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*本文仅代表做人本人观点，非伊士曼公司的授权发布。成膜助剂与水性建筑涂料的空气清洁问题程永悦*当前，由于国家经济的转型调整，以及各级政府不断加大的环保力度，各种新法律、法规和税收调节措施也就层出不穷。虽然水性涂料暂时还很“安全”，但随着中产阶层的兴起与壮大，尤其是中产阶层的受教育程度不断提高，以及当今的信息传播讯捷发达，建筑涂料的节能环保与空气清洁等问题正在成为决定未来水性建筑涂料发展的关键因素。对于一般消费者而言，水性涂料中似乎除了成膜物质和颜填料，就是水了，因此是绝对安全、环保的绿色产品。而且人们通常判别产品好坏的一种简单方法就闻闻气味，并想当然地认为只要没有气味，或者气味很小的，就是好产品、安全产品。生产企业为了迎合这种需求，也一直在推广所谓“净味”涂料。但对业内人士而言，大多数水性涂料中还包括数种可挥发性可有机物，产品施工后对室内外空气质量的影响将主要取决于这些可挥发性有机物的成分与含量。实际上，乳液型建筑涂料，尤其是丙烯酸酯类的乳胶漆，一般都会含有少则1%，多则达到20%的可挥发性有机物，这其中尤以成膜助剂为最主要的成分。虽然近年来新兴的VAE乳液号称可以不加或少加成膜助剂，但从该产品本身的性能和制造成本来看，不太可能大量取代丙烯酸酯类乳液，即便是作为内墙涂料，其性价比也与丙烯酸酯类乳液差距很大。因此，成膜助剂仍将是水性建筑涂料不可或缺的小伙伴。所谓成膜助剂，其实就是一种能对成膜聚合物起到临时增塑的，晚于涂料中水分挥发的有机溶剂。性能好坏的关键点是要在水分完全挥发后再挥发干净（当然，现在有些新型成膜助剂可以做到基本不挥发，如伊士曼化工的OE400）。虽然很多涂料和乳液生产企业都愿意用最低成膜温度（MFFT）来表示涂料或乳液在较低温度下的成膜性能，但能成膜并不代表干燥后的漆膜性能好。某些特殊乳液，或者在较高气温条件下即便是苯丙乳液，都可以不加成膜助剂就成膜，但漆膜的耐候、耐擦洗、耐尘耐沾污性能，以及修饰性、展色性等通常都不如正常添加成膜助剂的涂料效果好。因为成膜助剂的作用不仅仅是帮助较高玻璃化转变温度（Tg）的聚合物降低最低成膜温度，还能够通过分子间的润滑和溶胀作用，使聚合物的大分子在乳液颗粒融合、结成薄膜时顺利完成分子链的伸展与链间缠绕，从而形成均匀、连续的网状交织结构，在漆膜干燥后拥有较高的机械性能。打个不太恰当的比方，合理使用成膜助剂的乳胶漆成膜后就像是100%新鲜木浆生产的高档纸张，表面均匀光滑、强度高，而不正确使用成膜助剂的乳胶漆形成的漆膜，就有点象用回收废纸生产的粗糙纸板，性能不可同日而语。在实践中，虽然有多种有机溶剂可以起到成膜助剂的作用，但效果并不一致，经过几十年来的实践与总结，业界公认的最佳成膜助剂还是50年前伊士曼公司开发的Texanol®醇酯，可以适用于各种天气条件下的几乎所有类型的乳液，成膜效率高且干燥后的漆膜性能好。近年来，出于对可挥发性有机物对空气质量影响的担忧，在成膜助剂的选择上除了要高效，还要考虑其沸点（目前广泛采用的VOC标准是一个大气压下初沸点小于等于*本文仅代表做人本人观点，非伊士曼公司的授权发布。250℃，除了美国的绿色认证中，关于涂料的GS-11中规定初沸点小于等于280℃）。目前市场上常见的符合我国VOC标准的商业化成膜助剂除了伊士曼公司的Texanol®醇酯（沸点254℃）和OE300（沸点281℃）外，还包括其他公司生产的烷基二酸二异丁酯类（如Coasol——丁二酸二异丁酯、戊二酸二异丁酯和己二酸二异丁酯的混合物，沸点在274~289℃之间）和三丙二醇丁醚类（如以三丙二醇单丁醚为主要成分的DalpadC，沸点274℃）等。在判断涂料产品的安全性及对空气质量的潜在影响时，外行凭嗅觉，而内行是看数据的。上述这些高沸点、低气味的成膜助剂本身的安全指标，可以参照各公司的产品说明和安全数据表，本文接下来要着重讨论的是这些产品挥发后对室内外空气质量的直接影响。因为虽然其沸点都高于可挥发性有机物的标准值，但这些有机物在漆膜充分干燥后还是会挥发到空气中，有些成分可能会对空气质量产生潜在影响。但如何评价与衡量这些潜在影响呢？它山之石可以攻玉，我们来看看美国的做法吧。实际上中国今天所经历的雾霾问题，美国在上世纪50—60年代也曾经历过，在今天风景秀丽、空气清新的加州地区洛杉矶市，从40年代中后期就频发因VOC引发光化学反应污染导致的严重雾霾天气，被当时的媒体报道为“整座城市被浓厚的浅蓝色烟雾包围”。为了治理日益严重的空气污染和雾霾，美国国会1970年通过了著名的清洁空气法案（CAA），联邦政府随后设立了环境保护署（EPA），而且在空气污染曾经很严重的加州地区，还出台了更为严格的加州法案。