涂料有害物质检测技术研究

王 敏

（1.辽宁省检验检测认证中心，辽宁沈阳 110000；2.辽宁省产品质量监督检验院，辽宁沈阳 110000）

涂料中含有的一系列化学有害物质，在施工涂刷等过程中，施工人员与涂料产品直接近距离接触，涂料会沾染到皮肤上，挥发出来的有机物也会通过呼吸道进入施工人员身体，有害物质可以通过呼吸和渗透作用进入相关人员的体内；在室内环境的后续居住和使用过程中，墙面涂料持续散发出来的有害物质也会不断被人体吸收，如果这些有害物质聚集到了人的身体里，并且经过长时间的累积，人体就会出现一些不良反应，就会给生命健康安全造成非常大的威胁，同样也会给社会的稳定，和谐发展，带来诸多不利的影响。在国外一些发达国家，对涂料中有害物质的检测研究相对来说已经比较成熟了，尤其是在一些工业领域比较发达的国家，很多研究机构、国际组织通过长期性的实验对涂料在实际加工、应用过程中所造成的污染，以及这些污染与社会大众健康的关系都进行了相关的分析研究，并且出台了一些对应的法律法规和管理制度，对涂料中可能含有的有害物质提出了标准要求，并且逐渐朝着更加严格、统一的方向发展。这对于控制涂料中有害物质在社会上的不良影响来说，起到了非常关键的作用，对于推动全球经济一体化的发展而言，也有非常积极的影响。

1 涂料中的有害物质

涂料中的有害物质在来源上有多个方面，大部分是由使用的各种原材料引入的，比如相应的颜料、各类辅助剂、溶剂、稀释剂等。除此之外还有涂料在生产加工过程中，可能为了确保涂料的总体使用性能或者为了令其具备一些特殊的功能，而加入一些特殊物质、防腐剂等而带来的有害物质污染。涂料中可能含有的主要化学有害物质污染物包括甲醛、重金属、有机物等。

甲醛是生产涂料的原料中常见的一种有害物质，甲醛释放的主要因素是：树脂材料合成时，没有完全反应而产生甲醛，以及树脂中有一部分残余游离甲醛；或者它可能参与反应形成不稳定的化合物，在一定条件下发生反应并释放出甲醛；附着在胶体粒子上的质子化甲醛被电解质释放出来；此外还有作为防腐物质添加进原材料的甲醛。其实甲醛的释放过程本身就是一个连续的动态过程，甲醛与涂料产品的使用、室内温度、通风程度等因素之间有着非常密切的关系。根据相关数据显示，如果室内温度在20～30℃左右，湿度在30%～70%，释放的甲醛浓度与温度、湿度成正比，为了能够控制室内甲醛的释放量在一个较为安全的范围内，减少释放源是第一选择，所以有必要严格控制涂料中甲醛含量。

涂料中所有的重金属有害物质实际上主要来自涂料在生产过程中加入的一些颜料、填料及各种功能助剂所含的一些杂质。这些杂质还包括了铜化合物、锌化合物、铅化合物、锡化合物等。在涂料生产过程中，这些金属化合物有可能会随常用助剂的添加而进入涂料产品中，而这些助剂的添加非常有利于提高涂料的各方面使用性能，而且最终形成的薄膜也会有比较强大的硬度，能够提高涂料的附着力。这些重金属元素一旦进入老百姓的身体中，就会在人体中直接积累，并形成一种毒性很强的金属有机化合物，使人产生不同程度的中毒，毒性的大小和金属的类型和浓度以及在人体内的存在形式有非常密切的关系，所以对于涂料产品生产原材料及各种助剂的选择非常重要，在考虑经济成本的情况下，必须重视环保健康等方面因素。重金属元素的测定有多种方式，主要为光谱法，如果含量相对较低，可以选用灵敏度非常高的电感耦合等离子质谱仪测定。

挥发性有机化合物是多种具有挥发性的有机物的总称，比如苯、甲苯、二甲苯等。根据相关统计数据表明，每年全世界生产涂料的总量大概在6 000余万吨，而且每一年都在以3%以上的速度持续不断地增长，按照平均含溶剂40%左右来计算，每年全世界排放到大气中的溶剂约合2 400万t，所以从这个角度来说，涂料产品中所释放出来的挥发性有机化合物，是污染空气的重要组成部分。实际上，这种污染源随着时间的变化也在变化，在具体释放的过程中，这部分污染源可能还直接与室内环境中的粒子有所关联，或者是以其他的形式释放出来，这些都会对于老百姓的健康产生非常负面的影响。

