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VOC

(揮發性有機化合物)

鎖定
VOC是揮發性有機化合物(volatile organic compounds)的英文縮寫。普通意義上的VOC就是指揮發性有機物,按照世界衞生組織的定義,如果在常下,沸點在50℃-250℃的化合物就是揮發性有機物;但是環保意義上的定義是指活潑的一類揮發性有機物,即會產生危害的那一類揮發性有機物。
中文名
揮發性有機化合物
外文名
volatile organic compounds
屬    性
化學專業術語
組    成
有機物
危    害
頭痛或眼花等

VOC有機化合

VOC定義種類

VOC是揮發性有機化合物(volatile organic compounds)的英文縮寫。
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、金屬碳酸鹽碳酸銨外,任何參加大氣光化學反應的碳化合物。
世界衞生組織(WHO,1989)對總揮發性有機化合物(TVOC)的定義為,熔點低於室温而沸點在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,在常温常壓下,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,沸點或初餾點低於或等於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於VOC,而最普遍的共識認為VOC是指那些沸點等於或低於250℃的化學物質。所以沸點超過250℃的那些物質不歸入VOC的範疇,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。而世界衞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,只強調在常温常壓下能自發揮發。

VOC可將這些VOC的定義分為二類

一類是普通意義上的VOC定義,只説明什麼是揮發性有機物,或者是在什麼條件下是揮發性有機物;
另一類是環保意義上的定義,也就是説,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,從環保意義上説,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。

VOC危害

VOC即揮發性有機化合物,對人體健康有巨大影響。當居室中的VOC達到一定濃度時,短時間內人們會感到頭痛、噁心、嘔吐、乏力等,嚴重時會出現抽搐、昏迷,並會傷害到人的肝臟、腎臟、大腦和神經系統,造成記憶力減退等嚴重後果。
家庭裝飾裝修過程中使用的塗料是室內VOC的主要來源之一。所以,各國都對塗料等裝飾裝修材料中的VOC含量做了限制。

VOC有關規定

塗料國標《GB18582-2020建築用牆面塗料中有害物質限量》中VOC含量的定義是:“參與大氣光化學反應的有機化合物,或者根據有關規定確定的化合物。”一般説來,材料中所含VOC越少,它對人體的危害就越輕微。塗料國標中對內牆塗料中VOC含量的要求是:不得高於每升80克 [5] 
國外發達國家對塗料中VOC含量的限制很嚴格。以歐盟而言,一類(亞光類)塗料不得高於每升30克,二類(有光類)不得高於每升200克;而在國內,國家環保總局最新發布的水性內牆塗料環境標誌產品認證要求規定,VOC不得高於每升100克;北京市制定的《室內裝飾裝修塗料安全健康質量評價規則》,對VOC的要求是必須在每升125克以下。

VOC來源

VOC室外主要來自燃料燃燒和交通運輸;室內主要來自燃煤和天然氣等燃燒產物、吸煙、採暖和烹調等得煙霧,建築和裝飾材料、傢俱、家用電器、清潔劑和人體本身的排放等。
煙草行業:油墨、有機溶劑;
紡織品行業:鞋類製品所用的膠水等;
玩具行業:塗改液、香味玩具等;
傢俱裝飾材料:塗料、油漆、膠黏劑等;
汽車配件材料:膠水、油漆等;
電子電氣行業:在較高温度下使用時會揮發出VOC、電子五金的清潔溶劑等;
其他:洗滌劑、清潔劑、衣物柔順劑、化妝品、辦公用品、壁紙及其他裝飾品。 [1] 

