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近日,美國環保局規定不再將多功能涂料助劑2-氨基-2甲基-1-丙醇(AMP;CAS=124-68-5)作為VOC規管產品,該決定對于涂料行業具有積極影響。環保局(EPA)隨即修正清潔空氣法中的VOC監管的界定,去除了AMP,因為這種化合物幾乎不會影響空氣對流層(地平面)中的臭氧形成。
EPA規定VOC的定義是“不包括一氧化碳,二氧化碳,碳酸,金屬碳化物或碳酸鹽,以及碳酸銨,所有參與大氣光化反應的碳化合物”,除了EPA已確認“可忽略不計的光化反應”的化合物,諸如2-氨基-2-甲基-1-丙醇。所以,基本上所有的有機化合物都不可避免地被EPA認定為VOC。
“AMP是一種多功能中和劑,加上它有可能減少臭氧的形成,具有良好的毒性數據,因此在同樣用途中,該產品優先于其它毒性更強的化學品”。EPA在最終指示規定中是這樣描述的,并提及地面臭氧生成的較低可能性。
由于EPA的決定,AMP成了唯一獲得VOC豁免的有機胺。對于那些面臨著消費者和監管法規壓力來開發高性能、低VOC或不含VOC的涂料制造商來講,這個決定的商業暗示是非常有意義的。
AMP是一種具有獨特性能的初級氨醇,在顏料分散,耐洗刷性能及中和作用的許多種應用上非常有價值。這種化合物已在多種水性涂料中成為關鍵組分。由于它的新的VOC豁免地位,涂料企業可以在產品中放心添加而不用擔心VOC水平的增加。
這個監管法規也意味著涂料制造商可以利用例如氫氧化鈉和氨水這些低效中和劑來規避——既然它們不是碳化合物也就不是EPA管控的——伴隨而來會有些不良的副作用。如氫氧化鈉,會有操作危險性和pH值不易控制,而氨水通常是被認為對環境有害和有毒性的,而且氣味難聞,初期會降低產品的耐水性。
正如涂料企業所熟知的,有著環保意識的消費者越來越多地要求不含VOC和低VOC的涂料,這種壓力推動配方設計師去使用既能提升性能又要環境友好的材料。各種各樣的國家法規和行業標準也開始實施,嚴格限制著每一罐涂料中的VOC含量標準。
考慮到這些市場上的現實情況,安格斯公司撰寫并向EPA提交了把AMP從美國清潔空氣法案下VOC定義中排除的訴求書。該訴求書得到一個獨立檢測實驗室結論的支持,這些結論包括臭氧形成的可能性,平流層臭氧損耗相關數據,以及全球變暖等氣候變遷沖擊的可能性,同樣也有毒理數據,這些數據顯示出良好的哺乳動物和環境毒性情況。
AMP的分子量為89,沸點為165ºC,20ºC的蒸汽壓為0.34 mm Hg。純化學品為凝膠狀晶體,易與水混溶(見圖1)。
由于AMP的通用性和多功能特性,適用于許多種的乳膠漆。而在一種涂料里許多助劑只能提升一種性能。AMP則提供多種性能的提升,包括分散性,堿性控制,成膜性和低氣味。它的多功能性可以減少其它助劑的添加量,如陰離子分散劑,消泡劑和濕邊劑;它可以提升性能,并且在某些情況下,配方設計師可以通過降低用量來節約成本。
在乳膠漆和醇酸樹脂涂料中AMP被廣泛用于增強多種物料的相容性,在其它多種領域中也同樣適用,這些領域包括金屬加工液和個人護理用品。但是長期以來AMP作為一種強效和多功能助劑時,以前的制造商必須把它作為一種VOC進行處理,畢竟在美國就是這樣歸類的。這些因素從一開始就限制了AMP在優質涂料中的使用。
鑒于消費者和監管法規對于環境可持續性涂料的需求不斷增長,安格斯發現了復審清潔空氣法案中AMP分類的商業需要。
地平面臭氧產生的主要成分是VOC和氮氧化物這兩種類型的化學物質。揮發性有機污染物(VOC)的釋放有很多來源,包括煉油廠,化工生產和燃燒汽油的交通工具。涂料和其它消費品及商品中的溶劑通常含有VOC。當汽車和其它釋放源,諸如發電廠和工業鍋爐燃燒,像石油、煤或油之類的礦物燃料時,會產生氮氧化物。VOC和氮氧化物在空氣中被陽
光照射而發生反應,臭氧就形成了。從污染物進入空氣中到地面臭氧達到有損健康的濃度需要數小時。天氣狀況和地形也會影響地面臭氧形成的位置和方式;在某些條件下地面臭氧的高濃度有時可以持續多天。
