钢网有机清洗产生VOCs）AOI印锡检测贴片AOI贴片检测SMT回流焊（焊后有机清洗产生VOCs）AOI检测维修（手工焊接清洗产生VOCs）；3）插件封装：插件波峰焊（焊后有机清洗产生VOCs）装配波峰焊炉后焊接维修（手工清洗产生VOCs）托盘有机清洗产生VOCs。据现场调研和数据统计，该公司印刷电路板装配（PCBA）工序上使用的有机清洗剂的种类和数量见下表：表4-1 某电子企业印刷电路板装配中清洗剂使用情况序号清洗剂名称年 用 量单位主要成份使用环节1钢网清洗剂52260L直链烷烃、异丙醇、酮类、酯类钢网室清洗钢网2工业酒精29277L乙醇印刷机3无铅手机维修用清洗剂1235L丙烷、丙酮炉后维修单板4化学纯酒精130L化学纯乙醇手机线维修单板清洗5微波清洗剂740L单板清洗6助焊剂清洗剂9000L正构烷烃、醇醚设备保养7精密电子仪器清洗剂989L石油精馏脱芳烃溶液设备保养8专用炉膛清洗剂310kg溶剂、表面活性剂等设备保养9水基清洗剂2600LN,N-二甲基乙醇胺清洗托盘、清洗红胶由表4-2我们可以看出，该企业印刷电路板装配生产过程中钢网清洗剂、工业酒精、助焊剂清洗剂使用的数量较大，分别为52260 L、29277 L、9000 L，故而会导致数量较大的VOCs的产生和排放。但另一方面，值得一提的是2600 L水基清洗剂的使用减少了有机溶剂使用带来的不利环境影响。4.2.2液晶显示器（LCD）液晶显示器，简称LCD（Liquid Crystal Display），为平面超薄的显示设备，它由一定数量的彩色或黑白像素组成，放置于光源或者反射面前方。它的主要原理是以电流刺激液晶分子产生点、线、面配合背部灯管构成画面。液晶显示器件是本世纪初最有活力的电子产品之一，由于LCD具有低工作电压、微功耗、体积轻薄、易于实现画面显示、全色显示性能优良等特点已被公认为是媒体时代的关键器件。LCD的开发与发展大大扩展了显示器的应用范围，使显示便携化成为可能，应用个人化成现实。液晶显示器的生产流程一般为：ITO图形的形成-取向涂布-空盒制作-后段处理（灌晶、封口、电测、贴片等）。1）ITO图形的形成：通过光刻、显影、酸刻等步骤形成ITO 图形。2）取向涂布：在蚀刻完成的ITO 玻璃表面涂覆取向层，并用特定的方法对限向层进行处理，以使液晶分子能够在取向层表面沿特定的方向取向排列。3）空盒制作：把两片导电玻璃对叠，利用封接材料贴合起来并固化，制成间隙为特定厚度的玻璃盒。玻璃基板清洗：为保证产品质量，生产过程中玻璃基板必须要经过清洗工序。玻璃基板上的污染物，主要来自制造工艺过程以及玻璃基板的搬运、包装、运输、储存过程。主要的污染物有尘埃粒子、纤维纸屑、矿物油和油脂等油垢、氧化硅等无机颗粒、制备加工过程的残留物、水迹、手指印等。清除玻璃基板的目的，一方面是要去除污染物避免对性能造成不良的影响另一方面也可以起到改善玻璃基板表面性能。增加其与加工过程中使用的各种材料之间的亲和力。使涂在玻璃基板上的各种加工材料与玻璃基板有良好的接合性从而保证工艺的制作精度，有利于加工过程的顺利完成。液晶盒清洗：在玻璃基板上的各项加工工艺完成后，要向用黏合胶黏合好的液晶盒中注射液晶材料，目前多采用减压注入的方式加入液晶，由于在减压加注的过程中由于狭缝间的毛细管作用，在注入口附近特别是在封口胶的外侧会残留一些外溢的液晶材料，在液晶盒的四周边缘也会有一些残留的液晶，由于不可能完全保证液晶涂层不泄漏，所以在液晶盒装配完成后，还必须进行清洗，以清除掉灌装液晶时泄漏出的液晶和沾污表面的灰尘、指印等污染物。