?　　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)進行改性活化，并結(jié)合納米TiOz稀土激活技術研制開發(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、輻射遠紅外線、產(chǎn)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(guī)性能均符合GB/T 9756-2001要求。經(jīng)檢測，健康環(huán)保型建筑內(nèi)墻涂料的抑菌圈直徑達到16 mm以上，遠紅外輻射率達到94%，能夠使室內(nèi)負離子數(shù)增加200-400個/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注的環(huán)境健康課題【1—31。為此，河北工業(yè)大學能源與環(huán)保材料研究所和天津網(wǎng)日化工科技有限公司聯(lián)合，應用天然礦物的改性活化技術和納米TiO 稀土激活技術研制開發(fā)了健康環(huán)保型建筑內(nèi)墻涂料，這是一種集無污染、抗菌、防霉、輻射遠紅外線、釋放負離子等對人體健康有益功能于一身的多功能健康環(huán)保型內(nèi)墻涂料。此技術成果已于2002年8月通過了天津科委組織的鑒定評估，評估委員會認為，該產(chǎn)品處于國際先進水平。

　　1 實驗

　　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、鎂電氣石以及復合黑電氣石等，進行抗菌保健性能檢測，根據(jù)檢測結(jié)果，選擇幾種健康功能天然礦物質(zhì)對其進行各種處理，如擔載銀銅離子、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 主要實驗原料和配比

　　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、水等進行攪拌調(diào)漆。涂料制備工藝流程見圖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，還具有輻射遠紅外線、釋放負氧離子、抗菌等功能，而且無毒無害，施工簡便安全。

　　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)測中心檢測，本涂料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17 mm，對大腸桿菌抑菌圈直徑可達16 mm。

　　2.1.2 釋放負離子性能

　　經(jīng)建筑材料工業(yè)環(huán)境監(jiān)測中心檢測，本涂料能夠大量釋放對人體健康有益的負離子。與空白倉相比，健康型內(nèi)墻涂料負離子增量達到210個/em 。檢測結(jié)果見表2。

　　表2 健康型內(nèi)墻涂料負離子釋放量

　　2.1.3 輻射遠紅外性能

　　經(jīng)中國計量科學研究院參考NIM一06—03—2000《法向全輻射發(fā)射率檢定標準/系統(tǒng)操作規(guī)范》進行檢測，表明本涂料能夠輻射遠紅外，測得值為法向全輻射發(fā)射率(用與標準黑體法向全輻射亮度比較方法測量，比較用紅外輻射計響應波長范圍為：2-18 m)，量值可追溯到常溫黑體輻射標準。

　　2.2 涂料的常規(guī)性能

　　經(jīng)國家建材檢測中心檢測，本涂料的常規(guī)性能符合GB/T9756—2001(合成樹脂乳液內(nèi)墻涂料》要求。測試結(jié)果見表4。

　　2.3 涂料的安全性檢測

　　2.3.1 涂料的VOC、游離甲醛、重金屬含量檢測經(jīng)國家建材檢測中心檢測，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。本涂料無毒、無污染，施工安全，無任何過敏性反應。檢測結(jié)果見表5。

　　表5 涂料中Voc、游離甲醛、重金屬含量檢測結(jié)果

　　2.3.2 涂料的放射性檢測

　　經(jīng)國家建材工業(yè)建材放射性監(jiān)督檢驗測試中心檢測，本涂料符合GB 6566—2001 A類裝修材料要求，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放射性比活度同時滿足 ≤1.O和，r≤1-3要求的為A類裝修材料，A類裝修材料其產(chǎn)銷與適用范圍不受限制。

　　3 健康環(huán)保型建筑涂料的作用機理

　　3.1 抗菌和納米TiO 稀土激活機理

　　具有光催化功能的半導體材料有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：納米半導體光催化材料技術引起了高度重視。TiO：有3種晶體結(jié)構，即金紅石型結(jié)構、銳鈦礦型結(jié)構、板鈦礦型結(jié)構。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：價帶電子將向?qū)кS遷，從而在價帶形成帶正電的空穴h+h在導帶形成帶負電的高活性電子e_h。

　　但是通常在室內(nèi)無紫外光條件下，TiO：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(jié)了大量

　　資料的基礎上，進行了大量的實驗和深入的研究，發(fā)現(xiàn)采用稀土激活技術可以大大降低TiO：的光催化條件。我們采用的稀土激活抗菌材料技術，在室內(nèi)光線條件下，便能夠達到殺菌目的。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(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電子帶所俘獲，這樣便可產(chǎn)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一離子，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(chǎn)生更多的電子空穴。光觸媒導帶中被激發(fā)的電子有很強的還原性，可與空氣和水中的氧氣作用，產(chǎn)生超氧自由基O2’;而價帶中的空穴則具有強氧化能力，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。

　　在與無機溶質(zhì)反應時，·OH自由基通常起氧化劑作用，通過簡單的電子轉(zhuǎn)移可變成OH一離子;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。因此能起到殺菌防霉的作用。

　　將此技術應用到健康環(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，抑菌圈直徑達到

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

　　3.2 健康功能作用機理

　　3.2.1 產(chǎn)生空氣負離子

　　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存在著自極化現(xiàn)象，導致電極性的產(chǎn)生，表面電場場強可達10 V/cm 。水分子的電離電壓為1.23 V，數(shù)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一)和氫離子(H )。OH-j~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一(H20) (n=8-10)，即為空氣負離子。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，以正離子的形式進入空氣中：

　　健康功能礦物

　　H20。______________-————-—— - OH一+H+

　　OH一+nH20 OH(H=O)。(.=8-10)

　　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(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。

　　3.2.2 輻射遠紅外線

　　為了在室內(nèi)得到良好的遠紅外輻射保健效果，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8-13.5 m的紅外輻射有很高的透過能力。在紅外氣象學中，稱這個透過率很高的波段為“紅外窗口”。通過這個“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。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。當調(diào)整涂料組成時，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波長的紅外線能力在90%以上。

　　4 結(jié)論

　　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(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。經(jīng)國家建筑材料工業(yè)環(huán)保檢測中心檢測，該涂料抑菌圈直徑達到16 nlm以上;經(jīng)中國計量科學研究院檢測，遠紅外輻射率達到94%。此外，本涂料只需在可見光激發(fā)下便可產(chǎn)生大量的負離子，使室內(nèi)負離子數(shù)增加200-400個/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。