環保型內墻漆的研討

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摘要：為實現涂料生產無公害、無污染、節資節能的三大目標，選擇健康功能天然礦物質—電氣石，利用其壓電性和熱電性等獨特的物化性能，使周圍空氣發生電離即在空氣中產生負氧離子，達到凈化空氣的目的，并結合納米TiO2稀土激活技術研制開發了健康環保型建筑內墻涂料。該涂料集低污染、高效的殺菌防腐性、產生空氣負離子等多種對人體健康有益的功能于一身，同時其各項常規性能均符合GB/T9756-2001要求。經檢測，健康環保型建筑內墻涂料的抑菌圈直徑達到16mm以上，殺蟲長效而對人體無毒害作用、沒有異味，并能夠使室內負離子數顯著增加。

關鍵詞：內墻涂料；抗菌殺蟲；空氣負離子

目前，室內環境對人類健康的影響很大，國際著名科學家莫勒夫指出,長期處于含有VOC氣體的環境中,在感官方面會影響人體的視覺、聽覺;在感情方面會造成神經質、偏激性、憂郁癥和冷淡癥;在認識功能方面造成長期和短期記憶混淆、迷亂;在運動功能方面造成握力變弱、不脅調和振顫。同時，室內空氣負離子影響現代環境衛生學的調查研究表明,負離子空氣是對人體健康非常有益的一種物質。當人們通過呼吸將負離子空氣送進肺泡時，能刺激神經系統產生良好效應，經血液循環把所帶電荷送到全身組織細胞中，能改善心肌功能，增強心肌營養和細胞代謝，減輕疲勞，使人精力充沛，提高免疫能力，促進健康長壽。近年來國外有關專家提出,常規設計的空調系統不能保證被調節房間的空氣中具有足夠數量的負離子;甚至在超凈工作間,雖然恒溫、恒濕、清潔,換氣量也足夠,但是人們還是常常感到頭昏腦脹、容易疲倦、胸悶氣郁,毫無舒適感,認為這是由于這類房間缺少空氣負離子所致。因此,解決室內有害氣體污染，創建健康有益的室內生活環境已成為倍受人們關注的環境健康課題。為美化、凈化居住環境,增進人類健康,必須大力發展低VOC、低毒性、低污染的健康環保型建筑內墻涂料。應用天然礦物的改性活化技術和納米TiO2稀土激活技術研制開發了健康環保型建筑內墻涂料，這是一種集無污染、抗菌、防霉、釋放負離子等對人體健康有益功能于一身的多功能健康環保型內墻涂料。

一、實驗

礦物基健康功能添加劑的制備

我們選擇不同產地、不同粒度、不同熱處理溫度的健康功能天然礦物質-如天然鐵電氣石、鎂電氣石以及復合黑電氣石等，進行抗菌保健性能檢測，根據檢測結果，選擇幾種健康功能天然礦物質對其進行各種處理，如擔載銀銅離子、稀土激活處理等，比較各種材料的抗菌保健性能和改性方法的優劣，選擇抗菌保健效果最好的改性健康功能天然礦物基添加劑。其制備工藝流程如圖1所示。

圖1健康功能添加劑的制備工藝流程

（一）主要實驗原料和配比（見表1）

表1健康環保型建筑內墻涂料的主要原料及配比

原材料配比

1#添加劑1～10

2#添加劑2～20

三乙醇氨調節PH值到9～10

苯丙乳液200～300

成膜助劑10～20

除蟲菊脂0.15％～0.35％

增稠劑4.0～10

防腐劑2～8

分散劑1.0～4.0

滑石粉（800目）30～60

立德粉（800目）200～300

輕質碳酸鈣（800目）50～150

水150～210

鈦白粉（325目）100～300

重質碳酸鈣（800目）40～200

注：1#添加劑為擔載稀土離子的銳鈦型納米TiO2；2#添加劑以圖1所示方法制得。

（二）涂料制備工藝流程

在涂料制備過程中，先將粉料、分散劑、水、增稠劑、助劑、礦物添加劑等高速攪拌進行混合和分散，制得白漿，然后與乳液、分散劑、水等進行攪拌形成涂料。制備工藝流程見圖2。

圖2健康環保型建筑內墻涂料的制備工藝流程

二、健康環保型建筑涂料的作用機理

（一）抗菌和納米TiO2稀土激活機理

（1）稀土激活原理

具有光催化功能的半導體材料有WO3、TiO2、ZrO2、V2O3、ZnO、CdS、SeO2、GaP、SiC等。由于其它材料均不同程度地存在易發生光氧化、壽命短等缺陷，TiO2納米半導體光催化材料技術引起了高度重視。TiO2有3種晶體結構，即金紅石型結構、銳鈦礦型結構、板鈦礦型結構。其中，銳鈦礦型和金紅石型TiO2的禁帶寬度（Eg）分別為3.2eV和3.0eV。在高于該能量值的紫外線（hv）的照射下，TiO2價帶電子將向導帶躍遷，從而在價帶形成帶正電的空穴h+vb在導帶形成帶負電的高活性電子e-cb.

