改善空气质量和解决地面臭氧的形成,或烟雾,公共政策是一个主要的问题在美国和世界各地。为了减少臭氧水平,联邦和州政府机构正在实施项目减少氮氧化物和挥发性有机化合物排放从各种各样的来源,包括含有溶剂,如涂料。传统大众型涂料VOC限制已经达到了收益递减点,并进一步VOC质量减少可能产生负面影响涂层的性能。
光化学反应为什么重要
监管的基础上,光化学反应个人的溶剂提供了一个更有效的和有效的方法减少挥发性有机化合物的仪器在地面臭氧的形成的影响。光化学reactivity-based VOC控制方法的另一个吸引人的特点是,他们比传统的大众化的方法为构建提供更大的灵活性。结果是所需的涂层性能属性可以保持对臭氧浓度降低的贡献。
EPA临时指导政策
为未来的VOC控制方向
环保署承认reactivity-based方法应该比传统方法更有效的和有效的,不区分挥发性有机化合物的仪器。结果,美国环保署已更新了VOC政策为光化学反应良好,以科学为基础的方法控制VOC。美国环保署临时指导政策12005年9月发表在《联邦公报》作为指导国家追求reactivity-based方法在他们国家实施计划(sip)。指导鼓励国家”考虑他们如何可能将VOC反应信息使他们未来的VOC控制措施更有效和高效。“实际上,指导代表一个新范式为涂料VOC控制——从旧范式的“低VOC涂料的新范式”low-ozone油漆。”
碳水化合物气溶胶涂料反应性监管
困难再形成挑战导致加州空气资源委员会(碳水化合物)得出结论,它可能不是可行的实现额外的VOC削减从一个传统的大众项目气溶胶涂料。因此,碳水化合物与业内专家和科学家合作,开发一个reactivity-based气溶胶涂料规则,由环境保护署批准22005年9月。减少碳水化合物的规则鼓励更高的反应性有机气溶胶中涂料的使用,达到减少臭氧比通过传统大众法规。碳水化合物估计这个新规则将达到相当于一个额外的3.1吨/天的降低VOC在加州。环保署目前发展中国家reactivity-based气溶胶涂料规则,利用碳水化合物规则规则发展的起点。碳水化合物正在考虑reactivity-based规则目的涂料,这是在2007年。
臭氧的形成
高层大气中的臭氧(平流层臭氧)吸收紫外线,保护地球免受有害紫外线辐射。另一方面,地面臭氧(对流层臭氧)是烟雾的主要组成部分,从而对人体健康有不利影响。
大气中臭氧的形成来自太阳的紫外线反应时氮氧化物(NOx)从汽车或其他排放。即使没有挥发性有机化合物的仪器。挥发性有机化合物的仪器存在时,臭氧和氮氧化物之间的整体平衡转移(也就是说,臭氧分解得更慢,因为竞争反应在大气中)和地面臭氧可能积累。
有许多贡献者VOC排放在大气中包括自然或“生物”来源,如树木和植被。汽车尾气排放等人为来源、石油精炼、制造工厂和发电设施也有助于VOC的水平。VOC的排放来自于有机溶剂的使用,如果他们蒸发到空气中。在大多数国家的农村地区,生物挥发支配人造挥发。这些农村地区也经常氮氧化物浓度有限,由于更少的城市人为排放源正如上面所讨论的。因此,减少人为的挥发性有机化合物的仪器在农村地区预计不会提供相同的收益是在城市地区。
这个国家的一些地区没有达到国家标准的地面臭氧和被称为“臭氧不合格区域。”根据《清洁空气法》,这些领域通常被要求减少VOC排放量每年3%(不包括汽车尾气排放),直到满足国家标准。让这些削减和臭氧程度,几乎所有来源的VOC排放量在这些领域,包括溶剂使用,可能是监管。
挥发性有机化合物的仪器——并不是所有的都是相似的
传统上,挥发性有机化合物的仪器已被监管使用根据大众控制技术方法,通过限制挥发性有机化合物的仪器在各种产品的质量或数量或配方,如油漆。在这种方法中,挥发性有机化合物的仪器都是被认为是被动的,因此受VOC的规定,或可以忽略活性,从而免除VOC的监管。这种转型的方法对待所有非豁免挥发导致臭氧浓度都在他们的能力。然而,科学家们现在同意,挥发性有机化合物的仪器在其潜在影响显著不同(即臭氧水平。越大,活性越高,潜在贡献臭氧水平)。例如,烯烃(烯烃)比芳烃光化学反应,进而比脂肪族碳氢化合物和含氧活性溶剂。
根据大众VOC限制与光化学Reactivity-Based挥发性有机化合物的方法
大众化VOC限制提供没有分化的光化学反应活性不同的溶剂在涂料配方中使用。因此,两个配方满足大众化限制可以有非常不同的潜力为臭氧水平,取决于所使用的溶剂。
光化学反应,另一方面,是一个以科学为基础的方法来减少空气污染和烟雾,可提供更大的减少臭氧水平相比,大众型的方法。换句话说,区分活性,减少反应和光催化臭氧浓度可以进一步减少,更有效地比通过控制所有挥发一视同仁。
