創(chuàng)新|寶馬的循環(huán)經(jīng)濟(jì)(七)—— 由表及里,從油漆到“無漆”的思考

以下文章來源于汽車預(yù)言家?,作者田大鵬
編者薦語:
2021?IAA上寶馬集團(tuán)推出了BMW?i?循環(huán)概念車,值得注意的是這是一輛“無漆”車型。BMW?i循環(huán)概念車車身材質(zhì)使用了再利用鋁材料,經(jīng)陽極氧化處理為淺金色,從而避免了油漆的使用。

你能想象一輛沒有漆的汽車會是什么樣子?
9月6日,在2021慕尼黑國際汽車及智慧出行博覽會(IAA)上,寶馬集團(tuán)提出了對循環(huán)經(jīng)濟(jì)和可持續(xù)出行進(jìn)行了前瞻性展望,并帶來BMW?i循環(huán)概念車(BMW?i?Vision?Circular)的全球首發(fā)。
寶馬集團(tuán)正是通過該車,作出了在可持續(xù)原則下“再思考、再精減、再利用、再循環(huán)”思路的第一次詮釋。?其中就包括在該車身上首次出現(xiàn)了汽車行業(yè)的無漆技術(shù)。
在這款車上,寶馬完全摒棄了車漆、真皮和鉻,并引入生物基原材料以減少對環(huán)境的影響,縮小碳足跡。其中為了避免使用車漆,BMW?i循環(huán)概念車車身材質(zhì)使用了再利用鋁材料,經(jīng)陽極氧化處理為淺金色,從而避免了油漆的使用。
油漆與汽車的淵源
漆的歷史非常悠久,在七千年前,我國先民就開始使用大漆。大漆是從漆樹中自然分泌出的漆液,在接觸空氣后氧化顏色慢慢變深。由于生漆很難調(diào)成鮮艷的色漆,所以古代漆器大多是黑、朱兩色。由于大漆產(chǎn)量有限,古人采用了比大漆更容易獲得的桐油,在漆中摻入桐油,于是就產(chǎn)生了“油漆”一詞。在此前所說的油漆均指來自于自然的天然材料。

新石器時代木胎漆碗
進(jìn)入到18世紀(jì),油漆工藝有了重大發(fā)展,出現(xiàn)了粘著力更大、光澤度更高、阻燃、抗腐蝕與熱穩(wěn)定性高的各種顏色的油漆。油漆從手工藝品正式轉(zhuǎn)變?yōu)楣I(yè)產(chǎn)品。到20世紀(jì),高分子科學(xué)理論和重大成就和各種高分子化合物的研制成功投入生產(chǎn),為油漆發(fā)展開創(chuàng)新世代。而且油漆的名稱已經(jīng)無法涵蓋行業(yè)現(xiàn)有的各類產(chǎn)品,“涂料”一詞用處更為廣泛。
汽車行業(yè)自誕生之初就與油漆行業(yè)密不可分,這是因為油漆具有防腐、裝飾、標(biāo)志等作用。汽車產(chǎn)品的主要原材料就是來源于金屬,這些金屬在大氣、淋雨、風(fēng)沙等天氣中容易氧化被腐蝕,因此油漆的防腐保護(hù)作用就顯現(xiàn)出來。

