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丙烯酸內墻乳膠漆中VOCs散發研究,利用自行設計的小型環境測試艙,對丙烯酸內墻乳膠漆采用熱解吸氣相色譜法跟蹤監測VOCs 的散發特征
2019年07月15日    閱讀量:425    新聞來源:中國建材網 cnprofit.com  |  投稿

揮發性有機化合物VOCs(Volatile Organic Compounds)是指在室溫下飽和蒸氣壓超過70.91 Pa 或沸點低于260 ℃的化合物[1]。這些化合物中大部分是有毒、有害、致癌、致畸、致突變毒性的化合物,其中至少有十幾種物質由于其強烈損害健康而被列入美國環保署(EPA)的優先檢測物質名錄[2]。


內墻涂料是室內使用量較大的建筑裝飾裝修材料之一,也是室內VOCs 的主要污染源之一[3-6]中國建材網cnprofit.com。目前使用的各種丙烯酸樹脂內墻乳膠漆在涂刷、使用過程中,或多或少地散發一定量的VOCs。涂料涂刷后,VOCs 的散發主要分為3 個不同階段。


第1 階段為濕性材料散發階段,從涂料涂刷后到涂層表面稍微干燥,涂料中VOCs 的主要散發形式為揮發。涂料中揮發性組分的蒸汽壓決定VOCs 的散發強度,這個階段的散發強度很大,但時間較短,一般不超過2 h。第2 階段為過渡階段,從涂層表面稍干到涂膜干燥,VOCs 向外散發強度介于第1階段和第3 階段。


第3 階段為干性材料散發階段,涂料已經完全干燥,在涂料內部分布的殘余VOCs 主要通過固體內部擴散后從涂膜表面向空氣中擴散。此階段雖然散發強度較低,但是持續時間最長,是形成室內污染的主要階段。


目前我國對內墻涂料中VOCs 的研究僅局限于定量測定單位質量內墻涂料中的總揮發性有機化合物TVOC(TotalVolatile Organic)含量,對VOCs 的室內空間散發過程并未涉及,而后者將直接影響到室內空氣中VOCs 含量,在室內空氣污染研究中舉足輕重。本文以目前國內市場上占有份額較高的3 種丙烯酸內墻乳膠漆為研究對象,利用自行設計的小型環境測試艙,使用熱解吸氣相色譜法跟蹤監測VOCs 的散發特征。


1 試驗方案

1.1 小型環境測試艙法

采用自行設計的小型環境測試艙[7],參考GB/T 18883—2002《室內空氣質量》,抽取放置樣品后小型環境測試艙中氣體,利用熱解吸氣相色譜分析法檢測氣體中VOCs 含量,對艙中VOCs 濃度進行監測。小型環境測試艙空倉(不放入材料樣品),以進氣量10 L/min 開始,工作1 h 后每間隔一定時間從采樣口采空氣樣進行TVOC 濃度測定,艙體內TVOC 本底質量濃度為0.032~0.038

mg/m3。


1.2 試驗內容與方法

1.2.1 TVOC 含量的測試

按照GB/T 18582—2001《室內裝飾裝修材料內墻涂料中有害物質限量》對3 個丙烯酸內墻乳膠漆樣品(S1、S2、S3)分別進行總揮發物含量、卡爾·費休法水含量以及涂料密度的測試,用以確定3 個待測樣品中TVOC 的全含量。


1.2.2 小型環境測試艙法VOCs 散發監測

測試原理為在吸附管中裝入適量的吸附劑(Tenax TA),用吸附管采集裝載樣品后小型環境測試艙中氣體,將空氣中的VOCs 保留在吸附管中。采樣后,將吸附管加熱,解吸VOCs,待測空氣樣品隨惰性載氣進入毛細管氣相色譜儀,用保留時間定性、峰高定量。

樣品的制備:選用惰性平板玻璃作為涂料涂刷的襯底材料,按照內墻涂料中關于涂料使用量的說明,量取內墻涂料,分2 次在其兩面均勻涂覆。15 min 后置于小型環境測試艙的插槽中,在間隔時間為0.5、4、8、24、48、72、96、168 h 時對艙體中VOCs 濃度進行測量,測量周期為7 d。進行涂料測試的小型環境測試艙條件為:溫度(23±1)℃,濕度(45±5)%,換氣次數為1 次/h,荷載(每立方米空間內涂料所涂刷的面積)為1 m2/m3。


2 結果與討論

2.1 樣品中的TVOC 含量

3 種丙烯酸內墻涂料樣品中的總有機揮發物含量測試結果見表1。涂料密度分別為:ρS1=1.527 g/ml,ρS2=1.454 g/ml,ρS3=1.541 g/ml。涂料含水率分別為:VH2O -S1=30.63%,VH2O -S2=38.8%,VH2O -S3=43.62%。

