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绿色涂 料是未来行业发展方向

时间:2017-02-06  来源:涂料工业  浏览次数:1771

  关于“绿色涂料”的概念 全球没有一个共识,这使得 这一名词跨越国界或在全球范围内使用时经常造成混淆。但是,目前越 来越多的项目和产品规范、规格是国际性的,不同规 格的产品在全球采购,材料和 劳动力来自世界各地。

  什么是绿色涂料?

  关于“绿色涂料”的概念 全球没有一个共识,这使得 这一名词跨越国界或在全球范围内使用时经常造成混淆。但是,目前越 来越多的项目和产品规范、规格是国际性的,不同规 格的产品在全球采购,材料和 劳动力来自世界各地。中国的 标准与美国或欧盟的标准许多并不相同,而一些 国家甚至没有标准,有些国 家借用其他国家或行业组织的现行标准进行立法和修订为本国标准,还有些 国家在其内部一些地区限制了许多涂料品种的使用。

  被限制 使用的涂料最常见的是根据其挥发性有机化合物(VOCs)含量而设定,然而,计算每种涂料VOCs含量数 值的方法在各个国家之间有着显著区别,有些采用理论值,有些采用实际值,二者通常变化很大。

  建筑装 饰涂料已经在全球范围内受到较严格的监管,也受到 政府和法规更严格的限制,因此许多产品已经在“绿色涂料”概念范围内。

  然而,功能性保护涂料,如通常 用于金属或混凝土表面的涂料产品,可以通过降低VOCs含量而使之成为“绿色涂料”吗?

  确定涂料是否是“绿色”的最常见的指标是VOCs含量,其以g/L测量。这个值如何计算?现实情况是,同一品 种的涂料每批次具有不同的VOCs水平;相同涂 料产品的每种颜色将具有不同的VOCs水平。当涂料 产品使用颜料着色时,液体色 浆通常也向涂料添加VOCs,有时甚至高达15%。这些情况进一步使VOCs界定的问题复杂化,VOCs可以在实验室中测量,也可以理论上计算——但其计 算结果通常相对较低。

  另一个 挑战是化学家通过不同的标准测量或计算VOCs。大多数 全球涂料制造商需要在其产品数据表或针对特定地区的标准公布其产品VOCs值。

  最常用的标准如下

  欧盟SED(溶剂排放指令)1999/13/EC——船舶涂料和OEM项目中常见的要求,涂料使 用者也可能受到年度VOCs排放限制。

  欧盟PPD(涂料产品指令)2004/42/EC(包括各种更新)——用于较小规模的项目,如修补漆和建筑涂料,但如果 有国家和政府认为必要,可以选择SED替代此指令。该方法 考虑将沸点大于250℃(482℉)的有机化合物作为VOCs。

  香港已 采取类似于美国加州南海岸空气质量管理区(SCAQMD)的规定,并与广 东在中国大陆合作,以减少VOCs排放。然而,香港现在使用EPA的方法24(EPAMethod24)《表面涂 料中挥发性物质含量、水含量、密度、体积固 体和质量固体的测定》来计算挥发性有机物。而中国 此前则基本遵循(但没有严格执行)欧盟指导方针,直到2015年2月,中国财政部通过了VOCs消费税,但是该税法基于EPAMethod24测量施工状态下的VOCs含量。

  EPAMethod24是EPA和美国各州/地方监 管机构目前接受的用于测量油漆、油墨和 相关涂层产品中VOCs含量的唯一方法。然而有研究认为,该方法 是已知的并且已被证明具有较大测量误差的方法,特别是对于VOCs低于50g/L涂料的测量。目前发现VOCs误差的 主要来源是水和非挥发性物质测定。由于这种误差水平,目前业 界正在寻求通过气相色谱法(GC)直接测定VOCs的各类方法研究,例如ASTMD6886和SCAQMD的方法313等。

  韩国目前正在采取VOCs控制措施,根据其“空气质量保护法”控制该 国涂料产品相对较高的VOCs含量,目标是 将允许限度从目前的最大阈值降低10%~20%。EPAMethod24也是该国计算VOCs和有害空气污染物(HAP)的主要 方法和最常用的方法。