在傳統(tǒng)的汽車漆層結(jié)構(gòu)上,附在車身鋼板上有電泳層、中涂層(底漆層)、色漆層和清漆層四個漆層組成。其中的磷化層和電熔漆層,是直接附著在白車身上,對于車身有防腐保護(hù),并為中涂層提供良好的附著環(huán)境;中涂底漆層是附著著電動層上,防紫外線,保護(hù)電熔層,并且加強(qiáng)車身的防腐保護(hù),為色漆層提供良好的附著環(huán)境,部分廠商的中涂層也能對漆器的色相起一定的襯托作用;色漆層附著在中涂層上,進(jìn)一步加強(qiáng)車身的防腐保護(hù),并展示色相,看到的車的顏色就是色漆層展示出來的效果;清漆層附著在色漆層上,更一步加強(qiáng)車身的防腐保護(hù),并保護(hù)色漆層不受微小的刮擦,使得顏色更透亮,減緩?fù)噬F(xiàn)象。
汽車作為有著工業(yè)生產(chǎn)屬性的產(chǎn)品,其使用的油漆也是工業(yè)化工用漆。作為汽車噴漆種類來說,一般使用的是烘烤漆,主要分為普通漆、金屬漆和珠光漆等三種油漆。其中普通漆一般采用樹脂、顏料和添加劑制造;金屬漆中在原本的油漆中加入一些金屬粉末比如鋁粉、銀粉等金屬成分,不僅比普通車漆亮麗,而且防護(hù)性也更好;珠光漆中則是在油漆中加入云母片,不但具有一定防護(hù)性,在陽光的照射下顏色轉(zhuǎn)變也十分好看。
從汽車油漆的主要成分來看,主要由樹脂、顏料、溶劑和添加劑組成。其中,樹脂一般采用的合成樹脂即丙烯酸聚氨酯。丙烯酸聚氨酯漆分為油性的丙烯酸聚氨酯漆和水性的丙烯酸聚氨酯漆。由于水性漆的單價成本高于油性漆,施工工藝要求更加嚴(yán)謹(jǐn),所以整體的成本要高于油性漆。因此汽車一般是以油性漆為主,不過目前水性漆的趨勢也在慢慢上升。
油漆噴涂“雙刃劍”
油漆在為汽車帶來防腐、保護(hù)、個性等作用的同時,其危害也隨之而來。汽車噴涂的丙烯酸聚氨酯漆有一定的毒性。如果防護(hù)不當(dāng),操作者易患上急性或慢性中毒、職業(yè)病和皮膚斑疹等疾病。

首先對于操作者來說,涂料的毒性主要是由所含的溶劑、顏料和部分基料等有毒物質(zhì)所造成的。有機(jī)溶劑一般都具有溶脂性(對油脂具有良好的溶解作用)。所以當(dāng)溶劑進(jìn)入人體后能迅速與含脂肪類物質(zhì)作用,特別對神經(jīng)組織產(chǎn)生麻痹作用,產(chǎn)生行動和語言障礙,造成失神狀態(tài)。以苯為例,當(dāng)苯的濃度約100~300mg/m3的環(huán)境下長期工作,就能產(chǎn)生不同程度的苯中毒。如果達(dá)到重度苯中毒,就會對操作者造成白細(xì)胞下降到2000以下,紅細(xì)胞、血小板大量減少,口腔黏膜皮下出血,視網(wǎng)膜廣泛出血,肝臟腫大,骨骼組織顯著改變,多發(fā)性神經(jīng)炎,再生障礙性貧血等癥狀。所以,為確保操作者身體健康,必須對工作環(huán)境有著更嚴(yán)格的要求。
此外,除了針對操作工作的危害之外,汽車噴涂如果操縱不當(dāng)對于空氣污染也不容忽視。有害氣體的排放會對空氣產(chǎn)生新的污染,對于周圍人群造成微量損害,但是如果長期生活在這種污染后的空氣中,就會對人體造成無法挽回的后果。
在汽車生產(chǎn)的四大工藝中,涂裝車間的工藝流程最長、技術(shù)最復(fù)雜、自動化程度最高。具體來看,汽車涂裝設(shè)備按功能分為噴漆室、烘房、運輸設(shè)備、空調(diào)、表面處理設(shè)備、電泳設(shè)備等,其中烘干室、噴漆室、電泳設(shè)備和空調(diào)所消耗的電能約占涂裝車間總能耗的90%。同時涂裝車間三廢(廢水、廢氣、廢渣)的排放量也最大。涂裝車間的能耗占60%、VOC(揮發(fā)性有機(jī)化合物)排放占95%、CO2排放占60%。其中色漆和清漆噴涂中使用量最大的一類油漆材料為芳香烴溶劑,此外酯類、醇類和酮類溶劑使用量較多,是涂裝車間VOC的主要來源,并通過噴漆和烘干工序產(chǎn)生排放。

