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乳膠漆VOC含量的限制與測定方法,闡述了有機揮發物VOC 的定義,歸納了目前國內外內墻涂料VOC 含量的限量值,根據國家最新標準對乳膠漆VOC 含量測定方法進行了討論,總結了降低VOC 含量的幾種方法
2019年07月22日    閱讀量:160    新聞來源:中國建材網 cnprofit.com  |  投稿

0 引言

涂料中有機揮發物(Volatile Organic Compounds,VOC)排放到大氣后會參與氧化氮反應,破壞臭氧層,導致空氣質量變差,刺激人體粘膜,使人產生頭痛、乏力、昏昏欲睡和不舒服的感覺,另外,還有一定的基因毒性和致癌性。


近年來,隨著經濟的發展,人們環保、健康意識不斷提高,特別是對建筑裝飾中使用的墻面裝修材料——乳膠漆的環保指標VOC 含量進行限制的呼聲也越來越高,各國政府也相應制訂了越來越嚴格的技術標準。


1 VOC 的定義

有機揮發物VOC,我國GB 18582—2008《室內裝飾裝修材料 內墻涂料中有害物質限量》標準及HJ/T201—2005《環境標志產品認證技術要求 水性涂料》標準定義為在101.3 kPa 標準壓力下,任何初沸點低于或等于250 ℃的有機化合物中國建材網cnprofit.com


美國ASTM D3960—2005《色漆和相關涂料中揮發性有機化合物(VOC)含量的測定方法》標準將VOC 定義為任何能參加大氣光化學反應的有機化合物。美國聯邦環保署(EPA)的定義:揮發性有機化合物是除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反應的碳化合物。有關色漆和清漆通用術語的國際標準ISO 4618《色漆和清漆——術語和定義》對VOC 的定義是,原則上,在常溫常壓下,任何能自發揮發的有機液體和/或固體。


2 VOC 的控制指標

不同國家,不同地區,甚至不同部門,因為生產水平不同,側重點不同,對VOC 的限量的要求也有所不同。表1 是目前國內外內墻涂料VOC 含量的限量值(產品扣除水分后的揮發性有機化合物的含量)。

乳膠漆VOC含量的限制與測定方法,闡述了有機揮發物VOC 的定義,歸納了目前國內外內墻涂料VOC 含量的限量值,根據國家最新標準對乳膠漆VOC 含量測定方法進行了討論,總結了降低VOC 含量的幾種方法 中國建材網,cnprofit.com

3 VOC 含量測定方法

VOC 含量的測定結果是否準確,依賴于測試方法是否科學,測試步驟是否合理。目前常用的檢測標準較多,但每個標準都有一定的適用范圍。如我國新出臺的GB/T23985—2009/ISO11890-1:2007《色漆和清漆 揮發性有機化合物(VOC)含量測定 差值法》標準適用于檢測VOC 含量大于15%的涂料;


標準GB 18582—2008、HJ/T 201—2005及GB/T 23986—2009/ISO11890-2:2006《色漆和清漆 揮發性有機化合物(VOC)含量的測定 氣相色譜法》適用于檢測VOC 含量在0.1%~15%的涂料;GB/T 23984—2009/ISO17895:2005《色漆和清漆 低VOC 乳膠漆中揮發性有機化合物(罐內VOC)含量的測定》標準(代替德國DIN55649—2001 標準)適用于檢測VOC 含量在0.01%~0.1%的涂料。


通過以上歸納可知,對不同VOC 含量的乳膠漆應選擇相應的檢測標準,一般有如下3 類方法。


3.1 差值法(VOC 含量大于15%)

其原理是將乳膠漆中各組分按規定的質量比或體積比混合,作為測定樣品。分別測出樣品中不揮發物含量,水含量和豁免有機化合物含量(只有在國家有專門規定時才予以考慮),按公式計算VOC 含量。按GB/T 23985—2009/ISO11890-1:2007,VOC 含量計算公式為:

乳膠漆VOC含量的限制與測定方法,闡述了有機揮發物VOC 的定義,歸納了目前國內外內墻涂料VOC 含量的限量值,根據國家最新標準對乳膠漆VOC 含量測定方法進行了討論,總結了降低VOC 含量的幾種方法 中國建材網,cnprofit.com

式(1)~式(3)中:

w(NV)——不揮發物含量,以質量分數(%)表示;

W w ——水含量,以質量分數(%)表示;

ρ(VOC)——“待測”樣品中VOC 含量,單位為克每升(g/L);s ρ

——試驗樣品在23 ℃時的密度,單位為克每毫升(g/mL);

w VOC l ) ρ( ——“待測”樣品扣除水后的VOC含量,單位為克每升(g/L);

W ρ ——水在23 ℃時的密度,單位為克每毫升(g/mL)(23 ℃時,水的密度為0.997 537 g/mL);



