VOC与涂料配方

1 VOC的定义 VOC 是挥发性有机化合物(volatile organic compounds) 的英文缩写。 人们对VOC 的定义五花八门,主要有如下几种: (1) 美国AS…

1 VOC的定义
VOC 是挥发性有机化合物(volatile organic compounds) 的英文缩写。
人们对VOC 的定义五花八门,主要有如下几种:
(1) 美国ASTM D3960—98 标准将VOC 定义为任何能参加大气光化学反应的有机化合物。
(2) 美国联邦环保署(EPA) 对VOC 的定义:挥发性有机化合物是除CO、CO2、H2CO3、金属碳化物、金属碳酸盐和碳酸铵外,任何参加大气光化学反应的碳化合物。
(3) 世界卫生组织(WHO) 对总挥发性有机化合物(TVOC) 的定义为,熔点低于室温而沸点在50~260 ℃之间的挥发性有机化合物的总称。
(4) 有关色漆和清漆通用术语的国际标准ISO 4618/1—1998 和德国DIN 55649—2000 标准对VOC 的定义是,原则上,在常温常压下,任何能自发挥发的有机液体或固体。同时,德国DIN 55649—2000 标准在测定VOC 含量时,又作了一个限定,即在通常压力条件下,沸点或初馏点低于或等于250 ℃的任何有机化合物。
(5) 最普遍的共识为,VOC 是指那些沸点等于或低于250℃的化学物质。常见的VOC 有苯乙烯、丙二醇、甘烷、酚、甲苯、乙苯、二甲苯、甲醛等。TVOC 是空气中3 种有机污染物(多环芳烃、挥发性有机物和醛类化合物) 中影响较为严重的一种。
上述定义有相同之处,但也各有侧重:
(1) 美国的定义对沸点、初馏点不作限定,强调参加大气光化学反应。不参加大气光化学反应的就叫作豁免溶剂,如丙酮、四氯乙烷、醋酸叔丁酯等。
(2) 世界卫生组织则对沸点或初馏点作限定,不管其是否参与大气光化学反应。
(3) 国际标准ISO 4618/1—1998 和德国DIN 55649—2000标准对沸点、初馏点不作限定,也不管是否参与大气光化学反应,只强调在常温常压下能自发挥发。
VOC 的定义分为2 类,一类是普通意义上的VOC 定义,只说明什么是挥发性有机物,或者在什么条件下是挥发性有机物;另一类是环保意义上的定义,即活泼的那一类挥发性有机物,会产生危害的那一类挥发性有机物。非常明显,从环保意义上说,挥发和参与加大气光化学反应这2 点是十分重要的。不挥发或不参与大气光化学反应就不构成危害。这也是欧洲将溶剂按光化臭氧产生潜力来分类的原因。

2 VOC的来源
(1) 世界日益增长的交通量造成的废气排放是产生VOC的原因之一。
(2) 产生VOC 的最大源头是建筑行业:密封胶、胶粘剂、涂料、地板涂层等向大气中释放挥发性有机化合物。
经资料证明和计算,全世界涂料和装修工业每年把1100万t 有机溶剂排到大气中,是仅次于汽车尾气的大气第二大污染源,且溶剂排到大气中后,会造成光化学污染,形成温室效应。VOC 对人们造成的危害是长久的,并不是微乎其微的。我国是VOC 物质排放大国,VOC 物质的排放量现仍以年均9%的速度在增长。在VOC 物质的总排放量中,工业中的排放量占了30%,而工业中的涂料、胶粘剂等的VOC 排放量占工业排放量70%。

3 VOC 的主要成分及对人体健康的影响
VOC 的主要成分有烃类、卤代烃、氧烃和氮烃,它包括苯系物、有机氯化物、氟利昂系列、有机酮、胺、醇、醚、酯、酸和石油烃化合物等。在室内装饰过程中,VOC 主要来自油漆、涂料和胶粘剂。一般油漆中VOC 含量在0.4~1.0mg/m3。由于VOC 具有强挥发性,一般情况下,油漆施工后的10 h 内,可挥发出90%,而溶剂中的VOC 在油漆风干过程中只释放总量的25%。VOC 对人体健康有巨大影响。一般说来,消费品中所含VOC 越少,对人体的危害就越轻微。当居室中的VOC 达到一定浓度时,短时间内会使人感到头痛、恶心、呕吐、乏力等,严重时会导致抽搐、昏迷,并伤及人的肝脏、肾脏、大脑和神经系统,造成记忆力减退等严重后果。

