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地坪材 料中有害物质分析2016-07-14

近来出现了“毒塑胶跑道”的新闻,闹得人心惶惶,

大多数 人都对原本放心的产品进行了重新审视。

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地坪材 料中有害物质分析

引言

随着中 国工业化和城镇化的不断发展, 各种基 础设施和建筑工程建设方兴未艾, 对地坪 材料的需求也日益增加。 目前地 坪材料已广泛应用在车库、 超市等 民用建筑地坪装饰工程中, 其他行业如烟草、 食品、医疗也 逐步开始使用地坪涂装系统。除了生 产总量不断增加,对地坪 材料的质量要求也越来越高。其中随 着国家环保政策日益严格, 绿色环 保成为建材的发展趋势, 地坪材 料的环保性能也越来越受到人们关注 。

近几年 国家出台了多项地坪材料的国家和行业标准,对地坪 产品性能进行了规范,但标准 多关注产品的物理性能,对地i平材料 的环保性能关注度不够,尚没有 制定专门的地坪材料有害物质限量标准, 而对比 其他产品如内外墙材料、胶粘剂、木器涂 料等均制定了强制性的国家标准, 因此制 定强制性的地坪材料有害物质限量标准意义重大, 可有效 降低或避免生产、施工、 使用中 有害物质对人们身体健康的危害。

1 地坪材 料类型与有害物来源

根据材料组成,地坪材 料可分为无机地坪材料和有机地坪材料。 无机地 坪材料又可分为水泥基地坪材料和石膏基地坪材料。相对于无机地坪材料,有机地 坪材料种类众多,主要有环氧树脂地坪、聚氨酯地坪、 丙烯酸 地坪以及近年来兴起的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)地坪和聚脲地坪 。 从地坪 材料有害物质源头分析, 来源于 有机地坪材料的比例远远高于无机地坪材料。

1.1无机地坪材科

无机地 坪具有使用寿命长、 防火性能好的特点。 可分为 水泥基和石膏基地坪材料, 主要以 自流平产品为主 。 无机地 坪对侵蚀性介质特别是酸的抵抗性差, 装饰效果也相对单调 。 另外由 于无机材料具有天然脆性,使用过 程经常出现变形、开裂。以水泥 基自流平产品配方为例,典型配比如表1所示。

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从表1可以看出, 自流平 砂浆组成中无机胶凝材料和天然矿物比例超过95%,属于天然环保材料。剩余有 机材料如可再分散乳胶粉和纤维素醚等不超过 5 名,对环境危害也非常低。由此可 见无机地坪材料环保性能优异,基本不 会对环境产生危害。但由于 无机地坪材料为粉状产品,生产、使用过 程中应注意粉尘的危害。

1. 2有机地坪材科

有机地 坪材料主要由树脂、 颜填料、 溶剂和助剂组成。其中地 坪材料的物理性能主要取决于树脂,树脂类 型包括环氧树脂、聚氨酯、丙烯酸、聚脲树 脂以及聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等。

1.2.1环氧树脂地坪

环氧树 脂最先应用于有机地坪材料中, 在欧美已具有50 年以上的使用历史。早期的 产品以溶剂型产品为主,主要成 分为环氧树脂和固化剂。环氧树 脂地坪材料发展到今天,已成为用量最大、技术最 成熟的地坪材料。目前国 外产品以无溶剂体系为主,少量使用水性体系, 多数公 司已不生产溶剂型环氧地坪材料。 在国内 地坪材料中也基本以环氧类产品为主, 但多为溶剂型产品, 比例可 占到全部环氧材料的70%左右, 水性和 无溶剂体系由于成本、 性能等 因素尚未大面积推广。

环氧树脂地坪材料中,环氧树脂种类众多,其中双酚 A型环氧 树脂分子中含有极性高且不易水解的脂肪族羟基和醚键, 因此对 水泥底材有较高的附着力, 并且耐化学品性较强,被列为首选类型。常用于 地坪材料的环氧树脂有: E-51, E-44, E-42, E-20等。

