纳米改性内墙涂料在净化空气及杀菌方面的研究

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i濑静一、前言随着现代工业发展，环境污染问题日趋严重，人类经历了工业革命带来的“煤烟型”污染和“光化学烟雾”污染后，目前正进入以“室内空气污染”为标志的第三污染时期。

如何解决室内有害气体污染问题，已成为全世界居室生活的头等大事。

本文介绍的纳米改性涂料正是为此而研制的。

将纳米材料添加到涂料中后，利用其特殊的光催化作用，不仅提高了涂料的传统性能，同时赋予涂料净化空气、杀菌抑菌的奇异功能，大大改善了室内空气质量。

此技术成果已通过国家建设部鉴定评估，达到国内领先水平，为我国涂料技术的发展拓出一片新天地。

二、实验部分1．机理本产品所用的纳米材料在光作用下，价带上的电子跃迁至导带上(如图1所示)，产生空穴一电子对。

该空穴一电子对迁移到表面，与空气中的水和氧气发生反应，生成高活性自由基，该自由基对有机物有很强的降解作用，与空气中的甲醛、氨气、苯等有害气体发生反应，转化为无毒化合物，对环境空气起到极好的净化作用，并能避免二次污染的发生。

同时，当其遇到细菌时，很容易毁坏细胞膜，从而侵入细胞质，将细胞质中的原生质活性酶破坏掉，使细胞失去活性而死亡。

2．纳米材料的包覆实现纳米微粒的表面修饰和改性，控制纳米微粒的大小、形态，提高在复合体系中的均匀分散能力是纳米复合材料的重要内容之一。

金属质纳米材料微粒的比表面积很大，用有机物对其表面修饰后可显著地改善它的分散性和稳定性等，使其表面产生新的物理、化学功能。

我们知道，粒子问相互作用的总位能为排斥位能和引力位能之和，对纳米粒子进行表面处理本身就是一个减少引力位能或增加排斥位能或者兼而有之的过程。

为了充分发挥纳米材料特异性能及其广泛的适应性，需要对纳米材料的表面进行包覆处理。

我们对多种表面处理包覆剂与纳米颗粒表面发生化学和物理反应，进行表面无机和有机纳米包覆层处理，改变颗料表面状态，从而改善了粉体的分散性和基材相容性。

此时团聚少，分散性好，出现相当数量的原生颗粒分布，也出现一些聚集度较小的团聚体，其径向尺寸大多数控制在纳米分布范围，同时宽化了激发光源的波长区域：以适应多种应用要求。

如此分散程度的纳米材料，受光激发的电子空穴从体内迁移到表面只需10—12秒甚至到10-1s秒的时间，在体内复合几率极小，能很快迁移到表面形成具有高活性的空穴一电子对，使光催化功能得到充分显现。

我们经过反复试验，确定了用具有表面活性功能的非离子型高分子化合物对某些无机物进行包覆，这种分散剂吸附于粒子表面形成一层保护膜，对粒子间的各种缔合力起到减弱或屏蔽作用，阻止了粒子间的絮凝，该技术为纳米材料的光催化性能，在水性乳胶涂料体系的充分发挥奠定了基础。

3．润湿分散剂的选择(1)分散剂的必要性纳米金属氧化物的奇异性能是其获得广泛应用的前提，这些特性大都与其具有高表面活性和庞大的比表面积有关，但因此产生自身的团聚，使其应有的性能难以充分发挥，此外，纳米金属氧化物的诸多奇异性能能否得到充分发挥，还取决于粉体混入介质的技术，即最大限度降低粉体与介质问的表面张力，因此纳米金属氧化物粉体在使用中首先要通过表面处理来改变其表面的理化性能，从而改善纳米粉体的适应性，同时还必须均匀分散，打开其团聚体，才能发挥其应有的奇异性能。

(2)分散润湿剂的选择分散润湿剂一般分为无机、有机、高分子三大类。

我们通过实验发现许多国产分散剂活性成分相对较低，用量少且不能保证分散及无絮凝，用量大且分散力差的部分相应的分散剂，对涂膜的耐水造成不利影响，我们也试用了部分国外公司的分散剂，尽管其分散性能优异，但配制的乳胶漆经热贮存试验(60℃)仍然有分离层现象。

为了选择分散性能优良且稳定性优良的分散，我们进行了大量的实验，选用H enkel D ec hemR&H等公司的不同分散剂如下所示：(表1)编号型号所黜两典型合成高分干改性聚羧蕞钠盐音成高分子聚麓疃钠盐合成高分予聚按畦氟盐多聚羧畦盐音成高分予鞭菠瞳钠盐台啦蠢分子泉麓t氰盐多聚擅黛蓝总第17期藿臣中国住宅设旅选用表1当中多种分散剂进行对比实验，根据分散剂最佳需要量分别做实验，生产出成品纳米改性涂料，并依据G B／T9756--2001关于“涂料耐冻融性”检测的有关规定进行实验，并对实验后的细度检测，比较与分散研磨阶段、最终调漆阶段细度的变化情况。

对其分散效果及稳定性进行对比如下：袁2序分散孵调滚阶耐冻融实贮存稳定号后细度段细度验岳细度性(60℃)C—l15l S20无异常出现少许C一215l S45分屡C_3151520无异常C-4152040无异常C-515】535无异常C喝152030无异常出现少许C-7152050分屡由表2可见，编号为C一1和C一3搭配使用，效果良好。

