来宾机械设备网

当前位置: 首页 >> 上海拓俊实业有限公司

我国室内空气净化涂料的发展现状及趋势分为光催化型物理吸附型化学反应型和复合型

2021年07月23日 来宾机械设备网

我国室内空气净化涂料的发展现状及趋势,分为光催化型、物理吸附型、化学反应型和复合型

概括了我国室内空气净化涂料的类型,将其分为光催化型、物理吸附型、化学反应型和复合型。分析了室内空气净化涂料对污染物净化功能的现状,认为其对甲醛的净化技术相对成熟,产品合格率较高,但对甲苯的净化性能很差,产品合格率很低。提出未来室内空气净化涂

我国室内空气净化涂料的发展现状及趋势

梅一飞,郭中宝,白永智,崔金华(中国建材检验认证集团股份有限公司,北京 100024)

0 前言

早在20世纪70年代末,欧洲一些发达国家的科学家就已着手研究建筑材料释放的气体对室内空气的影响及对人体健康的危害程度,并就建筑材料对室内空气的影响进行了全面且系统的基础研究工作中国机械网okmao.com。丹麦、挪威、瑞典等国家的人们出现刺激、乏力、头痛、记忆力减退等症状,与建筑物中的有机挥发物有关,这些症状被称为“有病建筑综合症”。由于现代人大多每天80%~90%的时间是在室内度过,因而室内空气污染对人体危害较大。科学家们从室内空气中检出了500多种有机物,其中常见的、大家普遍关注的室内污染物主要有甲醛、苯、甲苯、二甲苯、氨和总挥发性有机化合物(TVOC)。这些污染物对人体的危害主要有:致癌作用、抑制酶活性导致机体的损害和致突变作用导致遗传性突变。

室内空气中的污染物主要来自于装修使用的人造板、胶黏剂、壁纸、涂料、地毯和各种家具。为了降低由于装修导致的室内空气污染,我国自2001年起对各种装饰装修的有害物质含量进行了严格的限值。经过十几年的发展,人们生活的室内空气质量有了很大的改善,但由于各种材料中污染物的累积作用以及个别材料的选择不当,仍然有很多的家庭饱受室内空气污染的困扰。近几年来,对于室内空气净化的研究非常活跃。目前,室内空气净化类产品很多,如活性炭、空气净化器、各种空气治理剂、功能性内墙涂料、功能性壁纸、硅藻泥等等,针对不同的产品,我国也建立了相应的污染物净化能力的评价方法。在众多的空气净化产品中,内墙涂料作为目前应用最为广泛的内墙装修产品,具有成本低、室内涂布面积大、无二次污染的优点,因而在净化空气的发展方面具有较大的潜力,也受到广大消费者的普遍青睐。本文对室内空气净化涂料及其净化性能评价方法的发展现状进行了综述,并对其发展趋势进行了展望。

1 室内空气净化涂料的类型

1.1 光催化型

此类涂料对污染物的净化能力主要依靠涂料中所添加的光触媒材料。光触媒材料对污染物的净化原理是其在紫外光或太阳光的照射下,会产生类似光合作用的光催化反应,产生出氧化能力极强的自由氢氧基和活性氧,具有很强的光氧化还原功能,能将甲醛等有害物质氧化分解成无害的CO2和H2O。光触媒最早于1967-1968年被日本科学家发现,在光触媒被发现之初,通常所指的光触媒都是纳米TiO2,经过40多年发展,纳米氧化锌、纳米氧化锡、纳米二氧化锆、纳米硫化镉等光触媒材料也相继出现,但用于涂料中的光触媒材料仍然以纳米TiO2为主,而其他类型的光触媒材料则很少见。

纳米TiO2在涂料中的应用面临几个重要问题:

(1)普通的纳米TiO2只是在紫外光下具有优异的光催化性能,在可见光下则无明显作用,而普通室内环境中的紫外光强度极其微弱,因此需要对纳米TiO2进行改性处理。改性的手段通常有能隙调节、表面沉积金属晶体和掺杂金属离子等。

(2)在纳米TiO2向涂料添加过程中,不可避免地存在纳米离子的团聚和包覆现象,从而导致光触媒的光催化作用失效。为了解决这一问题,对纳米TiO2进行负载化处理,可以保持其固有特征,增强其稳定性。

(3)由于纳米TiO2光催化涂料强烈的氧化作用,用普通涂料的树脂会很快地被分解而失去作用。光催化涂料用的成膜物必须是无机成膜物或是原子间结合力极强的硅氧基树脂、氟碳基树脂等,但此类树脂目前未见在内墙涂料中的应用,因此一些具有强氧化能力的光触媒材料的应用受到限制,光触媒材料在涂料中的作用还不能充分发挥。

利用光触媒材料将甲醛等污染物降解为无害的二氧化碳和水,是对污染物完全意义上的去除,而且光触媒在发挥作用过程中不存在消耗,可以长时间持续发挥作用,因此采用这一原理研制的空气净化涂料是未来发展的趋势。

