低氣味除醛環(huán)境友好型乳膠漆的研究

低氣味除醛環(huán)境友好型乳膠漆的研究0前言

發(fā)展低氣味環(huán)境友好型涂料是目前涂料行業(yè)的熱門話題，乳膠漆是由多種化學(xué)原料混合而成的，不僅成膜的乳液重要，其他組分，譬如顏料、填料和助劑都有其專有的功能。從氣味產(chǎn)生的原理出發(fā)，乳膠漆中通常不含有可揮發(fā)的無機(jī)物(水和氨水除外)，乳膠漆的氣味主要來自于可揮發(fā)的有機(jī)物VOC。乳膠漆以水為分散介質(zhì)，VOC比溶劑型乳膠漆低得多，VOC主要來源于乳液、溶劑、助劑、色漿等，包括乳液中的殘余單體和其他雜質(zhì)、醇類防凍劑、成膜助劑、氨類pH值調(diào)節(jié)劑以及其他可揮發(fā)的有機(jī)物。乳膠漆的氣味包括罐內(nèi)氣味和施工后氣味，測(cè)試方法一般是非定量的嗅覺方法。罐內(nèi)氣味可以采用相對(duì)法(ASTMD4339-95)和絕對(duì)法(ASTME544-75/88)進(jìn)行測(cè)試。施工后氣味可以采用模擬法進(jìn)行，用嗅覺方法來判定乳膠漆的氣味最直接快速，但是主觀性太強(qiáng)。使用功能性顏填料和除醛乳液可以去除多種氣味及甲醛等有害物質(zhì)，從而達(dá)到整體涂刷空間的低氣味環(huán)保。

1試驗(yàn)部分

1.1試驗(yàn)配方及試劑(見表1)

1.2試驗(yàn)儀器

磨砂、分散、攪拌多樣機(jī)(SFJ-400，上?，F(xiàn)代環(huán)境工程技術(shù)股份有限公司)，分散盤(上?，F(xiàn)代環(huán)境工程技術(shù)股份有限公司)，不銹鋼容器(不小于500mL)，電子天平(精度不小于0.01g)，不銹鋼調(diào)刀，80μm、120μm纖棒，斯托默黏度計(jì)，100mL蒸餾瓶，蛇形冷凝管，餾分接收器，加熱設(shè)備，具塞刻度管，天平(精度1mg)，紫外分光光度計(jì)。

1.3分析測(cè)定方法

水性涂料中甲醛含量的測(cè)定：采用乙酰丙酮分光光度法，符合GB/T23993—2009。2結(jié)果與討論

2.1建筑涂料中氣味來源

2.1.1物質(zhì)氣味的影響因素

影響物質(zhì)氣味大小的因素有多方面，分子量的大小、揮發(fā)性(沸點(diǎn)、蒸氣壓等)的快慢、物質(zhì)是否能溶解以及溶解的快慢，官能團(tuán)也是影響物質(zhì)氣味的因素，此外，物質(zhì)本身的物理性質(zhì)決定它的氣味。在乳膠漆中VOC是乳膠漆氣味的主要來源，但是低VOC并不代表低氣味。

2.1.2VOC的定義

不同國家和地區(qū)對(duì)VOC的定義有所不同。

美國環(huán)保署：所有參與大氣光化學(xué)反應(yīng)的碳化物；

歐盟：VOC是在標(biāo)準(zhǔn)壓力(101.3kPa)下，始沸點(diǎn)≥250℃的任何有機(jī)化合物；

德國藍(lán)天使：VOC指沸點(diǎn)低于十四烷(252.6℃)的有機(jī)化合物；

我國則在GB18582—2008、HJ/T201—2005中規(guī)定：在101.3kPa標(biāo)準(zhǔn)壓力下，任何沸點(diǎn)低于或等于250℃有機(jī)化合物。

有關(guān)水性內(nèi)墻涂料VOC控制指標(biāo)見表2。

2.1.3涂料中氣味和VOC的關(guān)系

乳膠漆的氣味可以分為罐內(nèi)氣味和施工后氣味，主要來自于VOC。但是乳膠漆氣味的大小與VOC的高低并不呈線性關(guān)系。一般關(guān)注的是施工后氣味，施工后氣味揮發(fā)的快慢是由乳膠漆中VOC揮發(fā)速度及難易程度決定的，比如乳膠漆中的成膜助劑(多為醇酯12)比較難揮發(fā)，會(huì)長時(shí)間影響乳膠漆施工后的氣味。在低VOC的乳膠漆中，乳液VOC的大小對(duì)乳膠漆氣味影響較大?？梢酝ㄟ^優(yōu)選原材料、采用先進(jìn)的生產(chǎn)工藝以及高效的后處理等綜合手段來最有效地降低乳液的VOC。

2.1.4低VOC及零VOC乳膠漆配方的設(shè)計(jì)

低VOC的乳膠漆應(yīng)選用低氣味、低VOC、低成膜溫度、高硬度、良好凍融穩(wěn)定性的乳液；少用或不用成膜助劑和助溶劑；避免使用氨水等強(qiáng)刺激性物質(zhì)；粉料應(yīng)選擇合理的類型以及粒徑；對(duì)于助劑的選擇應(yīng)該選用低氣味、低VOC、不含氨水、低/無成膜助劑、低/無溶劑。2.2納米級(jí)二氧化鈦的凈化效果

