挥发性有机化合物(VOC)的定义、标准和方法在世界不同地区各不相同，并在不断发展。美国使用EPA Method 24烘箱挥发性测试(ASTM D2369)作为voc1,2 ASTM D6886是另一种用于一些监管重点的VOC测试，基于VOC成分的气相色谱分析。涂料制造商使用这些测试的数据来确保他们的涂料符合美国每个地区所测试的涂料类型的监管限制。

欧盟还使用欧盟指令2004/42/CE中规定的GC方法(ISO 11890-2)来确定化合物的相对挥发性;在此测试中，VOC是指在沸点低于250°C的标记化合物之前洗脱的任何化合物。然而，现在正在考虑280°C的标记以及使用ISO 16000-6室法的“更实际的测试”。3 - 6腔室方法被指定为德国AgBB规范的一部分，但这种类型的方法也在USGB LEED v4中被称为认证测试的一部分。所有这些指标都与用作粘结剂的材料的实际挥发性有关。

亚洲倾向于使用欧盟的标准，即大气压力下的沸点为250°C。同样，这一地区的不同地区情况也不尽相同。使用更高沸点的标记物也很有趣;在这种情况下，在大气压下切断的沸点是280°C。

所有这些测试和标准都以这样或那样的方式应用于监管限制。当然，目标是减少被认为是环境问题和/或导致室内空气质量差的化合物的排放。几乎不可能列出所有的监管规则和要求，特别是在全球范围内;然而，趋势肯定有利于减少VOC。

本文的目的是介绍用不同方法测量挥发性(VOC)的信息。为了说明不同方法之间的结果差异，本研究将比较高VOC(使用美国定义)的传统商业聚结剂和低VOC的商业聚结剂与新型二苯甲酸酯共混物和单苯甲酸酯。

实验

如上所述，本文的重点是将高voc的聚结剂与较新的低voc的聚结剂进行对比。在此基础上，包括了不同类别的聚结剂(化学和VOC类型)的例子。具体而言，将考虑以下合并:

  • 2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯，商业高voc参考，缩写为TMPDMIB;
  • 三乙二醇二-2-乙基己酸酯，商业低voc参考，缩写为TEGDO;
  • K-Flex 975P -二丙二醇/二甘醇/二苯甲酸丙二醇的混合物，缩写为975P;
  • K-Flex 850S -二丙二醇/二苯甲酸二乙二醇的混合物，缩写为850S;
  • K-Flex 500P -低voc的二丙二醇/二苯甲酸二乙二醇混合物，缩写为500P;
  • 实验性3-苯丙基苯甲酸酯，缩写为613;
  • 苯甲酸苄酯实验等级，缩写为BOB。

对上述合并进行了以下测试:

  • 沸点;
  • 蒸汽压;
  • 闪点;
  • 热重分析仪(TGA)， 110°C等温;
  • ASTM D2369;
  • ASTM D6886;
  • 修正ASTM D6886;
  • ISO 11860 - 2;
  • ISO 16000-6(仅适用于整齐的合并)。

本文的附录中介绍了确切的测试方法。所有这些测试都通过不同的定义给出了挥发性或挥发性含量的良好图景。这项工作的重点是说明减少涂料VOC的方法，以通过所需的法规和方法，以减少VOC，同时提高涂料性能。

讨论

所评价的聚结物的物理数据列于表1;图1显示了凝聚蒸汽压。沸点数据表明，与TMPDMIB相比，单苯甲酸酯和二苯甲酸酯的挥发性都很低;在大气压力下均高于250°C，因此根据欧盟VOC定义，均为零VOC。蒸汽压和闪点数据也表明，与TMBDMIB相比，苯甲酸酯的挥发性较低。这一数据对腔室测试有一定的意义，这可能是欧盟和美国未来对涂料的测试。聚结剂的蒸汽压越低，预期挥发性能越好。

由于不断有降低挥发性有机化合物的动力，重要的是尽量减少对挥发性有机化合物的所有贡献。即使在相对较低的水平上使用原料的VOC也可能是显著的。烘箱测试是比较挥发性和半挥发性成分VOC贡献的标准方法。图2通过EPA 24 ASTM D2369测试说明了本研究中聚结物的挥发性。通过这个测试，TMPDMIB是100%易失性的。虽然单苯甲酸酯比二苯甲酸酯混合物的挥发性更强，但两者的挥发性都明显低于TMPDMIB。

除了这个测试，ASTM D6886(气相色谱法)的使用也变得越来越重要。根据ASTM D6886，使用一种商用零VOC涂料来测定VOC，每种研究的聚结物按重量计算添加到涂料中;采用ASTM D6886气相色谱法进行分析。图3展示了测试的结果。通过这种方法，几乎所有的TMPDMIB都被发现是VOC。此外，通过这种方法，613和BOB都表现出100%的挥发性，而同时D2369测试表明，两者的VOC都要低得多。这突出了使用GC测试方法时的一些局限性，其中化合物与GC列的亲和性除了其相对挥发性外还起着作用。该方法测定的二苯甲酸酯类化合物的VOCs含量较低。