VOC危害

VOC解讀VOC,家居更環保

低VOC產品 低VOC產品
隨着家裝市場的不斷髮展,各種家裝中的問題也隨之接踵而來。尤其是室內環境污染,由於其對人體的危害性,已經越來越引起人們的關注。而引起室內環境污染的源頭——VOC,也漸漸浮出水面。那麼到底什麼是VOC?它究竟有哪些危害?今天,就讓我們來深入瞭解VOC,讓您和您的家人遠離家裝污染
VOC是由許多不同產品所散發出的有機的(碳基)氣體,也被稱為碳氫化合物。VOC的蒸發是由足夠的壓力引起的。
常見的室內揮發性有機化合物來源有裝修建材、地毯、打印機、傢俱、塗料稀釋劑、膠水、化妝品和某些噴霧劑,以及塑料製品。根據環境保護局的報告,如果沒有足夠的通風設備使空氣流通,並且VOC存在於室內,那麼室內空氣污染程度將會比室外空氣嚴重10倍之多。
VOC的主要成分有:烴類、鹵代烴、氧烴和氮烴,它包括:苯系物、有機氯化物、氟里昂系列、有機酮、胺、醇、醚、酯、酸和石油烴化合物等。VOC是揮發性有機化合物的英文簡稱,通常所説的牆面漆中對人體有害的化學物質(重金屬除外)就是指VOC。這些揮發性有機化合物包括乙二醇、酯類等物質。當房間裏VOC達到一定濃度時,會引起頭痛、噁心、嘔吐、乏力等症狀,嚴重時甚至引發抽搐、昏迷,傷害肝臟、腎臟、大腦和神經系統,造成記憶力減退等嚴重後果。
我們居室中的VOC主要來源於乳膠漆、牆紙、地面、絕熱材料、粘結劑等裝修材料。中國的《室內裝飾裝修材料有害物含量》規定:牆面漆中的VOC含量須≤200克/升;環境標誌認證標準也要求牆面漆除水後的VOC含量要≤80克/升;發達國家的標準則更嚴苛,如歐盟標準中牆面漆的VOC含量須≤75克/升。
杜絕裝修污染應該從源頭抓起。牆面漆中的VOC來自於它所採用的原材料,所以控制原材料的VOC含量至關重要。作為消費者,我們應該選擇那些不含VOC或含低VOC的高品質牆面漆;例如:美國品牌宣偉(sherwin-williams)推出了零VOC系列產品環康,依據美國環保署檢測標準(EPA24法)來研發,是的零VOC環保產品。國際著名品牌來威漆推出的系列超低VOC牆面漆,是依照歐盟標準中牆面漆的VOC含量來製作的:來威金裝全效超低VOC牆面漆和來威超純淨牆面漆都具有出色的環保品質。據瞭解,這兩款產品採用了創新超低VOC配方,使其VOC的含量遠遠低於國家規定,讓家居空氣更加自然清新,使您的身體更加健康。
鑑於VOC的高揮發性,在選用VOC含量低的優質牆面漆的同時,還應將新裝修的房子空置一段時間保持通風,減少VOC在空氣中的殘存量。瞭解VOC,遠離VOC,保護自己及家人的健康,才能讓您擁有一個真正健康環保的家!

VOCVOC確能致癌

報告稱我國每年數十萬人死於裝修污染,專家稱兇手是VOC。據世界衞生組織在2005年發佈的《世界衞生組織甲醛致癌報告》中指出,我國因裝修污染引起的年死亡人數為11.1萬人,平均每天約304人,並有證據表示這個死亡人數仍在逐年攀升。 [2] 
國家化學建築專家組副組長石玉梅教授指出VOC是揮發性有機化合物的英文簡稱。眾所周知,塗料是一種化學產品,其中含有很多能參加光學反應的有機化合物,也就是VOC。當居室中的voc超過一定濃度時,在短時間內人們會感到頭痛、噁心、嘔吐、四肢乏力。如不及時離開現場,會感到以上症狀加劇,嚴重時會抽搐、昏迷,導致記憶力減退。VOC傷害人的肝臟、腎臟、大腦和神經系統甚至會導致人體血液出問題,患上白血病等其他嚴重的疾病。
中國環境科學院副院長兼總工程師夏青教授談到VOC對人體的危害時認為:由於嬰幼兒有90%的時間是在室內度過的,所以有毒塗料中的有害物質對兒童的侵害時間最長、最大,而兒童的身心特徵又使得這種危害的後果要比成人更為嚴重。
由於對人體有害,2005年7月1日起強制實行的國家標準中規定,內牆乳膠漆VOC要小於等於200克/升,如果要獲得綠色環保“十環標誌”,則VOC含量要小於100克/升。

VOC使用芳香劑反而有害

北京富亞塗料有限公司總經理蔣和平介紹,由於大多數塗料在刷塗時都有異味,消費者習以為常,往往忽視這其中的害處,因此有毒塗料依然大行其道。至於那些令人窒息的氣味,消費者往往買一些遮味、蓋味的產品回去噴一下,如“塗料芳香”等,用濃烈的香味蓋住有毒塗料的異味。但是,“塗料芳香劑”等產品並不能消除塗料中有害物質對人體的侵害,相反,芳香的氣味容易使室內的人對有毒塗料產生麻痹。
塗料中的VOC是一種揮發物質,其中的甲醛、苯、二甲苯等有害物質會慢慢揮發出來,不太容易引起人們的注意,等到身體出現了嚴重不適的感覺時,有害物質對人體的侵害程度已經相當嚴重了。因此,在購買塗料時,還是最好選購那些VOC含量低、有“十環標誌”的綠色產品,而對於嬰幼兒及兒童則最好選用專用的兒童卧室漆。