但是通常在室內無紫外光條件下，TiO2的半導體光催化抗菌作用和空氣凈化效果仍較弱，我們在查閱和總結了大量資料的基礎上，進行了大量的實驗和深入的研究，發現采用稀土激活技術可以大大降低TiO2的光催化條件。我們采用的稀土激活抗菌材料技術，在室內光線條件下，便能夠達到殺菌目的。稀土元素隨著原子序數的增加4fn層逐步被填滿。在銀系、光觸媒系抗菌劑中加入稀土元素原料，由于其外層的價電子帶存在，當含有紫外線的光照射到光觸媒系抗菌劑時，產生電子(e-)和空穴(h+)，產生的電子一部分跳躍而形成Ag-離子，而另一部分則較多地被稀土元素的外層價電子帶所俘獲，這樣便可產生更多的空穴，與此同時，稀土元素價電子帶俘獲的部分電子也極易被銀原子所奪而形成Ag-離子，由于以上2種激活，而更加有效地強化了銀系或光觸媒系抗菌劑的抗菌性能。

通過稀土激活技術，光觸媒催化劑能夠產生更多的電子空穴。光觸媒導帶中被激發的電子有很強的還原性，可與空氣和水中的氧氣作用，產生超氧自由基O2-；而價帶中的空穴則具有強氧化能力，可將吸附在TiO2表面的OH-和H2O分子氧化成羥基自由基?OH。稀土激活原理示意如圖3所示。

圖3稀土激活原理示意

（2）殺菌防霉原理

在與無機溶質反應時，?OH自由基通常起氧化劑作用，通過簡單的電子轉移可變成OH-離子；在與有機物反應時，其氧化劑作用是無選擇性的，各種有機物均可被?OH自由基分解，能破壞細菌的細胞膜和固化病毒的蛋白質，因此能起到殺菌防霉的作用。其反應過程如下：

TiO2→TiO2(e-cb+h+vb)

e-cb+h+vb→熱量

H2O＝H++OH-

h+vb+OH-(ads)→?OH(ads)

h+vb+H2O(ads)+O2-?→?OH(ads)+H++O2-

h+vb+H2O→OH-(ads)+H+

O2+e-cb→O2-

O-2+H+→HO2-

2HO2-→H2O2+O2

H2O2+O-2→?OH+OH-+O2

H2O2→?OH+?OH

有機物+?OH+O2→H2O+CO2+其他產物

將此技術應用到健康環保型建筑內墻涂料的制備中，在室內光照射下取得了很好的殺菌防霉效果，抑菌圈直徑達到16mm以上。并且由于所用的抗菌物質不會氧化、分解，反應時自身不起變化，具有極長的使用壽命。同時，二氧化鈦本身無毒無害，通過國際安全認證，可廣泛應用。

（二）健康功能作用機理

產生空氣負離子

在健康功能天然礦物質表面以其C軸軸面為兩極的靜電場存在著自極化現象，導致電極性的產生，表面電場場強可達107V/cm3。水分子的電離電壓為1.23V，數值很小。當空氣中水分子與天然健康功能礦物碰撞時，在強電場作用下電離成羥基離子（OH-）和氫離子（H+）。OH-進入空氣，不會獨立存在，由于其電性和水分子的極性存在，吸引空氣中水分子，形成水合羥基離子(OH-H2O)n(n=8~10)，即為空氣負離子。水分子電解產生的H+一種可能是在電極上形成H2，另一種可能是吸引水分子形成水合氫離子，以正離子的形式進入空氣中：

負離子涂膜在宏觀上，表面光潔致密，但在微觀上是高分子纖維網結成的多孔網膜。正是由于這種孔隙的存在，使得空氣分子可以與涂料中的填料顆粒作用。負離子內墻涂料被涂刷在墻壁上，成膜后，空氣中的水分子可以通過高分子膜的孔隙與涂料中的天然健康功能礦物顆粒作用。當微米級的負離子粉料均勻分散在有機膜中時，空氣中的水分子與墻壁涂膜層碰撞，被負離子粉體顆粒電極附近的強電場電離，形成空氣負離子。

三、結果與討論

健康環保型建筑內墻涂料除具有常規涂料所具有的耐酸堿、耐洗刷、耐候性、附著力、粘度等常規性能以外，還具有釋放負離子、抗菌等功能，而且無毒無害，使用施工簡便安全。

（一）涂料的健康性能

（1）抗菌性能

參照相關指標檢測標準，本涂料符合HJBZ4-99《環境標志—水性涂料》的技術指標，能夠有效地抑制和殺滅細菌，尤其是對金色葡萄球菌和大腸桿菌具有很好的抑菌作用，對金色葡萄球菌抑菌圈直徑可達17mm，對大腸桿菌抑菌圈直徑可達16mm。皮膚反應參照GB7919-87化妝品安全性評價程序和方法,制定本標準皮膚反應指標。

