VOCs塗料市場技術展望

刊登日期:2017/5/5
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VOCs的概念
VOCs為Volatile Organic Compounds的簡寫,直譯為揮發性有機化合物,定義方面,各國皆有些微差異。在台灣,根據行政院環境保護署所發布的「揮發性有機物空氣污染管制及排放標準」(環保署,91.10.16)定義如下:揮發性有機物係指有機化合物成分之總稱,但不包括甲烷、一氧化碳、二氧化碳、碳酸、碳化物、碳酸鹽、碳酸銨等化合物;而在CNS 15040和CNS 15039-2中,VOCs則係指在常溫、常壓下會自然蒸發的任何有機液體、固體。

VOCs在紫外線的作用下,將產生高活性的自由基,與其他污染物及有機物反應後,會形成臭氧、過氧醯基硝酸鹽、醛類等污染物,而VOCs若與氮氧化物進行光化學反應,則會產生煙霧使PM2.5升高,其反應式如圖一所示,這些都會造成環境污染、生物健康狀況危害、農作物產量降低等問題。

圖一、VOCs造成污染的反應
圖一、VOCs造成污染的反應

塗料VOCs問題與現況
塗料的空氣污染物可分為粒狀物、酸鹼等氣體、VOCs三種,來源如表二所示。為了使塗料易於操作或乾燥成型,傳統溶劑型的塗料約含有70~80%的有機溶劑,故在塗料調配、儲放、清洗、塗裝、乾燥各個步驟都會排放出VOCs。

這些有機溶劑如前述,會產生臭氧造成空氣污染,不同的有機溶劑產生臭氧的比例如表四所示,每克發生光化學反應的VOCs產生的臭氧量是用MIR值(Maximum Incremental Reactivity Values)來表示。以酯類為例,MIR在0.1~1.2之間,數值越高表示產生的臭氧量越多,芳香烴類的MIR高達4.0~9.0,最容易造成環境污染。

表四、有機溶劑的MIR值
表四、有機溶劑的MIR值

降低VOCs的技術與手段
為了達到各國標準法規的規定,可藉由分析塗料所使用的製程,來了解會產生VOCs的步驟是哪些,再來研究哪些方法可將其VOCs的使用或排放量降低。以汽車塗裝業為例,圖二為汽車塗裝技術中,較為傳統典型的3C2B塗裝技術,其中的3C表示塗層數量為三層,分別為底漆、色漆與清漆,2B表示由上完遮蔽密封製程後,共烘乾兩次;在整個塗裝過程中,僅最初的脫脂、磷化步驟沒有VOCs的排放,其餘各步驟皆有之,而以噴漆系統比重最高,約佔整個車身塗裝製程排放量的85%,其中70~80%是在噴塗與流平過程中產生,10~20%是在烘烤過程中產生。故我們可用幾個手段來改進VOCs排放狀況:加強溶劑管理、改善製程技術、提高塗佈效率、架設廢氣處理裝置、降低塗料中VOCs含量。

在後端VOCs排放量的處理方面,可分為回收方法和銷毀方法(圖三)。回收是透過物理方式,藉由溫度、壓力的改變,或採用選擇性吸附劑、滲透膜等方法,將VOCs收集,可再分為吸附技術、吸收技術、冷凝技術與膜分離技術;銷毀則是利用化學或生化反應,利用熱、光、催化、生物等方式,將VOCs轉換為CO2和水等小分子,可再分為催化燃燒技術、熱力焚燒技術、生物技術、等離子體破壞技術與光催化技術。因產生VOCs的行業眾多,VOCs種類也多,可依不同需求選擇適合的末端處理方式(表十二),例如當排出的VOCs濃度較低時,需選用…以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。

作者:周子琪、邱國創 / 工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌」365期,更多資料請見下方附檔。


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