?　　選擇不同產(chǎn)地、不同粒度、不同熱處理溫度的健康功能天然礦物質(zhì)進(jìn)行改性活化，并結(jié)合納米TiOz稀土激活技術(shù)研制開(kāi)發(fā)了健康環(huán)保型建筑內(nèi)墻涂料。該涂料集低污染、抗菌防霉、輻射遠(yuǎn)紅外線、產(chǎn)生空氣負(fù)離子等多種對(duì)人體健康有益的功能于一身，同時(shí)其各項(xiàng)常規(guī)性能均符合GB/T 9756-2001要求。經(jīng)檢測(cè)，健康環(huán)保型建筑內(nèi)墻涂料的抑菌圈直徑達(dá)到16 mm以上，遠(yuǎn)紅外輻射率達(dá)到94%，能夠使室內(nèi)負(fù)離子數(shù)增加200-400個(gè)/cm3 。

　　0 前言

　　目前，解決室內(nèi)有害氣體污染，創(chuàng)建健康有益的室內(nèi)生活環(huán)境已成為倍受人們關(guān)注的環(huán)境健康課題【1—31。為此，河北工業(yè)大學(xué)能源與環(huán)保材料研究所和天津網(wǎng)日化工科技有限公司聯(lián)合，應(yīng)用天然礦物的改性活化技術(shù)和納米TiO 稀土激活技術(shù)研制開(kāi)發(fā)了健康環(huán)保型建筑內(nèi)墻涂料，這是一種集無(wú)污染、抗菌、防霉、輻射遠(yuǎn)紅外線、釋放負(fù)離子等對(duì)人體健康有益功能于一身的多功能健康環(huán)保型內(nèi)墻涂料。此技術(shù)成果已于2002年8月通過(guò)了天津科委組織的鑒定評(píng)估，評(píng)估委員會(huì)認(rèn)為，該產(chǎn)品處于國(guó)際先進(jìn)水平。

　　1 實(shí)驗(yàn)

　　1.1 礦物基健康功能材料的制備

　　我們選擇不同產(chǎn)地、不同粒度、不同熱處理溫度的健康功能天然礦物質(zhì)，如天然鐵電氣石、鎂電氣石以及復(fù)合黑電氣石等，進(jìn)行抗菌保健性能檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，選擇幾種健康功能天然礦物質(zhì)對(duì)其進(jìn)行各種處理，如擔(dān)載銀銅離子、稀土激活處理、輻射等，比較各種材料的抗菌保健性能和改性方法的優(yōu)劣，選擇抗菌保健效果最好的改性健康功能天然礦物基材料。。

　　1.2 健康環(huán)保型建筑內(nèi)墻涂料的制備

　　1.2.1 主要實(shí)驗(yàn)原料和配比

　　表1 健康環(huán)保型建筑內(nèi)墻涂料的主要原料及配比

　　1.2.2 涂料制備工藝流程

　　在涂料制備過(guò)程中，先將粉料、分散劑、水、增稠劑、助劑、健康功能天然礦物添加劑等投入到分散釜中，高速攪拌進(jìn)行分散，制得白漿，然后打入調(diào)漆釜中，接著向調(diào)漆釜中投入乳液、分散劑、助劑、水等進(jìn)行攪拌調(diào)漆。涂料制備工藝流程見(jiàn)圖2。

　　2 結(jié)果與討論

　　健康環(huán)保型建筑內(nèi)墻涂料除具有常規(guī)涂料所具有的耐酸堿、耐洗刷、耐候性、附著力、粘度等常規(guī)性能以外，還具有輻射遠(yuǎn)紅外線、釋放負(fù)氧離子、抗菌等功能，而且無(wú)毒無(wú)害，施工簡(jiǎn)便安全。

　　2.1 涂料的健康性能

　　2.1.1 抗菌性能

　　經(jīng)建筑材料工業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心檢測(cè)，本涂料能夠有效地抑制和殺滅細(xì)菌，尤其是對(duì)金色葡萄球菌和大腸桿菌具有很好的抑菌作用，對(duì)金色葡萄球菌抑菌圈直徑可達(dá)17 mm，對(duì)大腸桿菌抑菌圈直徑可達(dá)16 mm。

　　2.1.2 釋放負(fù)離子性能

　　經(jīng)建筑材料工業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心檢測(cè)，本涂料能夠大量釋放對(duì)人體健康有益的負(fù)離子。與空白倉(cāng)相比，健康型內(nèi)墻涂料負(fù)離子增量達(dá)到210個(gè)/em 。檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。

