一 建筑涂料分类
按GB/T2705-1992《涂料产品分类和命名》的分类方法，建筑涂料包括墙面涂料(内墙涂料与外墙涂料)、防水涂料、地坪涂料、功能性涂料(防火涂料、钢结构防腐涂料、防霉涂料、保温隔热涂料、其他功能性建筑涂料)，内外墙涂料是其中最主要的品种，近4年用量在建筑涂料中占比50%左右。
按涂料的分散介质将建筑涂料分为溶剂型涂料、水性涂料(包括水溶性涂料和乳液型涂料)、无溶剂型涂料(以热固性树脂为成膜物质)，因为分散介质的种类关系到涂料是否环保。溶剂型涂料以高分子合成树脂为主要成膜物质，以有机溶剂为分散介质，如脂烃、芳香烃、脂类等，再加入适当的颜料、填料及辅助材料经研磨等加工制成。水溶性涂料主要以合成树脂为主要成膜物质，以水为分散介质，再加入适当的颜料、填料及各种助剂加工而成。
二 建筑涂料行业现状
1、建筑涂料行业的经济环境
随着我国城市化进程的不断加快和建筑业的迅速发展，我国目前已成为世界第一大涂料消费国。行业统计结果表明，从2000年到2014年，14年间我国建筑涂料的产量增长了9.2倍，由2000年的56.3万吨增加到2014年的516万吨，见图1。2013年我国进口涂料17.5万吨，出口涂料17.3万吨，仅占全国涂料产量1.3%，因此我国涂料基本是国内自供自给的。
图1 2000-2014年我国建筑涂料产量(万吨)
我国建筑涂料行业发展的大环境就是国内国民经济的发展情况，而建筑涂料行业发展的小环境是房地产业景气状况，需求驱动市场，需求决定市场。北京市建筑施工面积自2002年突破1亿平方米以来，建筑涂料的使用量一直居高不下，13年来北京市建筑施工面积和竣工面积变化趋势见图2。13年北京市建筑施工面积增加了5.5倍，竣工面积增加了2.8倍，如此巨大的年施工建筑面积和年竣工建筑面积是建筑涂料发展的强大动力。
图2 2001-2013年北京市建筑施工面积和竣工面积(万平方米)
2、建筑涂料在涂料中的地位
1996年，国家统计局正式开始单独统计建筑涂料产量，到2010年，15年间涂料的总产量增长了5倍(160万t - 967万t)，建筑涂料却增长了10.9倍(29.6万t - 351.8万t)，说明建筑涂料产量增长速度高于其他涂料品种。2011年以后，国家统计局只提供全国规模以上涂料企业的涂料总产量，建筑涂料的产量是由建材协会和涂料行业专家根据全国竣工的建筑面积及相关数据测算。2009-2013年5年间我国建筑涂料产量增长情况如表1所示。
表1 2000-2013年我国建筑涂料增长情况
由表1可以看出，近5年国内涂料产量平均增速为15.66%，而建筑涂料产量平均增速为20.58%，建筑涂料略高于涂料，说明建筑涂料在涂料中的地位逐渐升高。
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三 建筑涂料产品结构
随着全球气候的变化与环境污染的加重，世界各国(尤其是美国、欧盟、日本、等国家)相继制定了严格的环保法规和政策，鼓励推广使用绿色环保的新产品。低污染的水性涂料、粉末涂料、高固体分涂料以及辐射固化涂料已成为涂料技术的发展方向。水性涂料与其他低污染涂料相比，具有可实现技术途径多、应用面广、安全、施工相对简单等优点，成为首选品种，更为广大涂料科技人员关注和涂料用户青睐，近年来在我国已得到了一定的发展，收到了很大重视。