VOC木器漆中的VOC的危害

木器漆中的VOC是一種揮發物質,其中的甲醛、苯、二甲苯等有害物質會慢慢揮發出來,它的侵害過程緩慢,而又不太容易引起人們的注意,等到發現身體出現了嚴重不適的感覺時,有害物質對人體的侵害程度已經相當嚴重了。主要危害如下:
根據最新的研究資料表明,甲苯、二甲苯進入大氣層後會產生一定的光電反應,對臭氧層有一定的破壞作用。
聚氨酯(PUR)類木器漆中,只有遊離TDI低於0.5%,才對人體不會造成毒害作用;因為在低濃度下,遊離TDI不易從體系中逸出,形不成對人體產生毒害的TDI蒸汽。在現行的國家標準中,對遊離TDI規定為油性漆調配之後低於0.7%,那麼單就固化劑組來講實際上仍屬於劇毒級,因為國內TDI聚合工業的水準問題,與發達國家差距甚大,所以從保護民族工業的角度出發,國家制定的標準範圍較寬。
綜上所述,木器漆中的VOC對於人體健康和地球環境有着重大影響,由於VOC本身具有着極大的危害性,已經被社會喻為人類的“隱形殺手”。如何降低和消除木器漆中的VOC也成為了塗料行業新的發展目標。

VOC降解方法

1、活性吸附法
在有機廢氣治理工藝中 , 吸附是處理效果好、使用較廣的方法之一 , 吸附劑有活性炭、硅藻土、沸石等 , 其中活性炭吸附應用最多。通過吸附系統 , 不僅可以使 VOC 濃度大大降低 , 實現廢氣達標排放 , 而且吸附後通過氣提解吸 , 收集物可回用於生產。
2、引風高空排放法
這是一般企業在裝漆、砂磨等崗位使用最多、最簡便的方法之一 , 其成本低、易操作、效果明顯。但高空排放只是污染的轉移 , 並沒有真正解決污染問題 , 而引風機功力大小和風口安裝高度又直接影響引風效果。
3、燃燒處理法
VOC 為有機揮發性物質 , 易燃燒 , 可採用常温或催化氧化燃燒處理 , 氣體由引風管道通入鍋爐或焚燒爐燃燒 , 但對高温有機氣體還要經過安全論證。此法處理比較完全, 基本可以把VOC 轉化為CO2 、H2O 。
4、吸收除氣法
因 VOC 一般都溶解於柴油或 200 # 汽油等有機溶劑 , 可用柴油或 200 # 汽油吸收 VOC , 吸收後的溶劑可用於燃料或稀釋劑。這種方法操作方便、成本低 , 但吸收處理後一般尚有揮發氣體殘餘 , 因有機溶劑本身易揮發 , 因此不能使 VOC 降為零 , 若遇高温 , 則吸收率更低。
5、冷凝收集法
對反應釜高温有機氣體可採用冷凝收集 , 先用直冷凝再螺旋冷凝 , 該法除氣效果明顯 , 易操作、運行成本低 , 但對低沸點氣體效果不佳。 [3] 
6、生物處理法
有機廢氣的生物處理是最經濟有效的方法 , 效果好、運行費用低於任何一種處理方法 , 安全、易操作。 VOC 的生物淨化法有直接微生物淨化法、間接微生物處理法 ( 先水吸收再廢水生物處理 ) 及植物淨化法等。 [4]  直接生物淨化有生物吸收池、生物洗滌池、生物滴濾池、生物過濾池 , 處理效果好、操作方便 , 其中生物過濾池技術成熟 , 應用較多。如德國和荷蘭建有幾百座廢氣生物濾池 , 運行效果都很好。
生物處理法是用水或弱鹼液吸收 VOC , 其中含有的醇類、醛類等物質易溶於水 , 吸收後的廢水再用生物降解 , 使廢水達標排放。植物淨化法就是廠區內增加綠化面積 , 利用綠色植物吸收和轉化大氣中的污染物來淨化空氣 , 這種方法適用於大環境低濃度的污染。
7、採用替代 HAP 溶劑法
溶劑型塗料中的 VOC 污染物主要是甲苯、二甲苯中的揮發氣體 , 雖然苯類稀釋劑具有很多施工上的優點 , 但其毒害作用是眾所周知的。因此 , 有的廠家正在尋找能替代含甲苯、二甲苯溶劑的配方 , 使塗料環保性能更好。

