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VOC (挥发性有机化合物)

有机化合

定义种类

VOC是挥发性有机化合物(volatile organic compounds)的英文缩写。
例如,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。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、金属和外,任何参加反应的碳化合物。
(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。
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。不参加反应的就叫作豁免溶剂,如丙酮、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,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,挥发和参加反应这两点是十分重要的。不挥发或不参加反应就不构成危害。这也就是将溶剂按光化臭氧产生潜力来分类的原因。

危害

VOC即挥发性有机化合物,对人体健康有巨大影响。当居室中的VOC达到一定浓度时,短时间内人们会感到头痛、恶心、呕吐、乏力等,严重时会出现抽搐、昏迷,并会伤害到人的肝脏、肾脏、大脑和神经系统,造成记忆力减退等严重后果。
家庭装饰装修过程中使用的是室内VOC的主要来源之一。所以,各国都对涂料等装饰装修材料中的VOC含量做了限制。

有关规定

从7月1日起强制执行的涂料国标《GB18582-2001室内装饰装修材料内墙涂料中有害物质限量》中VOC含量的定义是:“涂料中总挥发物含量扣减水分含量,即为涂料中挥发性有机化合物含量。”一般说来,材料中所含VOC越少,它对人体的危害就越轻微。涂料国标中对内墙涂料中VOC含量的要求是:不得高于每升200克。
国外发达国家对涂料中VOC含量的限制很严格。以欧盟而言,一类(亚光类)涂料不得高于每升30克,二类(有光类)不得高于每升200克;而在国内,国家环保总局最新发布的水性内墙涂料要求规定,VOC不得高于每升100克;制定的《室内装饰装修涂料安全健康质量评价规则》,对VOC的要求是必须在每升125克以下。

来源

VOC室外主要来自燃料燃烧和交通运输;室内主要来自燃煤和天然气等燃烧产物、吸烟、采暖和烹调等得烟雾,建筑和装饰材料、家具、家用电器、清洁剂和人体本身的排放等。
烟草行业:油墨、有机溶剂;
纺织品行业:鞋类制品所用的胶水等;
玩具行业:涂改液、香味玩具等;
家具装饰材料:涂料、油漆、胶黏剂等;
汽车配件材料:胶水、油漆等;
电子电气行业:在较高温度下使用时会挥发出VOC、电子五金的清洁溶剂等;
其他:洗涤剂、清洁剂、衣物柔顺剂、化妆品、办公用品、壁纸及其他装饰品。[1] 

危害

解读VOC,家居更环保

低VOC产品
随着家装市场的不断发展,各种家装中的问题也随之接踵而来。尤其是,由于其对人体的危害性,已经越来越引起人们的关注。而引起室内环境污染的源头——VOC,也渐渐浮出水面。那么到底什么是VOC?它究竟有哪些危害?今天,就让我们来深入了解VOC,让您和您的家人远离。
VOC是由许多不同产品所散发出的有机的(碳基)气体,也被称为碳氢化合物。VOC的蒸发是由足够的压力引起的。
常见的室内有机化合物来源有装修建材、地毯、打印机、家具、涂料稀释剂、胶水、化妆品和某些喷雾剂,以及塑料制品。根据环境保护局的报告,如果没有足够的通风设备使空气流通,并且VOC存在于室内,那么室内空气污染程度将会比室外空气严重10倍之多。
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、氟里昂系列、有机酮、胺、醇、醚、酯、酸和石油烃化合物等。VOC是挥发性有机化合物的英文简称,通常所说的墙面漆中对人体有害的化学物质(重金属除外)就是指VOC。这些挥发性有机化合物包括、氨、、酯类等物质。当房间里VOC达到一定浓度时,会引起头痛、恶心、呕吐、乏力等症状,严重时甚至引发抽搐、昏迷,伤害肝脏、肾脏、大脑和神经系统,造成记忆力减退等严重后果。
我们居室中的VOC主要来源于、墙纸、地面、绝热材料、粘结剂等装修材料。中国的《室内装饰装修材料有害物含量》规定:墙面漆中的VOC含量须≤200克/升;环境标志认证标准也要求墙面漆除水后的VOC含量要≤80克/升;发达国家的标准则更严苛,如欧盟标准中墙面漆的VOC含量须≤75克/升。
杜绝装修污染应该从源头抓起。墙面漆中的VOC来自于它所采用的原材料,所以控制原材料的VOC含量至关重要。作为消费者,我们应该选择那些不含VOC或含低VOC的高品质墙面漆;例如:美国品牌宣伟(sherwin-williams)推出了零VOC系列产品环康,依据美国环保署检测标准(EPA24法)来研发,是的零VOC环保产品。国际著名品牌来威漆推出的系列超低VOC墙面漆,是依照欧盟标准中墙面漆的VOC含量来制作的:来威金装全效超低VOC墙面漆和来威超纯净墙面漆都具有出色的环保品质。据了解,这两款产品采用了创新超低VOC配方,使其VOC的含量远远低于国家规定,让家居空气更加自然清新,使您的身体更加健康。
鉴于VOC的高挥发性,在选用VOC含量低的优质墙面漆的同时,还应将新装修的房子空置一段时间保持通风,减少VOC在空气中的残存量。了解VOC,远离VOC,保护自己及家人的健康,才能让您拥有一个真正健康环保的家!

