建筑防水材料环保问题探讨

1、前言
　　化学建材在建筑、装饰装修工程中被越来越广泛地使用。它在美化我们居室环境的同时，也使得民用建筑室内环境污染问题越来越突出。2001年1月1日，国家质量技术监督局出台了10个有害物质限量的标准，对室内装饰装修材料的环保质量控制进行了明确的说明，同年，建设部出台了《民用建筑工程室内环境污染控制规范》，规范不但对于建筑、装饰装修工程中所用材料的环保质量控制进行了说明，而且重点对于工程验收的环境污染指标做了明确的规定；2003年国家质量监督检验检疫总局、国家环保总局、国家卫生部联合发布的《室内空气质量标准》提出了“室内空气应无毒、无害、无异味”的要求。
　　防水材料作为化学建材的一大分支，在解决好防水堵漏问题的同时，人们已经越来越意识到其环保性能的重要性，从北京市近年来防水施工过程中发生的人身伤亡事故来看，环保型防水材料的研制与开发，以及环保施工势在必行。防水材料目前还没有标准对环保性能进行明确的规定，根据我们站对于材料的环保检测与室内空气检测的长期经验积累，结合防水材料现有的实际情况，针对防水材料的环保性能在这里做一下探讨。
2、水材料的分类与污染物介绍
2.1、防水卷材与片材
2.1.1、沥青基防水卷材、聚合物改性沥青防水卷材和沥青油毡瓦，这些已定型的材料总挥发性有机化合物（TVOC）较低，对环境影响小，但和其配套的材料如SBS、APP改性沥青防水卷材施工过程中基层处理剂其环保性能就很难保证，如不对其环保性能做控制会直接危害施工人员的人身健康，这一点我们也是有沉痛教训的。因为冷底子油特别是溶剂型基层处理剂中含有大量的溶剂（常见的是苯系物），固含量低，溶剂挥发量大，对环境污染严重，危害人身健康，所以北京市建委2003年出台了基层处理剂有害物质限量技术指标，严格控制基层处理剂中最为危害人身安全的三项指标，即总有机挥发物含量（TVOC）(≤600g/L)、苯(≤5g/kg)、甲苯＋二甲苯总和（≤200g/kg），起到了良好的作用。
2.1.2、高分子防水片材，主要成份是合成树脂和橡胶，其性质稳定、耐老化、寿命长，防水效果好，不含有机溶剂，一般可以再生利用，其他成份，如颜料填料、助剂等加量少，所以对环境影响不大。如EPDM、PVC、TPO等欧美重点发展的防水材料，也是我国积极发展的防水材料。但应该注意的是，与高分子防水片材配套使用的胶粘剂，以橡胶类溶剂型胶粘剂为主，如401胶、404胶等多采用含苯、甲苯、二甲苯的混合溶剂，固含量低，VOC含量高，对环境造成很大污染，其环保性应满足GB18583-2001的相关指标要求。
2.2、防水涂料
2.2.1、水性沥青基防水涂料，VOC较低，对环境影响较小。
2.2.2、聚氨酯防水涂料，是综合性能很好的防水材料，日本开发非常成功，我国也在大力开发。其品种较多，较早开发的焦油型聚氨酯防水涂料，由于含毒性大的萘、酚类、二甲苯等，对环境和人体健康影响极大。石油沥青聚氨酯防水涂料，由于石油沥青和聚氨酯相溶性不好，容易渗出，对环境也会造成一定影响。现在北京、上海、江苏等地研发和生产的单组份聚氨酯涂料，不含沥青、不含有机溶剂、不含摩卡(MOCA)交联剂、与水交联固化，是很好的绿色环保防水材料。但聚氨酯防水涂料的环保性能应该注意两点：(1)、游离甲苯二异氰酸酯(TDI)是一种剧毒性化工原材料，在施工过程中挥发，应做严格控制；(2)、由于聚氨酯防水涂料的固含量高，流动性差，一般在施工时都要加入一定量的溶剂油进行稀释，所以溶剂油的环保性能也应做严格控制。
　　从实际的试验结果看，聚氨酯防水涂料（包括单、双组分）的TVOC含量范围一般在20～100g/L之间；苯含量多数为未检出，很少样品大于5g/kg；单组分聚氨酯的甲苯＋二甲苯总量一般为未检出，双组分聚氨酯视其乙料的配方，比较高的含量在150g/kg左右；TDI含量范围3～9g/kg，多数在7g/kg左右。
2.2.3、聚合物水泥复合防水涂料（JS）
　　聚合物水泥基复合水涂料(JS)，由水性丙烯酸乳液和无机胶凝材料（水泥等）复合而成，乳液在干燥过程中会放出TVOC和游离在乳液中的甲醛，TVOC含量一般小于50g/L，甲醛含量在0.05－0.3g/kg范围，是较为环保的一类防水材料。
