Institutionen för teknik och design, TD
Emissioner av flyktiga organiska
föreningar från vattenburna lacker
Emissions of volatile organic compounds from water borne coatings
Växjö, 090523 15 poäng
TS9903 Handledare: Sara Petré, Becker Acroma AB Handledare: Åsa Blom, Växjö universitet, Institutionen för teknik och design Examinator: Göran Peterson, Växjö universitet, Institutionen för teknik och design Examensarbete nr: TD 060/2009 Johan Andreasson
Organisation/ Organization Författare/Author(s)
VÄXJÖ UNIVERSITET Johan Andreasson Institutionen för teknik och design
Växjö University
School of Technology and Design
Dokumenttyp/Type of Document Handledare/tutor Examinator/examiner
Examensarbete/Diploma Work Åsa Blom Göran Peterson
Titel och undertitel/Title and subtitle
Emissioner av flyktiga organiska föreningar från vattenburna lacker / Emissions of volatile organic compounds from water borne coatings
Sammanfattning (på svenska)
Arbetet har jämfört de emissioner som olika tjocklek på lacklagren samt olika torkningstemperaturer ger upphov till. Det konstaterades att tjocka lager ger upphov till oproportionerligt höga emissioner både på kort och framförallt på lång sikt. En högre torkningstemperatur orsakar lägre emissioner på kort sikt men lika höga eller högre på lång sikt.
Inverkan från underlaget som lacken applicerades på undersöktes också och där konstaterades att ett porösare medium, i detta fall en MDF-skiva, orsaker lägre emissioner. Sannolikt pga att ämnena sugs upp av materialet.
Den tredje delen bestod i att jämföra olika testkammares förmåga att registrera de sökta ämnena. Två stycken kammare med volymen 1m3 och en liten kammare med volymen 3ml användes. Det visade sig att de båda stora kamrarna visade liknande resultat om tiden efter att lacken applicerats på proverna var densamma. Den mindre visade klart lägre koncentrationer i försöksluften men omräknat till ytspecifik utsöndring var värdena jämförbara. Ämnen med hög kokpunkt var överrepresenterade i den lilla
kammaren och ämnen med låg kokpunkt underrepresenterade, vilket gör att kammaren lämpar sig bäst för jämförande studier.
Nyckelord
VOC, testkammare, emissioner, vattenburna lacker
Abstract (in English)
This diploma work aims to compare emissions of volatile organic compounds, VOC, emitted from test pieces treated with water borne coatings. The parameters investigated were film thickness and drying temperature but tests with different substrates have also been performed. Three different test chambers have been used to evaluate the differences between the test pieces and between the chambers
themselves.
It was found that a thicker film lead to greater emissions, both in short and long time. Higher drying temperatures, however, lead to lower emissions in the short run but to similar or even higher values after a period of time.
By using an MDF board instead of an inert test card as substrate the emissions greatly decreased in the short run. This is probably due to the porosity of the wooden material.
The comparison of the test chambers showed how important it is to use similar conditioning times for the test pieces. The two big chambers showed similar results but the micro chamber had some differences.
Key Words
VOC, test chambers, emissions, water borne coatings
Utgivningsår/Year of issue Språk/Language Antal sidor/Number of pages 2009 Svenska 18
Förord
Detta examensarbete tillkom på uppdrag av Becker Acroma AB. Längs vägen anslöt även IKEA Test Lab som även har bistått med en stor del av provtagningen och analysarbetet.
Tack till Suzanne Troedsson och Sara Petré på Becker Actroma samt Martin Jönsson och Jan-Olof Fechter på IKEA för många bra svar på dåliga frågor.
Innehållsförteckning
Förord ... III Innehållsförteckning... IV
1. Introduktion ... 1
1.1 Bakgrund ... 1
1.1.1 Hälsorisker med voc ... 2
1.1.2 Åtgärder ... 2 1.2 Syfte och mål ... 3 2. Metod ... 4 2.1 Makrokammaren... 4 2.2 Mikrokammaren ... 5 2.3 Proverna ... 6 2.4 Analys av luftproven ... 7 2.4.1 Gaskromatografi ... 8
3 Resultat och diskussion ... 9
3.1 Kamrarna ... 9
3.1.1 Makro/makro ... 9
3.1.2 Makro/mikro ... 10
3.2 Tjocklek och torkningstemperatur ... 12
3.2.1 Inverkan av lacklagrets tjocklek ... 12
3.2.2 Härdningstemperaturens påverkan... 13
3.3 Underlag ... 14
4. Slutsatser ... 16
1. Introduktion
1.1 Bakgrund
Volatile organic compounds, hädanefter VOC, är en grupp lättflyktiga organiska föreningar vars kokpunkt ligger i intervallet 50-240°C[2]. Eftersom de är just lättflyktiga
emitterar de och blandar sig med den omgivande luften vilket i inomhusmiljöer kan ha dålig inverkan på hälsan för de som vistas där. Organiska ämnen med högre
kokpunkter, semi volatile compounds, emitterar långsammare vilket gör att
koncentrationerna i den omgivande luften blir lägre. Ämnen med lägre kokpunkter, very volatile compounds, utsöndras fort vilket gör att problemet med höga halter i inomhusluften mer hamnar inom industrin, då de emitteras innan de når
slutkonsumenten.