使用reactivity-based方法减少臭氧含量提供了一个构建激励从高到medium-reactivity溶剂、或从中长期low-reactivity溶剂。这种方法还有助于提高配方灵活性不实施转型成为限制可能会导致性能的衰减。此外,reactivity-based方法导致进一步的利益整体环境。例如,基板可能需要重新粉刷油漆可以制定以来少持续时间更长,储蓄与再申请相关的原材料和能源。188金宝搏bet官网
尽管光化学反应的概念近年来获得了更多的关注,这不是一个新概念。科学家实际上早就知道两个挥发性有机化合物的仪器可能产生深远的臭氧形成差异的贡献。规定在加州,尤其是那些与低排放车辆和清洁燃料,使基于反应早在1991年的区别。自1998年以来,美国环境保护署支持额外的学习反应的反应性研究工作小组(RRWG),包括来自学术界和工业界的代表以及州和联邦监管机构。建模证明reactivity-based限制可以有效地降低臭氧达到城市环境等领域。RRWG和其他人也需要解决发展中科学有效”反应。“最常见的一种尺度在今天使用的最大增量反应(MIR)规模3,如图1所示。
米尔规模措施相对光化学反应的溶剂在一个共同的、连续的规模。米尔值通常表示在单位克每克VOC臭氧形成的反应。
评估臭氧还原反应的潜在影响,分析中使用的溶剂涂料使用发表在美国进行市场数据。4种溶剂体积的市场数据包括数据,按照涂料最终用途类型分解。假设是用途广泛的“开放”或发射,与那些被“关闭”或被俘,估计量的溶剂排放到空气中。整体体积溶剂被用于打开用途广泛估计为60%,涂料在衡量的基础上用途广泛。米尔规模被用来计算臭氧创造潜在蒸发的溶剂。溶剂体积数据和相应的臭氧产生潜在的归一化到100%,为简单起见,见两条贴上“今天”如图2所示。
监管“场景”或案例研究被进行打开/排放体积,这样比较臭氧创造潜力可以根据大众场景和两个反应情况。对于大众型的情况,选择一个臭氧减少50%的目标,其中每种溶剂类型的开放质量是减少一半为了力计算臭氧创造潜力下降了50%。第二条酒吧图2说明了这一结果,在臭氧水平下降了50%。相应的溶剂质量然而仅下降了30%(剩余70%),因为,正如前面提到的,开放的涂料用途广泛是估计只有60%的总市场;即。,删除一半的溶剂体积减少60%导致了30%。(换句话说,如果一个臭氧减少100%的目标选择,那么溶剂体积减少60%,或全部开放。)
接下来,反应情况(第三条酒吧,贴上“反应性模型# 1”在图2)进行了比较。在这个简单的模型中,酒吧显示了假定下的传说/关键反应在开放溶剂量的影响。也就是说,溶剂与米尔< 1认为生长在使用20%;溶剂与米尔之间1 - 3被认为在使用减少10%;和溶剂与米尔> 3被认为不再是用于打开涂料用途广泛。这些增长(减少)因素应用到相应的开放的溶剂量,这对整体的影响溶剂体积和臭氧创造潜在的可以计算。如图2所示,臭氧创建水平又下降了约50%。然而,整个溶剂体积仅下降了13%(剩余的87%),这意味着更多的溶剂选择仍可用于制定。相同的臭氧减少50%的目标是实现,但是通过消除溶剂体积比在大众化的情况下,因为反应性场景集中在更高的反应性溶剂。因此,一个更有效的方法减少臭氧,还提供了制定增加灵活性。
然而,简单地消除溶剂任意的最后一个例子并没有解决溶剂财产要求,可能需要满足涂层性能标准。最后一双酒吧在图2(标记为“替代方案”)是一个更精致的反应情况,有一些现在考虑溶剂性质(例如,偿付能力)对涂层性能的影响。,而不是完全消除一些溶剂卷在上一个示例中,更换场景表明取代某些溶剂与其他溶剂(或混合溶剂),保持溶剂性质被取代,而是使用低反应性溶剂。例如,这个场景中取代芳香族溶剂的比例混合光dearomatized脂肪和含氧溶剂(含氧的溶剂在模型中假定50:50的酮类和酯类)。这种方法可以模拟所需的偿付能力要求一个特定的树脂,例如。在这种情况下,臭氧减少仍然是重要的为43%,而失去了所有的溶剂体积——最大化配方的选择。
VOC制定注意事项
构建与传统大众型限制,可能只有有限的再形成选项和经常可能会被迫改变涂层技术类型。例如,更改技术solventborne水性,粉或energy-curable系统。这些选项通常是昂贵的,研究型任务,更加昂贵的需要完全re-qualify终端用户。这是一个多年的努力。
构建与reactivity-based限制,监管部门可以鼓励减少大量高活性挥发性有机化合物的仪器在其配方中通过替换与低反应性的混合溶剂。这使得配方设计师更大的纬度在选择最好的溶剂,并且是更经济的解决方案。在大多数情况下,这将不需要与技术相关的广泛努力改变大众规定开车。