　　表2 健康型內(nèi)墻涂料負(fù)離子釋放量

　　2.1.3 輻射遠(yuǎn)紅外性能

　　經(jīng)中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院參考NIM一06—03—2000《法向全輻射發(fā)射率檢定標(biāo)準(zhǔn)/系統(tǒng)操作規(guī)范》進(jìn)行檢測(cè)，表明本涂料能夠輻射遠(yuǎn)紅外，測(cè)得值為法向全輻射發(fā)射率(用與標(biāo)準(zhǔn)黑體法向全輻射亮度比較方法測(cè)量，比較用紅外輻射計(jì)響應(yīng)波長(zhǎng)范圍為：2-18 m)，量值可追溯到常溫黑體輻射標(biāo)準(zhǔn)。

　　2.2 涂料的常規(guī)性能

　　經(jīng)國(guó)家建材檢測(cè)中心檢測(cè)，本涂料的常規(guī)性能符合GB/T9756—2001(合成樹(shù)脂乳液內(nèi)墻涂料》要求。測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表4。

　　2.3 涂料的安全性檢測(cè)

　　2.3.1 涂料的VOC、游離甲醛、重金屬含量檢測(cè)經(jīng)國(guó)家建材檢測(cè)中心檢測(cè)，本涂料的VOC、游離甲醛、重金屬含量均符合GB 18582—2001(室內(nèi)裝飾裝修材料內(nèi)墻涂料中有害物質(zhì)限量》要求。本涂料無(wú)毒、無(wú)污染，施工安全，無(wú)任何過(guò)敏性反應(yīng)。檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表5。

　　表5 涂料中Voc、游離甲醛、重金屬含量檢測(cè)結(jié)果

　　2.3.2 涂料的放射性檢測(cè)

　　經(jīng)國(guó)家建材工業(yè)建材放射性監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心檢測(cè)，本涂料符合GB 6566—2001 A類(lèi)裝修材料要求，使用不受限制。GB 6566—2001中規(guī)定裝修材料天然放射性核素鐳一226、釷一232、鉀—40放射性比活度同時(shí)滿足 ≤1.O和，r≤1-3要求的為A類(lèi)裝修材料，A類(lèi)裝修材料其產(chǎn)銷(xiāo)與適用范圍不受限制。

　　3 健康環(huán)保型建筑涂料的作用機(jī)理

　　3.1 抗菌和納米TiO 稀土激活機(jī)理

　　具有光催化功能的半導(dǎo)體材料有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發(fā)生光氧化、壽命短等缺陷，TiO：納米半導(dǎo)體光催化材料技術(shù)引起了高度重視。TiO：有3種晶體結(jié)構(gòu)，即金紅石型結(jié)構(gòu)、銳鈦礦型結(jié)構(gòu)、板鈦礦型結(jié)構(gòu)。其中，銳鈦礦型和金紅石型1'iO2的禁帶寬度(Eg)分別為3-2 eV和3.O eV。在高于該能量值的紫外線( )的照射下，TiO：價(jià)帶電子將向?qū)кS遷，從而在價(jià)帶形成帶正電的空穴h+h在導(dǎo)帶形成帶負(fù)電的高活性電子e_h。

　　但是通常在室內(nèi)無(wú)紫外光條件下，TiO：的半導(dǎo)體光催化抗菌作用和空氣凈化效果仍較弱，我們?cè)诓殚喓涂偨Y(jié)了大量

　　資料的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)和深入的研究，發(fā)現(xiàn)采用稀土激活技術(shù)可以大大降低TiO：的光催化條件。我們采用的稀土激活抗菌材料技術(shù)，在室內(nèi)光線條件下，便能夠達(dá)到殺菌目的。稀土元素隨著原子序數(shù)的增加，4f“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(jià)電子帶存在，當(dāng)含有紫外線的光照射到光觸媒系抗菌劑時(shí)，產(chǎn)生電子(e_】和空穴(h )，產(chǎn)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(jià)電子帶所俘獲，這樣便可產(chǎn)生更多的空穴，與此同時(shí)，稀土元素價(jià)電子帶俘獲的部分電子也極易被銀原子所奪而形成Ag一離子，由于以上2種激活，而更加有效地強(qiáng)化了銀系或光觸媒系抗菌劑的抗菌性能。

　　通過(guò)稀土激活技術(shù)，光觸媒催化劑能夠產(chǎn)生更多的電子空穴。光觸媒導(dǎo)帶中被激發(fā)的電子有很強(qiáng)的還原性，可與空氣和水中的氧氣作用，產(chǎn)生超氧自由基O2’;而價(jià)帶中的空穴則具有強(qiáng)氧化能力，可將吸附在Ti0：表面的OH一和H：O分子氧化成羥基自由基·0H。

　　在與無(wú)機(jī)溶質(zhì)反應(yīng)時(shí)，·OH自由基通常起氧化劑作用，通過(guò)簡(jiǎn)單的電子轉(zhuǎn)移可變成OH一離子;在與有機(jī)物反應(yīng)時(shí)，其氧化劑作用是無(wú)選擇性的，各種有機(jī)物均可被·OH自由基分解。因此能起到殺菌防霉的作用。