3.2 氣相色譜法(VOC 含量介于0.1%~15%)

其原理是將乳膠漆中各組分按規定以正確的質量比或體積比混合,用氣相色譜技術分離出備用樣品中的有機揮發物和豁免化合物(只有在國家有專門規定時才予以考慮)。先對備用樣品中的揮發物進行定性分析,然后再采用內標法以峰面積的值來定量測定備用樣品中的各有機揮發物的量。用合適的方法測定樣品中的水含量,并用合適的公式計算涂料產品中VOC 含量。按GB/T 23986—2009/ISO11890-2:2006,VOC 含量計算公式為:


乳膠漆VOC含量的限制與測定方法,闡述了有機揮發物VOC 的定義,歸納了目前國內外內墻涂料VOC 含量的限量值,根據國家最新標準對乳膠漆VOC 含量測定方法進行了討論,總結了降低VOC 含量的幾種方法 中國建材網,cnprofit.com

式(4)~式(6)中:mi——1 g 試驗樣品中化合物i 的質量,單位為克(g);mw——1 g 試驗樣品中水的質量,單位為克(g);其他符號同式(1)~式(3)。


3.3 頂空進樣氣相色譜法(VOC 含量介于0.01%~0.1%)

其原理為:用有隔膜密閉小瓶的頂空進樣器進樣,并用具有自動樣品轉換器的氣相色譜儀來分析。進樣是當樣品被加熱至150 ℃后,其中的揮發性有機化合物完全汽化而轉移至非極性毛細管分離柱中,以正十四烷(沸點252.6℃)的保留時間作為積分終點,對積分終點前的所有組分的峰面積積分。


通過分別對不含儲備混合物的稀釋后的試樣及4 種含有不同質量分數儲備混合物稀釋后的試樣進行測定,均校準至1 mg 樣品的峰面積,并求出平均值對加入的儲備混合物的量作圖進行線性回歸,由回歸直線的斜率及直線從縱坐標上的截距計算出樣品中的VOC 含量。


4 降低乳膠漆VOC 含量的方法

乳膠漆由乳液、水、各種助劑及顏填料(粉料)四部分組成,要想降低乳膠漆VOC 的含量,就要從乳液和助劑方面入手,但乳膠漆中有機溶劑的含量降低到一定范圍后,會對其成膜性能和防凍性能產生較大的影響,所以必須采取必要的方法才能保證涂料的性能。


4.1 使用低溫成膜的乳液

使用低溫成膜的乳液降低VOC 是提高乳膠漆產品環保性能的主要課題。目前國內外報道的低VOC 或零VOC 的產品就是選擇了成膜溫度界于0~3 ℃,而且具有一定的低溫穩定性的乳液。這樣一來,在保證涂料性能的前提下,在配方中就可以不添加或少量添加成膜助劑和抗凍劑,真正實現低VOC 或零VOC。


4.2 提高產品的體積固含量

無論是從定義來分析還是由公式推算,在保證揮發性溶劑含量不變的前提下,提高產品的體積固含量能降低體系的VOC。提高體積固含量有效的途徑是用部分粉料替代配方當中的水,或者整體提高配方當中的固體含量。


4.3 使用高效的成膜助劑

目前傳統的成膜助劑是Texanol、醇醚、溶劑汽油及苯甲醇等溶劑,這些溶劑要么助成膜效率一般,要么本身氣味較大,都很難圓滿地解決問題。為此,可嘗試使用國內外陸續推出一些高效的成膜助劑,如陶氏公司的DalpadC、D,能夠保證成膜效率的基礎上降低VOC。


4.4 降低抗凍劑的用量

直接降低抗凍劑的用量或利用保護性助劑提高乳液的抗凍能力,降低抗凍溶劑的添加量。目前乳膠漆的抗凍性能主要還是有乙二醇或丙二醇等抗凍劑來提供,這些都屬于VOC 范疇。降低它們的添加量就可以降低VOC,但會對體系的抗凍性能產生影響。因此,選擇保護性助劑能夠解決這個矛盾,這些助劑包括相對低分子質量的纖維素和乳化劑等。


5 結語

中國是建筑涂料生產大國,但同美國、日本等世界先進工業國家相比,仍有較大的差距,建筑涂料在我國仍有較大的發展空間。近幾年,一些國外大型涂料企業以不同形式進入我國市場,并已占有了相當的市場份額,國內涂料及相關生產企業受到了較為嚴峻的沖擊和考驗,如何提高產品的國際市場競爭力,將是國內建筑涂料及乳液生產廠家和科研院所面臨著的考驗。因此,進行具有獨創性和國際競爭能力的高性能、零VOC 聚合物乳液和零VOC 建筑乳膠漆的開發,促進我國傳統涂料產業的改造和提升,增強其在市場上的競爭能力,并能在較短時間內形成產業優勢,將產生巨大的經濟效益和社會效益。


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