VOC与涂料配方及性能的关系
时间:2005-08-31
VOC（总挥发性有机化合物g/L）与涂料配方及性能的关系
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
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.
1 TVOC和VOC的差异
VOC是指”1升涂料中含有有机挥发物的重量”，而TVOC是指”1升涂料中除去水的物质当中含有机挥发物的重量”，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
因为”除水外所有挥发份混合比重≈1”，所以：
目前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lOOg/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.
2 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。按公式推导，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。提高体积固含量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
目前传统的成膜助剂是Texanol、醇醚、溶剂汽油及苯甲醇等溶剂，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成膜助剂，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
目前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。这些助剂包括低分子量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，目前还没有关于低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成膜助剂和抗冻剂，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.
3 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
目前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，目前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。这时可以通过添加保护性助剂提高产品的抗冻能力。
4 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，造成产品的施工宽容度下降或成本上升。所以，如何取得平衡需要同仁们共同关注和探讨。