地面臭氧是煙霧的主要成分,這種煙霧也含有碳顆粒和工業煙塵。地面臭氧能夠引發人體健康問題,危害自然環境和農作物。反復暴露在臭氧中會使人更容易患上呼吸道疾病,而且會使原有的呼吸系統疾病惡化,例如哮喘。兒童和戶外工作者對臭氧污染特別敏感,因為他們經常在室外工作或玩耍,特別是夏季白天的時候,臭氧含量最高。暴露在中等強度的低含量臭氧期間,患哮喘的人—甚至是充滿活力的健康成年人能夠感受到肺功能的減退和呼吸道癥狀的增加,如胸痛和咳嗽。由于臭氧對健康的不利影響,環境保護局和聯邦政府限定了能夠釋放到大氣中的VOC量。
清潔空氣法案要求EPA創建國家環境空氣質量標準,基于最新科技來確定常見和分布廣泛的空氣污染物,臭氧就屬于這些污染物之一。EPA已經為六種常見“標準污染物”建立了空氣質量標準,它們是:懸浮顆粒(又名顆粒污染),臭氧,二氧化硫,二氧化氮,一氧化碳和鉛。清潔空氣法案和工業空氣質量標準引起了產品配方的調整,許多產品減少了VOC的含量。這也使得美國各個城市里煙霧減少了很多,空氣更加清潔。
MIR是最大反應增量的簡稱。在EPA對清潔空氣法案下的VOC化合物分類中,最重要的影響因素之一就是是否參與了地面臭氧的生成。目前,對地面臭氧的影響是通過MIR來量化的,當一種物質,如AMP,被加到一個裝有成分明確的氣體的特殊設計的試驗艙時,可以檢測臭氧生成的增量。MIR值表示了光化學反應活性的程度,可以直接測量或者由建立了光化反應模型的計算機得出,這種模型認為化合物具有全部臭氧生成的活性。
EPA用乙烷反應活度作為測定化合物是否具有可忽略反應活性的臨界值。在特定實驗條件下,反應活度低于或等于乙烷的反應活度的化合物可以認定為忽略不計的光化反應,所以被排除在VOC定義之外是合適的。反應活度高于乙烷的化合物仍舊被認定為VOC的監管目標,從而納入受控范圍。根據一系列煙霧倉實驗來選擇乙烷作為臨界化合物,該實驗依據EPA法規實施。
根據加州空氣資源局(CARB)的合同,由加州大學的William P. L.卡特博士負責運行的一個獨立實驗室對AMP進行試驗,測試了它的全部大氣反應的活性水平。卡特博士在煙霧實驗艙對AMP進行了研究;根據研究出的化學機理模仿全部生成臭氧,在實際的大氣條件下進行了一整天。結果顯示AMP的MIR值為0.25g臭氧/克VOC,低于標準化學品乙烷的MIR值,乙烷的MIR值為0.28g臭氧/克VOC。
由于AMP的低MIR值,還有良好的毒理描述和較低的全球增溫潛勢,安格斯要求EPA修正VOC定義,從而在州實施預案中達到國家環境空氣質量標準,這個標準中的臭氧在清潔空氣法案中的第一章。基于AMP對于對流層臭氧的形成幾乎沒有影響,提議的修正案將會把AMP加入VOC界定的豁免化合物列表中。
EPA法規中把極微小的反應活性的有機物排除到VOC界定之外,便于把VOC的管控集中到那些明顯提高臭氧濃度的化合物。2012年10月,安格斯公司向EPA提交了豁免AMP為一種VOC規管的申請書。該申請書包括了由卡特博士提供的獨立MIR檢測數據,指出AMP已具備了優先替代VOC的條件。公司強調了現狀的緊迫性,請愿書里描述說:“水性涂料的制造商和配方設計師需要在產品里添加AMP來應對VOC限制而不降低產品性能,VOC對MIR值低于乙烷的AMP豁免,AMP會繼續作為優先選擇的添加劑。公司必須馬上行動起來,不要讓毫無實際意義的配方改變導致損失。”
在18個月的復審和60天的討論期之后,EPA發布了最終判定,2014年6月25日起生效,可鑒別化合物AMP將不再規定為清潔空氣法案 [40 CFR 51.100(s)] 的一種VOC。
現在AMP在清潔空氣法案的VOC豁免已經通過了。安格斯期望美國的配方設計師把AMP作為最有效的產品之一,在下一代改良的環保涂料中繼續使用。另外,安格斯也期望看到AMP作為一種多功能中和劑繼續應用在其它市場,包括金屬加工液和個人護理品。