Emissionerna avtar dock ganska fort även för VOC, efter 28 dygn brukar värdena vara endast 5 % av värdet efter 1 dygn[3]. Källor till VOC inomhus kan vara färg, bränsle,
barrträ, matlagning och lack etc. Högre temperatur leder till högre utsöndringar[9] och
låg relativ luftfuktighet oftast till lägre, men detta varierar beroende på vilket voc som avses[3].
Den kanske allra viktigaste parametern som styr den totala mängden voc inomhus är huruvida du har utfört någon slags renovering nyligen. En undersökning gjord av Oppl 2000 tyder på att mängden voc är mer än tre gånger så hög i hus som renoverats någon gång de senaste tre månaderna jämfört med de som inte har det[12].
Koncentrationen av voc utomhus är i genomsnitt en femtedel av det inomhus, mycket beroende på var du bor[3]. Denna rapport handlar om vattenbaserade lacker och fokus
kommer att ligga på de ämnen och miljöer som är relevanta i det avseendet.
Ett EU-direktiv från 2004[1] syftar till att få ner mängden lösningsmedelsbundna lacker
till förmån för andra alternativ med lägre vocinnehåll. Ett av dessa är vattenbaserade lacker som istället använder just vatten som lösningsmedel. För att bindemedlet ska kunna bilda film i dessa så krävs det tyvärr temperaturer på över 80°C, vilket inte är aktuellt ute i industrin. Då tillsätts istället en filmbildare som sänker
filmbildningstemperaturen till inomhusnivåer men dessa filmbildare är VOCer med ganska höga kokpunkter och detta leder till långa utsöndringstider. Häri ligger alltså själva problematiken.
Eftersom halterna utomhus är lägre än inomhus så är vädring en viktig faktor för att hålla nere koncentrationerna. Ventilationstakten, dvs hur stor andel av luften inomhus som byts ut på en timme, är rekommenderat till 0,5/h[1].Undersökningar visar dock att
svenska bostäder sällan kommer upp i den siffran[8]. Särskilt dålig ventilation verkar det
1.1.1 Hälsorisker med voc
VOC fick uppmärksamhet under 80-talet när det troddes ligga bakom det sk. sjuka hus-syndromet. Sjuka-hus är benämningen på en byggnad där det i större omfattning än normalt förekommer människor som får symptom som irritation i kroppens slemhinnor samt illamående, huvudvärk mm. när de vistas i byggnaden[13]. Det råder
dock delade meningar om huruvida syndromet orsakas av VOC eller om psykosociala faktorer ligger bakom. Vid ett försök med kraftigt förhöjda nivåer av vanliga inomhus-VOCer konstaterades att försökspersonerna fick just problem med slemhinnorna samt något försämrat närminne[14]. Ett annat försök utfört på marsvin visade på nedsatt
lungfunktion[15].
Vid utsläpp av VOC utomhus frigörs ozon som har en bevisat skadlig inverkan på kroppen och dess slemhinnor[9]. Ozon och VOC hänger ihop då utsläpp av VOC i
utomhusluften leder till ökad mängd ozon, som man sen får in inomhus. Detta även om den utsläppta VOCen i sig inte är skadlig för hälsan. Högre nivåer av ozon inomhus har även visat sig leda till högre total mängd av VOC[3].
Det är genom inandning man får i sig VOC från den omgivande luften[10] och
lungornas storlek får då en viss betydelse för mängden. Barn har oproportionerligt stora lungor, högre andningstakt, befinner sig mycket inomhus, har näsan nära golvet och gillar dessutom att slicka på saker dom hittar vilket gör dom till en särskilt utsatt grupp. Forskning visar att barn vars föräldrar renoverade sitt hem under
graviditetsperioden, vilket väldigt många gör, löper en betydligt högre risk att drabbas av lunginflammation under de första månaderna. Risken för astma ökar också, fast inte lika kraftigt. Detta är samma risker föräldrar som röker eller har husdjur utsätter sina barn för, men då i större utsträckning[16].
