建材涂料中VOC的散發(fā)機(jī)理研究

測量了室外環(huán)境下(檔雨)涂料3～6個月的殘留含量，研究了油性漆和乳膠漆干化過程的模型，以及環(huán)境參數(shù)（濕度，風(fēng)速）和施工因素（漆膜厚度，稀釋水含量）對殘留含量的影響，測量得到部分VOC的散發(fā)參數(shù)之分隔系數(shù)，建立了乳膠漆的干化散發(fā)模型，在模型驗(yàn)證上也獲得了初期的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果中，關(guān)于乳膠漆干化過程的三階段模型和環(huán)境、施工參數(shù)的影響使得對乳膠漆的散發(fā)過程有了新的人數(shù)，較過去兩階段VOC揮發(fā)模型有了改進(jìn)，相關(guān)結(jié)果已經(jīng)整理成文章，正在審稿階段。所建立的乳膠漆三層散發(fā)模型，更復(fù)合實(shí)驗(yàn)觀測現(xiàn)象，改進(jìn)了過去二層模型，相關(guān)后續(xù)工作正在進(jìn)行中，初期結(jié)果也會很快整理成文章。 研究任務(wù)中，模型驗(yàn)證還有待完成，經(jīng)費(fèi)使用上完成了約60%。造成進(jìn)度滯后的原因，主要有如下幾個主要原因： 1. 實(shí)驗(yàn)條件限制了進(jìn)展速度。質(zhì)譜儀、穩(wěn)定性好的攝譜儀都需要學(xué)校公共平臺的儀器，時間安排受到限制。實(shí)驗(yàn)室的過程攝譜儀器在2012年下半年獲得，但課題期限已經(jīng)過半，客觀上影響了進(jìn)展。 2. 人員限制。招到合適背景的研究生較晚(2012年)，并且人數(shù)不足，不能投入更多的人力，影響了工作的進(jìn)展。 但主要工作已經(jīng)完成，申請人將在接下來的半年內(nèi)，完成剩下的模型驗(yàn)證任務(wù)，并發(fā)表論文，最終完成基金任務(wù)和指標(biāo)。 2100433B

室內(nèi)空氣污染嚴(yán)重影響到人民的生活品質(zhì)和健康，而室內(nèi)裝飾中大面積使用的油漆涂料是一個主要的污染源。本項目旨在通過研究涂料有機(jī)揮發(fā)物（VOC）散發(fā)機(jī)理來探尋控制室內(nèi)污染的方法。擬先采用申請人熟悉的實(shí)驗(yàn)手段研究漆膜的散發(fā)特性和涂料成膜過程的散發(fā)規(guī)律，分析漆膜對建材散發(fā)以及室內(nèi)空氣質(zhì)量的影響，并進(jìn)一步建立新的預(yù)測涂料VOC散發(fā)的3層模型。該模型考慮漆膜的影響，把漆膜形成的短期特性和IAQ的長期評估聯(lián)系起來。計劃用申請人熟悉的數(shù)值求解法和實(shí)驗(yàn)手段，驗(yàn)證模型的預(yù)測能力。預(yù)期研究結(jié)果將增進(jìn)對涂料VOC散發(fā)機(jī)理的理解，有助于進(jìn)一步研究環(huán)保和健康的綠色涂料和建材，對提高室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量評估能力，建立室內(nèi)物品有機(jī)揮發(fā)物標(biāo)識制度和發(fā)展相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范都有重要意義。

