建筑涂料中揮發性有機化合物含量的測定和控制

6.6.1前言
    眾所周知，去年底至今年初，我國出臺了幾個關于涂料的環保要求標準。它們是GB 18582-2001《室內裝飾裝修材料內墻涂料中有害物質限量》、HBC 12-2002《環境標志產品認證技術要求水性涂料》和GB 50325-2001《民用建筑工程室內環境污染控制規范》等。這些標準的實施，對于規范市場，推動環保建筑涂料的發展，無疑將起積極作用。但在執行中，也引發了一些激烈的爭論。本文就揮發性有機化合物(VOC)含量的測定方法和控制指標談一點看法。
6.6.2 什么是VOC？
    在談論VOC含量的測定方法和控制指標之前，首先我們要搞清楚什么是VOC？
    VOC是揮發性有機化合物(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。世界衛生組織(WHO,1989)對總揮發性有機化合物（TVOC）的定義為，熔點低于室溫而沸點在50～260℃之間的揮發性有機化合物的總稱。有關色漆和清漆通用術語的國際標準ISO 4618/1-1998和德國DIN 55649-2000標準對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。同時，德國DIN 55649-2000標準在測定VOC含量時，又做了一個限定，即在通常壓力條件下，沸點或初餾點低于或等于250℃的任何有機化合物。巴斯夫公司則認為，最方便和最常見的方法是根據沸點來界定哪些物質屬于VOC，而最普遍的共識認為VOC是指那些沸點等于或低于250℃的化學物質。所以沸點超過250℃的那些物質不歸入VOC的范疇，往往被稱為增塑劑。
    這些定義有相同之處，但也各有側重。如美國的定義，對沸點初餾點不作限定，強調參加大氣光化學反應。不參加大氣光化學反應的就叫作豁免溶劑，如丙酮、四氯乙烷等。而世界衛生組織和巴斯夫則對沸點或初餾點作限定，不管其是否參加大氣光化學反應。國際標準ISO 4618/1-1998和德國DIN 55649-2000標準對沸點初餾點不作限定，也不管是否參加大氣光化學反應，只強調在常溫常壓下能自發揮發
    可將這些VOC的定義分為二類，一類是普通意義上的VOC定義，只說明什么是揮發性有機物，或者是在什么條件下是揮發性有機物；另一類是環保意義上的定義，也就是說，是活潑的那一類揮發性有機物，即會產生危害的那一類揮發性有機物。非常明顯，從環保意義上說，揮發和參加大氣光化學反應這兩點是十分重要的。不揮發或不參加大氣光化學反應就不構成危害。這也就是歐洲將溶劑按光化臭氧產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，形成臭氧。臭氧導致空氣質量變差，并且是夏季煙霧主要組分。
    VOC排放到大氣有三個最終效應：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毒性導致的病態，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，從而導致中樞神經系統受到抑制，使人產生頭痛、乏力、昏昏欲睡和不舒服的感覺。三是基因毒性和致癌性。
    當然，VOC對人的影響與其濃度有關。GB 50325-2001《民用建筑工程室內環境污染控制規范》規定，對于I類民用建筑工程，總揮發性有機化合物(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，為了提高空氣質量，我們要控制VOC，盡量降低VOC的含量，直至生產零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，VOC是低的，比溶劑型涂料低得多，是比較環保的，人們可以放心地使用。因此，美國85%以上的內墻建筑涂料都是乳膠漆。據德國RAL-UZ 102-2000藍天使環境標志標準報導，1998年，德國就有53萬t乳膠漆用于內墻和頂棚的裝飾。乳膠漆亦已成為我國內墻、頂棚和外墻裝飾的主導產品。
    盡管如此，我們還要不斷降低乳膠漆的VOC，因為這對提高環境質量有好處。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是好中求優的問題，是逐步達到理想境界的問題。
6.6.5 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，所以對VOC的控制指標的要求也不同。表6-6-1是部分例子。

表6-6-1 VOC控制指標

環保要求的標準有兩類，即市場準入標準和環境標志標準。由表6-5-1可以看出，市場準入的門檻還是比較低，如美國的《建筑涂料和工業維護涂料管制條例》。當然，GB 18582-2001標準是在過去標準的基礎上，考慮到中國的現狀，確定了VOC的指標。其要求看來似乎高于美國的《建筑涂料和工業維護涂料管制條例》，其實是低于它。現在的水性內墻涂料，主要是指內墻乳膠漆。在內墻乳膠漆中，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墻涂料250g/L，非平光水性內墻涂料380g/L。這與美國的《建筑涂料和工業維護涂料管制條例》的要求一樣。這樣作為市場準入的標準還是可以做到的，同時，這樣規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，而事實上按干膜計仍然是高VOC。據美國聯邦環保署（EPA）對乳膠漆的實測結果表明，一般乳膠漆中總VOC含量為2%～5%，相當于不扣水時30g/L～75g/L，扣水時75g/L～187.5g/L；而低VOC乳膠漆中總VOC含量為0.01%～0.3%，相當于不扣水時0.15g/L～4.5g/L，扣水時0.375g/L～11.25g/L。上海市化學建材協會組織的對上海市水性內墻涂料VOC的委托抽樣測定結果如表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的產品是達不到扣水后250g/L要求的。不扣水的147g/L約相當于扣水的368g/L，太高了。對這10%左右的企業，應該做些限制，促進其改進提高。這正是我們制定標準的目的

 

表6-6-2上海市水性內墻涂料VOC的測定結果

另外，環境標志類標準要求會比市場準入類標準高，如國家環保局的水性涂料環境標志標準就高于國家強制性標準GB 18582-2001。當然，德國的藍天使環境標志標準要求就更高了。這是錦上添花。 6.6.6 VOC的測定 6.6.6.1 涂料VOC的測定 VOC控制指標的確定與其測定方法和計算公式有著重要的關系。各種標準的測定方法和適用范圍列于表6-6-3。各種標準的計算公式列于表6-6-4。     由表6-6-3和表6-6-4可以看出，各個標準的測定方法不同，計算公式也不一致。進行數據比較時要特別小心。 其實，測定VOC是不容易的，溶劑能在涂膜中殘留很久。據報道，對測定揮發物含量的標準ASTM D2369-89調查結果表明，高于預期5%～34%。對二罐裝涂料偏差大，單罐裝的涂料比較合理。測定水性涂料的VOC更復雜，因為還要測定水含量。用ASTM D3960-96循環測試水性汽車漆，重視率為9.75%，這樣差的重現率是不足為奇的，因為水分分析方法的重現率差。用ASTM D3792-91標準氣相色譜法的重現率僅7.5%。三個復雜的卡爾費休法(Karl Fischer ASTM D4017-96)的重現率為4.2%～7.4%。尤其是很低VOC的水性涂料，它會因水分分析