2006-2009年，美国水性涂料在建筑涂料中占比在83.3%，并逐步提高;德国建筑涂料90%以上是水性涂料，比较先进。我国水性建筑涂料发展较快，在内外墙涂料中占比很大，但地坪、防水、功能性建筑涂料、污染较重的城市建筑及酸雨腐蚀严重地区的建筑，多用中高档溶剂型合成树脂涂料。据估计，溶剂型建筑涂料占整个建筑涂料20%左右，水性建筑涂料低于80%，我国涂料的消费结构还不尽合理，低于发达国家。
据调查，北京市墙面涂料产品结构以水性合成树脂乳液涂料(乳胶漆)为主，常见的合成树脂乳液为苯丙、纯丙、醋丙、醋叔、聚醋酸乙烯、氟碳以及改性合成树脂乳液等，这是一段时间内不会改变的。目前乳胶漆生产在技术方面没问题，中国与国外差别不大了，国内一些乳胶漆产品的质量与性能已达到国外同类产品的性能。
在外墙涂料方面，已基本水性化了，据调查北京市外墙施工使用的水性涂料所占比例约为90%以上，溶剂型涂料所占比例约不到10%。溶剂型外墙涂料在对基材保护性能上的优势主要体现在氟碳涂料，其中水性氟碳涂料用于混凝土的技术已成熟，但用于钢结构的氟碳涂料尚未能实现水性化。外墙涂料完全水性化在技术方面基本没有问题。现场施工溶剂型醇酸、氟碳涂料已经很少用了，目前用的溶剂型外墙涂料都是在工厂刷好的板，在现场安装。
在内墙涂料方面，在性能基本满足要求的条件下，生产企业和用户更多关注环境友好涂料，如低VOC和零VOC涂料、没有烷基酚聚氧乙烯醚涂料、低甲醛涂料。目前所使用的内墙涂料，除了少量劣质产品外，水性涂料的使用已经基本达到100%。从技术上来说，目前国内内墙涂料可以做到零VOCs，只是成本高了。
在防水涂料方面，目前使用的防水涂料主要有反应型(聚氨酯防水涂料、聚脲防水涂料、环氧树脂改性防水涂料)和水基型(双组分聚合物水泥防水涂料、单组份丙烯酸酯聚合物乳液防水涂料)两类。防水行业无论是原材料还是施工方面，企业都很多，每个企业规模不大，所占市场份额较小，全国前十名的企业总共占市场份额不到10%，企业不够集中，管理存在困难，有待规范化。但是防水行业增长速度很快，尤其防水涂料，据统计2014年全国防水涂料产量约30万吨，有很多企业没有统计进去，实际产量超出统计量很多。防水是建筑行业很重要的一个环节，如果防水做不好会严重影响建筑物使用功能，所以非常重视防水涂料的功能与性能。目前，溶剂型防水涂料在市场上已基本淘汰，目前使用的防水涂料主要是水基型与反应型，防水涂料发展趋势为水性化与无溶剂化。
在地坪涂料方面，地坪涂料是建筑涂料行业最后发展起来的，90年代之前没有正真意义上的地坪涂料，92年开始出现了地坪涂料，1992-2002年具备一些基本产品体系和施工体系。商业领域用于停车场、超市卖场、医院、学校、机场、火车站、体育场馆、会场中心、景点、游乐场等;工业领域用于电子行业、医药食品、物流仓库等。地坪涂料按其分散介质分为3类，包括水性地坪涂料、无溶剂型(自流平)地坪涂料、溶剂型地坪涂料;常见的无溶剂型地坪涂料涂装体系有环氧树脂涂装体系、聚氨酯涂装体系、聚脲树脂涂装体系。目前地坪涂料不成规模，占比很小，约80%的地坪涂料为溶剂型。目前溶剂型地坪涂料使用占比高的主要原因是成本低，无溶剂型地坪涂料在技术性能方面可以取代溶剂型地坪涂料，且使用年限长，只是成本要相对高。地坪涂料向高性能方向、环保方向与艺术化方向发展，环保方向主要是趋于水性化与无溶剂化，树脂技术将成为核心竞争力。