Delade meningar råder dock och en stor dansk litteraturstudie utförd 2007 konstaterar att inga dokumenterade samband mellan VOC och astma existerar, dock finns det starka kopplingar mellan astma och damm[16]
1.1.2 Åtgärder
.
Fechter[3] har visat att en hög relativ fuktighet under torkningen av lacken ger lägre
emissioner på sikt. Temperaturen vid vilken lacken torkas har också stor betydelse men vilket som i slutändan orsakar de lägsta emissionerna är inte entydigt. Vid hög temperatur förångas en större mängd under en viss tidsperiod och VOC-depåerna borde således tömmas fortare. Filmbildaren i lacken torkar med en konstant hastighet oavsett luftfuktighet medans vattnet torkar långsammare vid fuktigare klimat. Har man en relativ luftfuktighet som vid vilken båda komponenterna torkar ut lika fort så kan man minska mängden VOC som sedan emitterar. Torkar vattnet i lacken och ett filmlager bildas så sjunker torkningshastigheten markant för filmbildarna och VOCerna blir på så vis kvar i produkten[11]. Dessvärre ingår filmbildarna i lacken av en
anledning och försvinner de för tidigt skulle det kunna leda till en yta med sämre egenskaper.
Fler parametrar som styr de framtida emissionerna existerar med stor säkerhet och i detta examensarbete ska ytterligare ett par undersökas.
1.2 Syfte och mål
Syftet med detta examensarbete är att undersöka hur torktemperatur, underlag och tjocklek på lacklagret påverkar den framtida utsöndringen av flyktiga organiska ämnen, sk. volatile organic compounds. Förutom detta ska även ett standardprov köras i tre olika testkammare för att utvärdera skillnaden mellan dessa tre.
2. Metod
2.1 Makrokammaren
De två makrokammare som användes är väldigt lika och är båda tillverkade av Sveriges Tekniska Forskningsinstitut. Kammare 1 kalibrerades av tillverkaren med avseende på temperatur, relativ fuktighet och luftväxling kort innan försöken inleddes.
Principen för de båda kammarna är ett 1m3 stort utrymme iklätt rostfritt stål som går
att försluta fullständigt. Klimatet i kammaren kan styras med avseende på temperatur och relativ luftfuktighet samt luftombyteshastighet. Inne i kammaren cirkuleras även luften med hjälp av en fläkt som är reglerbar.
För att ta prover på luften i kammaren kan provrör anslutas och luftströmmen som passerar provrören ställas in efter önskemål. Principen finns beskriven utförligt i ISO 16000-9[7]. Eftersom temperatur och luftfuktighet bevisligen är två viktiga parametrar
vad gäller emissionstakten så har dessa varit samma vid alla försök, nämligen 23°C och 50 % RH.
Luftflödet har i alla försök varit 1m3 luft/m2
Innan användandet av kammaren rengjordes den två gånger med 65 % etanol samt två gånger med destillerat vatten. Mellan varje försök fick den stå minst 36h på förhöjd temperatur (40°C) för att på så sätt få bort lagringar från försöket innan.
lackad yta/h
Figur 1. Monteringsanvisning för Lenetakort Bild 1. Makrokammaren sedd inifrån
Proverna som användes tejpades ihop på baksidorna till ett större stycke som sedan fästes på kammarens bakre vägg enligt figur 1 och bild 1. De grå ytorna är tejp som håller ihop stycket och de svarta är dubbelhäftande tejp vars uppgift är att fästa mot kammarens vägg. 210 cm2 tejp gick åt per försök.
Styckena fick lite olika storlekar vid de olika försöken men låg mellan 0,6 och 0,7m2
2.2 Mikrokammaren
, detta kompenserades med olika luftväxlingstakter.
Innan proverna fästes i testkammaren togs två blankprover för att se vilka ämnen som fanns naturligt i försöksluften.
När korten varit i kammaren i fem timmar påbörjades det första provet. När detta var klart 30 minuter senare startades det andra. Efter 24 timmar togs det tredje provet och sen ytterligare ett direkt efter detta.
Kammarens mått invändigt är 0,65*1,02*1,5m. Luften som kommer in i kammaren passerar ett kolfilter och de flesta eventuella föroreningar tas på så vis bort.
Mikrokammaren som använts heter µ–CTE och är tillverkad av företaget Markes International Ltd. Kammaren består av 6 mindre enheter på vardera 0,003 liter, om man använder dem så som i det här försöket.
Proverna till försöken klipptes eller sågades till cirklar med diametern 5 cm.
Kammarens volym är alltså endast 3,14ml och proverna som appliceras i den har ytan 12,56cm2. Luftströmmen som ventilerar kammaren är 100ml/min. Då arean på
proverna i förhållande till kammarvolymen, L, är 400 m2/m3 och luftflödet, Q, är 4,8
m3/m2/h blir luftväxlingstakten, n, hela 1910 gånger per timme, se ekvation 1.
