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地坪材料中有害物質分析

引言

隨著中國工業化和城鎮化的不斷發展,?各種基礎設施和建筑工程建設方興未艾,?對地坪材料的需求也日益增加。?目前地坪材料已廣泛應用在車庫、?超市等民用建筑地坪裝飾工程中,?其他行業如煙草、?食品、醫療也逐步開始使用地坪涂裝系統。除了生產總量不斷增加,對地坪材料的質量要求也越來越高。其中隨著國家環保政策日益嚴格,?綠色環保成為建材的發展趨勢,?地坪材料的環保性能也越來越受到人們關注?。

近幾年國家出臺了多項地坪材料的國家和行業標準,對地坪產品性能進行了規范,但標準多關注產品的物理性能,對地i平材料的環保性能關注度不夠,尚沒有制定專門的地坪材料有害物質限量標準,?而對比其他產品如內外墻材料、膠粘劑、木器涂料等均制定了強制性的國家標準,?因此制定強制性的地坪材料有害物質限量標準意義重大,?可有效降低或避免生產、施工、?使用中有害物質對人們身體健康的危害。

1 地坪材料類型與有害物來源

根據材料組成,地坪材料可分為無機地坪材料和有機地坪材料。?無機地坪材料又可分為水泥基地坪材料和石膏基地坪材料。相對于無機地坪材料,有機地坪材料種類眾多,主要有環氧樹脂地坪、聚氨酯地坪、?丙烯酸地坪以及近年來興起的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)地坪和聚脲地坪?。?從地坪材料有害物質源頭分析,?來源于有機地坪材料的比例遠遠高于無機地坪材料。

1.1無機地坪材科

無機地坪具有使用壽命長、?防火性能好的特點。?可分為水泥基和石膏基地坪材料,?主要以自流平產品為主?。?無機地坪對侵蝕性介質特別是酸的抵抗性差,?裝飾效果也相對單調?。?另外由于無機材料具有天然脆性,使用過程經常出現變形、開裂。以水泥基自流平產品配方為例,典型配比如表1所示。

從表1可以看出,?自流平砂漿組成中無機膠凝材料和天然礦物比例超過95%,屬于天然環保材料。剩余有機材料如可再分散乳膠粉和纖維素醚等不超過?5?名,對環境危害也非常低。由此可見無機地坪材料環保性能優異,基本不會對環境產生危害。但由于無機地坪材料為粉狀產品,生產、使用過程中應注意粉塵的危害。

1.?2有機地坪材科

有機地坪材料主要由樹脂、?顏填料、?溶劑和助劑組成。其中地坪材料的物理性能主要取決于樹脂,樹脂類型包括環氧樹脂、聚氨酯、丙烯酸、聚脲樹脂以及聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等。

1.2.1環氧樹脂地坪

環氧樹脂最先應用于有機地坪材料中,?在歐美已具有50?年以上的使用歷史。早期的產品以溶劑型產品為主,主要成分為環氧樹脂和固化劑。環氧樹脂地坪材料發展到今天,已成為用量最大、技術最成熟的地坪材料。目前國外產品以無溶劑體系為主,少量使用水性體系,?多數公司已不生產溶劑型環氧地坪材料。?在國內地坪材料中也基本以環氧類產品為主,?但多為溶劑型產品,?比例可占到全部環氧材料的70%左右,?水性和無溶劑體系由于成本、?性能等因素尚未大面積推廣。

環氧樹脂地坪材料中,環氧樹脂種類眾多,其中雙酚?A型環氧樹脂分子中含有極性高且不易水解的脂肪族羥基和醚鍵,?因此對水泥底材有較高的附著力,?并且耐化學品性較強,被列為首選類型。常用于地坪材料的環氧樹脂有:?E-51,?E-44,?E-42,?E-20等。

固化劑作為環氧地坪材料中不可或缺的組分之一?,?其主要是通過直接與環氧樹脂發生固化反應而結合在漆膜結構中。由于環氧樹脂品種較多。故其固化劑品種更為繁多,?但按其化學結構不同可大致分為聚酰胺類、酰胺基胺、脂肪族多元胺、脂那族胺和芳香族胺等類型?。