2.2.4、丙烯酸防水涂料，环保问题类似JS复合防水涂料。
2.2.5、有机硅乳液和橡胶防水涂料：有机硅化学性质稳定，憎长性很好，抗老化，耐久性也很好，乳液为水性，对环境影响小；有机硅橡胶防水涂料，含溶剂的，对环境会造成一定影响，应严格控制其VOC含量、游离甲醛及苯系物。
2.3、密封材料，除禁用的焦油类材料外，硅酮、聚氨酯、聚硫、丙烯酸等密封材料，一般都是由性能稳定的合成高分子和无毒的无机材料组成，含少量的有机溶剂和助剂，有的不含有机溶剂，对环境的影响不大，应参照GB 18583－2001中溶剂型胶粘剂其他类的指标作控制，以减少对环境和人身健康的危害。
2.4、防水剂、堵漏剂、防生根剂铝铁盐水性防水剂，是防水砂浆的添加剂，与水泥反应后生成无机胶体和无机大分子，堵塞毛细孔通道；堵漏灵、渗透结晶型防水涂料、M1500等属无机盐类，主要生成微结晶，堵塞毛细孔通道；丙乳砂浆和有机硅砂浆，利用丙烯酸和有机硅树脂与水泥胶凝成密实的防水基体；膨胀水泥，利用无毒的明矾石、石膏的膨胀作用，避免混凝土开裂渗漏；防生根剂，主要用于屋顶花园的防水和抗植物的根扎。以上材料一般对环境的污染较小，根据GB 50325的相关规定水性材料应检测VOC含量和游离甲醛；粉状材料需要检测放射性。
　　综合考虑建筑防水材料的类型、组成及性质，在施工以及使用过程中能够造成室内空气质量下降以及有可能影响人体健康的有害物质主要为总有机挥发物(TVOC)、游离甲醛、甲苯二异氰酸酯（TDI），以及苯、甲苯和二甲苯、放射性等。
３、污染物对人体的危害
3.1、甲醛，具有强烈刺激性的气体，是一种挥发性有机化合物。甲醛的主要危害是刺激眼睛和呼吸道，造成肺功能、肝功能、免疫功能失常。甲醛作为一种辅助性料在多数的乳液中都存在，因此要警惕。
3.2、挥发性有机化合物（VOC），是材料中挥发物中有机的部分，一般包括甲醛、苯、甲苯、对二甲苯，邻二甲苯、苯乙烯、乙苯、乙酸丁酯、十一烷等组分。这些有机物对人体呼吸道和眼睛刺激，产生皮肤过敏，头痛，咽喉痛等症状，一般情况下，建筑材料中总会存在些挥发性有机物，溶剂型比水溶型要高很多。
3.3、苯是有毒致癌物质，吸入或经皮肤吸收一定量会引起中毒，严重时会对人体造血系统、神经系统造成损伤，甲苯和二甲苯均为无色透明液体，有毒，对皮肤和粘膜刺激性大，对神经系统损伤比苯高。
3.4、甲苯二异氰酸酯（TDI）是具有强烈刺激性气体的有机化合物。对皮肤、眼睛和呼吸道有强烈刺激作用，长期接触或吸入高浓度TDI蒸汽可引起支气管炎、肺炎等疾病。
4、试验方法简介
4.1、VOC的检测过程及原理
4.1.1、原理
　　将适量的样品置于恒定温度的鼓风干燥箱中，在规定的时间内，测定样品总挥发物含量。用卡尔﹒费休法测定其中水分的含量。样品总挥发物含量扣除其中水分的量，即得样品中总挥发性有机物的含量；如样品为溶剂型，其总挥发性有机物含量的计算视水含量为零。
4.1.2分析步骤
4.1.2.1、总挥发分含量的测定
　　按GB/T2793－1995规定的方法进行测定。（105+2或105-2）℃,保持3h
4.1.2.2、样品中水分含量的测定
　　按GB/T606－1988规定的方法进行测定。
4.1.2.3、样品密度的测定
　　按GB/T13354－1992规定的方法进行测定。定做并标定密度瓶，密度瓶最好用玻璃或不锈钢为原材料
4.1.3、结果的表述
　　试样中总有机挥发物含量Ｘ，计算公式为：
　　Ｘ＝（Ｗ总－Ｗ水）ρ*1000
　　式中：
　　Ｘ为试样中总有机挥发物含量，（g/kg）
　　Ｗ总为总挥发分含量质量分数
　　Ｗ水为水分含量质量分数
　　ρ为试样的密度，（g/ml）
4.2、苯的检测过程及原理
图1见第14页
4.2.1、原理
　　试样用适当的溶剂稀释后，直接用微量注射器将稀释后的试样溶液注入进样装置，并被载气带入色谱柱，在色谱柱内被分离成相应的组分，用氢火焰离子化检测器并记录色谱图，用外标法计算试样溶液中苯的含量。
4.2.2、分析步骤
　　称取0.2～0.3g试样（精确到0.1mg），置于50ml的容量瓶中，用Ｎ，Ｎ一二甲基甲酰胺溶解并稀释至刻度，摇匀。用5ul注射器取2ul进样，测其峰面积。若试样溶液的峰面积大于表１中最大浓度的峰面积，用移液管准确移取Ｖ体积的试样溶液于50ml容量瓶中，稀释至刻度，摇匀后测试。