烷基酚聚氧乙烯醚，英文缩写APEO，是一种聚合物表面活性剂，其中任基酚聚氧乙烯醚（NPEO）占比80%以上，辛基酚聚氧乙烯醚（OPEO）占比15%以上，其他类型占比较少。该物质具有良好的渗透、润湿、分散、乳化、增溶及洗涤作用，因其价格经济、性能良好等优势曾在涂料产品中作为消泡剂、分散剂等助剂广泛应用。相关研究表明，低聚合数APEO对生物体危害比较大，可以入侵人体，产生类似雄性激素的作用，是危害人体正常激素分泌的化学物质之一，在影响人类生育方面有较为严重负面作用，是包括人类在内的所有生物的宿敌，又因为其生物降解性较差，有些国家和地区已经开始限制其用量，我国也在近些年发布的标准中将其作为了限制指标，该物质可以通过液相色谱技术进行定性定量 检测。

2 涂料有害物质检测的具体方式及技术分析

根据国内外在涂料有害物质检测中的相关文献分析，检测的方式主要由以下几方面构成：原子吸收光谱法、原子荧光光谱法、分光光度法、气相色谱法、液相色谱法以及电感耦合等离子体发射光光谱法等。一般来说，涂料中重金属有害物质的检测可以由两种检测形式组成，一种是可溶性重金属元素的检测，另一个是对重金属元素总量的检测。因为检测目标不同，处理分析的方法也不相同。

涂料是建筑行业中一种必备的材料，同时也属于一种存在一定风险的混合型物质，所以针对涂料有害物质的检测也是比较重要的，除了需要有专业的检测技术人员以外，还需要配备各类专业的检测设备。涂料中所含有的有害物质成分主要是来源于各种原材料，并且大部分物质是能够长期存在并持续释放、积累的，如果身体里长久地积累了这些有害物质，可能会出现类似感冒、恶心、呕吐等生理中毒的症状，情况严重的还会产生免疫力下降、神经系统紊乱等更为严重的后果，并且有些伤害和后果是不可逆的，不但会使使用方身体健康程度有所下降，还有可能给受害者带来终生的不幸和灾难。所以如果不对涂料中有害物质进行限制要求，产生的危害性将是非常大的，除了会造成一些空气的污染问题以外，还会给社会大众的生活工作带来严重的负面影响，目前人们已越来越关注绿色建材、绿色涂料产品，涂料中的有害物质检测也受到了前所未有的重视。

2.1 分光光度法

甲醛是一种比较常见的化学成分，而且重点在消毒、防腐等方面使用。近些年国家及各地方政府对涂料中甲醛含量的控制已明显见到成效，产品的执行标准限量也越来越低，市场上生产销售的涂料甲醛含量也在逐步降低，未检出甲醛的涂料产品比重也在逐步增加，这样向好的方向发展离不开针对涂料中甲醛含量的严格检测。针对涂料中甲醛含量的检测方法不止一种，根据甲醛的物理化学性质，很多的分析方法都能够检测出涂料中甲醛的含量。目前，使用比较广泛的甲醛检测方法是分光光度法。分光光度法是一种典型的检测技术，需要检测技术人员将样品进行适当的处理，添加合适的显色剂使其与待检测项目进行充分的化学反应，从而可以看到样品的颜色变化，然后对样品进行特定波长下的吸光度测试，再结合样品吸光度与标准溶液系列浓度之间的关系进行相应的定量工作。在涂料产品中，除了甲醛应用这种方法外，金属元素六价铬含量的测定也是通过这种方法进行的。在对涂料中甲醛进行检测时，首先对涂料样品进行蒸馏处理，涂料中的甲醛成分就会被蒸馏出来进而被冰水吸收，在与相应的显色剂发生显色反应后，用分光光度计进行测定。目前由于显色剂对大多数重金属元素能够产生的显色反应选择性并不是很强，所以从一定程度上限制了分光光度法在涂料重金属有害物质检测技术方面的应用。

2.2 色谱分析技术

针对苯系物的检测方法。苯系物属挥发性有机物的范畴，不仅具有神经毒性，还具有破坏DNA的遗传毒性，长期接触还可致人体发生血液方面病变，是毒性高危害大的有机物质，另外苯系物还可能引起城市的光化学烟雾，导致二次污染，我国工业污染源调查的一些重点行业中是将其作为重点关注对象的。对于苯系物的检测，应用较多的是气相色谱法和红外光谱法。相对来说红外光谱的检测方式比较简单，但是对定量分析的误差比较大，相比之下气相色谱法更适合定量分析。气相色谱法是利用混合物中各个组分通过载气的输送在流动相和固定相中具有不同程度的吸附和脱附能力实现目标物的分离，系统主要由进样器、色谱柱、检测器，数据采集四部分构成，对苯系物的测定可以选择氮气作为载气，色谱柱是实现样品分离的，检测器主要是对目标物质进行识别和响应，数据采集是将检测器的检测结果转换成色谱信号，通过信号大小分析确定物质种类和含量。