在防腐涂料方面，主要用于钢结构防腐，目前用于钢结构防腐及装饰的主要是溶剂型防腐涂料，占到防腐涂料的80-90%，分为硝基类、醇酸类、双组分聚氨酯类等。水性防腐涂料以水为主要分散介质，仅含有极少量的溶剂，而其施工方法又与传统溶剂型防腐涂料相似，使用方便，极具发展潜力，水性防腐涂料中最具代表性成膜物的有丙烯酸乳液类和单组分水性聚氨酯类。河北生产的一些醇酸类溶剂型防腐涂料在北京使用量比较多。目前水性防腐涂料可以达到中低程度的防腐性能，可以取代醇酸类溶剂型防腐涂料。
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四 建筑涂料行业VOCs排放特征
1、施工工艺
建筑涂料涂装的施工方式有刷涂、滚涂、有气喷涂和无气喷涂。墙面涂层的构成主要有：找平层、底漆层、罩面涂层，但是这个搭配会根据工程造价等具体要求的不同，部分搭配的工序及产品被省略掉或者增加涂刷遍数。
2、排放情况
建筑涂料行业排放的污染物主要来自于建筑涂料的使用过程(涂装)中，排放的污染物主要是VOCs。由于建筑墙体必须在开放空间中涂装，所以建筑涂料涂装中产生的VOCs基本属于无组织排放。溶剂型涂料中30-50%的成分为有机溶剂，在涂装过程中基本都挥发到大气中，成膜物质仅剩50-70%;水性涂料VOCs比溶剂型涂料少很多，乳胶漆配方中VOCs主要来源于乳液、溶剂、助剂、色浆等，其中最主要的来源是成膜助剂和防冻剂如二醇类溶剂。
建筑涂料排放的VOCs包括甲苯、乙苯、间/对/邻二甲苯、乙醇、乙二醇、丙二醇、正丁醇、异丁醇、乙二醇单丁醚、乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸异丁酯、碳酸二甲酯等多类有毒有害物质。
以 2013年为例，2013 年全国内外墙涂料总用量为 208.59 万吨(不包括旧墙翻新)，假设全部使用水性乳胶涂料(实际使用部分溶剂型内外墙涂料)，且 VOCs 含量符合国家标准 GB 18582-2008 规定的含量限值，以 VOCs ≤ 120 g˙L-1 计算，2013 年全国内外墙涂料的使用排放到大气中约 18 万吨 VOCs;如果使用的水性乳胶涂料 VOCs 含量都达到环境标志产品技术要求 HJ/T 201-2005 的规定，以 VOCs ≤ 80 g˙L-1 计算，全年仍有约 12 万吨的 VOCs 挥发到大气中，排放量仍然很大。以上只是内外墙涂料使用排放的 VOCs 估算量，近四年内外墙涂料在建筑涂料中占比在 50% 左右，不包括防水、地坪与功能性建筑涂料，这几种建筑涂料中溶剂型涂料使用比例很高，VOCs 排放量更大。
北京市VOCs污染源普查结果表明，在北京市VOCs污染源中，溶剂使用行业造成的VOCs排放量占北京市VOCs排放的28%以上，是仅次于移动源的第二大排放源，图3为北京市VOCs污染源排放构成;而其中建筑类涂料使用造成的VOCs排放约占北京市溶剂使用行业VOCs排放量的26.7%，建筑类胶粘剂使用造成的VOCs排放约占北京市溶剂使用行业VOCs排放量的6.5%，如下图4为北京市溶剂使用源VOCs排放构成所示。
图3北京市VOCs污染源排放构成
图4 北京市溶剂使用源VOCs排放构成
