空氣凈化功能硅藻土內墻涂料發展現狀

孫猛+孫天宇+王春陽+王永亮+孫赫聰+王立艷

摘 要：簡要介紹了目前室內空氣污染現狀，概述了光催化降解型、物理吸附型、吸附催化復合型三種空氣凈化功能內墻涂料的特性，重點闡述了硅藻土內墻涂料的發展現狀及存在的問題。

關鍵詞：空氣凈化；光催化；硅藻土；涂料

1 室內空氣污染現狀

近年來，我國城市空氣污染日趨嚴重，PM2.5對人體造成極大的危害，這必然影響到室內空氣質量。另外，我國新裝修的房子，空氣質量合格率不足20%，其主要原因家具、建筑裝飾材料、墻體材料等有害污染物嚴重超標，各種家具、地板等均含有大量膠粘劑，膠粘劑中含有甲醛、有機溶劑、苯乙烯單體等揮發性物質，造成室內空氣污染。室內與室外的雙重嚴重污染給人類帶來極大的恐慌，健康受到嚴重威脅。人的一生多數時間是在室內度過的，室內空氣質量的好壞直接關系到人類的生理健康。

2 空氣凈化功能內墻涂料概述

2.1 光催化降解型涂料

光催化型涂料[1]，是指在涂料中加入光觸媒材料，光觸媒材料與有機污染物發生反應，而使其降解。光觸媒材料的降解機理[1-3]是利用紫外光或可見光產生催化反應，生成一種具有極強氧化能力的活性氧和氫氧基，將甲醛等有機物分解成水和二氧化碳。20世紀60年代末，日本科學家發現了光觸媒材料，最先發現的光觸媒材料為納米二氧化鈦，近年來，又出現了納米氧化鋅、納米二氧化鋯、納米硫化鎘、納米氧化錫等光觸媒材料[3-4]。然而，應用于涂料中的光觸媒材料主要以納米二氧化鈦為主[5-8]。

納米二氧化鈦光觸媒材料在涂料應用中還存在以下問題：多數納米二氧化鈦只有在紫外光下發生光催化反應，而可見光下光催化效果很低，不利于在內墻涂料中應用。因此，用于內墻涂料中的納米二氧化鈦光觸媒材料必須是經過改性的，是具有可見光光催化活性的光觸媒材料[8-10]。另外，由于納米粒子易團聚，加入涂料的過程中，納米粒子發生團聚，影響了光催化活性。因此，納米粒子在加入涂料過程中的分散問題是關鍵，一般采取超聲分散、或者將其負載在載體上的方法，使納米粒子均勻分散于涂料中，增大光催化的比表面積，增加光催化活性[11，12]。

光觸媒材料應用于涂料中，在可見光的作用下發生光催化反應，降解空氣中的甲醛等有機物，生成H2O和CO2，不生成任何有害物質。

2.2 物理吸附型涂料

物理吸附型涂料主要是在涂料中添加具有多孔性、具有較強吸附能力的吸附材料，例如，硅藻土、貝殼粉、沸石、活性炭等[13-14]，這些材料內部存在大量的微孔結構，活性炭由于顏色問題，基本不用于內墻涂料中，而硅藻土最適合應用于涂料中作為吸附材料，要達到較好的吸附效果，必須保證足夠的摻入量。然而，物理吸附涂料存在吸附能力有限的問題，且不能達到持續吸附的效果，當吸附飽和后還會釋放出來，因此，單純的物理吸附型涂料的空氣凈化效果很不明顯。

2.3 吸附催化復合型涂料

吸附催化復合型涂料[12，15-17]是指具備物理吸附和光催化兩種凈化機理，將光催化納米材料負載到多孔性的載體上，不僅能持續降解空氣中的甲醛氣體，還可以解決納米材料的團聚問題，增加光催化接觸面積，提高光催化反應能力。由于多孔性材料為載體，涂料對空氣中甲醛的吸附能力強，同時也提高了對甲醛的降解效率[17]。吸附催化復合型涂料用于內墻，可以同時達到吸附和降解室內甲醛氣體的雙重效果。吸附催化復合型涂料由于其功能性和環保性，將成為未來內墻涂料市場的發展趨勢。

3 空氣凈化功能硅藻土內墻涂料的發展現狀

近年來，日趨嚴重的環境污染問題和人類不斷增強的環保意識使空氣凈化功能涂料的研究開發備受關注。目前，科研院校和企業紛紛開展了多功能環保內墻涂料的研究，其中，硅藻土涂料和貝殼粉涂料是備受關注的兩種多功能性涂料。硅藻土涂料發展速度最快，其中的硅藻泥產品已經占有一定量的市場份額，被人們普遍接受。