4.3、甲苯＋二甲苯的检测过程及原理
4.3.1、原理
　　试样用适当的溶剂稀释后，直接用微量注射器将稀释后的试样溶液注入进样装置，并被载气带入色谱柱，在色谱柱内被分离成相应的组分，用氢火焰离子化检测器并记录色谱图，用外标法计算试样溶液中甲苯、二甲苯的含量。
4.3.2、分析步骤　　
　　称取0.2g～0.3g试样（精确到0.1mg）,置于50ml的容量瓶中，用乙酸乙酯溶解并稀释至刻度，摇匀。用5ul注射器取2ul进样，测其峰面积。若试样溶液的峰面积大于表中最大浓度的峰面积，用移液管准确移取Ｖ体积的试样溶液于50ml容量瓶中，用乙酸乙酯稀释至刻度，摇匀后再测。
4.4、游离甲醛含量的检测及原理
4.4.1、原理
　　水基型试样用水溶解，而溶剂型胶粘剂先用乙酸乙酯溶解后，再加水溶解。在酸性条件下将溶解于水中的游离甲醛随水蒸出。在pH=6的乙酸 － 乙酸铵缓冲溶液中，馏出液中甲醛与乙酰
丙酮作用，在沸水浴条件下迅速生成稳定的黄色化合物，冷却后
在415.40mm处测其吸光度。根据标准曲线，计算试样中游离甲
醛含量。
4.4.2、检测步骤
　　称取5.0试样（精确到0.1mg），置于500ml的蒸馏烧瓶中，
加250ml水将其溶解，再加5ml磷酸，摇匀。装好蒸馏装
置，在油浴中蒸馏，蒸至馏出液为200ml，停止蒸馏。将馏
出液移到一250ml的容量瓶中，用水稀释至刻度。取10ml
馏出液于25ml容量瓶中，加5ml的乙酰丙酮，用水稀释
至刻度，摇匀。将其置于沸水浴中煮3min，取出冷却至室温， 然后测其吸光度。
图2见第14页
4.5、游离甲苯二异氰酸酯含量的检测过程及原理
4.5.1、原理
　　试样用适当的溶剂稀释后，加入正四十烷作内标物。将稀释后的试样溶液注入进样装置，并被载气带入色谱柱，在色谱柱内被分离成相应的组分，用氢火焰离子化检测器并记录色谱图，用内标法计算试样溶液中甲苯二异氰酸酯的含量。
4.5.2、内标溶液的制备
　　称取1.0006g正四十烷于100ml的容量瓶中，用除水的乙酸乙酯溶解并稀释至刻度，摇匀。
　　称取0.2～0.3g 甲苯二异氰酸酯于50ml的容量瓶中，加入5ml内标物，用适量的乙酸乙酯稀释，取1ul进样，测定甲苯二异氰酸酯和正四十烷的色谱峰面积。根据公式计算相对质量校正因子，相对质量校正因子(f`)的计算公式为：　 f`＝(Wi.As)/(Ws.Ai) 　　式中：
　　Wi──甲苯二异氰酸酯的质量，单位为克（g）；
　　Ws──所加内标物质量，单位为克（g）；
　　Ai──甲苯二异氰酸酯的峰面积；
　　As──所加内标物的峰面积。
4.5.3、试样溶液的制备及测定
　　称取2g～3g样品于50ml的容量瓶中，加入5ml内标物，用适量的乙酸乙酯稀释，取1ul进样，测定试样溶液中甲苯二异氰酸酯和正四十烷的色谱峰面积。
4.5.4、结果表述
　　试样中游离甲苯二异氰酸酯含量Ｘ，计算公式为：
Ｘ＝f`(Ai.Ws)/(As.Wi) *1000
　　式中：
　　Ｘ──试样中甲苯二异氰酸酯含量，单位为克每千克（g/kg）；
f`──相对质量校正因子；
Wi──待测试样的质量，单位为克（g）；
Ws──所加内标物质量，单位为克（g）；
Ai──待测试样的峰面积；
As──所加内标物的峰面积。

通过以上的讨论，我们初步得出了建筑防水材料环保质量控制可以参考的检测项目及要求，当然表一所列出的内容在现阶段仅供大家参考，对于新标准中有害物质检测提出几点建议：（１）对于聚氨酯防水涂料的有害物质检测建议项目：总有机挥发物含量（指标≤200g/L）、苯（指标≤5g/kg）、甲苯＋二甲苯总和（指标≤50g/kg）、游离甲苯二异氰酸酯（指标≤7g/kg）；（２）对于丙烯酸乳液类防水涂料有害物质限量建议项目：总有机挥发物含量（指标≤　　50g/L）、游离甲醛（指标≤2g/kg）；（３）对于溶剂型防水涂料配套使用的稀释剂参照冷底子油的有害物质规定：苯（指标≤5g/kg）、甲苯＋二甲苯总和（指标≤200g/kg）；以上这些的提出与大家共同讨论，希望通过我们的科研及检测工作整理出一套适合防水材料的检测方法和符合施工环保要求的方法标准来，以促进整个防水行业向着一个“健康、绿色”的方向发展。