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3、组分构成
对几种建筑涂料中挥发性有机物的主要成分进行分析，分析涂料中挥发性有机成分所占比例，得到结果见图5 ~ 图8。
图5外墙面漆挥发性有机物主要成分及含量图
图6外墙底漆挥发性有机物主要成分及含量图
图7内墙面漆挥发性有机物主要成分及含量图
图8内墙底漆挥发性有机物主要成分及含量图
图5~图8为水性内墙与外墙涂料中VOCs组成，其VOCs主要成分为正丁醇、1,2-丙二醇、乙二醇、异丁醇等醇类物质，还有部分为碳酸二甲酯，碳酸二甲酯在美国为豁免物质。另外还有部分无法分析出组分的物质。
五 建筑涂料行业VOCs控制现状
1、治理现状
由于建筑涂料必须在开放空间中涂装，VOCs基本属于无组织排放，且排放源分散，污染控制难，环境监管难度大，因此目前北京市建筑涂料使用过程中的VOCs排放无末端治理措施。
而采用源头控制措施，直接控制产品中VOCs含量，采用低VOCs或无VOCs的环境友好型涂料(高固分涂料、水性涂料、粉末涂料等)替代溶剂型涂料，或者调整乳胶漆配方降低VOCs含量，形成建筑涂料涂装行业从用途管控、配方设计、使用监管等VOCs减排一体化战略，才能降低建筑涂料涂装行业VOCs排放。
而且，目前涂料行业VOCs减排政策管理层面“重涂装、轻涂料”、“重末端控制、轻源头减用”，不仅行政成本高，而且监管效果不好，因此控制建筑涂料产品中的VOCs含量是建筑涂料VOCs减排的核心。
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2、 乳胶漆中VOCs含量控制技术
关于控制乳胶漆产品中VOCs含量，需介绍乳胶漆降低VOCs含量的配方设计，乳胶漆降低VOCs含量应从乳液的选用、水性助剂的合理使用、颜填料的选择等方面入手，如下作详细介绍。
(1)乳胶漆中VOCs的主要来源
乳胶漆主要成分为乳液、颜料、填充料、助剂与水。乳胶漆以水为分散介质，VOCs 比溶剂型涂料低得多，在乳胶漆配方中VOCs主要来源于乳液、溶剂、助剂、色浆等，其中最主要的来源是成膜助剂和防冻剂如二醇类溶剂。①乳液：乳液中所含有的残余单体是VOCs的来源之一。②溶剂：溶剂包括用于改善成膜性能的成膜助剂，目前传统的成膜助剂是Texanol、醇醚、溶剂汽油及苯甲醇等溶剂; 赋予涂料耐冻融稳定性的助剂， 如乙二醇、丙二醇，这些都是VOCs的主要来源之一。③助剂：助剂包括某些矿物油类消泡剂、改善涂膜流平性能的某些缔合型增稠剂、使涂料不变质的某些防腐杀菌剂、用于调节涂料体系pH值的助剂，如常用的AMP- 95等都不同程度地含有溶剂。
(2)乳液的选用
乳液是影响乳胶漆的综合性能特别是涂膜性能的重要因素，乳液影响涂膜的光泽保持性、附着力、耐碱性、耐洗刷性、耐候性、抗起泡性、抗开裂性等性能。超低VOCs乳胶漆应选择不需要成膜助剂和溶剂就能低温成膜并且理化性能良好(如冻融稳定性、贮存稳定性等)的乳液，这要求在乳液合成时改善一些具体性能，如使乳液具有高玻璃化温度( Tg )来提高涂膜的硬度、耐擦洗性和耐沾污性，并考虑降低乳液的最低成膜温度( MFT )使涂料在无需成膜助剂时具有较好的低温成膜性能等。此外，乳液还应具有很低的残余单体含量，乳液中残余的单体浓度会影响乳胶漆的VOCs含量，可以通过调整聚合工艺参数来提高单体的转化率，使残余单体量降到最低值以至趋于零。