VOC确能致癌

报告称我国每年数十万人死于装修污染,专家称凶手是VOC。据世界卫生组织在2005年发布的《世界卫生组织甲醛致癌报告》中指出,我国因装修污染引起的年死亡人数为11.1万人,平均每天约304人,并有证据表示这个死亡人数仍在逐年攀升。[2] 
国家化学建筑专家组副组长石玉梅教授指出VOC是挥发性有机化合物的英文简称。众所周知,涂料是一种化学产品,其中含有很多能参加光学反应的有机化合物,也就是VOC。当居室中的voc超过一定浓度时,在短时间内人们会感到头痛、恶心、呕吐、四肢乏力。如不及时离开现场,会感到以上症状加剧,严重时会抽搐、昏迷,导致记忆力减退。VOC伤害人的肝脏、肾脏、大脑和神经系统甚至会导致人体血液出问题,患上白血病等其他严重的疾病。
副院长兼总工程师教授谈到VOC对人体的危害时认为:由于婴幼儿有90%的时间是在室内度过的,所以有毒涂料中的有害物质对儿童的侵害时间最长、最大,而儿童的身心特征又使得这种危害的后果要比成人更为严重。
由于对人体有害,2005年7月1日起强制实行的国家标准中规定,内墙乳胶漆VOC要小于等于200克/升,如果要获得绿色环保“十环标志”,则VOC含量要小于100克/升。

使用芳香剂反而有害

据富亚涂料极速快3开奖直播走势图总经理介绍,由于大多数涂料在刷涂时都有异味,消费者习以为常,往往忽视这其中的害处,因此有毒涂料依然大行其道。至于那些令人窒息的气味,消费者往往买一些遮味、盖味的产品回去喷一下,如“涂料芳香”等,用浓烈的香味盖住有毒涂料的异味。但是,“涂料芳香剂”等产品并不能消除涂料中有害物质对人体的侵害,相反,芳香的气味容易使室内的人对有毒涂料产生麻痹。
涂料中的VOC是一种挥发物质,其中的甲醛、苯、二甲苯等有害物质会慢慢挥发出来,不太容易引起人们的注意,等到身体出现了严重不适的感觉时,有害物质对人体的侵害程度已经相当严重了。因此,在购买涂料时,还是最好选购那些VOC含量低、有“十环标志”的绿色产品,而对于婴幼儿及儿童则最好选用专用的儿童卧室漆。