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涂料中的TVOC 計算:TVOC=(V-VH2O)·ρ×103

TVOCS1=176.67 g/L;

TVOCS2=152.67 g/L;

TVOCS3=183.72 g/L。


2.2 小型環境測試艙法VOCs 散發研究

2.2.1 熱解吸氣相色譜分析法VOCs 定性測試(見圖1)

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如圖1 所示,毛細管氣相色譜用于涂料中VOCs 散發分析,各組分分離效果良好,說明分離條件和儀器能夠滿足涂料中VOCs 散發試驗分析的要求。


2.2.2 熱解吸氣相色譜分析法測定小型環境艙中VOCs 散發濃度變化

采用液體外標法,利用色譜解譜軟件對所得數據進行處理,以樣品中的VOCs 各組分釋放濃度為縱坐標,時間為橫坐標,得到3 種樣品的VOCs 散發濃度變化曲線。圖2~圖4 分別為涂料樣品S1、S2、S3 中8 種主要VOCs 濃度隨時間的變化曲線。

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由圖2 可見,樣品S1 中以二甲苯的濃度最高。二甲苯的單組分濃度峰值出現在散發開始后8 h 左右,在之前表現為急劇的增長階段,之后隨著二甲苯散發強度的減小和進入環境艙的清潔空氣的稀釋,表現為濃度迅速下降階段。在整個釋放階段的后期,二甲苯的濃度曲線較為平緩。其它2 種主要VOCs 組分為甲苯和乙苯。甲苯和乙苯的濃度較鄰(間)二甲苯低,但釋放規律和二甲苯頗為一致。其它幾種組分的釋放曲線更加趨于平緩,其各個時間段的釋放濃度更低。


由圖3 可見,樣品S2 中最主要的VOCs 組分是甲苯,其它幾種組分的濃度較低。各組分濃度衰減的速度較快,其峰值也在被測的3 種樣品中屬于最低。從污染物散發的角度看,樣品S2 在3 種涂料中表現最好。

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由圖4 可見,與其它2 種涂料樣品不同,樣品S3 中最主要的VOCs 組分是鄰二甲苯。樣品S3 中VOCs 散發很快就達到最高值,之后濃度下降很快。但是下降到一定程度后,下降趨勢趨于緩和,這時的VOCs 整體釋放濃度仍然偏高。整體來看,樣品S3 的VOCs 平均濃度為3 種樣品中最高。


2.2.3 熱解吸氣相色譜測定小型環境艙中

TVOC 散發特征(見圖5)

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將試樣中的VOCs 組分按GB 18883—2002 的換算方法計算TVOC 值。樣品S1 和樣品S2 的釋放過程比較類似,而樣品S3 的峰值明顯高于其它2 種涂料。除了峰值之外,S3 在VOCs 釋放的各個階段,其TVOC 濃度都高于其它2 種涂料,用于內墻涂刷時會對室內空氣污染影響較大。


而對比這3 種涂料樣品中TVOC 全含量,我們可以發現樣品的TVOC 釋放濃度與樣品中TVOC 全含量并無明顯的直接關系。同時參考GB/T 18582—2001 可以發現,雖然3 個涂料樣品中的TVOC 全含量均已達標(<200 g/L),但在樣品正常涂刷后,小型環境測試艙空氣中的TVOC 濃度均在250~1600μg/m3,而GB/T 18883—2002 規定室內TVOC 濃度限值為600μg/m3,且當TVOC 濃度大于200 μg/m3 時人體將出現不適。


經試驗可知,3 個樣品均沒有達到對人體無毒無害的標準,涂刷后對室內空氣質量的影響都不容樂觀。可見,僅依靠檢測內墻涂料中TVOC 全含量來判斷涂料是否合格,其科學性和實用性仍有待完善。


3 結語

(1)不同丙烯酸內墻乳膠漆涂料中的VOCs 組分及各組分釋放濃度各不相同,且差別較大。丙烯酸內墻乳膠漆中VOCs 各組分的釋放呈一定的規律性。VOCs 各組分釋放濃度在前期較短時間內急速上升至最大值,在經歷一個相對緩慢的衰減過程后,最后趨于一個穩定值。

(2)在一定條件下,利用小型環境測試艙,采用熱解吸氣相色譜分析法跟蹤監測所得的內墻乳膠漆中TVOC 的釋放濃度與樣品中TVOC 全含量并無明顯線形相關性,僅依靠檢測內墻涂料中TVOC 全含量來判斷涂料TVOC 含量是否合格,其科學性和實用性仍有待完善。


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