  可以看到,一致性 和共同性不是这些标准中对VOCs测定能 达成的普遍认识。为什么?虽然它 们都测量变成蒸汽的溶剂,然而每 种方法的数学计算公式都允许了不同的豁免范围、不同的波动和方差,由此本 应相同的结果却产生了不同的值。一些引 起计算方法冲突的因素包括:理论与实际VOCs含量;数学计 算与实验测试及外推方法;是否排除或补偿水、特定溶剂或容器体积。建立具 有全球一致性的VOCs计算方 法标准才能使得对涂料“绿色”特征的理解达成一致。

  其他绿色指标

  即使涂料具有低VOCs水平,但仍有 可能对环境或人体有害。还有几 个其他因素可能影响涂料的“绿色”特征,包括HAP、消耗臭氧化学品、禁用化学品、豁免溶剂和重金属等。

  1、HAPs

  HAP是VOC中对健康和/或环境 特别有害的化学品。HAP在许多国家受到管制,特别是在美国国会1990年修订“联邦清洁空气法案”后,挑出了 许多已知会导致或可能合理预期会对人体健康或环境产生不利影响的空气污染物。最初,确定了近200种特定 污染物和化学品组分为HAP,并规定 了该名单可随时间而改变。常见的HAP包括二甲苯、苯乙烯和甲苯。虽然甲基乙基酮(MEK)最初也在该名单上,但2005年受美 国化学委员会的请求EPA将它移除。HAPs通常与VOCs分别列出,被认为是涂料“绿色”程度的 第二个常见指标。

  2、臭氧消耗化学品

  当某些 烃类溶剂从涂层中蒸发时,它们将被分解,这通常 被称为光化学反应性溶剂或简单的反应性溶剂。光化学 反应性是化合物在大气中反应达到什么程度并有助于臭氧形成的量度。最常见 的光化学反应性溶剂是甲苯和二甲苯。SCAQMD将光化 学反应性溶剂定义为“总体积中含有超过20%的以下 分类化合物的任何溶剂,或者单独百分比(相对于溶剂的总体积)超过任 何以下分类化合物限制的溶剂。

  ★具有烯 烃或环烯烃类不饱和度的烃、醇、醛、酯、醚或酮的组合:5%;

  ★除乙基苯外,分子中具有8个或更 多个碳原子的芳香族化合物的组合:8%;

  ★乙基苯、具有支链烃结构的酮、三氯乙 烯或甲苯的组合:20%。

  除光化 学反应性溶剂外,其它溶 剂也称为非光化学反应性或非反应性溶剂。丙酮被 分类为具有可忽略的反应性的溶剂,意味着 它对臭氧层的恶化没有影响。MEK被归类 为低反应性溶剂,这意味 着它对臭氧层的消耗影响很小。含有非 光化学反应性溶剂的涂料通常被认为比含有光化学反应性溶剂的涂料更环保,但仍然可以造成健康、安全和环境(HSE)风险。

  3、禁用化学品

  禁用化 学品包括被国家、空气调 节委员会和具体场合禁止的化学品。某些化 学品在某些国家被禁止,但在其 他国家允许使用。当全球 制造商试图将涂料出口到某些原料被禁止的国家时,就可能会出现问题。1976年,美国制定了“有毒物质控制法”(TSCA),所有当 时经批准并被认为是安全的化学品随后被列入监控范围。在涂料行业,来自全 球的涂料原材料通常含有不符合TSCA标准或批准的化学品,为此涂 料制造商改变了其全球绿色涂料配方,并针对 美国市场单独制定配方。虽然2016年6月起这 一法规已经重新修订,它依然 可以作为确定涂料“绿色”程度的参考。

  EPA的联邦杀虫剂、杀真菌 剂和灭鼠剂法规(FIFRA),其中规 定了适用于船舶行业的防污涂料杀虫剂,由此全 球防污涂料中使用的许多化学物质在美国被禁止。然而,这些涂料可境外使用(如在巴哈马),然后被 允许进入美国水域。涂料的“绿色”界定在 不同国家之间无法统一。那么,为什么 一个涂料在一个国家是绿色的,而在另 一个国家却被禁止?