木器漆中的VOC的危害

木器漆中的VOC是一种挥发物质,其中的甲醛、苯、二甲苯等有害物质会慢慢挥发出来,它的侵害过程缓慢,而又不太容易引起人们的注意,等到发现身体出现了严重不适的感觉时,有害物质对人体的侵害程度已经相当严重了。主要危害如下:
根据最新的研究资料表明,甲苯、二甲苯进入大气层后会产生一定的光电反应,对臭氧层有一定的破坏作用。
在(PUR)类木器漆中,只有游离TDI低于0.5%,才对人体不会造成毒害作用;因为在低浓度下,游离TDI不易从体系中逸出,形不成对人体产生毒害的TDI蒸汽。在现行的国家标准中,对游离TDI规定为油性漆调配之后低于0.7%,那么单就固化剂组来讲实际上仍属于剧毒级,因为国内TDI聚合工业的水准问题,与发达国家差距甚大,所以从保护民族工业的角度出发,国家制定的标准范围较宽。
综上所述,木器漆中的VOC对于人体健康和地球环境有着重大影响,由于VOC本身具有着极大的危害性,已经被社会喻为人类的“隐形杀手”。如何降低和消除木器漆中的VOC也成为了涂料行业新的发展目标。

降解方法

1、活性吸附法
在有机废气治理工艺中 , 吸附是处理效果好、使用较广的方法之一 , 吸附剂有活性炭、硅藻土、沸石等 , 其中活性炭吸附应用最多。通过吸附系统 , 不仅可以使 VOC 浓度大大降低 , 实现废气达标排放 , 而且吸附后通过气提解吸 , 收集物可回用于生产。
2、引风高空排放法
这是一般企业在装漆、砂磨等岗位使用最多、最简便的方法之一 , 其成本低、易操作、效果明显。但高空排放只是污染的转移 , 并没有真正解决污染问题 , 而引风机功力大小和风口安装高度又直接影响引风效果。
3、燃烧处理法
VOC 为有机挥发性物质 , 易燃烧 , 可采用常温或催化氧化燃烧处理 , 气体由引风管道通入锅炉或焚烧炉燃烧 , 但对高温有机气体还要经过安全论证。此法处理比较完全, 基本可以把VOC 转化为CO2 、H2O 。
4、吸收除气法
因 VOC 一般都溶解于柴油或 200 # 汽油等有机溶剂 , 可用柴油或 200 # 汽油吸收 VOC , 吸收后的溶剂可用于燃料或稀释剂。这种方法操作方便、成本低 , 但吸收处理后一般尚有挥发气体残余 , 因有机溶剂本身易挥发 , 因此不能使 VOC 降为零 , 若遇高温 , 则吸收率更低。
5、冷凝收集法
对反应釜高温有机气体可采用冷凝收集 , 先用直冷凝再螺旋冷凝 , 该法除气效果明显 , 易操作、运行成本低 , 但对低沸点气体效果不佳。[3] 
6、生物处理法
有机废气的生物处理是最经济有效的方法 , 效果好、运行费用低于任何一种处理方法 , 安全、易操作。 VOC 的生物净化法有直接微生物净化法、间接微生物处理法 ( 先水吸收再废水生物处理 ) 及植物净化法等。[4]  直接生物净化有生物吸收池、生物洗涤池、生物滴滤池、生物过滤池 , 处理效果好、操作方便 , 其中生物过滤池技术成熟 , 应用较多。如德国和荷兰建有几百座废气生物滤池 , 运行效果都很好。
生物处理法是用水或弱碱液吸收 VOC , 其中含有的醇类、醛类等物质易溶于水 , 吸收后的废水再用生物降解 , 使废水达标排放。植物净化法就是厂区内增加绿化面积 , 利用绿色植物吸收和转化大气中的污染物来净化空气 , 这种方法适用于大环境低浓度的污染。
7、采用替代 HAP 溶剂法
溶剂型涂料中的 VOC 污染物主要是甲苯、二甲苯中的挥发气体 , 虽然苯类稀释剂具有很多施工上的优点 , 但其毒害作用是众所周知的。因此 , 有的厂家正在寻找能替代含甲苯、二甲苯溶剂的配方 , 使涂料环保性能更好。