改进的ASTM D6886试验也考虑使用棕榈酸甲酯作为标记。棕榈酸甲酯是一个非常高的锅炉(在常压下约323°C)。南海岸空气质量管理区正在考虑通过使用这个标记来修改他们的方法313。测试结果如图4所示。所有的单苯甲酸酯和二苯甲酸酯以及TEGDO的沸点都高于这个标记，而TMPDMIB则没有。典型的气相色谱图如图5所示。

Iso 11890-2 voc

欧盟将挥发性有机化合物定义为在大气压下沸点低于250°C的物质。ISO 11890-2测试方法用于证明被测化合物在250°C时的沸点大于标记点。使用此测试定义，该评估的所有合并物都被发现为零VOC。

室测试

美国绿色建筑LEED v4等组织使用室内法描述了各种应用中对VOCs的要求，德国的AgBB也是如此。他们呼吁的方法是基于一个月内从一件物品中释放的挥发性有机化合物的数量的测定。根据所获得的数据，被测试的物品要么通过，要么不通过。与EPA 24方法或欧盟沸点标准不同，室内方法通过引用沸点标记来定义VOCs。在室内暴露指定的持续时间后，被捕获的VOCs被清除到GC中。在欧盟，检测到低于C16标记的化合物被认为是VOCs。在C16和C22标记之间检测到的化合物被认为是SVOCs(半挥发性);高于C22标记，它们被认为是非挥发性有机化合物，即使这些化合物在测试温度下会有一些蒸汽压。该方法还指定烷烃作为参考化合物，并使用相对低极性的气相色谱柱。这实际上不是最好的方法，因为感兴趣的化合物往往更极性。 The trap and purge technique may also have some of the same issues.

测试涂料挥发物的室内方法是用来确定所应用的涂料的VOC。然而，正如在美国经常执行的那样，我们运行ISO 16000-6的GC部分，使用干净的增塑剂，而不是陷阱和净化的残留物。众所周知，大多数涂料的负载重量在1%到3%之间，涂料的基质也会对测试期间排放的结果产生影响。尽管如此，我们还是对整齐的合并进行了测试。图6显示了测试的结果，图7显示了测试的GC色谱图。

计算EPA 24

如前所述，在美国，根据所使用的整齐原材料的VOCs来计算VOCs是很常见的。这实际上是不正确的。由于基质以及聚合物与聚结剂的相容性会对涂层的实际挥发量产生影响，因此计算结果往往高估了VOC含量。然而，EPA方法24在实际执行完整方案时，由于方法错误而难以使用，特别是对于低VOC含量的涂料。图8显示了基于ASTM D2369整齐组分结果的涂料的计算VOC。请注意，所有含苯甲酸盐的涂料都比传统的聚结剂TMPDMIB具有更低的VOCs。

总结

VOCs的标准在不断发展，测试方法也随着VOCs法规的收紧而不断变化。今天，许多新的低voc聚结剂可供配方师使用。先前发表的研究表明，为涂料行业开发的新型二苯甲酸酯共混等级在室内和室外应用中都表现得与TMPDMIB和TEGDO一样好，甚至更好——优异的耐擦洗性和光泽度，在室内涂料中的所有相关性能基本上都没有牺牲，并且在室外测试中表现出色，因为没有确定任何问题。7、8

根据测试方法的不同，给定材料的VOC结果可能有很大差异。无论使用哪种方法来描述VOC，与TMPDMIB控件相比，所有低VOC聚结的波动性确实非常低。所有的苯甲酸酯聚结物对涂料的VOC贡献很小，特别是在低使用水平下。当相容时，聚结剂成为粘结剂的一部分。具体来说，850S和975P的VOCs非常低，可以提供性能更好的涂料。随着时间的推移，将会有更多的低voc聚结剂的需求，以使零或接近零voc的涂料配方具有更好的整体性能。

参考文献

1EPA 24试验方法，40 CFR第59部分。

2ASTM D-2369，烘箱挥发性法，EPA方法24的一部分。

3.Reinhard, O. VOC排放-欧洲新标准和法规，以及来自LEED的消息，欧洲涂料大会，2013年4月。

4Gernon,医学博士;Buyse k;Jones, D.了解材料的相对挥发性:热分析、GC分析和室内测试技术的比较，欧洲涂层大会，2013年4月。

5Krieger,美国;Reinheimer k;Petri, H.欧洲内部确定室内涂料排放的法规和测试方法概述，以及基于模型涂料配方的新测试结果，欧洲涂料大会，2013年4月。

6Testa,Carlos, Taylor, Louise, Taube, Ralf，“低排放聚结剂满足当前和未来的立法”，欧洲涂料大会，2013年4月

7阿伦特,w;麦克布莱德,大肠;Conner, M.苯甲酸盐技术在涂料应用中的创新，第41届水性、高固体和涂料研讨会论文集，新奥尔良，洛杉矶，2013。

8阿伦特,w;麦克布莱德,大肠;Conners, M.涂料应用中的苯甲酸盐技术创新，美国涂料展和研讨会预印本，2014年4月。

确认

作者要感谢Emerald性能材料有限责任公司和Emerald Kalama化学公司允许发表和发表这篇论文。我们还要感谢Debbie Davidson, Ian Query, Sarah Strother和Kate Williamson。

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