氣相色譜法測定建筑裝飾材料中的苯等有害物質

2015-04-29 20:30:22孫靜張曉光孫曉虎

中華建設科技 2015年2期

孫靜張曉光孫曉虎

【摘要】介紹了建筑裝飾材料中的內墻涂料、溶劑型木器涂料中存在的有害物質及其危害；同時介紹了用氣相色譜法（GC）分析其中的苯等有害物質的實驗方法。

【關鍵詞】內墻涂料；溶劑型木器涂料；氣相色譜法；建筑裝飾材料

Measuring benzene and other harmful materials in building decoration by gas phase chromatography

Sun Jing1，Zhang Xiao-guang2，Sun Xiao-hu1

（1.Zibo city construction science research center Zibo Shandong 255000；

2.Zibo city construction engineering quality direct station Zibo Shandong 255000）

【Abstract】The article introduced building to decorate material in of inside the existent harmful material and its bane in wooden vessel coating of the wall coating， melting agent type； Introduced to use gas phase chromatography （GC） analysis benzene in which to wait mutually harmful material of experimental methods.

【Key words】Inside wall coating；Melting agent wooden vessel coating；Gas phase chromatography；Building decoration material

1. 前言

內墻涂料以其品質優異、施工方便、價格低廉等優勢在室內裝飾裝修材料中占有舉足輕重的地位，而溶劑型木器涂料則以其色澤柔美、品質優異、經久耐用等優勢在室內裝飾裝修材料中具有不可替代的地位，但同時它們也不可避免地給室內空氣帶來一定程度的污染。為了減少裝修后室內空氣污染物，國家質量監督檢驗檢疫總局于2002年1月實施了GB18582-2001《室內裝飾裝修材料內墻涂料中有害物質限量》和GB18581-2001《室內裝飾裝修材料溶劑型木器涂料中有害物質限量》兩項國家強制性標準，對內墻涂料和溶劑型木器涂料中的有害物質進行了嚴格限量。本文介紹了內墻涂料和溶劑型木器涂料中有害物質的概況和用氣相色譜法分析其中的苯、甲苯、二甲苯及甲苯二異氰酸酯等有害物質的實驗方法。

2. 內墻涂料和溶劑型木器涂料中有害物質概況

2.1 內墻涂料。

（1）內墻涂料從溶劑角度可分為水性涂料和溶劑型涂料。內墻涂料通常以水性涂料為主，例如合成樹脂乳液涂料（俗稱乳膠漆）和水溶性涂料（以聚乙烯醇縮甲醛為成膜物的涂料）。水溶性涂料由于性能低劣且對人體有害，已趨于淘汰，因此，目前大量用于室內裝飾的內墻涂料主要為以各類合成樹脂乳液為成膜物的水性涂料。

（2）合成樹脂乳液水性涂料相對于有機溶劑型涂料來說有機揮發物極少，是典型的環保型產品。水溶性涂料中由于含有未反應完全的游離甲醛在涂料施工及養護過程中逐漸釋放出來，對人體造成危害。綜合考慮內墻涂料的類型、組成及性質，在施工以及使用過程中能夠造成室內空氣質量下降以及有可能影響人體健康的有害物質主要為揮發性有機化合物、游離甲醛、可溶性鉛、鎘、鉻和汞等重金屬。

2.2 溶劑型木器涂料。

目前大量用于室內裝飾裝修的木器涂料以溶劑型為主，主要品種有聚氨酯類、醇酸類、硝基類以及在此基礎上改性的各類涂料。

用于室內裝飾裝修的木器涂料大部分以有機物作為溶劑。二甲苯系溶劑由于具有溶解力強、揮發速度適中等特點，是目前涂料業常用的溶劑。聚氨酯涂料是綜合性能優異并廣泛應用的品種，在室內木器涂料中占有很重要的位置。由于目前國內許多中小企業受生產技術落后及生產條件的限制，致使其產品中游離甲苯二異氰酸酯（TDI）含量偏高。

綜合考慮木器涂料的類型、組成及性質，在施工以及使用過程中能夠造成室內空氣質量下降以及有可能影響人體健康的有害物質主要為揮發性有機化合物、苯、甲苯和二甲苯、游離甲苯二異氰酸酯、以及可溶性鉛、鎘、鉻和汞等重金屬。

2.3 各種有害物質對人體的危害

2.3.1 揮發性有機化合物（VOC）。

揮發性有機化合物會對環境產生污染并加大室內有機污染物的負荷。嚴重時使人引起頭痛、咽喉痛等癥狀，危害人體健康。

根據涂料中揮發性有機化合物的揮發特性，按照涂膜狀態可把揮發過程簡單地劃分為兩個階段，第一階段為"濕"階段，在此階段內揮發速率極快，在數小時內即可揮發出總量的90%以上；第二階段為"干"階段，此階段內揮發速率大大降低，并逐漸減小。由于這一揮發特性，施工后的涂膜經一星期養護后，揮發出的有機化合物就極少了，因此，只要適當控制施工到居住使用時間并在此時間內保證室內通風良好，即可將"揮發性有機化合物"對室內空氣的影響及對人體的危害降到最低限度。

2.3.2 苯、甲苯和二甲苯。

苯被國際癌癥研究中心確認為高毒致癌物質，主要影響造血系統、神經系統，對皮膚也有刺激作用，故對其含量應嚴加控制。甲苯和二甲苯對人體的危害主要是影響中樞神經系統、對呼吸道和皮膚產生刺激作用，二者化學性質相似，在涂料中常相互取代使用，對人體的危害呈相加作用，故對涂料中的甲苯和二甲苯含量可作總量控制。