(1) q= luftflöde (m3/m2/h)
n= luftväxlingstakt (1/h) L= area för lackprovet (m2/m3
När man sen analyserar luftproverna får man svar på i vilka koncentrationer olika substanser har förekommit. Detta värde är inte rättvist i jämförelse med värdet från makrokammarförsöken då ett högre luftflöde har förekommit i
mikrokammarförsöken, dvs q har varit 4,8 gånger högre och luften torde därmed vara betydligt renare. En bättre jämförselse är mängden voc/m
kammare)
Det allra bästa vore såklart att ha samma q för både mikro- och makrokammare men detta skulle då innebära en luftström på endast 8 ml/min för mikrokammaren, vilket är för lite då samma luftström även används till att ta luftprover på.
2/timme, hädanefter
och luftflödet, se ekvation 2. Helt rättvist blir inte detta heller då undersökningar visar att högt luftflöde påskyndar emissionerna men att effekten av detta avtar fort[20].
SERa = Cx
C
*q (2)
x
Bild 2 och 3. Mikrokammaren sedd framifrån och ovanifrån. ( = koncentrationen av en viss substans
©
2.3 Proverna
IKEA of Sweden AB, 2009)
Proverna behandlades först med en grundlack där filmbildarna butylglykol och butyldiglykol användes. Skikttjockleken 100g/m2 applicerades på samtliga prover och
proverna fick sen torka i en ugn vid 40°C i 40 minuter. Därefter förvarades proverna i ett konditionerat rum med klimatet 23°C och 50 % RH i cirka 20 timmar, då
topplacken applicerades. Denna skiljer sig enbart från grundlacken i det avseendet att filmbildarna Dowanol PnB (propylenglykolbutyleter) och Dowanol DPnB
(dipropylenglykolbutyleter) använts istället. Anledningen till att olika filmbildare använts i grund- respektive topplack var för att kunna spåra de emissioner de senare gav upphov till.
Tjockleken för topplacken varierades mellan 70, 90 och 110g/m2
För att få ett så homogent testmaterial som möjligt och minska ner antalet felkällor i största möjliga mån användes testkort av typen Leneta
. Temperaturen i ugnen varierades även den mellan 30°C, 40°C och 50°C, se tabell 1. Tiden i ugnen var för alla proverna 40 minuter.
Efter lackeringen konditionerades proverna i cirka 40 timmar och sen förpackades de i plast- och aluminiumfolie för att på så sätt stoppa emissionerna tills det var dags att starta försöken i de olika testkamrarna.
att även se hur trä kan inverka på emissionerna gjordes ett test på välkonditionerade MDF-skivor med fuktkvoten 8%. Försöken utfördes enligt matrisen i Tabell 1. Tabell 1. Försöksmatris för hela projektet.
2.4 Analys av luftproven
När de lackerade testbitarna befunnit sig den tid som avsetts i kammaren sugs 3 liter luft ut med ett flöde på 100 ml/min. Detta tar således 30 minuter och luften som sugs ur passerar genom ett rostfritt stålrör fyllt med
absorptionsmaterialet Tenax TA (2,6-diphenyl-p-phenylenoxide), se bild 4. Detta är ett ämne som tagits fram särskilt för att binda till sig VOC och till detta ändamål fungerar
det utmärkt. Särskilt lämpligt är det för detektioner av ämnen med högre kokpunkter[23]. Bild 4. Tenaxrör. (©
IKEA of Sweden AB, 2009)
Underlag Tjocklek
(g/m2) Temperatur (°C) Provtagningstid-punkt Antal prov
Makrokam-mare 1 Leneta 90 40°C 5+24h 3 Makrokam-mare 2 Leneta 90 40°C 5+24 3 Mikrokam-mare Leneta 90 40°C 1+5+24h 3 MDF 90 40°C 1+5h 3 Leneta 70 30°C 1+5h 3 Leneta 70 50°C 1+5h 3 Leneta 110 30°C 1+5h 3 Leneta 110 50°C 1+5h 3
2.4.1 Gaskromatografi
Provrörens innehåll måste sedan analyseras och detta görs med hjälp av
gaskromatografi. Innehållet i röret värms upp och blandas med helium och förs sedan in i gaskromatografens kolonn, sk termisk desorption. En Markes Unity-Ultra
utrustning användes för desorptionen där alltså en ström av upphettad heliumgas gör att vocerna släpper ur Tenaxröret och för dem till gaskromatografen.. Där utnyttjas principen att de olika ämnena har olika kokpunkt och därmed tar olika lång tid på sig att passera genom kromatografens kolonn. I denna finns det andra ämnen vars uppgift är att fördröja flödet[6]. I andra änden av kolonnen finns en masspektrometer som
registrerar vilka mängder av de olika substanserna som passerar och ritar upp detta i en graf, ett sk. kromatogram, som sedan integreras. Genom att testköra kända ämnen genom kromatografen vet man hur lång tid ett visst ämne tar på sig och genom att köra en känd mängd av ett visst ämne kan man räkna ut hur stor area på
kromatogrammet som motsvarar en viss massa. En principskiss över metoden finns i figur 2.
