建筑涂料中揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)含量的測定和控制
發(fā)布日期：2015-03-16 00:00 來源：http://zmlzyxsls.cn 點(diǎn)擊：
6.6.1 前言
眾所周知，去年底至今年初，我國出臺了幾個(gè)關(guān)于涂料的環(huán)保要求標(biāo)準(zhǔn)。它們是GB 18582-2001《室內(nèi)裝飾裝修材料內(nèi)墻涂料中有害物質(zhì)限量》、HBC 12-2002《環(huán)境標(biāo)志產(chǎn)品認(rèn)證技術(shù)要求水性涂料》和GB 50325-2001《民用建筑工程室內(nèi)環(huán)境污染控制規(guī)范》等。這些標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，對于規(guī)范市場，推動環(huán)保建筑涂料的發(fā)展，無疑將起積極作用。但在執(zhí)行中，也引發(fā)了一些激烈的爭論。本文就揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)含量的測定方法和控制指標(biāo)談一點(diǎn)看法。
6.6.2 什么是VOC？
在談?wù)揤OC含量的測定方法和控制指標(biāo)之前，首先我們要搞清楚什么是VOC？
VOC是揮發(fā)性有機(jī)化合物(volatile organic compounds)的英文縮寫。其定義有好幾種，例如，美國ASTM D3960-98標(biāo)準(zhǔn)將VOC定義為任何能參加大氣光化學(xué)反應(yīng)的有機(jī)化合物。美國聯(lián)邦環(huán)保署(EPA)的定義：揮發(fā)性有機(jī)化合物是除CO、CO2、H2CO3、金屬碳化物、金屬碳酸鹽和碳酸銨外，任何參加大氣光化學(xué)反應(yīng)的碳化合物。世界衛(wèi)生組織(WHO,1989)對總揮發(fā)性有機(jī)化合物（TVOC）的定義為，熔點(diǎn)低于室溫而沸點(diǎn)在50～260℃之間的揮發(fā)性有機(jī)化合物的總稱。有關(guān)色漆和清漆通用術(shù)語的國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 4618/1-1998和德國DIN 55649-2000標(biāo)準(zhǔn)對VOC的定義是，原則上，在常溫常壓下，任何能自發(fā)揮發(fā)的有機(jī)液體和/或固體。同時(shí)，德國DIN 55649-2000標(biāo)準(zhǔn)在測定VOC含量時(shí)，又做了一個(gè)限定，即在通常壓力條件下，沸點(diǎn)或初餾點(diǎn)低于或等于250℃的任何有機(jī)化合物。巴斯夫公司則認(rèn)為，最方便和最常見的方法是根據(jù)沸點(diǎn)來界定哪些物質(zhì)屬于VOC，而最普遍的共識認(rèn)為VOC是指那些沸點(diǎn)等于或低于250℃的化學(xué)物質(zhì)。所以沸點(diǎn)超過250℃的那些物質(zhì)不歸入VOC的范疇，往往被稱為增塑劑。
這些定義有相同之處，但也各有側(cè)重。如美國的定義，對沸點(diǎn)初餾點(diǎn)不作限定，強(qiáng)調(diào)參加大氣光化學(xué)反應(yīng)。不參加大氣光化學(xué)反應(yīng)的就叫作豁免溶劑，如丙酮、四氯乙烷等。而世界衛(wèi)生組織和巴斯夫則對沸點(diǎn)或初餾點(diǎn)作限定，不管其是否參加大氣光化學(xué)反應(yīng)。國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 4618/1-1998和德國DIN 55649-2000標(biāo)準(zhǔn)對沸點(diǎn)初餾點(diǎn)不作限定，也不管是否參加大氣光化學(xué)反應(yīng)，只強(qiáng)調(diào)在常溫常壓下能自發(fā)揮發(fā)