納米級(jí)TiO2和納米級(jí)的ZnO是一類光催化性無機(jī)抗菌劑，比較常見。ZnO具有防霉功能，但是抗菌效果較弱，并且采用后在涂料中會(huì)引起涂料凝膠化問題。試驗(yàn)中選用的是一種核心物質(zhì)為銳鈦型納米二氧化鈦超微粒子，也就是我們常說的光催化劑。當(dāng)受到波長為388nm或以下的紫外線照射時(shí)，才能將其內(nèi)部的價(jià)帶中的電子激發(fā)至導(dǎo)帶，進(jìn)而在導(dǎo)帶形成帶負(fù)電的高活性電子，產(chǎn)生電子·空穴對(duì)，即產(chǎn)生載流離子。然后迅速轉(zhuǎn)移到其表面并激活被吸附的氧和水分解，產(chǎn)生活性自由氫氧基(·OH)和活性氧(·O)，當(dāng)污染物和細(xì)菌吸附在其表面時(shí)，就會(huì)進(jìn)行連鎖降解反應(yīng)。TiO2在受到陽光或熒光燈的紫外線照射后，內(nèi)部電子·空穴對(duì)激力產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化分解活性氫氧(羥)基原子團(tuán)。在光降解的作用下可分解幾乎所有的附著在氧化鈦表面各種污染物的有機(jī)物，如氫化物、氮氧化物、硫化物。甲醛先被氧化成甲酸(HCOOH)，甲酸再被氧化成碳酸鹽。水泥、膩?zhàn)臃鄣榷际呛写罅库}離子的無機(jī)化合物，碳酸與墻體中的鈣離子反應(yīng)產(chǎn)生碳酸鈣，使墻體越來越牢固。另外一部分碳酸鹽轉(zhuǎn)化成二氧化碳和水。光催化劑一經(jīng)光照，原料中二氧化鈦的電子便會(huì)從價(jià)電帶躍遷至導(dǎo)電帶，在光觸媒表面形成電子(e-)電洞(H+)對(duì)，帶負(fù)電的電子與氧結(jié)合產(chǎn)生負(fù)氧離子(O2-)，帶正電的電洞與水結(jié)合產(chǎn)氫氧自由基(·OH)。這兩者在化學(xué)上都是極不穩(wěn)定的物質(zhì)，當(dāng)有機(jī)物質(zhì)(碳?xì)浠衔?接觸到光觸媒表面時(shí)，便會(huì)分別和負(fù)氧離子及氫氧自由基結(jié)合，重新組合成二氧化碳(CO2)和水(H2O)，透過氧化還原反應(yīng)，當(dāng)光催化劑應(yīng)用在生活、工作空間中時(shí)，便能有效分解氣味分子和細(xì)菌、病毒等微生物，達(dá)到潔凈室內(nèi)環(huán)境、創(chuàng)造清新空氣的效果。二氧化鈦?zhàn)饔玫臋C(jī)理見圖1。

光觸媒作用機(jī)理

2.3硅藻土的凈化效果

試驗(yàn)中還采用了硅藻土，硅藻土特有的天然“分子篩”狀孔隙結(jié)構(gòu)，使其具有超大的比表面積和極高的孔隙率，在電子顯微鏡下顯示，其粒子表面具有無數(shù)微小的孔穴，孔隙率達(dá)90%以上，比表面積達(dá)65m2/g。它的超細(xì)微孔比活性炭多5000～6000倍，正是這種突出的分子篩結(jié)構(gòu)，決定了其獨(dú)特的功能——具有極強(qiáng)的物理吸附性能和離子交換性能，因而可以有效地吸附和消除空氣中的有害氣體。它能夠全自動(dòng)、全天候長效持久吸附和消除室內(nèi)及其他封閉空間內(nèi)的甲醛、苯、二甲苯、TVOC等有害氣體，可以將空氣中的甲醛吸收，這是硅藻土自身的生化反應(yīng)，而并非化學(xué)反應(yīng)，是離子與離子間的交換。硅藻土中含有氧化鈣和氫氧化鈣，是強(qiáng)堿性材料對(duì)甲醛的氧化物甲酸進(jìn)行中和，最終釋放物是水和甲酸鈣。硅藻土中含有一定量的氧化能力超強(qiáng)的納米集團(tuán)物質(zhì)，在光照的條件下可以將苯、二甲苯等有害的物質(zhì)氧化，同時(shí)有效地避免了吸附飽和以及二次污染等問題的產(chǎn)生。是一款純天然環(huán)保、無二次污染、同時(shí)又具有功能性、安全長效的礦物凈化材料。

2.4除醛乳液的除醛效果

2.4.1涂膜厚度對(duì)甲醛的吸收速率的影響(見圖2)

涂膜厚度對(duì)甲醛的吸收效率的影響

由圖2可以看出涂料涂膜厚度對(duì)甲醛的吸收速率的影響關(guān)系?？辜兹┩苛弦约捌胀ㄍ苛系耐磕ず穸葘?duì)甲醛的吸收率均以一個(gè)比較快的速度上升，達(dá)到一定程度后減緩，趨于一個(gè)較為穩(wěn)定的值。抗甲醛涂料在0～1mm厚度區(qū)間內(nèi)甲醛吸收速率很明顯比普通涂料快；在涂膜厚度＞1mm時(shí)抗甲醛涂料對(duì)甲醛的吸收速率在90%左右，而普通涂料僅僅維持在60%左右，抗甲醛涂料對(duì)于甲醛的吸收更為優(yōu)異。

2.4.2涂膜甲醛殘余量隨時(shí)間變化(見圖3)

甲醛殘余量隨時(shí)間變化

圖3顯示的是墻體甲醛殘余量隨時(shí)間變化的情況，普通涂料甲醛殘余量隨時(shí)間的變化下降得并不明顯，特別在2000min后就會(huì)穩(wěn)定在70%左右。而抗甲醛涂料在500min內(nèi)就迅速下降到40%左右，隨時(shí)間推移在2000min后甲醛的殘余量僅僅為8%左右，完全可以達(dá)到環(huán)保的要求，對(duì)人身無任何