Figur 2. Principskiss över gaskromatografi.
Bild 5. Från vänster: Masspektrometern, gaskromatografen, termiska desorptionsenheten. (©IKEA of Sweden AB, 2009)
En gaskromatograf av märket Agilent GC7890 och masspektrometern Agilent 5975C användes. Gaskromatografen startade på 35°C och höjdes sedan med 6°C i minuten upp till 280°C. Kollonen var av DB-5MS typ, 60m lång * 0,25mm i innediameter * 0,25 µm filmtjocklek med ett heliumflöde på 1,25ml/minut. Splitten var 1:60.
3 Resultat och diskussion
3.1 Kamrarna
Meningen med att förpacka testmaterialet i plast och aluminiumfolie efter
konditioneringen var att emissionerna skulle upphöra och tidpunkten för när testerna gjordes skulle få minimal betydelse. Efter en titt på diagram 1 inser man snabbt att så inte är fallet. Den totala mängden av de fem substanser som mätts, hädanefter benämnt tvoc, är betydligt högre ju kortare tid efter inplastningen som testet utförts. Olika ämnen reagerar olika på lagringstiden med den skillnaden att de med hög kokpunkt påverkas minst och de med låg mest. Detta har ställt till vissa problem i analysarbetet.
Diagram 1. Total mängd av eftersökta vocer i makrokammartesten efter 24h i förhållande till hur lång tid efter lackningen de har provats.
3.1.1 Makro/makro
Diagram 1 visar den totala mängden voc som uppmätts i makrokammarförsöken. Anledningen till att försök 1 i kammare 1 anses vara utfört längre tid efter inpackningen än försök 2 beror på att materialet till det testet togs från den första batchen Lenetakort som lackerades. De övriga testerna är material taget från den andra. Det enda som skiljer de två batcherna åt är just att den andra är gjord ett par veckor senare och tiden materialet legat inplastat är således betydligt kortare. Vill man ha några tydliga tecken på huruvida de två makrokamrarna skiljer sig åt får man jämföra tester som gjorts vid snarlika tidpunkter. Försök 2 i makrokammare 2 utfördes samtidigt som försök 2 i makrokammare 1 men dessvärre förstördes luftproverna från makrokammare 1 under analysarbetet, vilket innebär att inga av de
totalt 6 testerna är utförda samtidigt. Det närmaste man kommer är försök 2 i
kammare 2 och försök 3 i kammare 1 och där ser man att den totala VOC-mängden är nära densamma för de båda med något lägre nivåer för provet som väntat längst. I diagram 2 ses spridningen mellan kamrarna och försöken. I makro 1 sticker stapeln i mitten ut vilket motsvarar det försöket med den kortaste lagringstiden. De andra två är väldigt lika för samtliga ämnen. I makro 2 spretar resultaten väldigt och detta beror gissningsvis på den stora skillnaden i provtagningstidpunkt. Man ser tydligt en
avtagande trend för samtliga ämnen. Detta gör det väldigt svårt att dra några definitiva slutsatser. Fler försök kommer att genomföras, dock utanför detta examensarbete.
Diagram 2. Resultat från tre prov från varje kammare efter 5h omräknat i µg/m2
3.1.2 Makro/mikro
/h.
Mikrokammarförsöken som dessa värden baseras på är utförda ungefär samtidigt som försök 2 i kammare 2, dvs förhållandevis tidigt, se diagram 1. Detta borde betyda att mikrokammarvärdena skulle vara högre, vilket dom alltså bara tydligt är för ämnet med högst kokpunkt Istället för att jämföra ämnen med avseende på deras kokpunkt används även något som kallas avdunstningstal. Avdunstningstalen för de fyra tillsatta filmbildarna finns i tabell 2.