可將這些VOC的定義分為二類，一類是普通意義上的VOC定義，只說明什么是揮發(fā)性有機(jī)物，或者是在什么條件下是揮發(fā)性有機(jī)物；另一類是環(huán)保意義上的定義，也就是說，是活潑的那一類揮發(fā)性有機(jī)物，即會產(chǎn)生危害的那一類揮發(fā)性有機(jī)物。非常明顯，從環(huán)保意義上說，揮發(fā)和參加大氣光化學(xué)反應(yīng)這兩點(diǎn)是十分重要的。不揮發(fā)或不參加大氣光化學(xué)反應(yīng)就不構(gòu)成危害。這也就是歐洲將溶劑按光化臭氧產(chǎn)生潛力來分類的原因。
6.6.3 為什么要控制VOC？
在大氣中，在太陽光和熱的作用下，VOC參與氧化氮反應(yīng)，形成臭氧。臭氧導(dǎo)致空氣質(zhì)量變差，并且是夏季煙霧主要組分。
VOC排放到大氣有三個(gè)最終效應(yīng)：刺激眼睛，煙霧和毒性氧化劑，尤其是臭氧。
VOC對人體的影響可分為三種類型：一是氣味和感官，包括感官刺激，感覺干燥。二是粘膜刺激和其它系統(tǒng)毒性導(dǎo)致的病態(tài)，刺激眼粘膜、鼻粘膜、呼吸道和皮膚等，VOC很容易通過血液-大腦的障礙，從而導(dǎo)致中樞神經(jīng)系統(tǒng)受到抑制，使人產(chǎn)生頭痛、乏力、昏昏欲睡和不舒服的感覺。三是基因毒性和致癌性。
當(dāng)然，VOC對人的影響與其濃度有關(guān)。GB 50325-2001《民用建筑工程室內(nèi)環(huán)境污染控制規(guī)范》規(guī)定，對于I類民用建筑工程，總揮發(fā)性有機(jī)化合物(TVOC)≤0.5mg/m3；對于Ⅱ類民用建筑工程，TVOC≤0.6mg/m3。符合此要求，就沒有影響。
因此，為了提高空氣質(zhì)量，我們要控制VOC，盡量降低VOC的含量，直至生產(chǎn)零VOC的涂料。
6.6.4 乳膠漆還要降低VOC嗎？
就總體而論，乳膠漆以水為分散介質(zhì)，VOC是低的，比溶劑型涂料低得多，是比較環(huán)保的，人們可以放心地使用。因此，美國85%以上的內(nèi)墻建筑涂料都是乳膠漆。據(jù)德國RAL-UZ 102-2000藍(lán)天使環(huán)境標(biāo)志標(biāo)準(zhǔn)報(bào)導(dǎo)，1998年，德國就有53萬t乳膠漆用于內(nèi)墻和頂棚的裝飾。乳膠漆亦已成為我國內(nèi)墻、頂棚和外墻裝飾的主導(dǎo)產(chǎn)品。
盡管如此，我們還要不斷降低乳膠漆的VOC，因?yàn)檫@對提高環(huán)境質(zhì)量有好處。乳膠漆中VOC的來源主要是成膜助劑和二醇類溶劑。此外，還有乳液、色漿和助劑。降低乳膠漆VOC是好中求優(yōu)的問題，是逐步達(dá)到理想境界的問題。
6.6.5 VOC的控制指標(biāo)
不同國家，不同地區(qū)，甚至不同部門，因?yàn)樯a(chǎn)水平不同，側(cè)重點(diǎn)不同，所以對VOC的控制指標(biāo)的要求也不同。表6-6-1是部分例子。
 表6-6-1 VOC控制指標(biāo) |
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環(huán)保要求的標(biāo)準(zhǔn)有兩類，即市場準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)和環(huán)境標(biāo)志標(biāo)準(zhǔn)。由表6-5-1可以看出，市場準(zhǔn)入的門檻還是比較低，如美國的《建筑涂料和工業(yè)維護(hù)涂料管制條例》。當(dāng)然，GB 18582-2001標(biāo)準(zhǔn)是在過去標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，考慮到中國的現(xiàn)狀，確定了VOC的指標(biāo)。其要求看來似乎高于美國的《建筑涂料和工業(yè)維護(hù)涂料管制條例》，其實(shí)是低于它?，F(xiàn)在的水性內(nèi)墻涂料，主要是指內(nèi)墻乳膠漆。在內(nèi)墻乳膠漆中，人們是很少會把溶劑加到13%這么多。建議下次將其修改為扣水后平光水性內(nèi)墻涂料250g/L，非平光水性內(nèi)墻涂料380g/L。這與美國的《建筑涂料和工業(yè)維護(hù)涂料管制條例》的要求一樣。這樣作為市場準(zhǔn)入的標(biāo)準(zhǔn)還是可以做到的，同時(shí)，這樣規(guī)定也便于國際對比交流。扣水的用意是防止在涂料中加水成為低固體分而繞過法規(guī)，而事實(shí)上按干膜計(jì)仍然是高VOC。