　　將此技術(shù)應(yīng)用到健康環(huán)保型建筑內(nèi)墻涂料的制備中，在室內(nèi)光照射下取得了很好的殺菌防霉效果，抑菌圈直徑達(dá)到

　　16 mm以上。并且由于所用的抗菌物質(zhì)不會(huì)氧化、分解，具有極長(zhǎng)的使用壽命。

　　3.2 健康功能作用機(jī)理

　　3.2.1 產(chǎn)生空氣負(fù)離子

　　在健康功能天然礦物質(zhì)表面以其C軸軸面為兩極的靜電場(chǎng)存在著自極化現(xiàn)象，導(dǎo)致電極性的產(chǎn)生，表面電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)可達(dá)10 V/cm 。水分子的電離電壓為1.23 V，數(shù)值很小。當(dāng)空氣中水分子與天然健康功能礦物碰撞時(shí)，在強(qiáng)電場(chǎng)作用下電離成羥基離子(OH一)和氫離子(H )。OH-j~入空氣，不會(huì)獨(dú)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一(H20) (n=8-10)，即為空氣負(fù)離子。水分子電解產(chǎn)生的H 一種可能是在電極上形成H ，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(jìn)入空氣中：

　　健康功能礦物

　　H20。______________-————-—— - OH一+H+

　　OH一+nH20 OH(H=O)。(.=8-10)

　　負(fù)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(wǎng)結(jié)成的多孔網(wǎng)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(fù)離子內(nèi)墻涂料被涂刷在墻壁上，成膜后，空氣中的水分子可以通過(guò)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(dāng)微米級(jí)的負(fù)離子粉料均勻分散在有機(jī)膜中時(shí)，空氣中的水分子與墻壁涂膜層碰撞，被負(fù)離子粉體顆粒電極附近的強(qiáng)電場(chǎng)電離，形成空氣負(fù)離子。

　　3.2.2 輻射遠(yuǎn)紅外線

　　為了在室內(nèi)得到良好的遠(yuǎn)紅外輻射保健效果，首先必須使建筑內(nèi)墻涂料的紅外輻射能順利地發(fā)射到室內(nèi)空氣中?？諝獾募t外輻射主要來(lái)源于空氣中的水蒸氣、二氧化碳和臭氧及懸浮微粒，其中起主要作用的是水蒸氣和二氧化碳。在波長(zhǎng)為8-13.5 m的區(qū)域內(nèi)，水蒸氣和二氧化碳的吸收能力也較弱，這樣就使空氣對(duì)8-13.5 m的紅外輻射有很高的透過(guò)能力。在紅外氣象學(xué)中，稱這個(gè)透過(guò)率很高的波段為“紅外窗口”。通過(guò)這個(gè)“窗口”，地面上的輻射體可以直接輻射到外層空間。其次，輻射體的輻射效果直接與它的輻射性能有關(guān)。根據(jù)紅外涂料光吸收輻射原理，吸收系數(shù)A由涂料成分決定。A值增加，則涂層的光譜發(fā)射率也增大。當(dāng)調(diào)整涂料組成時(shí)，若它的吸收系數(shù)變大，將使涂料發(fā)射率提高。所以要使涂料在8—18 m波段內(nèi)有高的發(fā)射率，必須加入此波段范圍具有高吸收值的物質(zhì)，增強(qiáng)輻射體表面在此波段范圍的輻射能力。另外，降低散射系數(shù)(將涂料中的發(fā)射基料研磨成微小顆粒)，也有利于提高涂料的發(fā)射率。健康功能天然礦物經(jīng)改性后得到的多功能健康陶瓷粉末材料，輻射2-18 m波長(zhǎng)的紅外線能力在90%以上。

　　4 結(jié)論

　　應(yīng)用天然礦物的改性活化技術(shù)和納米稀土激活技術(shù)研制的健康環(huán)保型建筑內(nèi)墻涂料，不僅具有較為優(yōu)越的常規(guī)性能，還集無(wú)污染、抗菌、防霉、輻射遠(yuǎn)紅外線、釋放負(fù)離子等對(duì)人體健康有益的功能于一身。經(jīng)國(guó)家建筑材料工業(yè)環(huán)保檢測(cè)中心檢測(cè)，該涂料抑菌圈直徑達(dá)到16 nlm以上;經(jīng)中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院檢測(cè)，遠(yuǎn)紅外輻射率達(dá)到94%。此外，本涂料只需在可見(jiàn)光激發(fā)下便可產(chǎn)生大量的負(fù)離子，使室內(nèi)負(fù)離子數(shù)增加200-400個(gè)/cm 。健康環(huán)保型建筑內(nèi)墻涂料為人們居室生活創(chuàng)造出更為清新、舒適、健康的氛圍。