Tabell 2. Avdunstningstal för de tillsatta filmbildarna Om man jämför kvoterna
mellan enskilda ämnen och den totala mängden voc så är de väldigt lika för de båda makrokamrarna. I
mikrokamrarna däremot så är ämnena representerade i lite andra mängder. Ämnen med högre kokpunkt verkar vara
överrepresenterade i mikrokamrarna, se diagram 2. Tidigare försök att jämföra mikro- och makrokammare[5] visade att ämnen med just högre kokpunkter, i vårt fall
dipropylenglykolbutyleter, skulle förekomma i relativt högre koncentrationer i mikrokammaren och att de med lägre kokpunkt, butylglykol i vårt fall, skulle vara relativt underrepresenterade. Anledningen till detta är att mikrokammaren har färre områden med stillastående luft där de tyngre ämnena kan kondensera. Detta stämmer alltså väl överens med våra resultat.
Den ytspecifika emissionstakten, SERa, finns omräknad i diagram 2. Där ser man ett visst kvantitativt samband mellan mikro- och makrokamrarna. Spridningen mellan de tre mikroförsöken kan inte förklaras med lagringstiden då de är utförda parallellt, dock i olika kammare. Om dessa skiljer sig åt på något fundamentalt sätt får fler tester avgöra.
Ett problem vid jämförandet mellan mikro och makrokammare är att luftflödet, q, över den lackade ytan inte är lika stark i de båda. Chi Lin m.fl. 2009 hävdar att ökad hastighet på luften leder till ökade emissioner, särskilt av lättflyktigare ämnen[18] medan
andra inte har noterat några sådana tendenser[21]
Ämne
. Eftersom luftflödet, q, är 5 gånger högre i mikrokammarförsöken skulle det kunna vara förklaringen till att just de flyktigare ämnena är underrepresenterade där.
Avdunstningstal
Propylenglykolbutyleter 250
Butylglykol 280
Butyldiglykol 4600
3.2 Tjocklek och torkningstemperatur
Diagram 3 och 4. Jämförande tester i mikrokammaren efter en och fem timmar mellan olika tjocklekar på lacken samt torkningstemperaturer. I jämförelsestudien mellan lacktjocklek och torkningstemperatur utfördes alla tester på kort tid och resultaten därifrån får därför anses vara relevanta och jämförbara. Dessa finns presenterade i diagram 3 och 4. Prov med 90g/m2
3.2.1 Inverkan av lacklagrets tjocklek
och torkningstemperaturen 40°C gjordes också men vid en annan tidpunkt, varför de har uteslutits ur den här jämförelsen.
Varje försök är utfört 3 gånger och halterna av de olika ämnena skiljer sig lite mellan de olika försöken, dock inte för butyldiglykol vars halter varierar något. Detta är dock inget som påverkar resultatet nämnvärt då de uppmätta halterna av detta ämne är så låga.
Föga överraskande ser man tydligt att ett tjockare lager av topplacken leder till ökade emissioner från de två filmbildarna propylenglykolbutyleter och
dipropylenglykolbutyleter som ingår där. 57 % mer topplack har använts för de tjockare lagren och de totala emissionerna har ökat med 68 % för proverna som härdats i 30C och 86 % för proverna som härdats i 50C. Detta innebär alltså att sambandet mellan lacktjocklek och emissioner är oproportionerligt högt samt att skikttjockleken har större inverkan vid höga torkningstemperaturer,
Emissionerna från dipropylenglykolmetyleter ökade även de med ökande lacktjocklek vilket inte är särskilt överraskande då den ingår i både grund- och topplack. Ämnet tillsattes inte som filmbildare utan fanns som lösningsmedel i andra av lackens
komponenter. Mängden butyldiglykol, som alltså är en filmbildare från grundlacken, är ungefär samma för de två lacktjocklekerna. Butylglykol, som också endast ingår i grundlacken, har däremot bara hittats i prov med tjockt topplacklager! Detta får anses något märkligt då alltså mängden butylglykol som applicerats är samma för samtliga prover. Halterna av propylenglykolbutyleter och dipropylenglykolbutyleter är även de klart högre för proverna med tjockt topplacklager. Detta är fullt rimligt då dessa två alltså användes endast i topplacken.
Enligt Yang med flera så leder tjockare lager till högre emissioner och skillnaden blir mer och mer tydlig ju längre tid som går[21]
3.2.2 Torkningsstemperaturens påverkan
. I våra undersökningar syns endast en antydan till trend huruvida tjockare lager leder till relativt högre framtida emissioner. För proverna som härdats i 30°C var de totala emissionerna vid femtimmarsprovet 41 % av vad de var vid entimmarsprovet för båda tjocklekarna. För 50°C-proverna var siffrorna 57 % för den tunna filmen och 59 % för den tjocka. Hade man tagit ytterligare prover längre tid efteråt hade man nog sett trenden tydligare.
