無機干粉負氧離子涂料的性能研究

劉 濤，路明曉，段炎紅,3，李園楓，趙全忠

(1.河南省建筑科學研究院有限公司，河南 鄭州 450053；2.河南省建科院新材料股份有限公司，河南 新鄉 453500；3.河南省建筑工程質量監督檢驗測試中心站有限公司，河南 鄭州 450053)

0 前 言

進入21世紀以來，隨著我國社會的高速發展和人們生活水平的快速提高，人們賴以居住的環境也受到了極大破壞，引發了人們對環境尤其是室內空氣的持續關注。負氧離子濃度作為評價空氣和環境質量的一個重要指標，越來越受到人們的重視。負氧離子被譽為“空氣維生素”和“大氣中的長壽素”[1]，具有消除甲醛、VOC、沉降空氣中的灰塵，抑制細菌和凈化空氣等作用，同時它還可以改善人們的心肺功能、增強人體免疫力等，對環境質量和人體健康非常重要。張麗娟[2]論述了空氣中負氧離子含量與人體健康和空氣清新的關系，具體見表1。

表1 空氣中負離子含量與人體健康以及空氣清新級別的關系[2]

目前已有將釋放負氧離子的功能材料應用到涂料中的相關研究報道[3-5]，但是多數為在乳膠漆中直接添加些負離子粉，這些涂料雖然可以產生負氧離子，但是由于乳膠漆本身不可避免地會向周圍環境釋放微量的游離甲醛、VOC等，仍然可能會危害人們的健康。基于這種情況，本文擬開發一款可以釋放負氧離子的無機粉體涂料，所有原料均來自天然礦物質，通過在其中加入納米尺寸的負離子粉，源源不斷地釋放負氧離子，然后對涂料的各項性能進行了研究。

1 無機干粉負氧離子涂料的制備

1.1 原 料

白水泥、灰鈣粉、雙飛粉、滑石粉、硅藻土、偏高嶺土、六偏磷酸鈉、負離子粉、助劑等。所有原料均為市售。

1.2 設 備

可調轉速攪拌分散設備

1.3 無機干粉負氧離子涂料制備

按表2配方配比稱取粉體，混合均勻后倒入攪拌罐，在1 000～1 500 r/min高速攪拌10～15 min,在600～900 r/min下攪拌15～20 min。

表2 無機干粉負氧離子涂料配方配比 %

2 無機干粉負氧離子涂料的性能研究

2.1 常規性能

作為一款無機粉體負氧離子涂料，首先需要對涂料的常規性能進行研究，保證涂料可以正常使用，按照《建筑用水基無機干粉室內裝飾材料》(JC/T2083-2011)的要求對涂料的狀態、施工性、涂層外觀、抗裂性能、表干時間、耐堿性、粘結強度等進行試驗，實驗結果見表3。

由表3可以看出，該涂料配方配比合理，各項常規性能符合《建筑用水基無機干粉室內室內裝飾材料》(JC/T2083-2011I)Ⅰ類(質感型干粉室內裝飾材料)的要求，可以作為無機干粉涂料用于室內墻面的裝修。

表3 無機干粉負氧離子涂料常規性能結果

2.2 環保性能

一款好的涂料，在保證常規性能的前提下，更需要注重原料的環保性。按照《室內裝飾裝修材料內墻涂料中有害物質限量》(GB/T18582-2008)的要求對涂料的游離甲醛、揮發性有機物(VOC)和重金屬等指標進行檢測，試驗結果見表4。

表4 無機干粉負氧離子涂料的有害物質限量結果

由表4可以看出，該涂料中游離甲醛、VOC、可溶性重金屬等指標未檢出，原因是其原料全部來自各種天然礦物質，保證了涂料本身不含任何有機成分和可溶性重金屬等。與市面上的乳膠漆相比，該涂料更健康環保，是一款真正的綠色健康環保的涂料。

2.3 負氧離子誘生性能

作為一款主打負氧離子的功能涂料，需要對其負氧離子釋放量進行研究。首先按照《負離子功能涂料》(HG/T 4109-2009)的要求對涂料的負氧離子誘生量進行測試，試驗結果見表5。

表5 無機干粉負氧離子涂料的負氧離子誘生量

由表5可以看出，該涂料滿足負離子功能涂料的標準，是一款可以釋放負氧離子的功能涂料。

為了檢測涂料涂刷后負氧離子的釋放情況，按照涂料的正常工藝涂刷了5塊樣板，晾干后放入空氣試驗箱[6]的四周和底部，調試好2臺便攜式負氧離子檢測儀，一臺放在試驗箱外測量負氧離子濃度，一臺放入試驗箱內測量負氧離子濃度，10 min將兩臺儀器對調，再次重新測量，避免儀器本身的干擾。試驗結果見圖1。由圖1可知，試驗箱外負氧離子濃度很低，不超過200 ion·cm3，與此同時，試驗箱內負氧離濃度維持在1 600 ion·cm3左右，涂料的負氧離子釋放效果明顯。

圖1 負氧離子濃度測試結果

在涂料的制備過程中，我們加入了納米負離子粉，其主要成分為電氣石(托瑪琳)。電氣石是一種含硼為特征的環狀結構的復雜硅酸鹽礦物，屬于三方晶系，有明顯的熱電性和壓電性，具有永久的電極，可以在其周圍形成永久的電場。目前其釋放負氧離子的解釋主要有兩種，其中一種是電氣石可以源源不斷地將電場內的水分子進行分解，產生氫離子和氫氧根離子，氫離子得到電氣石周圍電場的電子形成氫氣，氫氧根離子與水分子結合形成羥基負氧離子，具體反應原理如下。

H2O→H++OH-

2H++2e→H2

OH-+nH2O→OH-(H2O)n

同時我們將電氣石加工到納米尺度，增強了其自發極化效應，負氧離子的釋放能力增強。

2.4 空氣凈化性能

按照《室內空氣凈化功能涂覆材料凈化性能性能》(JC/T 1074-2008)的試驗方法，考察了涂料對甲醛的凈化性能，試驗結果見表6。

表6 無機干粉負氧離子涂療的甲醛凈化效果

由表6可以看出，該款無機功能負氧離子涂料對于甲醛的凈化效率和凈化持久性國家I類和II標準，是一款可以消除室內空氣污染和凈化室內空氣的涂料。其凈化能力主要是因為該涂料可以源源不斷地產生負氧離子，負氧離子可以與室內有害氣體物質發生反應、中和、降解等，徹底消除室內有害氣體。

3 結 論

本文采用無機礦物原料制備了一款無機干粉負氧離子涂料，通過對涂料的常規性能、環保性能、負離子誘生性能和空氣凈化性能等綜合考量，該涂料性能良好、能釋放負氧離子、分解空氣中的有害物質，值得推廣應用。

[ID:010289]