VOC檢測

鑑於VOC的危害性,世界各國政府及採購商都對採購的產品中的VOC含量有不同程度的要求。
序號測試項目 voc 中文名稱
1Cyclohexanone 環己酮
2Isophorone 異佛爾酮
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) 甲基異丁基酮
11 n-Butyl acetate 醋酸正丁酯
12 Xylene (m,p,o) 二甲苯(鄰,間,對)
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) 異丙醇
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 雙(2-甲氧基乙基)醚
26 Mesitylene(1,3,5-Trimethylbenzene) 1,3,5-三甲基苯

VOC塗料配方

當今塗料的發展力求符合“4E“原則,即經濟、效率、生態、能源,在此原則的基礎上,建築塗料的產品結構才能不斷變革和完善。同時,減少VOC的含量,以確保建築塗料符合環保安全性能的要求,是建築塗料發展的總趨勢。
為了配合這種發展趨勢,我們國家陸續出台了相關的法律法規,其中有關VOC控制的法規是強制性國標GB 18582-2020和環境標誌認證標準HBCl2-2002,具體內容見表1。
表1 關於VOC限量標準的內容
標準號 內 容 水性內牆塗料VOC限量/g/L
零VOC的油漆產品 零VOC的油漆產品
GBl8582-2020 內牆塗料中有害物質限量 VOC<80HBCl2-2002 環境標誌產品認證標準 TVOC<l00
從表中直觀地看,TVOC就比VOC少一半,但實際這兩個關於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.

VOCTVOC和VOC的差異

VOC是指"1升塗料中除去水的物質當中含有有機揮發物的重量",而TVOC是指"1升塗料中含有有機揮發物的重量",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%-塗料中揮發性物質重量含量
Dc-水性塗料的密度,g/mL
H20%-塗料中水的重量含量
DW-水的密度,g/mL
TVOC可以經過公式簡化,得到與VOC的關係:
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
=------------------------------------
VOC計算公式 VOC計算公式
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:
大部分內牆塗料的體積固含量大約在35%~40%左右,當TVOC限量為100g/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仍然大於TVOC。
由此可見,控制配方中的TVOC比控制VOC更為直接。那麼,為了滿足TVOC的限量標準,應該在配方上如何調整,調整後會給塗料性能帶來什麼變化,在下面進行論述。
為滿足TVOC在配方方面所採取的方法
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。那麼,為什麼説環標很難滿足呢?是因為把VOC降低到限制範圍後,會對內牆塗料產品的成膜性能和防凍性能產生較大的影響,所以必須採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,因為塗料的比重增大了。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
傳統的成膜助劑是Texanol、醇醚、溶劑汽油及苯甲醇等溶劑,這些溶劑要麼助成膜效率一般,要麼本身氣味較大,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 乾燥速度慢,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
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,這些都屬於VOC範疇。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 使用低温成膜的乳液
作為內牆塗料品種,降低VOC是提高產品環保性能的主要課題。國內低VOC或零VOC內牆乳膠漆尚處於研發階段,還沒有關於低VOC內牆乳膠漆的標準或概念,而且在零售市場上還沒有註明屬於低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於重要地位,並在產品包裝標誌上註明VOC的含量。實際上,這些低VOC或零VOC的產品就是選擇了成膜温度界於(0~3)℃,而且具有一定的低温穩定性的乳液。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,又能保證塗料的性能。
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於摸索階段,這些方法的採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 對乾燥速度的影響
使用的這些溶劑都屬於幹速較慢的溶劑,如果降低其含量,會導致漆膜的乾燥速度加快,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温下的粘結性能,直接導致產品在低温施工時容易發生開裂問題。實驗結果表明,PVC界於55~70左右的普通產品,如果必須滿足TVOC的限量要求,在温度低於813,濕度在50%的環境下,濕膜厚度大於500μm時都有不同程度的開裂情況。但如果施工方式只是刷塗和輥塗,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
如果採用降低抗凍劑來滿足TVOC的限量,直接影響到的是產品在低温時的貯存穩定性。可以通過添加保護性助劑提高產品的抗凍能力。

VOC結語

降低VOC是塗料的發展方向,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築塗料廠家造成很大的壓力。如果只滿足國標,則配方几乎不需要做任何調整,對VOC起不到控制作用;而環保標誌的限量又非常嚴格,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。
參考資料