Torkningsstemperaturens inverkan på emissionerna är tydlig men omväxlande. För det tunna lagret ser man att högre temperatur leder till lägre emissioner efter 1 timme i mikrokammaren. Efter fem timmar däremot tycks dom vara ungefär lika stora. För det tjockare lagret leder även här en högre temperatur till lägre emissioner efter en timme. Efter fem timmar så har dock ordningen växlat och proverna som torkats vid hög temperatur har då högre emissioner för samtliga ämnen, se diagram 5. När man torkar lacken vid hög temperatur uttömmer man voc-depåerna i högre utsträckning men samtidigt bildar lacken film tidigare vilket försvårar för ämnena längre ner att ta sig ut. Detta leder till initialt minskade emissioner som däremot avtar i ett
Diagram 5. Torkningstemperaturen och lacktjocklekens inverkan på sikt.
3.3 Underlag
Då lagringstidens inverkan visade sig vara stor gjordes testerna mellan de två underlagen om då de inte var utförda samtidigt första gången. Resultaten från den andra provtagningen finns i diagram 6. Den totala mängden voc efter 1h är 61 % högre med Lenetakort som underlag och hela 119 % högre efter 5h än för de prover som hade MDF som underlag. Den beståndsdel som skiljer sig mest är
dipropylenglykolbutyleter, alltså det ämne med högst kokpunkt, som är 106 % mer efter 1h och 168 % mer efter 5h. Beståndsdelen med lägst kokpunkt, butylglykol, återfinns i för små mängder för att en jämförelse ska kunna göras men ämnet med näst lägst kokpunkt, propylenglykolbutyleter, är det som skiljer sig minst. I detta fall är det rent av 10 % mindre i Lenetaproverna efter 1h och ungefär lika mycket i de båda efter 5h, se diagram 6.
Skillnaderna mellan de två materialen beror på att MDF är ett poröst material med mycket håligheter. Ämnena sugs in och lagras där vilket de inte har möjlighet till i det inerta Lenetamaterialet. Silva m.fl. har konstaterat samma sak i en jämförelse med behandlat och obehandlat golv samt betong kontra polyester[19]. Det är inte bara så att
emissionerna sker långsammare utan mängden voc som utsöndras från ett poröst material blir totalt sett mindre, det binds alltså upp i håligheterna. Kwok mfl kommer till liknande slutsatser nämligen att efter 10 timmars emissioner så hade 99 % av vocerna applicerade på aluminium utsöndrats medans bara cirka 20 % hade avgått från en plywoodskiva som behandlats lika dant[22]. Detta medför trots allt nackdelar i den
praktiska tillämpningen då emissionerna hamnar hemma hos konsumenterna istället för inom industrin. Ur ett miljöperspektiv däremot kan det ha fördelar då alltså en mindre total mängd voc emitterar från ett poröst material. I våra tester ökar alltså skillnaden mellan Leneta och MDF från 1 till 5 timmar men hade ytterligare prover tagits längre tid efter hade antagligen ordningen varit den omvända.
En av anledningarna till att Lenetakort föredrogs vid detta experiment är att spridningen i mätresultaten antogs vara lägre. Vid en närmare titt på diagram 6 kan motsatsen konstateras. Mängderna voc som uppmättes i MDF-skivorna är mycket jämnt mellan försöken medans Lenetaproverna spretar ordentligt.
Diagram 6. Jämförelse mellan MDF och ett inert material som underlag för lacken. Varje stapel består av ett flertal test, därav de ojämna topparna.
4. Slutsatser
Att döma av de resultat som framkommit finns det många parametrar som påverkar emissionerna av VOC. Ett tjockare lacklager leder till högre emissioner både på kort och kanske framförallt på lång sikt. En högre torkningstemperatur leder först till lägre emissioner men detta vänder efter ett tag och leder istället till högre emissioner på sikt. Att använda ett poröst material som MDF leder till klart lägre emissioner på kort sikt, särskilt på ämnen med hög kokpunkt, jämfört med att använda ett inert material som underlag. Dock så lär emitteringsprocessen vara betydligt längre vilket betyder att folk kommer att få in mer VOC i sina hem. Hade tester vid senare tidpunkter tagits hade detta förmodligen konstaterats även i dessa studier. MDF leder inte som befarat till större spridning mellan proverna utan tvärtom.
Makrokammare 1 och 2 visar snarlika resultat, även om några riktiga slutsatser inte kan dras. Mikrokammaren uppvisar skillnader mellan olika ämnen men den totala
ytspecifika emissionstakten är liknande den som fås med makrokamrarna.
Att förpacka prover i plast- och aluminiumfolie stoppar inte emissionerna. Vill man ha jämförbara resultat måste tiden efter applicering av lacken vara liknande för samtliga prover. Att det visade sig vara på det här sättet har dock fördelar rent praktiskt då möbler etc som plastats in efter tillverkning får lägre emissioner när de packas upp.