目前涂料生產企業已很少用苯作為溶劑使用，木器涂料中的苯主要是作為雜質由甲苯和二甲苯帶入的，苯含量的高低與甲苯和二甲苯的生產工藝有關，從石油中提煉的甲苯和二甲苯中苯含量較低，而從煤焦油中提煉的則較高。

2.3.3 可溶性鉛、鎘、鉻、汞等重金屬。

（1）鉛、鎘、鉻、汞是常見的有毒污染物，其可溶物對人體有明顯危害，過量的鉛能損害神經、造血和生殖系統，尤其對兒童的危害更大，可影響兒童生長發育和智力發展，因此鉛污染的控制已成為世界性關注熱點和發展趨勢。長期吸入鎘塵可損害腎或肺功能。皮膚長期接觸鉻化合物可引起接觸性皮炎或濕疹。慢性汞中毒主要影響中樞神經系統等。

（2）涂料中的重金屬主要來自于著色顏料，如紅丹、鉛鉻黃、鉛白等。此外，由于無機顏料通常是從天然礦物質中提煉并經過一系列化學物理反應制成，因此難免夾帶微量的重金屬雜質。

（3）內墻涂料和木器涂料中有毒重金屬對人體的影響主要是通過在使用過程中干涂膜與人體長期接觸，如誤入口中，其可溶物將對人體造成危害。

2.3.4 游離甲苯二異氰酸酯（TDI）。

甲苯二異氰酸酯（TDI）是一種毒性很強的吸入性毒物，在人體中具有積聚性和潛伏性，又是一種粘膜刺激性物質，對眼和呼吸系統具有很強的刺激作用，會引起過敏性哮喘，嚴重者會引起窒息等，因此對其含量應嚴加控制。

聚氨酯涂料在施工及涂膜養護過程中會逐漸釋放出游離甲苯二異氰酸酯（TDI），對人體健康造成危害，因此，對用于室內裝修用的聚氨酯涂料應嚴格控制其游離甲苯二異氰酸酯（TDI）含量。

2.3.5 游離甲醛。

甲醛對皮膚、眼睛及呼吸道具有很強的刺激性，有些人可發生過敏反應，國際癌癥研究中心已將其列為人類可疑致癌物質。

目前大量用于室內裝飾用的各類合成樹脂乳液內墻涂料在生產過程中不用含有甲醛的物質作為原材料。為改善使用性能，有些涂料可能使用含有甲醛的助劑（如防霉劑等），但含量極少。聚乙烯醇縮甲醛類的水溶性涂料由于在生產原料中含有甲醛，如在生產過程中反應不完全，涂料中就不可避免地含有游離甲醛，在涂料使用過程中散發出來對人體造成危害。

3. 實驗方法與結果討論

綜合GB18582-2001和GB18581-2001兩個標準及國內外有關方法，通過反復實驗，選用DB-1柱為分析柱，使用雙內標及程序升溫的方法，在28min內同時分離并測定了苯、甲苯、二甲苯以及甲苯二異氰酸酯。此法簡便、快捷、準確。

3.1 實驗部分

3.1.1 儀器和試劑。

GC122氣相色譜儀，FID檢測器。

苯、甲苯、鄰二甲苯、對二甲苯、間二甲苯，均為色譜純。內標物：正庚烷、正十四烷，均為色譜純。甲苯二異氰酸酯（TDI）：含量99.5%以上的80%2，4-甲苯二異氰酸酯異構體和2，6-甲苯二異氰酸酯異構體。乙酸乙酯，分析純，經5A分子篩脫水、脫醇，水含量<0.3×10-3，醇含量<0.2×10-3。

3.1.2 色譜條件。

進樣口溫度：150℃；檢測室溫度：200℃。程序升溫：初始溫度35℃，保持3min；升溫速率6℃/ min，升溫至100℃，保持4min；升溫速率20℃/ min，終止溫度150℃，保持8min。

3.1.3 混合標準溶液的配制。

各稱取正庚烷和正十四烷1.0000g于100ml容量瓶中，用脫水、脫醇的乙酸乙酯分別稀釋至刻度，搖勻。分別稱取苯、甲苯、鄰二甲苯、對二甲苯、間二甲苯1.0000g，甲苯二異氰酸酯2.0000g于100ml容量瓶中，用適量乙酸乙酯定容。取該混合標樣10ml于100ml容量瓶中，加入正庚烷和正十四烷溶液各5ml，用乙酸乙酯定容至刻度，取1μl進樣。

3.1.4 樣品處理。

稱取0.5～3.0g（準確至0.1mg）樣品于50ml容量瓶中，加入內標物5ml（如樣品中不含TDI，則不用加正十四烷內標），用適量的乙酸乙酯稀釋，取1μl進樣。

3.2 結果與討論

3.2.1 溶劑的選擇。

由于N，N--二甲基甲酰胺在DB-1柱上對甲苯的出峰有影響，因此選用乙酸乙酯作為溶劑。

3.2.2 測試條件的選擇。

甲苯二異氰酸酯熱穩定性差，為保證其完全氣化，又不使聚合物分解，汽化室和最終柱溫既不能過高又不能過低，經多次實驗，汽化室和最終柱溫選擇為

150℃。

甲苯二異氰酸酯還可選擇三氯代苯為內標，三氯代苯在甲苯二異氰酸酯之前出峰，整個分析過程可在25min內完成。

3.2.3 相關系數及回歸方程。

（1）各取上述混合標準溶液0、1、2、5和10ml于100ml容量瓶中，分別加入5ml正庚烷和正十四烷溶液，用乙酸乙酯定容至刻度，各取1μl進樣。

（2）在上述條件下，以濃度比（待測組分濃度與加入內標物濃度之比）為橫坐標，峰面積比（待測組分峰面積與加入內標物峰面積比）為縱坐標，求出測定組分的相關系數及回歸方程，見表1。