（2）釋放負離子性能

日本渡部一郎醫學教授就負離子對人體健康的作用進行了測試,其作用可歸納為以下幾項:(1)負離子直接影響細胞膜的電位,提高細胞的各種功能;促進新陳代謝,增加抵抗力。(2)凈化血液,降低血壓,改善心機功能。（3)安定自律神經、控制交感神經,改善睡眠效果。(4)增加吸氧量。（5)增加發汗量,增加腦波,減少疲勞。(6)控制炎癥、鎮痛、抗癌、削弱白血病細胞。（7)對肝硬化、糖尿病、神經麻痹、神經病也有相當療效。（8)增加食欲,提高工作效率。（9)抗菌作用。（10)清新空氣。參照建筑材料工業環境監測中心相關檢測方法，本涂料含有天然健康功能礦物，能夠大量釋放對人體健康有益的負離子。達到國家相關檢測標準要求。

（二）涂料的常規性能

參照國家建材檢測中心相關檢測標準，本涂料的常規性能符合GB/T9756-2001《合成樹脂乳液內墻涂料》要求以及符合HJBZ4—99環境標志產品技術要求，涂料光澤根據不同的使用要求,提供人們生活環境的舒適感,按平光涂料的要求確定本涂料光澤指標，同時達到相關檢測標準DB31/T15—1998《健康型建筑內墻涂料》的各項指標,具體要求測試結果見表4。

表4涂料的常規性能檢測結果

（三）涂料的安全性能

（1）涂料的VOC、游離甲醛、重金屬含量檢測

參照國家建材檢測中心相關檢測標準，本涂料的VOC、游離甲醛、重金屬含量均符合GB18582-2001《室內裝飾裝修材料內墻涂料中有害物質限量》要求。關于重金屬含量的檢測必須強調本健康型建筑內墻涂料中不得含有汞及其化合物,本涂料規定的重金屬含量為鉛、鎘、鉻三種元素含量的疊加值。在檢測過程中發現其它重金屬元素已計入規定的重金屬指標內。TVOC技術指標是參照96/13/EC結合涂料產品實際情況制訂的，本涂料無毒、無污染，施工安全，無任何過敏性反應。檢測結果見表5。

表5涂料中VOC、游離甲醛、重金屬含量檢測結果

（2）涂料的放射性檢測

參照國家建材工業建材放射性監督檢驗測試相關檢測方法，本涂料采用放射性檢測儀進行檢測，結果符合GB6566-2001A類裝修材料要求，使用不受限制。

四、結論及展望

隨著社會的進步,人民生活水平的不斷提高和健康、環保、節能意識的增強,大力發展高性能、多功能、有利健康、使生活更舒適、與環境更協調和改善生態環境的健康環保型建筑內墻涂料,是實現我國建筑涂料行業可持續發展的重要途徑。健康環保型建筑內墻涂料應具備健康功能材料所包含的功能。首先,它必須對環境友好,即無污染;其次,對環境有積極意義,即能夠凈化、美化環境;同時,對人體健康有益,即不僅能夠釋放或輻射對人體有益的物質,而且能夠吸收對人體有害的物質。

健康環保建材的研究、開發與應用,業已成為今后行業研究的焦點和重點,環保建材必將成為21世紀的主導產品。應用天然礦物的改性活化技術和納米稀土激活技術研制的健康環保型建筑內墻涂料，不僅具有較為優越的常規性能，還集無污染、抗菌、防霉、輻射遠紅外線、釋放負離子等對人體健康有益的功能于一身。健康環保型建筑內墻涂料大致經歷了3個發展階段:第1代為抗菌自清潔涂料,具有抗霉菌、防污物的功能,能夠有效地保持涂料清潔美觀的表面,減少了表面除污所需的人力物力消耗。第2代為空氣凈化功能涂料,通過在涂料中添加具有光催化功能的納米材料,使其具有分解空氣中有害氣體,凈化室內環境功能。此類涂料的應用將大大緩解環境污染問題,也為室內環境的健康化創造了良好的基礎。

本涂料和以前的環保型涂料相比,其不僅具有抗菌、自清潔和凈化空氣的特點,還新增加一些健康功能,如它只需在可見光激發下便可產生大量的負離子，使室內負離子數顯著增加?？諝庳撾x子被人們喻為空氣維生素或生長素。它可被稱為第3代功能性涂料。這類涂料真正使室內環境從最低標準的對人體健康無損傷跨越到了延年保健，促進健康，為人們居室生活創造出更為清新、舒適、健康的氛圍。

為了進一步提高涂料的健康功能,我們已經著手研究如何使之具有輻射對人體健康有益的遠紅外線功能,甚至有希望使室內成為一個具有超強理療效果的遠紅外諧振腔同時具有吸收電磁波的功能,使居室不再只是人們單一的休息居住的場所,而且是一個健康養身的樂園。

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