VOC是揮發(fā)性有機(jī)化合物的簡稱，具有揮發(fā)性高、濃度低、活性強(qiáng)等特點(diǎn)。VOC及其所衍生的光化學(xué)污染，會危害生命健康與農(nóng)作物生長，已成為世界性公害。瀝青是由不同有機(jī)烴類組成的復(fù)雜混合物，在高溫加熱或常溫常壓服役過程中，會產(chǎn)生VOC，其性能也會受到影響，服役壽命縮減。瀝青作為重要的建筑材料，已被廣泛應(yīng)用于道路工程、建筑防水領(lǐng)域，在世界各國已建高速公路中，瀝青路面占80%以上。因此，研究瀝青VOC釋放機(jī)理及其抑制方法為瀝青材料的綠色環(huán)保和耐久性提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐，具有非常重要的意義。 本項目首次系統(tǒng)研究了瀝青VOC釋放機(jī)理及其抑制方法；構(gòu)建了實(shí)驗(yàn)室瀝青VOC發(fā)生裝置與采樣系統(tǒng)，采用紫外可見分光計、熱重-質(zhì)譜和氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)研究了瀝青VOC的釋放量及其典型成分與含量；研究了材料組成和環(huán)境條件對瀝青VOC的釋放量與組成的影響；系統(tǒng)研究了瀝青VOC釋放與瀝青組成－結(jié)構(gòu)－性能之間的關(guān)聯(lián)性；提出了瀝青基材料的VOC抑制方法，重要成果如下： 1.設(shè)計了高溫和常溫瀝青VOC采集系統(tǒng)，發(fā)明了瀝青混合料拌合過程VOC收集裝置；基于瀝青煙的吸光值和VOC濃度的關(guān)系，提出了瀝青煙的輕組分含量分析方法。 2.采用熱重-質(zhì)譜和氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)，在高溫及常溫條件下始終伴隨著小分子物質(zhì)、多環(huán)芳烴類、烷烴、環(huán)芳烴及烴類衍生物的釋放；小分子物質(zhì)包含二氧化碳、氯化氫、硫化氫等無機(jī)物，其釋放量較其他物質(zhì)高1~2個數(shù)量級；致癌物質(zhì)多環(huán)芳烴主要包含萘、茚、芴等，其釋放量與溫度呈正相關(guān)關(guān)系；烷烴、環(huán)芳烴及烴類衍生物釋放量隨分子量增大而減小。 3.瀝青VOC釋放量隨著溫度的升高和加熱時間的延長而增加，攪拌加速了瀝青VOC的釋放；瀝青VOC中重組分的含量明顯大于輕組分含量，高溫下產(chǎn)生的瀝青煙氣主要是以粒度大于1μm的小顆粒為主。 4. VOC釋放使得瀝青的輕質(zhì)組分飽和分和芳香分含量減少，瀝青的溶膠結(jié)構(gòu)向凝膠結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致瀝青的質(zhì)量、針入度、相位角減小，軟化點(diǎn)、粘度、復(fù)合模量增大，瀝青彈性成分增多、變硬。 5.提出了由SBS和活性炭組成的復(fù)合抑制劑，其中SBS摻量為4%~5%，活性劑摻量為4%；復(fù)合抑制劑可改善瀝青混合料的路用性能，顯著降低瀝青混合料VOC以及PM2.5和PM5的釋放。 6.依托本項目，已培養(yǎng)4名碩士和2名博士研究生，發(fā)表論文21篇，被SCI收錄17篇、EI收錄4篇，申請專利2項。 2100433B

VOC(Volatile Organic Compounds)是揮發(fā)性有機(jī)化合物的簡稱，具有揮發(fā)性高、濃度低、活性強(qiáng)等特點(diǎn)。VOC自身及其所衍生的光化學(xué)污染，會危害生命健康與農(nóng)作物生長，已成為世界性公害。長期以來，國內(nèi)外主要關(guān)注的是來自裝飾材料、生物源與機(jī)動車尾氣等的VOC及其危害，而對廣泛應(yīng)用于道路工程、建筑防水等領(lǐng)域的瀝青所產(chǎn)生的VOC未引起足夠的重視。本項目擬針對不同來源、不同類型的瀝青，研究其在不同光照波長與強(qiáng)度、時間等條件下VOC的釋放情況，根據(jù)其VOC釋放量及其規(guī)律特點(diǎn)，建立瀝青VOC釋放模型，探討瀝青VOC釋放與其組成、結(jié)構(gòu)、性能的相關(guān)性，揭示瀝青VOC釋放機(jī)理，分析瀝青VOC對環(huán)境和人體健康的危害，探討具有低VOC釋放的瀝青組成結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和釋放環(huán)境條件特點(diǎn)，研究瀝青VOC的抑制方法。本項目成果將為開發(fā)綠色環(huán)保型瀝青以及提高瀝青和瀝青材料的使用性能等提供理論指導(dǎo)。