开发综合性能优良的超低VOCs内墙乳胶漆是乳胶漆领域发展的方向，为减少VOCs排放，近几年，开发了核壳乳液、单组分常温自交联乳液的制备及乳液混拼，满足超低VOCs内墙乳胶漆在不需要成膜助剂和溶剂就能低温成膜的需要。
(3)水性助剂的合理使用
使用与体系配伍的水性助剂是保证超低VOCs内墙乳胶漆各项施工与测试性能及控制VOCs含量的关键。传统乳胶漆使用的成膜助剂、二醇类防冻剂、矿物油类消泡剂、某些缔合性增稠剂、防腐杀菌剂及溶剂类的pH值调节剂等都是涂料配方中VOCs的主要来源。超低VOCs内墙乳胶漆应使用可低温成膜和冻融稳定性合格的乳液，以减少VOCs的含量;pH值调节剂可以用无机碱溶液代替溶剂型调节剂。此外，选用一些无溶剂的特种表面活性剂和特效助剂来改善涂料的施工性和耐冻融性也是降低乳胶涂料中VOCs的有效方法之一。
在乳胶漆中添加了乳化剂、分散剂、润湿剂，乳胶漆体系的表面张力下降，极易产生泡沫，会造成缩孔、针孔等，影响产品的性能。破泡需要三个过程：气泡的再分布、膜厚的减薄和膜的破裂。消泡剂的种类比较多，但一般都具有破泡、抑泡和脱泡的多重作用。为了满足超低VOCs的要求，应该选用非矿物油类消泡剂，且在泡基本消失后加入增稠剂，因为粘度高的时候不利于消泡。
乳胶漆在长期贮存的过程中，分散剂不足，则易出现絮凝;分散剂过量，很容易出现分层现象。这是因为随着分散剂用量的增加，颜料颗粒之间的作用力增强，双电层变厚，电位增大，体系的稳定性增强，但分散剂的浓度达到一定的程度后，会破坏这种双电层，电位下降，从而出现分水现象，因而需要通过实验确定分散剂的最佳用量。润湿分散剂的使用还与颜填料的种类有关，目前还没有一种润湿分散剂能适用于各种不同体系和不同类型的乳胶漆。
增稠剂是影响乳胶漆流变性能的一个重要因素。目前，乳胶漆中使用的有机增稠剂主要有三类:纤维素醚类(HEC )、聚丙烯酸酯乳液类、缔合型增稠剂。
乳液、纤维素、颜填料和助剂等物质为微生物提供了生存及繁殖的条件，乳胶漆中的微生物会导致难闻的气味，漆膜出现霉斑、变色，甚至起泡、脱落。因此，为了防止乳胶漆在贮存期间变质及成膜后长霉，必须加入防腐剂、防霉剂，一般添加量为0. 05% ~ 0. 1% 。在超低VOCs乳胶漆中不宜选用含有甲醛的防霉杀菌剂。
(4)颜填料的选择
为了保证超低VOCs内墙乳胶漆具有良好的低温成膜性，涂膜具有优异的耐擦洗性，应该选用成膜性好、与底材附着力强的颜填料。轻钙、重钙、滑石粉等具有良好的附着力，可以提高漆膜的耐洗刷和耐磨性，避免出现起泡、掉粉等现象;高岭土、云母等具有很好的成膜性，可以改善漆膜的柔韧性，赋予漆膜手感滑爽。另外，无机颜料虽然价廉性优，但无机颜料中不同程度地含有重金属离子，是涂料产品中重金属离子的主要来源。用于健康型建筑内墙乳胶漆的颜填料，其重金属离子应作为一个严格的控制指标，尽可能选择原料组成稳定、重金属离子含量低的颜填料。
综上所述，乳胶漆降低VOCs含量的配方设计中，减少VOCs的含量涉及到乳液和各种助剂的选择，各种原料用量比例应找到一个最优的平衡点，满足优化施工及测试性能的要求。
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