固化剂 作为环氧地坪材料中不可或缺的组分之一 , 其主要 是通过直接与环氧树脂发生固化反应而结合在漆膜结构中。由于环 氧树脂品种较多。故其固 化剂品种更为繁多, 但按其 化学结构不同可大致分为聚酰胺类、酰胺基胺、脂肪族多元胺、脂那族 胺和芳香族胺等类型 。

环氧树 脂及其固化剂单独存放使用时都有一定的挥发性和毒性, 但使用 过程中两者按一定比例混合反应固化后安全性大大提高,通常就没有毒性。目前为 了提高产品的环保性能, 已开发 出水性环氧树脂和固化剂。其主要特点是 voc几乎为零,特别适 合在潮湿混凝土上施工, 在性能 上也几乎能与溶剂型产品媲美。但由于工艺相对复杂,成本较高,使用受到一定限制 。

为降低地坪涂料黏度,获得合适的施工性,通常还 在配制环氧地坪涂料时添加一定比例的稀释剂, 也叫溶剂。稀释剂 可分为非活性和活性两种类型,前者通常不参与反应, 固化时 会从漆膜中部分逸出, 成为有 害成分的主要来源。 常见的 非活性稀释剂如表2所示。

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由表2可知, 以上稀 释剂沸点均低于250℃, 属于挥 发性有机化合物(VOC)的范围,应限量使用。而活性 稀释剂可参与环氧固化反应, 不会从 漆膜中挥发出来。利用活 性稀释剂的特性可制备无溶剂型自流平材料, 降低 VOC含量, 符合绿 色环保涂料的要求。

为了提 高地坪材料的装飾性, 通常在 地坪材料中添加颜料进行着色。 由于环 氧树脂材料具有表干时间长等特点, 使用有 机颜料会出现浮色、 发花等问题,,而且有 机颜料耐化学腐触性差, 特别在 户外条件下容易褪色, 因而较 少在地坪材料中使用, 而主要 采用无机颜料进行着色, 如钛白粉、 氧化铬 绿和氧化铁系等颜料。填料主要选用高耐磨、低收缩的品种,如天然矿石粉。颜填料 的有害物质主要是重金属,如铬黄等。 因而在 材料选择时应尽量选择无毒的颜填料品种,如氧化铁系列、钛白粉、石英粉等材料。

1.2.2聚氨酯地坪材料

相对于 环氧树脂地坪材料,聚氨酯 地坪具有更好的柔韧性、低温稳 定性和抗化学腐触性。相对于国外的发展, 我国聚 氨酯地坪材料发展较晚, 其中高 性能的无溶剂和水性体系主要依靠进口, 主要的 消费也是外资企业,其中85%的聚氨 酯地坪材料应用在外资企业的食品厂、饮料厂、化工厂 仓库及储藏区等生产区域。        聚氨酯 材料名称来源于分子结构中含有氨基甲酸酯的重复链节, 它是由异氰酸酯(-NC0)禾D含活性羟基化合物(-OH)“逐步聚合”而成的。有些聚 氨酯地坪材料中含有相当多的游离异氰酸酯, 具有较高的活泼性,吸入人体会危害健康。根据化学结构,常见种类如表3所示。

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聚氯酯 地坪固化剂主要成分为聚合物多兀醇, 其化学 结构中含有两个以上的羟基, 相对分 子质量一般为几百至几千范围内,是一种低聚化合物。主要类 型有聚離多元醇、聚氧化 丙烯二醇和聚氧化丙烯三醇等 。

同样, 为了改 善聚氨酯地坪材料的施工性和提高装饰效果,也会添 加稀释剂和颜料,材料组 成同环氧树脂地坪材料类似 。

1.2.3其他有机地坪材料

聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)是以丙 烯酸单体为主要成分, 经自由 基聚合而成的树脂材料, 其主要 特点是固化时间快、耐化学品性能优异。同时PMMA材料适用于低温环境,零下30℃的低温 环境也可固化成膜, 大大拓宽了使用范围。

聚脲是 近年来新开发的新型地坪材料, 主要成 分为由异氰酸酯组分和氨基化合物反应生成的弹性物质。 其固含量可达到100%,无溶剂,环保性能大大提高, 已应用在高铁、 卷烟厂 和游乐场等多个重点工程中 。

