金可贝健康环保型建筑内墙涂料的研制

 　　选择不同产地、不同粒度、不同热处理温度的健康功能天然矿物质进行改性活化，并结合纳米TiOz稀土激活技术研制开发了健康环保型建筑内墙涂料。该涂料集低污染、抗菌防霉、辐射远红外线、产生空气负离子等多种对人体健康有益的功能于一身，同时其各项常规性能均符合GB/T 9756-2001要求。经检测，健康环保型建筑内墙涂料的抑菌圈直径达到16 mm以上，远红外辐射率达到94%，能够使室内负离子数增加200-400个/cm3 。

　　0 前言

　　目前，解决室内有害气体污染，创建健康有益的室内生活环境已成为倍受人们关注的环境健康课题【1—31。为此，河北工业大学能源与环保材料研究所和天津网日化工科技有限公司联合，应用天然矿物的改性活化技术和纳米TiO 稀土激活技术研制开发了健康环保型建筑内墙涂料，这是一种集无污染、抗菌、防霉、辐射远红外线、释放负离子等对人体健康有益功能于一身的多功能健康环保型内墙涂料。此技术成果已于2002年8月通过了天津科委组织的鉴定评估，评估委员会认为，该产品处于国际先进水平。

　　1 实验

　　1.1 矿物基健康功能材料的制备

　　我们选择不同产地、不同粒度、不同热处理温度的健康功能天然矿物质，如天然铁电气石、镁电气石以及复合黑电气石等，进行抗菌保健性能检测，根据检测结果，选择几种健康功能天然矿物质对其进行各种处理，如担载银铜离子、稀土激活处理、辐射等，比较各种材料的抗菌保健性能和改性方法的优劣，选择抗菌保健效果最好的改性健康功能天然矿物基材料。。

　　1.2 健康环保型建筑内墙涂料的制备

　　1.2.1 主要实验原料和配比

　　表1 健康环保型建筑内墙涂料的主要原料及配比

　　1.2.2 涂料制备工艺流程

　　在涂料制备过程中，先将粉料、分散剂、水、增稠剂、助剂、健康功能天然矿物添加剂等投入到分散釜中，高速搅拌进行分散，制得白浆，然后打入调漆釜中，接着向调漆釜中投入乳液、分散剂、助剂、水等进行搅拌调漆。涂料制备工艺流程见图2。

　　2 结果与讨论

　　健康环保型建筑内墙涂料除具有常规涂料所具有的耐酸碱、耐洗刷、耐候性、附着力、粘度等常规性能以外，还具有辐射远红外线、释放负氧离子、抗菌等功能，而且无毒无害，施工简便安全。

　　2.1 涂料的健康性能

　　2.1.1 抗菌性能

　　经建筑材料工业环境监测中心检测，本涂料能够有效地抑制和杀灭细菌，尤其是对金色葡萄球菌和大肠杆菌具有很好的抑菌作用，对金色葡萄球菌抑菌圈直径可达17 mm，对大肠杆菌抑菌圈直径可达16 mm。

　　2.1.2 释放负离子性能

　　经建筑材料工业环境监测中心检测，本涂料能够大量释放对人体健康有益的负离子。与空白仓相比，健康型内墙涂料负离子增量达到210个/em 。检测结果见表2。

　　表2 健康型内墙涂料负离子释放量

　　2.1.3 辐射远红外性能

　　经中国计量科学研究院参考NIM一06—03—2000《法向全辐射发射率检定标准/系统操作规范》进行检测，表明本涂料能够辐射远红外，测得值为法向全辐射发射率(用与标准黑体法向全辐射亮度比较方法测量，比较用红外辐射计响应波长范围为：2-18 m)，量值可追溯到常温黑体辐射标准。

　　2.2 涂料的常规性能

　　经国家建材检测中心检测，本涂料的常规性能符合GB/T9756—2001(合成树脂乳液内墙涂料》要求。测试结果见表4。

　　2.3 涂料的安全性检测

　　2.3.1 涂料的VOC、游离甲醛、重金属含量检测经国家建材检测中心检测，本涂料的VOC、游离甲醛、重金属含量均符合GB 18582—2001(室内装饰装修材料内墙涂料中有害物质限量》要求。本涂料无毒、无污染，施工安全，无任何过敏性反应。检测结果见表5。

　　表5 涂料中Voc、游离甲醛、重金属含量检测结果

　　2.3.2 涂料的放射性检测

　　经国家建材工业建材放射性监督检验测试中心检测，本涂料符合GB 6566—2001 A类装修材料要求，使用不受限制。GB 6566—2001中规定装修材料天然放射性核素镭一226、钍一232、钾—40放射性比活度同时满足 ≤1.O和，r≤1-3要求的为A类装修材料，A类装修材料其产销与适用范围不受限制。

　　3 健康环保型建筑涂料的作用机理

　　3.1 抗菌和纳米TiO 稀土激活机理

　　具有光催化功能的半导体材料有WO3、TiO2、ZrO2、V2O，、ZnO、CdS、SeO2、GaP、SiC等。由于其它材料均不同程度地存在易发生光氧化、寿命短等缺陷，TiO：纳米半导体光催化材料技术引起了高度重视。TiO：有3种晶体结构，即金红石型结构、锐钛矿型结构、板钛矿型结构。其中，锐钛矿型和金红石型1'iO2的禁带宽度(Eg)分别为3-2 eV和3.O eV。在高于该能量值的紫外线( )的照射下，TiO：价带电子将向导带跃迁，从而在价带形成带正电的空穴h+h在导带形成带负电的高活性电子e_h。

