VOC與涂料配方及性能的關系
時間:2005-08-31
VOC（總揮發性有機化合物g/L）與涂料配方及性能的關系
當今涂料的發展力求符合”4E’’原則，即經濟、效率、生態、能源，在此原則的基礎上，建筑涂料的產品結構才能不斷變革和完善。同時，減少VOC的含量，以確保建筑涂料符合環保安全性能的要求，是建筑涂料發展的總趨勢。
為了配合這種發展趨勢，我們國家陸續出臺了相關的法律法規，其中有關VOC控制的法規是強制性國標GB 18582-2001和環境標志認證標準HBCl2-2002，具體內容見表1。
表1 關于VOC限量標準的內容
標準號 內 容 水性內墻涂料VOC限量/g/L
GBl8582-2001 內墻涂料中有害物質限量 VOC<200
HBCl2-2002 環境標志產品認證標準 TVOC 從表中直觀地看，TVOC就比VOC少一半，但實際這兩個關于VOC的限量標準差異是否就只差一半呢?答案是否定的，我們將從以下兩者的定義和公式來分析.
1 TVOC和VOC的差異
VOC是指”1升涂料中含有有機揮發物的重量”，而TVOC是指”1升涂料中除去水的物質當中含有機揮發物的重量”，它們的計算公式分別是：
VOC=（X%-H2O%）×Dc×1000
（X%-H2O%）×Dc
TVOC=-----------————×1000
100%-H2O%（Dc/Dw）
式中：X％-涂料中揮發性物質重量含量
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可以經過公式簡化，得到與VOC的關系：
除水外所有揮發份的重量含量×Dc
TVOC=--------------------————————————×1000
固體體積含量+除水外所有揮發份的體積含量×Dc
1000
=------------------------------------————————————————
1/除水所有揮發份混合比重+固體體積含量/除水外所有揮發份重量固含×Dc
因為”除水外所有揮發份混合比重≈1”，所以：
目前大部分內墻涂料的體積固含量大約在35％～40％左右，當TVOC限量為lOOg/L時，所對應的VOC大約是(39～44)g/L。因此；環標中TVOC的限量標準遠遠比國標中VOC的限量標準嚴格。其實即使是100％的固含，VOC仍然大于TVOC.
由此可見，控制配方中的TVOC比控制VOC更為直接。那么，為了滿足TVOC的限量標準，應該在配方上如何調整，調整后會給涂料性能帶來什么變化，在下面進行論述.
2 為滿足TVOC在配方方面所采取的方法
實際上，要滿足國標GBl8582-2001對VOC的限量非常容易，但是滿足環標就很困難。按公式推導，滿足國標時可以添加揮發性有機溶劑大約是配方含量的12.5％～15％，而要滿足環標卻只能添加到3％～3.5％左右。那么，為什么說環標很難滿足呢?是因為把VOC降低到限制范圍后，會對內墻涂料產品的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有可能適應。通過實驗，我們歸納出以下幾種方法。
2.1 保證在揮發性溶劑含量不變的情況下，適當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TVOC，但是會略微提高VOC，因為涂料的比重增大了。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.
2.2 使用高效的成膜助劑，降低溶劑添加量
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，國內外溶劑廠商陸續推出了一些高效的成膜助劑，能夠保證成膜效率的基礎上降低TVOC。我們做的一些實驗結果見表2.
表2 成膜助劑的實驗
類別 氣味 推薦量/％ 對體系的影響
Texanol - 6～10 略有增稠
雙酯 較大 4～7 水溶性差，易產生縮孔現象
PPH 柔和香味 3～5 干燥速度慢，添加量要小心
Cresol混合酯 基本無味 4～7 在苯丙體系中混溶性差
DalpadC 基本無味 4～7 在苯丙體系中混溶性較差
由此可見，通過選擇適當的成膜助劑，至少可降低15％的揮發性有機溶劑添加量，對TVOC和VOC的降低大有幫助。
2.3 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TVOC和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。這些助劑包括低分子量的纖維素和乳化劑等。
2.4 使用低溫成膜的乳液
作為內墻涂料品種，降低VOC是提高產品環保性能的主要課題。國內低VOC或零VOC內墻乳膠漆尚處于研發階段，目前還沒有關于低VOC內墻乳膠漆的標準或概念，而且在零售市場上還沒有注明屬于低VOC的產品。而國外在這一領域已經比較成熟，特別是國外低VOC乳膠漆在零售市場上處于重要地位，并在產品包裝標志上注明VOC的含量。實際上，這些低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，在配方當中就可以不添加或少量添加成膜助劑和抗凍劑，真正地實現低VOC或零VOC，但產品性能多少受到一些限制。如果在這種體系中重新添加適量的成膜
助劑和抗凍劑，既滿足了TVOC的限量要求，又能保證涂料的性能.
3 控制TVOC不當所產生的問題及解決手段
雖然我們提出了控制TVOC的方法，但畢竟TVOC的限量標準太嚴格，而且在這一領域還屬于摸索階段，這些方法的采用會存在一些不足和問題，下面就碰到的情況進行初步分析。
3.1 對干燥速度的影響
目前使用的這些溶劑都屬于干速較慢的溶劑，如果降低其含量，會導致漆膜的干燥速度加快，直接影響漆膜的外觀(例如流平效果).可以通過調整保水性的增稠劑來改善這個情況。
3.2 對開裂的影響
降低成膜助劑的含量，實際上就是降低了乳液在低溫下的粘結性能，直接導致產品在低溫施工時容易發生開裂問題。實驗結果表明，目前PVC界于55～70左右的普通產品，如果必須滿足TVOC的限量要求，在溫度低于813，濕度在50％的環境下，濕膜厚度大于500μm時都有不同程度的開裂情況。但如果施工方式只是刷涂和輥涂，濕膜厚度只有100μn左右，還不會有太大的問題。
3.3 抗凍性有所降低
如果采用降低抗凍劑來滿足TVOC的限量，直接影響到的是產品在低溫時的貯存穩定性。這時可以通過添加保護性助劑提高產品的抗凍能力。
4 結語
降低VOC是涂料的發展方向，為此國家在制定標準方面花了不少功夫，但就這兩個標準而言，差異如此之大確實給建筑涂料廠家造成很大的壓力。如果只滿足國標，則配方幾乎不需要做任何調整，對VOC起不到控制作用；而環保標志的限量又非常嚴格，配方調整的幅度較大，造成產品的施工寬容度下降或成本上升。所以，如何取得平衡需要同仁們共同關注和探討。