3.1 硅藻土涂料特性

硅藻土是海洋生物硅藻遺骸經過上萬年的沉積而成，主要成為無定型二氧化硅，藻體表面分布著無數納米級微孔，具有質輕、多孔、高強、耐磨、絕熱、吸音、無毒無味、化學穩定性好等優異特性[18]。因此，將硅藻土用于室內內墻裝修中，必然發揮其多功能性。利用硅藻土的多孔特性，能夠吸附甲醛、有機溶劑、煙氣、寵物氣味等有害物質，達到凈化空氣的效果[19]。當室內濕度增加時，硅藻土能夠吸收空氣中的水蒸氣，而當空氣干燥時，還能將水分子釋放出來，起到調節濕度的作用[20]。調濕內墻涂料尤其適用于南方沿海地區，解決氣候潮濕給人類健康帶來的不利影響。硅藻土的多孔特性使所制備內墻涂料具有較低的導熱系數，保溫隔熱效果優良，尤其適用于北方寒冷地區，達到節能功效[21]。另外，硅藻土的多孔性還賦予內墻涂料較好的吸音效果[22]。因此，普遍認為，硅藻土內墻涂料具有凈化空氣、濕度調節、吸音隔熱的特性。

3.2 硅藻土涂料發展現狀

近年來，硅藻泥壁材因其具有優異的空氣凈化性能、無毒環保且具有藝術美感，在中國市場越來越受到追捧，與乳膠漆、壁紙有三分天下之勢[23]。全國出現了上百家硅藻泥涂料企業，許多科研院校也在積極開展硅藻泥內墻涂料的研究[24-28]。普遍認為，硅藻泥內墻涂料具有凈化空氣、濕度調節、吸音隔熱的特性。

硅藻泥內墻涂料是以硅藻土為主要功能填料或同時利用納米材料改性的環保內墻涂料，它主要是以粉料形式銷售的，俗稱為硅藻泥[23]。日本最先將硅藻土應用于室內裝修材料中，主要有壁材（板材）、鋪地材料，衛生潔具、吊頂材料等。在2003年10月閉幕的中國第二屆綠色建材博覽會上，由藪原株式會社、大販瓦斯化學株式會社和大津建材三方合作引入中國的硅藻土壁材在北京上市。近年來，大量硅藻土涂料的專利和文獻相繼報道[24-28]，施恩斌等人[25]報道了以硅藻土為載體，負載改性納米二氧化鈦光催化材料及改性劑，與其它材料配合制備了硅藻泥，甲醛凈化效率達96%以上。謝軍等[26]公開了一種由硅藻土、硅藻土負載納米TiO2材料、改性納米二氧化鈦、鈦負離子粉、氣相二氧化硅和羥丙基甲基纖維素等材料制備而成的高效潔凈涂料。張立功等[27]公開了一種由硅藻泥粉體料和納米二氧化鈦分散液構成的納米復合硅藻泥材料，其中的硅藻泥粉體料是由煅燒硅藻土、石英砂、灰鈣粉、膨潤土、硅灰石、海藻膠、纖維素醚和負離子粉組成。汪培杰等[28]本發明公開了一種由硅藻土、納米二氧化鈦、納米氧化鋅、負離子粉、膨潤土、精細硅土、高嶺土、納米陶晶、膨潤土等成分構成的具有抗菌、防止輻射、降解甲醛、調節濕度的多功能硅藻壁材涂料。

盡管硅藻土內墻涂料備受人類關注，但多數消費者憑著對新產品嘗試的態度，沒有真正了解這種涂料的功能。目前硅藻泥涂料產品存在以下幾個問題：（1）硅藻土內墻涂料吸附作用的長效性令人質疑，多孔結構使其具有吸附特性是必然，然而孔隙吸附是否會達到飽和，吸附進去的有毒有害氣體是否會釋放出來，硅藻土是否具有進一步的分解功能。（2）硅藻土涂料中引入能分解有毒有害氣體的納米材料，最常用的納米材料為納米氧化鈦，是一種光催化降解納米材料，納米材料在可見光下是否會降解有機物。三、市售的硅藻土內墻涂料多數為粉料，使用時加水攪拌，刮涂于墻面，人工費用較高，便捷施工與應用成為市場的新需求。這些問題的存在使硅藻泥涂料的推廣應用受到限制。

4 結束語

內墻建筑涂料正向著功能化、環境友好的綠色建筑涂料方向發展。功能化就是指除裝飾功能外，還具有凈化空氣、抗菌除臭、調節濕度、隔音、屏蔽有害電磁波等健康功能。目前，硅藻泥涂料已經在市場上占有一定規模，然而仍存在需要改進的問題，如吸附作用的持久性，可見光催化降解問題，施工便捷問題等。要想使硅藻土涂料在市場上立于不敗之地，要使其得到普遍推廣應用，走近千家萬戶，必須解決當前面臨的問題，制備真正意義上的空氣凈化功能內墻涂料，這是未來多功能環保內墻涂料發展的必然趨勢。

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作者簡介：孫猛（1995-），男，吉林省松原市，學生，學歷：本科。

*通訊作者：王立艷，女，吉林省德惠市人，教授，博士。