检测

鉴于VOC的危害性,世界各国政府及采购商都对采购的产品中的VOC含量有不同程度的要求。
序号测试项目 voc 中文名称
1Cyclohexanone 环己酮
2Isophorone 异佛乐酮
3Methanol 甲醇
4Ethanol 乙醇
5Phenol 苯酚
6Acetone 丙酮
7Ethyl acetate 乙酸乙酯
8Benzene 苯
9n-Butanol 正丁醇
10 MIBK(Methyl isobutyl ketone) 甲基异丁基酮
11 n-Butyl acetate 醋酸正丁酯
12 Xylene (m,p,o) 二甲苯(邻,间,对)
13 Toluene 甲苯
14 Styrene 苯乙烯
15 1,2-dichlorobenzene 1,2-- 二氯苯
16 Acetophenone 苯乙酮
17 MEK(Methyl ethyl ketone) 甲乙酮
18 Iso-propanol(Isopropyl alcohol) 异丙醇
19 Dichloromethane 二氯甲烷
20 Trichloroethylene 三氯乙烯
21 Ethyl benzene 乙苯
22 n-Hexane 正己烷
23 2-methoxylethyl acetate 2-甲氧基乙酸乙酯
24 Nitrobenzne 硝基苯
25 Bis(2-methyoxyethyl)ether 双(2-甲氧基乙基)醚
26 Mesitylene(1,3,5-Trimethylbenzene) 1,3,5-三甲基苯

涂料配方

当今涂料的发展力求符合“4E“原则,即经济、效率、生态、能源,在此原则的基础上,建筑涂料的产品结构才能不断变革和完善。同时,减少VOC的含量,以确保建筑涂料符合环保安全性能的要求,是建筑涂料发展的总趋势。
为了配合这种发展趋势,我们国家陆续出台了相关的法律法规,其中有关VOC控制的法规是强制性国标GB 18582-2001和环境标志认证标准HBCl2-2002,具体内容见表1。
表1 关于VOC限量标准的内容
标准号 内 容 水性内墙涂料VOC限量/g/L
GBl8582-2001 内墙涂料中有害物质限量 VOC<200
零VOC的油漆产品
HBCl2-2002 环境标志产品认证标准 TVOC
从表中直观地看,TVOC就比VOC少一半,但实际这两个关于VOC的限量标准差异是否就只差一半呢?答案是否定的,我们将从以下两者的定义和公式来分析.