5. Referenser
1 http://eur-lex.europa.eu/smartapi/cgi/sga_doc?smartapi!celexapi!prod!CELEXnumdoc&numdo c=32004L0042&model=guichett&lg=en 090428 2 http://www.hc-sc.gc.ca/ewh-semt/pubs/air/office_building-immeubles_bureaux/organic-organiques-eng.php 0904283 Fechter, J. (2006) Volatile organic compounds in indoor environments – sources and consequences
Licensiatsavhandling, Växjö universitet
4 The Leneta company, inc. (2009). Characteristics of charts and cards (30.04.2009)
http://www.leneta.com/chart.html
5 Schripp, T. Nachtwey, B. Toelke, J. Salthammer, T. Uhde, E. Wensing, M. Bahadir, M.
A microscale device for measuring emissions from materials for indoor use.
Analytical Bioanalytical Chemistry, Volume 387, Number 5, March 2007, pp.1907-1919 (13)
6 Ellervik, U., Sterner, O. (2007). Organisk kemi. Lund: Studentlitteratur
7 ISO 16000-9:2006 Indoor air -- Part 9: Determination of the emission of volatile organic compounds from building products and furnishing -- Emission test chamber method
8 Bornehag, C. Sundell, J. Hagerhed-Engman, L. Sigsgaard, T. (2005)
Association between ventilation rates in 390 Swedish homes and allergic symptoms in children
Indoor air 15(4): 275-280
9 Wolkoff, P. Clausen, P.A. M.fl. (1999)
Formation of strong airway irritants in a model mixture of (+)-a-pinene/ozone. Atmospheric environment 33: 693-698
10 Jensen, L. Larsen, A. Molhave, L. Hansen, M. Knudsen, B. ( 2001)
Health evaluation of volatile organic compounds emissions from wood and wood-based materials
Archieves of environmental health 56(5): 419-432 11 Dillon, P.W. (1977)
Application of critical relative humidity, an evaporation analog of azeotropy, to the frying of water-borne coatings
12 Oppl, R. Höder, B. (2000)
Innenraumluft und TVOC: Messung, referenz- und zielwerte, bewertung Bundesgesundheitsblatt(43): 513-518
13 World health organization (1989)
Indoor air quality: Organic pollutants. Euro report and studies no. 111. 14 Mölhave, L. Pedersen, F. (19 86)
Human reactions to low volatile organic compounds Environment international 12: 167-175
15 Låstbom, L. Boman, A. Johnsson, S. Camner, P. Ryrfeldt, A. (2003)
Increased airway responsiveness of a common fragrance component, 3-carene, after skin sensitisation – a study in isolated guinea pig lungs
Toxicology letters 145(2): 189-196
16 Diez, U. Kroessner, T. Rehwagen, M. Richter, M. Wetzig, H. Schulz, R. Borte, M. Metzner, G. Krumbiegel, P. Herbarth, O. (2000)
Effects on indoor painting and smoking on airway symptoms in atopy risk children in the first year of life – Results of the LARS study.
International journal of hygiene and environmental health 203(1): 23-28 17
Do indoor chemicals promote development of airway allergy?
Nielsen G. D.; Larsen S. T.; Olsen O.; Løvik M.; Poulsen L. K.; Glue C.; Wolkoff P.
Indoor Air 17(3): 236-255
18 Chi-Chi Lin, Kuo-PinYu, PingZhao, GraceWhei-MayLee (2009)
Evaluation of impact factors on VOC emissions and concentrations from wooden flooring based on chamber tests
Building and Environment 44: 525– 533 19
Comparison of the substrate effect on voc emissions from water based varnish and latex paint
Silva, Gabriela V.; Teresa, M.; Vasconcelos, S. D.; Santos, Armando M.; Fernandes, Eduardo O. (2003)
Environmental science and pollution research international 10(4): 209-216 20 Yang, X. Chen, Q.Zeng, J. Zhang, J. S. Shaw, C. Y. (2001)
Effects of Environmental and Test Conditions on VOC Emissions from "Wet" Coating Materials
21 A. Afshari; B. Lundgren; L. E. Ekberg (2003) Indoor Air 11(4): 270-278
Comparison of three small chamber test methods for the measurement of VOC emission rates from paint
22 Kwok, N.-H.; Lee, S.-C.; Guo, H.; Hung, W.-T. (2003)
Substrate effects on VOC emissions from an interior finishing varnish Building and Environment 38(2): 1019-1026
23 Analytical Chemistry (2009)
Systematic Investigation of the Sorption Properties of Tenax TA, Chromosorb 106, Porapak N, and Carbopak F.
Institutionen för teknik och design
351 95 Växjö
tel 0470-70 80 00, fax 0470-76 85 40 www.vxu.se/td