成品TEM电镜检测，纳米材料在涂料体系中的粒径保持在10～100纳米之内。

4．成膜物质的选择成膜物质的适应性直接影响纳米材料功能的发挥，直接影响涂料的施工性、耐碱性、耐温变性，直接影响涂膜的使用寿命。

我们采用的有机硅改性乳液，采用了湿附着单体和反应性乳化剂对原有的有机硅乳液进行了双重改性，采用三元复合乳化体系，使树脂的机械稳定性、钙离子稳定性等都有了相应的提高。

5．增稠体系的选择结合生产内墙乳胶涂料的经验选择不同结构和品牌的羟乙基纤维素、碱溶胀型增稠剂，缔合型增稠剂六个品种。

采用正交分解法确定了实验顺序，按规定的涂料体系和实验步骤进行。

实验后的样品进行贮存稳定性及贮存性试验后的细度检测。

根据测试结果进行分析以及大量的实验确定采用碱溶胀与缔合型增稠剂搭配使用。

6．颜填料的选择颜填料是涂料体系重要组成部分，决定着涂料及涂膜的诸多性能。

结合生产内墙乳胶漆涂料的经验选择了钛白粉、高岭土、轻钙、硅酸铝、滑石粉、立德粉六种原材料，按不同的搭配比例，搭配和规定的涂料体系试验步骤试验。

所得样品进行贮存稳定性、桨料细度，调漆后细度、耐水性、耐碱性、耐洗刷性检测。

根26l忠第，7期据测试结果进行分析确定按一定比例搭配试验效果理想。

另外，涂料体系的消泡剂、成膜助剂、PH调节剂等，其它材料的选择与普通内墙乳胶漆相似，此处不再叙述，由以上分课题的研究试验，明确本产品的主要原材料的种类、配比、分散方式等主要因素与涂料性能的关系。

依据此关系，确定不同的配比并对试验样品全方面检测，将检测结果的数据处理，总结出合理的涂料配比。

三、结果与讨论为了客观反应纳米材料与涂料的相容性，以体现纳米材料在本产品涂料体系中光催化作用情况，我们对杀菌效果进行检测。

表3l警芽抱芽_隐芽孢大晒金黄色白色葡麓球念珠杆碡酋翦R00>95>90>85注：按企业标准Q／02Y X T002—2001中“杀茵率”的相关测试方法执行，以下数据测试方法与此相同。

l警芽孢芽孢芽孢大脑金黄色白色蕾萄球念珠B杆蘸菌菌留0>95>90>85由表4可见紫外线照射时间对芽孢菌的杀菌效果达98％，自然光照射时杀菌效果为97％，日光照射为95％，微光时为93％，光源不同，杀菌效果差别很小，表明本产品不受光源的限制，具有广阔的应用场合。

表5未经老化250h老化后250h老化后样品编号抗菌涂料抗菌涂料1抗蔼涂辩2“0”接触时阃试样上的细蒴含量(cf u／m1)“2小时”接触对闻试样上的细聋000000含量(c fu／m1)杀曲率(％)由表5可见本产品的杀菌效果没有随涂料的使用而衰减，具有持久的作用。

北京劳动保护科技研究所对甲醛、氨气、苯等有害气体的去除效率检验结果如下袁6＼矗(破入涂料一天两天五天七天去障效率板前)氯气000(m g／m1)甲醛000000(m g／m')苯000(m g向3)．，．一2003．5}■《拳孰由表6可见，本产品的空气净化功能有良好的效果，充分体现了纳米材料在涂料中的奇异功能，表现出强大的市场潜力。

青岛市产品质量监督检验所对涂料本身性能指标检测结果如下表7序号检验项技术要求检验结聚判定目在容器无硬块，搅无硬块．搅合格申状态拌岳呈均匀拌后呈均匀状态状卷2施工性刷溶二道无刷涂二道无合}{}障碍障碍3溅哦橡渺H奶滞潦缈㈣合格4硎翱悯≤2h1．5h合格5对比率≥0．930．97合格6耐碱性无异常无异常台洛(48h)7秘喇啦／>300次≥1500次合格8涂料耐不变质不变质合格冻融性由表7可见，其技术指标超过国家一等品标准，具有涂料本身优良的性能。

四．结语本产品通过对纳米材料的表面处理，运用国内外先进的纳米理论，研发的纳米改性生态涂料，不仅仅提高了涂料本身的性能，而且具有优异的净化空气，杀菌抑菌等功能，对居室装饰的有害气体污染起到大大的改善作用。

经北京劳动保护科技研究所检验其对甲醛、氨气、苯等的净化效率达到90％以上，经广东微生物检测中心检验其大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等杀菌率达到99％以上，有助于提高人们的健康水平及居住生活环境，美化生活。

高科技含量的纳米材料植入传统的建筑涂料，将对该等精结构调整起到重大推动作用，有助于提高国际竞争力●(作者刘永屏系青岛益群美亚新型涂料有限公司总经理、董善刚为研发部主任、工程师。

高福安系制作部主任、助工。

)参考文献1．张立德《纳米材料》化学工业出版社20002．徐瑞芬《纳米二氧化钛的抗茵防霉应用研究》20013张立德、牟季美《纳米材料和纳米结构》科学出版社20014．钱逢辟、竺玉书《涂料助剂》化学工业出版社1998。