　　但是通常在室内无紫外光条件下，TiO：的半导体光催化抗菌作用和空气净化效果仍较弱，我们在查阅和总结了大量

　　资料的基础上，进行了大量的实验和深入的研究，发现采用稀土激活技术可以大大降低TiO：的光催化条件。我们采用的稀土激活抗菌材料技术，在室内光线条件下，便能够达到杀菌目的。稀土元素随着原子序数的增加，4f“层逐步被填满。在银系、光触媒系抗菌剂中加入稀土元素原料，由于其外层的价电子带存在，当含有紫外线的光照射到光触媒系抗菌剂时，产生电子(e_】和空穴(h )，产生的电子一部分跳跃而形成Ag-离子，而另一部分则较多地被稀土元素的外层价电子带所俘获，这样便可产生更多的空穴，与此同时，稀土元素价电子带俘获的部分电子也极易被银原子所夺而形成Ag一离子，由于以上2种激活，而更加有效地强化了银系或光触媒系抗菌剂的抗菌性能。

　　通过稀土激活技术，光触媒催化剂能够产生更多的电子空穴。光触媒导带中被激发的电子有很强的还原性，可与空气和水中的氧气作用，产生超氧自由基O2’;而价带中的空穴则具有强氧化能力，可将吸附在Ti0：表面的OH一和H：O分子氧化成羟基自由基·0H。

　　在与无机溶质反应时，·OH自由基通常起氧化剂作用，通过简单的电子转移可变成OH一离子;在与有机物反应时，其氧化剂作用是无选择性的，各种有机物均可被·OH自由基分解。因此能起到杀菌防霉的作用。

　　将此技术应用到健康环保型建筑内墙涂料的制备中，在室内光照射下取得了很好的杀菌防霉效果，抑菌圈直径达到

　　16 mm以上。并且由于所用的抗菌物质不会氧化、分解，具有极长的使用寿命。

　　3.2 健康功能作用机理

　　3.2.1 产生空气负离子

　　在健康功能天然矿物质表面以其C轴轴面为两极的静电场存在着自极化现象，导致电极性的产生，表面电场场强可达10 V/cm 。水分子的电离电压为1.23 V，数值很小。当空气中水分子与天然健康功能矿物碰撞时，在强电场作用下电离成羟基离子(OH一)和氢离子(H )。OH-j~入空气，不会独立存在，由于其电性和水分子的极性存在，吸引空气中水分子，形成水合羟基离子OH一(H20) (n=8-10)，即为空气负离子。水分子电解产生的H 一种可能是在电极上形成H ，另一种可能是吸引水分子形成水合氢离子，以正离子的形式进入空气中：

　　健康功能矿物

　　H20。______________-————-—— - OH一+H+

　　OH一+nH20 OH(H=O)。(.=8-10)

　　负离子涂膜在宏观上，表面光洁致密，但在微观上是高分子纤维网结成的多孔网膜。正是由于这种孔隙的存在，使得空气分子可以与涂料中的填料颗粒作用。负离子内墙涂料被涂刷在墙壁上，成膜后，空气中的水分子可以通过高分子膜的孔隙与涂料中的天然健康功能矿物颗粒作用。当微米级的负离子粉料均匀分散在有机膜中时，空气中的水分子与墙壁涂膜层碰撞，被负离子粉体颗粒电极附近的强电场电离，形成空气负离子。

　　3.2.2 辐射远红外线

　　为了在室内得到良好的远红外辐射保健效果，首先必须使建筑内墙涂料的红外辐射能顺利地发射到室内空气中。空气的红外辐射主要来源于空气中的水蒸气、二氧化碳和臭氧及悬浮微粒，其中起主要作用的是水蒸气和二氧化碳。在波长为8-13.5 m的区域内，水蒸气和二氧化碳的吸收能力也较弱，这样就使空气对8-13.5 m的红外辐射有很高的透过能力。在红外气象学中，称这个透过率很高的波段为“红外窗口”。通过这个“窗口”，地面上的辐射体可以直接辐射到外层空间。其次，辐射体的辐射效果直接与它的辐射性能有关。根据红外涂料光吸收辐射原理，吸收系数A由涂料成分决定。A值增加，则涂层的光谱发射率也增大。当调整涂料组成时，若它的吸收系数变大，将使涂料发射率提高。所以要使涂料在8—18 m波段内有高的发射率，必须加入此波段范围具有高吸收值的物质，增强辐射体表面在此波段范围的辐射能力。另外，降低散射系数(将涂料中的发射基料研磨成微小颗粒)，也有利于提高涂料的发射率。健康功能天然矿物经改性后得到的多功能健康陶瓷粉末材料，辐射2-18 m波长的红外线能力在90%以上。

　　4 结论

　　应用天然矿物的改性活化技术和纳米稀土激活技术研制的健康环保型建筑内墙涂料，不仅具有较为优越的常规性能，还集无污染、抗菌、防霉、辐射远红外线、释放负离子等对人体健康有益的功能于一身。经国家建筑材料工业环保检测中心检测，该涂料抑菌圈直径达到16 nlm以上;经中国计量科学研究院检测，远红外辐射率达到94%。此外，本涂料只需在可见光激发下便可产生大量的负离子，使室内负离子数增加200-400个/cm 。健康环保型建筑内墙涂料为人们居室生活创造出更为清新、舒适、健康的氛围。