隨著智能數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用,主機(jī)廠的噴涂車間多數(shù)均實現(xiàn)自動化,而且國家已經(jīng)出臺有關(guān)VOCs(揮發(fā)性有機(jī)物)的治理辦法,噴涂車間廢氣可以通過點燃、吸附、冷卻凝結(jié)等方法進(jìn)行處理。只有達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)才允許排放,換言之對于成本來講也是一筆不小的開支,以一家車企主機(jī)廠的噴涂車間為例,如果按照定期維護(hù)每年成本至少在百萬元以上。
在能耗方面,盡管油漆與石油化石能源沒有直接關(guān)聯(lián),但油漆噴涂往往離不開有機(jī)溶劑稀釋。而有機(jī)溶劑主要是從石油和煤炭中提煉,這不僅消耗大量的化石能源,而且有機(jī)溶劑還含有大量的苯、甲苯、二甲苯、甲醛等有毒有害物質(zhì),其揮發(fā)期長達(dá)十幾年??梢哉f,有機(jī)溶劑不僅消耗能源、污染環(huán)境、有毒有害且易燃易爆。在國外,傳統(tǒng)油漆生產(chǎn)和應(yīng)用已被明令禁止或受限,2004年歐盟已立法嚴(yán)禁生產(chǎn)和使用油漆。?
除此之外,受原油價格上漲驅(qū)動以及美寒流天氣,導(dǎo)致多類化工裝置關(guān)閉停工,短期內(nèi)造成化工原材料市場供需失衡,國內(nèi)化工品市場漲勢一片。國內(nèi)諸多企業(yè)發(fā)函調(diào)價,其中環(huán)氧樹脂上漲超過50%,聚酯樹脂、固化劑漲超40%,鈦白粉漲超35%。上游原材料價格的漲勢兇猛,這也導(dǎo)致下游的涂料企業(yè)生產(chǎn)成本上升。最終成本將轉(zhuǎn)嫁至消費者身上。
由表及里,從“無漆”開始
在慕尼黑IAA展上,寶馬集團(tuán)推出不用油漆的BMW?i循環(huán)概念車無疑為未來的汽車生產(chǎn)帶來更多環(huán)保應(yīng)用場景。從目前公開報道信息來看,寶馬集團(tuán)目前是第一家也是唯一一家推出了不使用車漆噴涂概念車的車企。

這并不意味著BMW?i循環(huán)概念車就不符合防腐、審美的標(biāo)準(zhǔn)需求。BMW?i循環(huán)概念車摒棄了車漆、真皮和鉻,并引入生物基原材料以減少對環(huán)境的影響,?所謂的生物基原材料是指以生物質(zhì)資源為原料,經(jīng)過物理、化學(xué)、生物等方法加工成具有高分子特性的天然或合成的物質(zhì)??梢杂脕碇圃煊杏玫臉?gòu)件、器件或物品等。
具體來看,車身材質(zhì)使用再利用鋁材料,經(jīng)陽極氧化處理為淺金色,避免了車漆的使用。通過陽極氧化處理可以大大增強(qiáng)鋁材料耐磨性和延長使用壽命,更為重要的是杜絕了油氣噴涂帶來的大氣污染。

值得一提的是,在2019年法蘭克福車展,寶馬推出了全世界最黑的車——THE?VBX6。這款VBX6是寶馬與英國的材料公司Surrey?NanoSystems聯(lián)手打造的,使用了該公司的專利材料——Vantablack??VBx2納米漆面材料,VBX6也是世界上唯一一款采用了這種Vantablack(納米碳管黑體)漆面的車。據(jù)悉Vantablack是目前世界上已知的最黑的物質(zhì),它能夠吸收99.965%的可見光,幾乎是沒有光線可以反射??梢哉f,寶馬在車輛面漆材料的運用上一直有著行業(yè)獨創(chuàng)性和領(lǐng)先性。此次寶馬推出無漆BMW?i循環(huán)概念車再次將寶馬面漆技術(shù)發(fā)揮到極致。

對于寶馬集團(tuán)來說,BMW?i循環(huán)概念車盡管沒有達(dá)到量產(chǎn)級別,但其代表了未來寶馬汽車全新的技術(shù)走向。根據(jù)一輛中型轎車至少需要噴漆2.5升計算來看,2020年寶馬集團(tuán)全球銷量達(dá)到232.4萬輛(寶馬品牌、MINI品牌和勞斯萊斯品牌),如果未來寶馬能夠?qū)o漆技術(shù)進(jìn)行量產(chǎn)推廣,粗略計算每年至少為寶馬節(jié)省581萬升的油漆噴涂。

寶馬集團(tuán)董事長齊普策先生表示,BMW?i?循環(huán)概念車詮釋了寶馬集團(tuán)在可持續(xù)出行方面進(jìn)行的全面而細(xì)致的思考,這不僅僅是一款概念車,更是寶馬集團(tuán)的承諾。它展現(xiàn)了寶馬致力于成為世界上最可持續(xù)的汽車制造廠商的雄心壯志。