4 控制VOC 的法律法规及标准
目前,全球制定了严格的控制VOC 的法律法规及标准,要求涂料生产企业不断降低VOC 的排放量。大致情况如表1所示。

我国从2002 年1 月1 日起实施的《室内装饰装修材料内墙涂料中有害物质限量》国家标准,明确规定每升涂料VOC含量不得高于200 g。目前,全国约有8 000 家涂料油墨企业,年产各种涂料约500 万t,但产品外包装上均未标注VOC 释放量。

5 降低和减少建筑涂料中VOC 含量的方法与措施
5.1 使用“更绿色”的涂料
如何降低和减少VOC 是迫切和长期的要求。越来越多的涂料和塑料生产商正在通过开发利用新型的环保体系(所谓环保体系,指的是粉末涂料、水性体系、高固含、无溶剂和无挥发性有机化合物体系及紫外固化等),采用无挥发性有机化合物配方来防治日益严重的VOC 污染。在建筑涂料中,制造商减少产品配方中VOC 含量的一个方法就是降低涂料中的溶剂或助溶剂,并增加树脂含量。乳液的种类、乳液中的游离单体含量、助剂也会影响TVOC 量,游离单体含量高和助剂成分可导致TVOC 量升高。因此,在建筑涂料的配方设计中应充分考虑VOC 含量,选择合适的乳液。
如,BASF 拥有2 款乳胶漆产品———高光泽的Acronal Optive230 和半光泽的Acronal Optive 130。这2 款乳胶漆性能优异,它们的VOC 含量为50 g/L 或更低,却与VOC 含量为150 g/L的乳胶漆具有等同乳液性能。
5.2 使用可再生的新型原料
所谓再生资源是指,如果一种天然资源能够通过天然过程的方式恢复及更新换代,并且其更新换代速度接近或快于人类消耗它的速度,则它就被认为是可再生的。用可再生的材料作为原料,成为新的绿色环保体系潮流,产品中可再生材料的比例是一个用来评价产品的生态友好程度的重要指标。传统成膜助剂丙二醇、乙二醇在建筑涂料中含量大约为2%~3%,它能够促使乳液中的聚合物粒子的塑性流动和弹性变形,改善它们在凝聚时的变形,使之能在较宽的温度范围内成膜,即降低乳液的成膜温度。但是它们会完全挥发,因此也成为影响建筑涂料TVOC 含量的因素。而使用新型原材料,如润湿剂和流平剂,这些新材料能够从油漆中去掉成膜助剂中的溶剂和乙二醇,仍然能够保持产品的耐久性和应用特性。润湿剂是一种表面活性剂,它所含活性基团可定向吸附在颜填料粒子表面,增加漆基和颜料的亲和性,同时降低漆料的表面张力,加速介质渗透进入颜料聚集体粒子间的孔缝之中,取代颜料粒子表面所吸附的空气和水等,使颜料粒子间有一定的间隔,防止颜料粒子的聚结,有助于保持涂料的分散稳定性。在建筑涂料配方中,常用到各类助剂(如分散剂、润湿剂、消泡剂、增稠剂、流平剂等),这些物质自身可能含有少量的VOC,但由于这些物质在涂料配方中添加量少,因此对涂料中的TVOC 量影响相对较小。分散剂都是水溶性的,除了铵盐类分散剂会有少量的氨挥发外,其他类型的分散剂均无有机挥发物。消泡剂方面,通常使用的矿物油类消泡剂,均含有少量的VOC,而新型聚合物高分子的消泡剂则完全没有VOC,但由于润湿剂具有一定的吸水性,其用量的增加会对漆膜的抗水性、耐擦洗等性能有负面影响,可以通过选用低吸水率的颜填料来降低这种影响,提高涂膜的抗水性、耐擦洗性。以著名的助剂公司BYK 为例,旗下润湿分散剂产品BYK154、DISPERBYK- 190、DISPERBYK- 191 和DISPERBYK-192 等多种型号不含甲醛和烷基酚醚(APEO),不含VOC;在有机硅氧烷消泡剂方面,BYK-022、BYK-024、BYK-028、BYK-093 等型号产品不含甲醛和烷基酚醚(APEO),不含VOC;在流变和蜡助剂方面,AQUATIX-8412、BYK-425 等型号产品也不含甲醛和烷基酚醚(APEO),不含VOC。

6 结语
越来越严格的环保限制、绿色革命和消费者的需求正在推动低VOC 和零VOC 涂料的研发,这是一股不可抗拒的历史潮流,也给各行各业带来了新的挑战和机遇,而落后者必将被淘汰出局。

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