2 有害物质种类及限量

2.1挥发性有机化合物

根据规定,在101.3 kPa标准压力下, 任何初 沸点低于或等于250℃的有机化合物属于挥 发性有机化合物(VOC)范畴。有机地 坪材料中的溶剂和残余单体会在施工、成膜过程中挥发出来, 成为危 害健康的主要成分,其绝大多数属于VOC范围 。 研究证 明有机溶剂通过人的呼吸和皮肤的吸收, 对人的造血系统、神经系统、肝和肾 等器官造成损坏,部分有 机溶剂已经被列入致癌物, VOC不但对 人们的身体健康造成直接的伤害, 对人们 赖以生存的大气也同样造成破坏。

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VOC的危害 大小主要与浓度有关,表4列举了不同 VOC浓度对人体的影响。

此外由于 VOC对人体 健康影响因素很多, 除浓度外VOC的种类影响也较大。即使空气中单个VOC含量都 远远低于其限制浓度, 但由于多种VOC的混合 存在及其相互作用,使危害强度增大,整体暴 露后对人体健康的危害仍相当严重 。

因而为保证身体健康,施工、检测时 除佩戴必要的防护措施外, 最主要 的是保持作业环境通风状态, 降低VOC的浓度,感觉不 适时应立即停止作业,如有必 要需送医院检査。

2.2重金属

为了提 高地坪材料的装饰性, 通常会 在地坪材料中添加各种颜填料。与有机颜料相比,无机颜 料具有更好的化学稳定性和耐候性, 广泛应 用在地坪材料中。常见的 无机颜料主要有钛白粉、氧化铁系列、铬黄、铬绿等品种,此外为 提高地坪材料的抗静电性, 还会在 抗静电地坪材料.中添加金属粉末,如 N1-Ag、Cu-Ag等。地坪材 料在使用或废弃后,其中部 分重金属会迁移进入土壤、水源中,进而对人体产生危害。 人体里 存在着各种各样的化学物质包括蛋自质, 是重金属良好的配体。一旦重金属进入人体,就会与 人体内的蛋白质发生配位, 改变其正常生理功能, 甚至进入神经系统,产生致病致死的后果。

2.3其他有害物质

为了改 善地坪材料的使用、贮存性能, 通常还 会添加一些助剂,如防腐剂、 pH调节剂,在使用 过程中会释放一定浓度的甲醛和有机胺。 以上物 质对人体特别是呼吸系统有较大危害, 严重时 还会导致白血病和癌症等严重疾病。

2. 4 地坪材料环保标准

目前国家已出台了4项地坪材料相关标准, 分别是国家标准GB/T 22374-2008 «地坪涂装材料»、建材行业标准JC/T1015-2006 «环氧树 脂地面涂层材料»、电子行业标准SJ/T11294-2003 «防静电 地坪涂料通用规范»和化工行业标准 HG/T3829–2006«地坪涂料» 。 其中仅 国家标准中规定了有害物质限量要求,如表5所示。

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为进一 步推广环保地坪材料的使用, 制修订相关国家、行业标准至关重要。2011年年底 中国建材联合会地坪分会和中国检验认证集团共同承担了制定 «水性聚氨酯地坪涂料»标准的任务, 预计2013年年底颁布、实施。此外地 坪材料有害物质限量国家强制性标准也在酝酿制定中 。

3结语

随着建 筑材料无毒环保化的发展趋势, 地坪材 料也将朝着水性化、高固含、无溶剂的方向发展。目前无 溶剂型和水性地坪材料由于优越的环保性能, 得到了 人们越来越多的重视。

除制定 相关的国家强制性标准外, 更重要的是研发、使用各种高性能、坏保的原材料。无溶剂、水性产品由于性能、 成本等 与传统的溶剂型产品仍有定差距,也需加大研发力度。同时提 高无机颜料环保性能、实现无 铅化生产已经成为颜料厂家的共识。

作者:孙顺杰 乔亚玲

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