他们经过多年来对雾霾成因的研究发现，对于可挥发性有机物，其蒸汽压（或者沸点）并非是构成烟雾状天气的决定性因素，真正的“罪魁祸首”是化合物被光照引发链式增殖化学反应的能力。因此，加州空气资源委员会（CARB）后来专门出台了对大多数有机化合物光化学反应能力的指导性规范，并把“最大增殖反应能力”（MIR）数值作为评价有机化合物是否合规以及设定合理排放限值的重要指标（比如汽车车身底漆中溶剂的MIR值不能超过1.55）。该规范从2001年开始制定，之后又经过几次修订，最新一版是2010年公布的，有兴趣的可以从CARB的网站上下载。作者把其中涉及到乳胶漆添加剂的几种常见助剂及其它对空气污染程度较大的溶剂列举如下：CARB编号化合物名称MIR值，2010年10月2日1甲烷（在中国一般不被认定为VOC成分）0.014423甲苯4.00424乙苯3.04425~427间、邻、对二甲苯9.75、7.64、5.84631乙二醇3.13653丙三醇3.15688丙二醇甲醚2.44779乙二醇丁醚2.90823丙二醇丁醚2.72949二丙二醇丁醚DPnB1.83978Texanol®醇酯0.81991三丙二醇丁醚1.641012OE3000.38*本文仅代表做人本人观点，非伊士曼公司的授权发布。从上表中可以看出，苯系溶剂，尤其二甲苯在空气中经光化学反应引发链式增殖反应的能力是最强的，也是对环境污染最剧烈的，即使在油性涂料中也应该尽量避免使用。伊士曼公司的Texanol®醇酯产品的MIR值比乳液中常用的低沸点助剂，如乙二醇醚和丙二醇醚类，甚至二丙二醇丁醚（DalpadD的主要成分）都要低很多，因此对环境的影响较小。即便是和更高沸点的三丙二醇丁醚（DalpadC的主要成分）相比，也不到其50%。而伊士曼公司后续开发的更高沸点的OE300，MIR值只有Texanol®醇酯的一半不到，安全性更加优异。这里还要提及的是乙二醇和丙三醇这两种常用的助溶防冻剂，虽然都是没有味道的，但MIR值很高甚至超过乙苯，因而应该尽可能减少在乳胶漆中的使用。对于烷基二酸二异丁酯类混合型成膜助剂，估计其MIR值也在1左右（CARB的清单中没有Coasol产品的成分，只查到其最接近的化合物——编号984的己二酸二异丙酯，MIR值是1.28），是OE300的近3倍。还有一个比较值得关注的问题就是近几年兴起的真石漆，已经成为建筑物外墙的主要防护装饰涂料。但随着生产企业的快速增加，市场竞争也日趋激烈。一些中小企业为了降低成本，除了在节约乳液等方面下苦功夫外，还经常“看天下成膜”——春秋季正常使用伊士曼的Texanol®醇酯十二，到了炎热的夏季，就用一些添加了低沸点溶剂的，廉价的混合型醇酯成膜助剂代替（或者直接减少Texanol®醇酯十二添加量，增加一些低沸点溶剂）。甚至在多雨的夏季，干脆全用低沸点的醇醚类溶剂当做成膜助剂使用，希望产品能“快干”。与此同时，产品的质量问题也不断增多。其中反映较多的是上墙后的泛白发花，颜色不均以及淋雨后的水印等问题，而且这些问题多发生在夏季。其实这类质量问题在扣除基材处理和乳液选型及用量不当等因素后，还有一个容易被忽视的关键因素，就是成膜助剂使用不当或用量不足。在多雨的夏季，即使是北方地区也常出现高温高湿的气候条件，这时水分的挥发速度反而会减慢（相对湿度提高，空气中水的蒸汽分压增大，水的蒸发会减慢），但成膜助剂却不受相对湿度的影响，而高温更能加快其挥发速度（低沸点溶剂早早就跑光了）。结果可想而知，成膜助剂已经没了，水却还没有挥发完，漆膜质量自然差得很。这可真是失之毫厘谬以千里了，而且大量使用的这些低沸点溶剂还是破坏环境，形成雾霾的帮凶。为了避免上述问题的出现，在夏季施工中，不仅不能减少Texanol®醇酯成膜助剂的用量，反而应该适当加大用量（甚至添加OE300或OE400等更高沸点的成膜助剂作为尾溶剂，保障成膜后的漆膜性能），这也是为什么在东南亚这些只有夏天的地区，乳胶漆中同样大量使用Texanol®醇酯，甚至是沸点更高的OE300和OE400，以确保施工质量。MIR值所代表的在空气中引发光化学反应的能力不仅能对室外的雾霾做出贡献，其实对室内的空气质量也有影响。室内涂料中的这些有机物（尤其是高沸点、慢挥发型的）在漆膜干燥后会继续缓慢挥发，经由室内的强烈灯光或窗外的直射日光（如北方地区冬季阳光可深入室内），同样能引发光化学反应并与室内空气中的其他污染物相结合，导致类似雾霾状空气的出现，这中现象在有强烈灯光照明且通风不足的一些大型室内场所中其实是很常见的。因此，涂料企业在研发室内涂料时，除了追求净味（低气味），更要考虑产品中所有添加剂的MIR值问题。