環氧樹脂及其固化劑單獨存放使用時都有一定的揮發性和毒性,?但使用過程中兩者按一定比例混合反應固化后安全性大大提高,通常就沒有毒性。目前為了提高產品的環保性能,?已開發出水性環氧樹脂和固化劑。其主要特點是?voc幾乎為零,特別適合在潮濕混凝土上施工,?在性能上也幾乎能與溶劑型產品媲美。但由于工藝相對復雜,成本較高,使用受到一定限制?。

為降低地坪涂料黏度,獲得合適的施工性,通常還在配制環氧地坪涂料時添加一定比例的稀釋劑,?也叫溶劑。稀釋劑可分為非活性和活性兩種類型,前者通常不參與反應,?固化時會從漆膜中部分逸出,?成為有害成分的主要來源。?常見的非活性稀釋劑如表2所示。

由表2可知,?以上稀釋劑沸點均低于250℃,?屬于揮發性有機化合物(VOC)的范圍,應限量使用。而活性稀釋劑可參與環氧固化反應,?不會從漆膜中揮發出來。利用活性稀釋劑的特性可制備無溶劑型自流平材料,?降低?VOC含量,?符合綠色環保涂料的要求。

為了提高地坪材料的裝飾性,?通常在地坪材料中添加顏料進行著色。?由于環氧樹脂材料具有表干時間長等特點,?使用有機顏料會出現浮色、?發花等問題,,而且有機顏料耐化學腐觸性差,?特別在戶外條件下容易褪色,?因而較少在地坪材料中使用,?而主要采用無機顏料進行著色,?如鈦白粉、?氧化鉻綠和氧化鐵系等顏料。填料主要選用高耐磨、低收縮的品種,如天然礦石粉。顏填料的有害物質主要是重金屬,如鉻黃等。?因而在材料選擇時應盡量選擇無毒的顏填料品種,如氧化鐵系列、鈦白粉、石英粉等材料。

1.2.2聚氨酯地坪材料

相對于環氧樹脂地坪材料,聚氨酯地坪具有更好的柔韌性、低溫穩定性和抗化學腐觸性。相對于國外的發展, 我國聚氨酯地坪材料發展較晚, 其中高性能的無溶劑和水性體系主要依靠進口, 主要的消費也是外資企業,其中85%的聚氨酯地坪材料應用在外資企業的食品廠、飲料廠、化工廠倉庫及儲藏區等生產區域。 ? ? ? ?聚氨酯材料名稱來源于分子結構中含有氨基甲酸酯的重復鏈節, 它是由異氰酸酯(-NC0)禾D含活性羥基化合物(-OH)“逐步聚合”而成的。有些聚氨酯地坪材料中含有相當多的游離異氰酸酯, 具有較高的活潑性,吸入人體會危害健康。根據化學結構,常見種類如表3所示。

聚氯酯地坪固化劑主要成分為聚合物多兀醇, 其化學結構中含有兩個以上的羥基, 相對分子質量一般為幾百至幾千范圍內,是一種低聚化合物。主要類型有聚離多元醇、聚氧化丙烯二醇和聚氧化丙烯三醇等 。

同樣, 為了改善聚氨酯地坪材料的施工性和提高裝飾效果,也會添加稀釋劑和顏料,材料組成同環氧樹脂地坪材料類似 。

1.2.3其他有機地坪材料

聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)是以丙烯酸單體為主要成分, 經自由基聚合而成的樹脂材料, 其主要特點是固化時間快、耐化學品性能優異。同時PMMA材料適用于低溫環境,零下30℃的低溫環境也可固化成膜, 大大拓寬了使用范圍。

聚脲是近年來新開發的新型地坪材料, 主要成分為由異氰酸酯組分和氨基化合物反應生成的彈性物質。 其固含量可達到100%,無溶劑,環保性能大大提高, 已應用在高鐵、 卷煙廠和游樂場等多個重點工程中 。