據(jù)美國聯(lián)邦環(huán)保署（EPA）對乳膠漆的實(shí)測結(jié)果表明，一般乳膠漆中總VOC含量為2%～5%，相當(dāng)于不扣水時(shí)30g/L～75g/L，扣水時(shí)75g/L～187.5g/L；而低VOC乳膠漆中總VOC含量為0.01%～0.3%，相當(dāng)于不扣水時(shí)0.15g/L～4.5g/L，扣水時(shí)0.375g/L～11.25g/L。上海市化學(xué)建材協(xié)會組織的對上海市水性內(nèi)墻涂料VOC的委托抽樣測定結(jié)果如表6-6-2所示。十分明顯，上海市乳膠漆的VOC高于美國。表6-6-2中不扣水VOC大于100g/L的產(chǎn)品是達(dá)不到扣水后250g/L要求的。不扣水的147g/L約相當(dāng)于扣水的368g/L，太高了。對這10%左右的企業(yè)，應(yīng)該做些限制，促進(jìn)其改進(jìn)提高。這正是我們制定標(biāo)準(zhǔn)的目的 |
 表6-6-2 上海市水性內(nèi)墻涂料VOC的測定結(jié)果 |
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另外，環(huán)境標(biāo)志類標(biāo)準(zhǔn)要求會比市場準(zhǔn)入類標(biāo)準(zhǔn)高，如國家環(huán)保局的水性涂料環(huán)境標(biāo)志標(biāo)準(zhǔn)就高于國家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)GB 18582-2001。當(dāng)然，德國的藍(lán)天使環(huán)境標(biāo)志標(biāo)準(zhǔn)要求就更高了。這是錦上添花。 |
  表6-6-3 各種標(biāo)準(zhǔn)的測定方法和適用范圍 表6-6-4 各種標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算公式 |
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C.M.Fobar測試了丙二醇純度對水含量測定的影響，結(jié)果如表6-6-5所示?？梢钥闯?，誤差還是比較大的。 |
 表6-6-5 丙二醇純度對水含量測定的影響 |
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我們也曾對很低VOC的乳膠漆測試過多次，其中一個(gè)結(jié)果如表6-6-6所示。表明按GB 18582-2001測定時(shí)，由于要測定總揮發(fā)物含量、水分含量和涂料密度等后才能求得VOC，各個(gè)量的測試都引入一定誤差，其結(jié)果與真實(shí)的VOC比較就相差很大。在國內(nèi)，同一個(gè)樣品，用同一測試方法，不同質(zhì)檢站的測試結(jié)果相差7倍多。更不要說測試方法不同了。 |
 表6-6-6 很低VOC乳膠漆在不同質(zhì)檢站的測試結(jié)果 |
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6.6.6.2 涂料涂刷后TVOC的測定 |
  表6-6-7 美國控制VOC的發(fā)展趨勢/g/L(扣水) 表6-6-8 我國控制VOC的發(fā)展趨勢 |
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由以上二個(gè)例子可以看出，在涂料行業(yè)，全球控制VOC的發(fā)展趨勢是：有關(guān)部門逐步制定更嚴(yán)厲的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，要求涂料生產(chǎn)企業(yè)不斷降低VOC的排放；同時(shí)，涂料生產(chǎn)企業(yè)和研制部門正在努力研究和開發(fā)降低VOC的產(chǎn)品，直至零VOC的產(chǎn)品，以便達(dá)到有關(guān)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)的要求，并獲得用戶的青睞。 |
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