建筑涂料中挥发性有机化合物含量的测定和控制

6.6.1前言
    众所周知，去年底至今年初，我国出台了几个关于涂料的环保要求标准。它们是GB 18582-2001《室内装饰装修材料内墙涂料中有害物质限量》、HBC 12-2002《环境标志产品认证技术要求水性涂料》和GB 50325-2001《民用建筑工程室内环境污染控制规范》等。这些标准的实施，对于规范市场，推动环保建筑涂料的发展，无疑将起积极作用。但在执行中，也引发了一些激烈的争论。本文就挥发性有机化合物(VOC)含量的测定方法和控制指标谈一点看法。
6.6.2 什么是VOC？
    在谈论VOC含量的测定方法和控制指标之前，首先我们要搞清楚什么是VOC？
    VOC是挥发性有机化合物(volatile organic compounds)的英文缩写。其定义有好几种，例如，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。美国联邦环保署(EPA)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。世界卫生组织(WHO,1989)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。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和/或固体。同时，德国DIN 55649-2000标准在测定VOC含量时，又做了一个限定，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。巴斯夫公司则认为，最方便和最常见的方法是根据沸点来界定哪些物质属于VOC，而最普遍的共识认为VOC是指那些沸点等于或低于250℃的化学物质。所以沸点超过250℃的那些物质不归入VOC的范畴，往往被称为增塑剂。
    这些定义有相同之处，但也各有侧重。如美国的定义，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、四氯乙烷等。而世界卫生组织和巴斯夫则对沸点或初馏点作限定，不管其是否参加大气光化学反应。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，也不管是否参加大气光化学反应，只强调在常温常压下能自发挥发
    可将这些VOC的定义分为二类，一类是普通意义上的VOC定义，只说明什么是挥发性有机物，或者是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，也就是说，是活泼的那一类挥发性有机物，即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，挥发和参加大气光化学反应这两点是十分重要的。不挥发或不参加大气光化学反应就不构成危害。这也就是欧洲将溶剂按光化臭氧产生潜力来分类的原因。
6.6.3 为什么要控制VOC？
    在大气中，在太阳光和热的作用下，VOC参与氧化氮反应，形成臭氧。臭氧导致空气质量变差，并且是夏季烟雾主要组分。
    VOC排放到大气有三个最终效应：刺激眼睛，烟雾和毒性氧化剂，尤其是臭氧。
    VOC对人体的影响可分为三种类型：一是气味和感官，包括感官刺激，感觉干燥。二是粘膜刺激和其它系统毒性导致的病态，刺激眼粘膜、鼻粘膜、呼吸道和皮肤等，VOC很容易通过血液-大脑的障碍，从而导致中枢神经系统受到抑制，使人产生头痛、乏力、昏昏欲睡和不舒服的感觉。三是基因毒性和致癌性。
    当然，VOC对人的影响与其浓度有关。GB 50325-2001《民用建筑工程室内环境污染控制规范》规定，对于I类民用建筑工程，总挥发性有机化合物(TVOC)≤0.5mg/m3；对于Ⅱ类民用建筑工程，TVOC≤0.6mg/m3。符合此要求，就没有影响。
因此，为了提高空气质量，我们要控制VOC，尽量降低VOC的含量，直至生产零VOC的涂料。
6.6.4 乳胶漆还要降低VOC吗？
    就总体而论，乳胶漆以水为分散介质，VOC是低的，比溶剂型涂料低得多，是比较环保的，人们可以放心地使用。因此，美国85%以上的内墙建筑涂料都是乳胶漆。据德国RAL-UZ 102-2000蓝天使环境标志标准报导，1998年，德国就有53万t乳胶漆用于内墙和顶棚的装饰。乳胶漆亦已成为我国内墙、顶棚和外墙装饰的主导产品。
    尽管如此，我们还要不断降低乳胶漆的VOC，因为这对提高环境质量有好处。乳胶漆中VOC的来源主要是成膜助剂和二醇类溶剂。此外，还有乳液、色浆和助剂。降低乳胶漆VOC是好中求优的问题，是逐步达到理想境界的问题。
6.6.5 VOC的控制指标
    不同国家，不同地区，甚至不同部门，因为生产水平不同，侧重点不同，所以对VOC的控制指标的要求也不同。表6-6-1是部分例子。

表6-6-1 VOC控制指标

环保要求的标准有两类，即市场准入标准和环境标志标准。由表6-5-1可以看出，市场准入的门槛还是比较低，如美国的《建筑涂料和工业维护涂料管制条例》。当然，GB 18582-2001标准是在过去标准的基础上，考虑到中国的现状，确定了VOC的指标。其要求看来似乎高于美国的《建筑涂料和工业维护涂料管制条例》，其实是低于它。现在的水性内墙涂料，主要是指内墙乳胶漆。在内墙乳胶漆中，人们是很少会把溶剂加到13%这么多。建议下次将其修改为扣水后平光水性内墙涂料250g/L，非平光水性内墙涂料380g/L。这与美国的《建筑涂料和工业维护涂料管制条例》的要求一样。这样作为市场准入的标准还是可以做到的，同时，这样规定也便于国际对比交流。扣水的用意是防止在涂料中加水成为低固体分而绕过法规，而事实上按干膜计仍然是高VOC。据美国联邦环保署（EPA）对乳胶漆的实测结果表明，一般乳胶漆中总VOC含量为2%～5%，相当于不扣水时30g/L～75g/L，扣水时75g/L～187.5g/L；而低VOC乳胶漆中总VOC含量为0.01%～0.3%，相当于不扣水时0.15g/L～4.5g/L，扣水时0.375g/L～11.25g/L。上海市化学建材协会组织的对上海市水性内墙涂料VOC的委托抽样测定结果如表6-6-2所示。十分明显，上海市乳胶漆的VOC高于美国。表6-6-2中不扣水VOC大于100g/L的产品是达不到扣水后250g/L要求的。不扣水的147g/L约相当于扣水的368g/L，太高了。对这10%左右的企业，应该做些限制，促进其改进提高。这正是我们制定标准的目的

 

表6-6-2上海市水性内墙涂料VOC的测定结果

另外，环境标志类标准要求会比市场准入类标准高，如国家环保局的水性涂料环境标志标准就高于国家强制性标准GB 18582-2001。当然，德国的蓝天使环境标志标准要求就更高了。这是锦上添花。 6.6.6 VOC的测定 6.6.6.1 涂料VOC的测定 VOC控制指标的确定与其测定方法和计算公式有着重要的关系。各种标准的测定方法和适用范围列于表6-6-3。各种标准的计算公式列于表6-6-4。     由表6-6-3和表6-6-4可以看出，各个标准的测定方法不同，计算公式也不一致。进行数据比较时要特别小心。 其实，测定VOC是不容易的，溶剂能在涂膜中残留很久。据报道，对测定挥发物含量的标准ASTM D2369-89调查结果表明，高于预期5%～34%。对二罐装涂料偏差大，单罐装的涂料比较合理。测定水性涂料的VOC更复杂，因为还要测定水含量。用ASTM D3960-96循环测试水性汽车漆，重视率为9.75%，这样差的重现率是不足为奇的，因为水分分析方法的重现率差。用ASTM D3792-91标准气相色谱法的重现率仅7.5%。三个复杂的卡尔费休法(Karl Fischer ASTM D4017-96)的重现率为4.2%～7.4%。尤其是很低VOC的水性涂料，它会因水分分析