针对挥发性有机化合物（VOC）含量的检测方式。根据相关数据统计表明，几乎所有的非固态涂料产品中都含有挥发性有机化合物，该项指标的检测是涂料产品中有害物质检测的重要组成部分，在这种情况下，必须寻找更加高效、准确的方式来检测挥发性有机物。目前可以利用顶空法和溶剂解析的方式，对涂料样品进行前处理，这两种处理方式都能够有效地将涂料中大部分挥发性有机化合物提取出来，然后利用气相色谱法或气相色谱质谱联用的方法分析涂料产品中挥发性有机化合物的种类和含量。

此外，对涂料甲醛的测定还有液相色谱法，是将涂料样品中甲醛进行溶剂提取后在特定条件下进行衍生化反应，在一定的色谱条件下，可以通过甲醛衍生物的保留时间及峰面积对甲醛进行定性定量分析。

2.3 光谱分析技术

检测重金属元素的方法大多为光谱分析方法，比如说原子吸收光谱法、荧光光谱法、电感耦合等离子体发射光谱法等。在对涂料中大部分重金属元素的检测过程中，首先需要溶解或者消解检测重金属物质的样品，取上清液或消解液（必要时可过滤）进行测定。个别元素可以通过显色后用分光光度计测定吸光度的方式定量，大多数元素可以通过设定特征波长通过原子吸收光谱仪或电感耦合等离子体发射光谱仪等设备进行定量分析，目前电感耦合等离子体发射光谱是涂料产品中分析重金属有害物质的一种比较重要的技术。能够非常精确地测量出重金属元素，也能够提高分析重金属元素的精确程度和检测的整体速度。

原子吸收光谱法发展到现在，检测技术已经非常成熟，而且仪器操作维护工作也相对简单方便，还具有使用成本低、灵敏度高、分析检测速度快等特点，具备很多检测技术都不具备的优势。目前原子吸收光谱法检测技术已经转变成为可以直接检测分析元素含量的一种常规性技术，而且可以检测的元素已接近上百种，成为专业实验机构中不可缺少的一种检测设备。利用原子吸收光谱法，可以对涂料中含有的重金属有害物质进行检测，并对其进行深入的分析研究。但是原子吸收光谱使用空心阴极灯作为光源，不能实现多元素同时测定，这样就催生了可以实现多元素同时测定的电感耦合等离子体发射光谱的普及和应用。

与传统的光谱法相比较，电感耦合等离子体发射光谱法具备很多先天性的优势，最典型的就是可以实现多元素同时测定，并且样品消耗的数量也比较低，所以对于一些比较特殊的元素来说，这种检测方式的应用效率也比较高。从目前涂料有害物质检测技术的发展状况来看，无论是国内还是国外专业的研究人员，在这些方面都做出了一定的研究，并且这种检测技术在各行各业中都得到了普遍的认可和广泛的推行。我国很多检测机构也已经采购了这种仪器设备，从而也提高了检测人员的工作质量和效率。虽然电感耦合等离子体发射光谱法能够在一定程度上强化对重金属元素的分析处理能力，但是这种仪器价格比较昂贵，在具体工作的过程中又会消耗掉很多的氩气，这样一来，就会提高整个检测过程的成本，如果没有办法将这种技术与实际情况以及其他技术结合起来使用，从一定程度上就会限制这种技术应用的效率和价值。希望在未来发展的过程中电感耦合等离子体发射光谱法能够得到更多的优化和改进，使其拥有更加广阔的发展应用空间。

3 结束语

涂料在建筑材料中的应用越来越广泛，所以政府相关部门需要从源头之处入手，从建筑工程设计程序开始，对所有使用的涂料产品必须进行严格的规范化管控，这样才能够将一些不合格的涂料产品杜绝在市场之外。随着一些新的、绿色的涂料产品的问世，可能会直接摒弃掉比较落后的旧的涂料产品，这对于推动国内经济发展有非常积极的作用。针对涂料有害物质检测技术，除了要优化改进技术本身之外，还需要提高检测的效率和检测的质量，使得检测技术能够更加具有普适性，在未来检测的过程中，也能够更有效地控制涂料中有害物质的含量，对于国内涂料行业发展，也能够起到非常积极的作用。