  双酚A(BPA)是生产 环氧树脂的原材料之一,因其对 健康问题的影响而受到许多争议。BPA在体内 可化学模拟雌激素,据报道 由此可影响人类的发育。具有讽刺意味的是,此前该 物质在美国国家卫生基金会(NSF)和食品药物管理局(FDA)等组织 认证为健康和安全的许多涂料公司的饮用水级和食品级衬里涂料中被发现,但公众 的抗议目前已经有效地封杀这种化学品在美国相关涂料产品中的使用。

  异氰酸酯存在于所有100%固含量聚氨酯涂料中,包括一 些色浆配方以及聚脲和聚氨酯衬里中。这些衬 里一般被认为是非常“绿色”的,因为其零溶剂和零VOC水平,但实际上,它们的HSE影响可能是破坏性的!异氰酸 酯现已在动物领域并且可能在人类领域被分类为致癌物,暴露于 异氰酸酯环境下可能引起的健康问题包括呼吸困难、慢性哮喘、疾病和再发性皮炎。事实上,光气,一种化 学战争用的武器,被用于 异氰酸酯的生产。许多人 已经被发现产生了异氰酸酯敏感性,并且正在治疗过程中,但与此同时,在大多数国家中,上述这 些涂料依然被认为是绿色的。目前,许多项 目已开始禁止异氰酸酯在其工厂或操作中使用,这些HSE标准和 规定一般来自私营组织,但也有来自政府法规。

  当公众 能意识到如何确定涂料或涂料组分是否为“绿色”或不再为“绿色”时,“绿色涂料”的模糊边界将被打破。

  4、豁免溶剂

  当确定 某些化学品在涂料工业中需要被普遍应用,目的是 为了确保涂层能满足基本性能要求的目标,这时虽 然降低了对工业VOC水平的要求,但是监 管机构还是需要决定必须对监管规则进行例外处理。为了使 涂料在对环境具有最小影响的同时能有效地发挥其功能,需要对 这些化学品的使用、混合、稀释和 配制某些其他化学品进行让步,并且不考虑其VOCs含量。这里所 提到的豁免溶剂列表更常见的一些化学品包括丙酮、对氯三氟甲苯(PCBTF)、醋酸叔丁酯(TBAc)和醋酸正丁酯等。具有讽刺意味的是,这些化学品的VOCs水平相当高,一些甚至超过了700g/L。然而,选择它 们是因为它们具有其他环境友好的特性,如非光 化学反应性或可接触性,例如丙酮。因此虽 然这类豁免溶剂不是涂料配方必须选择的,但涂料 制造商不得不在保障实现所需的涂层性能水平和应用性能水平的前提下,尝试对 目前的配方进行调整,以充分利用这类溶剂,甚至为 其重新设计配方。但这已 经导致涂层性能的折衷,为此涂 料行业正转向通常需要较少溶剂加量的配方或高于大多数VOCs计算方 法的高沸点溶剂(例如苯甲醇)等生产 较高固含量涂料产品。

  在2016年,SCAQMD决定审 查他们在将近二十年前做出的决定,以重新考虑是否允许TBAc保持在油漆和涂料VOCs豁免溶剂清单中。当TBAc最初于1997年被化 学公司提出豁免地位时,它被授予豁免资格,但也被 要求须注意随着时间的推移研究和审查其长期健康影响。而在21世纪初,研究发现TBAc有可能是一种致癌物,进一步 研究已经引起了人们对其毒性和对人类健康潜在风险的关注。然而,EPA最近却宣布允许TBAc免于报告其产生的VOC。虽然TBAc似乎对 空气质量没有显著的负面影响,但既然 有研究认为其可能对生产、使用含 有它的涂料的工人和使用者造成严重的健康风险,因此依 然存在失去豁免资格的可能。如果这样,行业就 必须使用替代溶剂,这将对 涂料行业产生不利的新增成本影响,因此业 界正在密切关注着TBAc这一曾一度被认为是“完美的绿色溶剂”的产品审查过程,以确定 它是否真的能延续其“绿色”特征。