充分洗净液晶盒就可以避免由于残留液晶造成的电极接触不良，电路断路、短路等弊病。也使液晶显示器的性能品质得到更好的保证。由于液晶材料是一种特殊的有机化合物，对清洗剂有较特殊的要求，同时液晶盒两片玻璃之间的狭缝较小，一般只有5-10m，所以只有对液晶材料有较好溶解能力，且玻璃基板的润湿渗透能力较强的清洗剂才能取得较好的清洗效果。因此选择好合适的清洗剂和清洗工艺条件是液晶盒清洗成败的关键。液晶显示器生产过程大量有机清洗剂的使用和挥发，导致了VOCs的大量产生和排放，对大气环境造成了不利影响。4.3清洗剂低挥发相关技术电子制造业有机溶剂清洗剂会导致VOCs的产生和排放，故而有必要寻求对有机溶剂洗涤剂的替代，减少有机溶剂的挥发和VOCs的产生，降低对环境和人类健康的影响。清洗剂的低挥发替代方向主要有以下两类：（1）使用水基清洗剂、半水基清洗剂来替代有机溶剂清洗剂；（2）研制免洗型产品，减少排放VOCs溶剂的使用。有机清洗剂低挥发技术的详细情况见。第5章 VOCs废气末端治理技术常用的VOCs废气处理方法有活性炭吸附法、直接燃烧法、催化燃烧法、生物降解法、冷凝法、膜分离法、低温等离子体法、光催化氧化法等，下面对几种常用方法进行介绍。5.1活性炭吸附法(1)原理当气体分子运动到固体表面时，由于气体分子与固体表面分子之间的相互作用，使气体分子暂时停留在固体表面，气体分子在固体表面浓度增大，这种现象称为气体在固体表面上的吸附。被吸附物质称为吸附质，吸附吸附质的固体物质称为吸附剂。而活性炭吸附法是以活性炭作为吸附剂，将废气中有机物溶剂的蒸气吸附到固相表面进行吸附浓缩，从而达到净化废气的方法。在工业中，以活性炭处理由喷漆室、烘干室等排出的有机溶剂废气的工艺流程，如图5-1所示。来自喷漆室和烘干室的废气，经过滤器和冷却器后，除去废气中的漆雾，并降低到所需的温度。由吸收塔下部进入吸收塔，在吸收塔内废气中所含的有害气体，被活性炭吸附，使废气得到净化，净化后干净气体被排放到大气中。随着吸附时间持续，活性炭的活性逐渐降低，最后失去活性达到饱和状态。此时需要脱附，使活性炭重新具有活性。即通过吸收塔上部通入水蒸气，使活性炭层脱附，经脱附后的活性炭可继续使用。经脱附后的水蒸气和减脱有机溶剂蒸气的混合气体，进入冷凝器，冷却成液体，然后再进入分离器，使溶剂和水分离，回收溶剂。如果水中还含有亲水的醇类、丙酮等，该水需经处理后才能排放。图5-1 活性炭吸附法的工艺过程（1-喷漆室；2-过滤器；3-吸附塔；4-排风机；5-冷凝器；6-废水楷；7-溶剂分离器）其处理装置主要由预处理设备、吸附设备、后处理设备以及安全控制等设施组成。1)预处理设备由喷漆室和烘干室出来的废气，在进入吸附塔之前，为提高活性炭的吸附效率并使活性炭正常工作，必须除去废气中所含的漆雾并降低废气温度，通常使用的预处理设备有过滤除尘器和冷却器。2)吸附设备其作用是以活性炭除去废气中的有害物质，使其净化，并能保持吸附工作连续安全地进行。由吸附塔、脱附装置和安全装置组成。吸附塔由塔体、活性炭填充层、阻火层及气体分配器等组成。通常使用固定层的吸附塔，其形式有垂直型、圆筒型、多段型和水平型。在实际应用中，设置吸附塔的数量和选择何种操作方式，由处理风量、处理气体浓度、运转时间等而定。连续使用场合，需设置两个以上的吸附塔，吸附和再生相互交换使用。另外，被处理的气体浓度较低，绝大多数不会超过溶剂爆炸下限的1/10-1/4。