图2中所描述的简单的更换场景开始解决一些溶剂性质的要求,可能需要通过一个给定的涂层系统。申论的溶剂混合溶剂混合反应还必须考虑较低的溶剂系统重要的属性。正如前面提到的,例如,偿付能力或溶剂强度是重要的溶解树脂和实现可接受的涂料粘度;溶剂蒸发速度控制涂层烘干时间是很重要的。reactivity-based VOC管理方法,配方设计师更多的溶剂选择保持可用,允许提高灵活性满足这些以及其他需要涂层性能的要求。
涂层重构示例本文将年底看看具体的,实际涂层新处方,考虑所有的溶剂和涂层性能要求,同时减少臭氧创造潜力。
Reactivity-Adjusted VOC含量
传统的大众化VOC含量涂料提供了一个衡量的挥发性有机化合物的仪器出现在简单的单位如磅/加仑或克/升。然而,两个不同的涂料具有类似VOC内容实际上可能有显著不同的对环境的影响,这取决于使用的溶剂的反应活性。几个“指标”或已经开发了量化参数给定的反应影响涂层。例如,在碳水化合物的气溶胶涂料反应规则,product-weighted米尔克臭氧每克产品。另一个可用的指标是reactivity-adjusted VOC内容,或RAVOC,传统挥发性有机化合物含量的单位(例如,g / L或磅/加仑)。RAVOC是传统的挥发性有机化合物含量的涂料,乘以一个简单的加权平均的相对反应活性溶剂使用。也就是说,
RAVOC = VOC x
再形成的例子
Low-Ozone涂料为了说明反应的实际实现,再形成两个例子在实验室中进行。第一个例子中,如表1所示,使用醇酸树脂工业维护涂料配方。表1列出了在“控制”使用的溶剂或高臭氧版本的配方,以及使用的替代溶剂low-ozone版本的涂层。米尔值和相对反应活性(即。米里/ MIRBC)的溶剂也会显示出来。
表1中可以看到,醇酸涂料再形成替代二甲苯参与控制配方混合的低反应性脂肪族碳氢化合物和含氧溶剂。软件程序使用汉森/希尔德布兰德溶解度理论,以及溶剂相对蒸发率,用于确保low-ozone替代溶剂混合将会有效地溶解醇酸树脂和也会匹配蒸发概要文件(或烘干时间)的控制公式。与low-ozone混合物的组成,对环境的影响这两个涂料配方可以相比。
在这个例子中,两个配方的VOC内容(即非常相似。342和351 g / L),但检查RAVOC内容揭示了两种涂层之间的显著差异。的RAVOC内容控制配方529 g / L,而low-ozone配方的只有89 g / L,臭氧的减少83%的创造潜力。因此,尽管传统的大众化VOC内容非常相似,这两种涂料的环境影响有很大的不同。
第二次再形成例子,表3所示,使用了一种环氧聚酰胺树脂底漆配方。一个软件程序再次用于替换两个高反应性溶剂混合的低反应性脂肪族碳氢化合物和含氧溶剂。溶剂的混合成分控制和low-ozone配方,和各自的环境影响,也表3所示。在这个例子中传统的VOC涂料都是内容又类似的(即。536 g / L和531 g / L),但RAVOC值,这反映了臭氧配方的创造潜力,又截然不同。控制环氧聚酰胺制定有RAVOC内容842 g / L,而low-ozone版本RAVOC价值只有156 g / L,臭氧的减少81%的创造潜力。
理论为什么low-ozone配方显示更多的粘度上升,控制配方使用酮作为溶剂,虽然low-ozone版本没有包含任何酮。酰胺基的环氧聚酰胺树脂可能倾向于氢键与高度极地酮,通过酰胺抑制聚合反应有点忙再与溶剂。如果事先预期,low-ozone配方可能设计包括酮。但由于low-ozone涂层的锅生活是可以接受的在这个例子中,没有进行进一步的分析。
总结
有足够的科学信息和研究支持相对光化学reactivity-based VOC控制方法在许多应用程序中。环保署2005年临时政策指导明确鼓励reactivity-based SIP发展方法。Reactivity-based VOC规定有可能提高臭氧空气质量比依赖更大程度上根据大众的方法,并会导致额外的好处的整体环境。Reactivity-based方法为构建涂料提供大量的配方选择,使行业保持重要的产品属性,同时实现和/或超过目标减少臭氧创造潜力。光化学反应的使用方法为构建提供了更大的灵活性,以满足产品性能标准,因为有许多lower-reactivity溶剂选择,提供必要的属性为特定的应用程序。反过来,这为消费者提供负担得起的,高质量,耐用涂层较低臭氧对环境的影响。
本文提出了水性研讨会,由大学的。密西西比学院的聚合物和高性能材料,新奥尔良,2007年2月。188金宝搏bet官网
美国溶剂理事会
美国溶剂理事会的成员包括:陶氏化学公司,埃克森美孚化工公司,伊士曼化学公司,沙索公司壳牌化学公司和北美公司
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