  5、重金属

  铅是一种重金属,曾在几 十年里被大量用于涂料着色,以及在 涂料和衬里产品中用于抗腐蚀颜料,然而多 年前其对健康的负面影响就已有被发现。铅与另一种重金属,铬(如铬酸铅等),都是涂料产业曾经的“伙伴”,在涂料 油漆中作为颜料被大量使用,因为其能产生明亮、丰富的颜色。在20世纪70年代后期,美国开 始逐步淘汰含铅涂料在消费领域的应用,但铅依 然被用于许多工业涂料的底漆以及军用涂料配方,甚至在直到21世纪初 依然在交通涂料中被应用。事实上,在全球 范围内铅和铬酸盐目前依然在多种涂料产品中获得使用。21世纪初,中国出 口的婴儿玩具以及钢桁架产品中陆续被检测出含铬酸铅,因此受 到欧美国家的封杀,为此,中国开 始制定较为严格的强制性标准,限制铅、铬等重 金属产品在涂料中的含量,并规范 含铅涂料及其涂装产品的出口。然而,2016年5月,联合国环境规划署(UNEP)发布的《全球法 律限制含铅涂料报告》指出:人们仍 在消除含铅涂料的道路上努力前进。2016年初,全球196个国家中70个国家(36%)已经发 布了具有法律约束力的限制铅涂料条例。大部分 国家出台了强制规定对铅涂料的使用进行控制,以确保执行效果,然而只有17个国家 要求对涂料油漆含铅量进行测试和认证。

  创建全局标准

  鉴于对“绿色”产品的 界定存在许多争议,因此国务院《生态文 明体制改革总体方案》中提出要求,将目前 分头设立的环保、节能、节水、循环、低碳、再生、有机等 产品统一整合为绿色产品,建立统 一的绿色产品标准、认证、标识等体系。在2016年7月质检 总局审议审议通过《绿色产品标准、认证、标识整合方案》,“涂料”被确定为第一批制定“绿色产 品评价国家标准”的产品,由全国 涂料和颜料标准化技术委员会牵头承担。

  近年来国内在“绿色涂料”产品相 关标准方面政出多门,部分行 业组织争相介入这一项目,给企业 和下游用户造成极大的困惑。新的《绿色产 品评价涂料产品》项目2017年完成后,将会形成《绿色产 品评价涂料产品》(送审稿)、《国内外 绿色涂料产品调研及测试分析》、《绿色涂 料产品国内外标准比对分析》等成果和报告,标准颁 布实施后将会有效促进中国“绿色涂料”规范的统一。

  “绿色”标准应具备的共同点

  “绿色涂料”标准制 定需要行业供应商、业主、监管机构和HSE专家共同参与,必须找 到共同的基础作为起点,通过在 相似性和标准化方法方面获得统一意见,可以实现简化规则,这既包计算方法,也包括 标准实施后在调节市场和遵守目标方面的一致。

  最小化“例外”

  如豁免溶剂等,标准必须有例外,但如果 它们可以被标准化并最小化为少数,而不是 市场的多数现象,这些例 外将更容易理解和被遵守。同样,来自行 业产业链的主要参与者的投入对于制定既实用又可实施的标准将至关重要。

  消除不一致

  行业需 要具有实际论证价值的VOCs计算方法和基准水平,而不是 任意创建或简单参照的公式和VOCs标准取值,这将为随后的VOCs绿色认 证提供充分的理由和行业认可。必须承认,目前国外业界认可的100g/L或250g/L的VOCs值是一 个绿色涂层认证的全球基准线,但必须让业界、用户和 监管当局认识到,这些基 准线并非唯一的“绿色”参考,目前企业宣传的VOCs值在99g/L的涂料不一定比107g/L的涂料的更“绿色”,特别是 如果计算方法不同呢?

  创建一 个全球绿色标准

  只有全 球能开发一个公认的VOCs含量计 算方法并统一达成一致,统一识别HAPs,并达成 关于豁免和禁用化学品的一致协议,这样才能对“绿色涂料”在全球 范围内平等地进行比较。目前虽 然在国内外有多个组织宣布自己是“绿色的证明者”,但实际 上他们的检验标准通常是自我宣传和出于商业价值的考虑。创建一个全球统一的“绿色涂料”标准的道路并不平坦。

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