一般不会发生爆炸事故。为防止万一，吸附设置阻火器、防爆门等安全装置。3)脱吸（再生）设备是使活性炭表面所吸附的饱和有机溶剂解附，使活性炭获得再生。保证废气处理连续运转。其结构组成与吸附塔一样。当处理风量小、排气浓度较低的情况，建立脱附设备不经济，可送专门工厂进行再生处理。通常连续运转、风量大、浓度高时可设置两个吸附塔，在现场再生活性炭，即将吸附塔相互交换作为再生塔进行使用。再生操作将加热气体注入吸附层，并使活性炭加热，使吸附质蒸发、析出，然后活性炭干燥、冷却至活性炭恢复活性状态，通常加热活性炭的气体为水蒸气和非活性气体。活性炭再生方法有：水蒸气、非活性气体、高温烧和减压蒸馏法等。4)后处理装置在吸附塔之后，其用途是回收有机溶剂，主要由冷却器和分离器等组成。由上述活性炭吸附流程可知，活性炭再生使用是随过热蒸汽加热蒸发出已吸附的有机溶剂，冷却至常温，同水蒸气一同冷凝并收集到分离器中，将水和疏水溶剂分离，从理论上讲，经分馏精制回收溶剂是可能的。但实际上，涂料的溶剂是多品种的、复杂的混合体系，回收的溶剂只可用来作为洗涤用溶剂等。当分离槽中分离含醇类、酮类等亲水性溶剂多时，其废水必须处理。5.2燃烧法5.2.1直接燃烧1)原理直接燃烧法是一种将废气引入燃烧室，直接与火焰接触，将废气中的燃烧成分燃烧分解成无毒无臭的二氧化碳和水蒸气的方法，该法不适宜处理含有硫磺和卤素过多的废气。同时为防止废气中的碳氢化合物，由于不完全燃烧生成一氧化碳，因此废气在燃烧室内，除供给充足氧气并控制温度在600-800以外，还应保持停留时间0.5-1.0s。2)直接燃烧法的装置直接燃烧系统由烧嘴、燃烧室和热交换器组成。该燃烧装置随废气中所含氧气不同而有差异。当废气中含有充足的氧气，能满足燃烧所需的氧气时，不需要补充氧气的装置，反之则需要增设空气补给装置。为使燃烧系统达到最好的效果，要求烧嘴能形成稳定完全燃烧的火焰，废气与火焰充分接触，其燃烧面积应大，燃料的调节范围应广。5.2.2催化燃烧法1)原理利用催化剂的作用，使有机物废气能在着火点温度以下进行激烈的氧化燃烧，称为催化燃烧法。它比直接燃烧法减少燃烧费用，直接燃烧法温度必须在650-800，而使用催化剂后，其氧化燃烧可在250- 500之间进行，其开始反应温度随有机物不同而异。如苯、甲苯等在250-300温度下反应即可进行，而乙酸乙酯、环己酮等必须在400-500温度下氧化反应才能进行。催化剂表面积大而活泼，可将废气中的氧大量地吸附在自身表面上，使催化剂表面上的氧浓度大为增加，从而大大加速了氧与有机物蒸气分子在催化剂表面上的反应速度并降低反应温度。反应产物一经生成就离开催化剂表面，空出来的表面又立刻吸附氧，如此反复达到加速燃烧反应的目的。由此可知，催化剂将有机废气吸附到表面并使其活化，在催化剂表面的有机废气氧化反应较直接燃烧法所需能量低，而且反应更迅速。在实际中，希望在较低温度下，处理量较多，因此要求活性高的催化剂，一般以铂、钯等贵重金属作为催化剂。2)催化燃烧装置催化燃烧系统由催化元件、催化燃烧室、热交换器及安全控制装置等部分组成。其系统主要部件即催化元件，外面由不锈钢制成框架，里面填充表丽镀有催化剂的载体，其催化剂一般使用钯、铂等贵重金属。而载体具有各种形状、有网状、球状、柱体及蜂窝状等，其载体材料为镍、铬等热合金及陶瓷等。要求催化剂元件具有机械强度高、气阻小、传热性能好等特点。催化氧化流程和催化燃烧系统如图5-2和图5-3所示。燃烧装置由导管将含有可燃性物质的