2?有害物質種類及限量

2.1揮發性有機化合物

根據規定,在101.3 kPa標準壓力下, 任何初沸點低于或等于250℃的有機化合物屬于揮發性有機化合物(VOC)范疇。有機地坪材料中的溶劑和殘余單體會在施工、成膜過程中揮發出來, 成為危害健康的主要成分,其絕大多數屬于VOC范圍 。 研究證明有機溶劑通過人的呼吸和皮膚的吸收, 對人的造血系統、神經系統、肝和腎等器官造成損壞,部分有機溶劑已經被列入致癌物, VOC不但對人們的身體健康造成直接的傷害, 對人們賴以生存的大氣也同樣造成破壞。

VOC的危害大小主要與濃度有關,表4列舉了不同 VOC濃度對人體的影響。

此外由于 VOC對人體健康影響因素很多, 除濃度外VOC的種類影響也較大。即使空氣中單個VOC含量都遠遠低于其限制濃度, 但由于多種VOC的混合存在及其相互作用,使危害強度增大,整體暴露后對人體健康的危害仍相當嚴重 。

因而為保證身體健康,施工、檢測時除佩戴必要的防護措施外, 最主要的是保持作業環境通風狀態, 降低VOC的濃度,感覺不適時應立即停止作業,如有必要需送醫院檢査。

2.2重金屬

為了提高地坪材料的裝飾性, 通常會在地坪材料中添加各種顏填料。與有機顏料相比,無機顏料具有更好的化學穩定性和耐候性, 廣泛應用在地坪材料中。常見的無機顏料主要有鈦白粉、氧化鐵系列、鉻黃、鉻綠等品種,此外為提高地坪材料的抗靜電性, 還會在抗靜電地坪材料.中添加金屬粉末,如 N1-Ag、Cu-Ag等。地坪材料在使用或廢棄后,其中部分重金屬會遷移進入土壤、水源中,進而對人體產生危害。 人體里存在著各種各樣的化學物質包括蛋自質, 是重金屬良好的配體。一旦重金屬進入人體,就會與人體內的蛋白質發生配位, 改變其正常生理功能, 甚至進入神經系統,產生致病致死的后果。

2.3其他有害物質

為了改善地坪材料的使用、貯存性能, 通常還會添加一些助劑,如防腐劑、 pH調節劑,在使用過程中會釋放一定濃度的甲醛和有機胺。 以上物質對人體特別是呼吸系統有較大危害, 嚴重時還會導致白血病和癌癥等嚴重疾病。

2. 4 地坪材料環保標準

目前國家已出臺了4項地坪材料相關標準, 分別是國家標準GB/T 22374-2008 ?地坪涂裝材料?、建材行業標準JC/T1015-2006 ?環氧樹脂地面涂層材料?、電子行業標準SJ/T11294-2003 ?防靜電地坪涂料通用規范?和化工行業標準?HG/T3829–2006?地坪涂料??。?其中僅國家標準中規定了有害物質限量要求,如表5所示。

為進一步推廣環保地坪材料的使用,?制修訂相關國家、行業標準至關重要。2011年年底中國建材聯合會地坪分會和中國檢驗認證集團共同承擔了制定??水性聚氨酯地坪涂料?標準的任務,?預計2013年年底頒布、實施。此外地坪材料有害物質限量國家強制性標準也在醞釀制定中?。

3結語

隨著建筑材料無毒環?；陌l展趨勢,?地坪材料也將朝著水性化、高固含、無溶劑的方向發展。目前無溶劑型和水性地坪材料由于優越的環保性能,?得到了人們越來越多的重視。

除制定相關的國家強制性標準外,?更重要的是研發、使用各種高性能、壞保的原材料。無溶劑、水性產品由于性能、?成本等與傳統的溶劑型產品仍有定差距,也需加大研發力度。同時提高無機顏料環保性能、實現無鉛化生產已經成為顏料廠家的共識。

作者：孫順杰 喬亞玲