TVOC和VOC的差异

VOC是指"1升涂料中除去水的物质当中含有有机挥发物的重量",而TVOC是指"1升涂料中含有有机挥发物的重量",它们的计算公式分别是:
VOC=(X%-H2O%)×Dc×1000
(X%-H2O%)×Dc
TVOC=-----------×1000
100%-H2O%(Dc/Dw)
式中:X%-涂料中挥发性物质重量含量
Dc-水性涂料的密度,g/mL
H20%-涂料中水的重量含量
DW-水的密度,g/mL
TVOC可以经过公式简化,得到与VOC的关系:
除水外所有挥发份的重量含量×Dc
TVOC=--------------------×1000
固体体积含量+除水外所有挥发份的体积含量×Dc
1000
=------------------------------------
1/除水所有挥发份混合比重+固体体积含量/除水外所有挥发份重量固含×Dc
VOC计算公式
因为“除水外所有挥发份混合比重≈1”,所以:
大部分内墙涂料的体积固含量大约在35%~40%左右,当TVOC限量为100g/L时,所对应的VOC大约是(39~44)g/L。因此;环标中TVOC的限量标准远远比国标中VOC的限量标准严格。其实即使是100%的固含,VOC仍然大于TVOC。
由此可见,控制配方中的TVOC比控制VOC更为直接。那么,为了满足TVOC的限量标准,应该在配方上如何调整,调整后会给涂料性能带来什么变化,在下面进行论述。
为满足TVOC在配方方面所采取的方法
实际上,要满足国标GBl8582-2001对VOC的限量非常容易,但是满足环标就很困难。按推导,满足国标时可以添加挥发性有机溶剂大约是配方含量的12.5%~15%,而要满足环标却只能添加到3%~3.5%左右。那么,为什么说环标很难满足呢?是因为把VOC降低到限制范围后,会对内墙涂料产品的成膜性能和防冻性能产生较大的影响,所以必须采取必要的方法才有可能适应。通过实验,我们归纳出以下几种方法。
2.1 保证在挥发性溶剂含量不变的情况下,适当提高产品的体积固含量
无论是从定义来分析还是由公式推算,在保证挥发性溶剂含量不变的前提下,提高产品的体积固含量能降低体系的TVOC,但是会略微提高VOC,因为涂料的比重增大了。提高体积有效的途径是用部分粉料替代配方当中的水,或者整体提高配方当中的固体含量。
2.2 使用高效的成膜助剂,降低溶剂添加量
传统的成膜助剂是Texanol、醇醚、及苯甲醇等溶剂,这些溶剂要么助成膜效率一般,要么本身气味较大,都很难圆满地解决问题。为此,国内外溶剂厂商陆续推出了一些高效的,能够保证成膜效率的基础上降低TVOC。我们做的一些实验结果见表2.
表2 成膜助剂的实验
类别 气味 推荐量/% 对体系的影响
TEXANOL® - 6~10 略有增稠
双酯 较大 4~7 水溶性差,易产生缩孔现象
PPH 柔和香味 3~5 干燥速度慢,添加量要小心
Cresol混合酯 基本无味 4~7 在苯丙体系中混溶性差
DalpadC 基本无味 4~7 在苯丙体系中混溶性较差
由此可见,通过选择适当的成膜助剂,至少可降低15%的挥发性有机溶剂添加量,对TVOC和VOC的降低大有帮助。
2.3 直接降低抗冻剂的用量,或利用保护性助剂提高乳液的抗冻能力,降低抗冻溶剂的添加量
乳胶漆的抗冻性能主要还是有乙二醇或丙二醇等抗冻剂来提供,这些都属于VOC范畴。降低它们的添加量就可以降低TVOC和VOC,但会对体系的抗冻性能产生影响。因此,选择保护性助剂能够解决这个矛盾。这些助剂包括低的纤维素和乳化剂等。
2.4 使用低温成膜的乳液
作为内墙涂料品种,降低VOC是提高产品环保性能的主要课题。国内低VOC或零VOC内墙乳胶漆尚处于研发阶段,还没有关于低VOC内墙乳胶漆的标准或概念,而且在零售市场上还没有注明属于低VOC的产品。而国外在这一领域已经比较成熟,特别是国外低VOC乳胶漆在零售市场上处于重要地位,并在产品包装标志上注明VOC的含量。实际上,这些低VOC或零VOC的产品就是选择了成膜温度界于(0~3)℃,而且具有一定的低温稳定性的乳液。这样一来,在配方当中就可以不添加或少量添加和抗冻剂,真正地实现低VOC或零VOC,但产品性能多少受到一些限制。如果在这种体系中重新添加适量的成膜。
助剂和抗冻剂,既满足了TVOC的限量要求,又能保证涂料的性能。
控制TVOC不当所产生的问题及解决手段
虽然我们提出了控制TVOC的方法,但毕竟TVOC的限量标准太严格,而且在这一领域还属于摸索阶段,这些方法的采用会存在一些不足和问题,下面就碰到的情况进行初步分析。
3.1 对干燥速度的影响
使用的这些溶剂都属于干速较慢的溶剂,如果降低其含量,会导致漆膜的干燥速度加快,直接影响漆膜的外观(例如流平效果)。可以通过调整保水性的增稠剂来改善这个情况。
3.2 对开裂的影响
降低成膜助剂的含量,实际上就是降低了乳液在低温下的粘结性能,直接导致产品在低温施工时容易发生开裂问题。实验结果表明,PVC界于55~70左右的普通产品,如果必须满足TVOC的限量要求,在温度低于813,湿度在50%的环境下,湿膜厚度大于500μm时都有不同程度的开裂情况。但如果施工方式只是刷涂和辊涂,湿膜厚度只有100μn左右,还不会有太大的问题。
3.3 抗冻性有所降低
如果采用降低抗冻剂来满足TVOC的限量,直接影响到的是产品在低温时的贮存稳定性。可以通过添加保护性助剂提高产品的抗冻能力。

结语

降低VOC是涂料的发展方向,为此国家在制定标准方面花了不少功夫,但就这两个标准而言,差异如此之大确实给建筑涂料厂家造成很大的压力。如果只满足国标,则配方几乎不需要做任何调整,对VOC起不到控制作用;而环保标志的限量又非常严格,配方调整的幅度较大,造成产品的施工下降或成本上升。所以,如何取得平衡需要同仁们共同关注和探讨。

 




 
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