1.2 物理吸附型

此类涂料对污染物的净化能力主要依靠向其中添加具有较强吸附能力的物理吸附材料,如活性炭、硅藻土、贝壳粉、沸石等,这些材料的特点是具有较大的比表面积,其净化机理是通过多孔物质对气体的吸附作用来净化空气。但由于活性炭呈黑色对涂料有着色作用,装饰美观性差,很少用于涂料中,即便使用,添加量也很少,很难发挥大的作用。而沸石和硅藻土的比表面积不高(前者在500~1 000 m2/g,后者比表面积在20~70 m2/g),所以如果它们用于涂料则吸附效果较差,要想改善效果需要加大用量,但这又会对涂料的基础物理性能产生不良影响。单纯的吸附并没有使污染物消失,在一定条件下,污染物还会重新释放到空气之中,而且吸附材料一旦达到饱和状态就不再有吸附作用,不能达到持久净化空气的目的。所以,单纯以添加物理吸附材料来实现污染物净化的涂料较少,一般只有较为低端的产品才会采用这种方式。

1.3 化学反应型

此类涂料对污染物的净化能力主要依靠涂料中存在的可以与污染物发生化学反应的组分,目前采用这一原理实现污染物的净化主要针对的是甲醛,其原理是利用甲醛能与一些活性基团发生化学反应的性质,达到消除甲醛的目的。此类涂料中的活性基团,主要来自含氨基—NH2或亚氨基—NH—的除醛乳液,这种乳液中的氨基或亚氨基能够与甲醛发生亲核加成反应,从而去除甲醛。乳液中氨基或亚氨基的引入依靠的是在乳液聚合的过程中添加含胺(氨)基的功能性共聚单体,如含端氨基苯乙烯、(甲基)丙烯酸-2-氨基乙酯、(甲基)丙烯酸二甲基氨基乙酯、(甲基)丙烯酸-3-氨基丙酯、(甲基)丙烯酸-2-丁基氨基乙酯、(甲基)丙烯酰胺等。这种乳液去除甲醛的机理如下:

R—NH2(或R2NH)+CH2O → R—NHCH2OH(R2NOH)

也有报道采用向涂料中添加除醛剂的方式来去除甲醛,这些除醛剂去除甲醛的机理主要有3类:

(1)除醛剂中含有氨基—NH2或亚氨基—NH—活性基团,可与甲醛发生亲核加成反应;(2)除醛剂中含有含α-H的醛类物质,可以与甲醛发生羟醛缩合反应;(3)除醛剂中含有醇羟基或酚羟基的活性成分,由于电子效应的影响,H较活泼,可以与甲醛发生亲电反应。

采用化学反应原理去除甲醛的涂料在初期往往有较好的效果,但随着能够与甲醛反应的活性基团逐渐被甲醛消耗以及其在自然条件下的老化,这种涂料往往对甲醛没有好的持久净化效果。尤其是除醛剂加入到涂料中后,还会存在乳液的包覆作用,使其作用大打折扣。再加上这种涂料除了对甲醛有净化能力外,对其他污染物没有作用,因此这种涂料的应用并不广泛。

1.4 复合型

此类涂料对污染物的净化机理至少同时具备光催化、物理吸附、化学反应3种机理中的两种,从而集合不同机理的优点,达到对污染物优异的持久净化能力。如同时向涂料中添加物理吸附材料和光触媒材料,或者将光触媒材料负载在物理吸附材料之上,再向涂料中添加,可以依靠物理吸附材料的吸附能力实现污染物在涂料表面的富集,再进一步依靠光触媒的光催化作用实现污染物的分解,从而提高涂料对污染物的净化能力。

采用这种复合机理研制的涂料最大的优点在于可以有效提高涂料对污染物的净化速度,而且将光触媒材料直接负载于吸附材料之上也可以解决光触媒材料的团聚问题,因此这一类涂料有望成为室内空气净化涂料的主流。

2 室内空气净化涂料对污染物的净化功能现状

目前,空气净化涂料对污染物的净化功能的评价大多依据JC/T 1074—2008《室内空气净化功能涂覆材料净化性能》标准进行,该标准中涉及甲醛和甲苯两个净化指标。国家建筑材料测试中心统计了近两年来依据JC/T 1074—2008标准检测的此类产品的检测情况。

近两年国家建筑材料测试中心按照JC/T 1074—2008标准完成内墙涂料净化性能检测样品226个,其中市场抽检样品39个,客户委托样品187个,合格率72%(净化性能限量值75%),合格率较高;完成甲苯净化性能检测样品26个,全部为客户委托样品,合格率3.8%(甲苯净化性能限量值35%),合格率很低,不合格的产品中大部分的甲苯净化性能低于10%,即便合格的产品,其甲苯净化性能也不足40%。

由此可见,具有甲醛净化能力的内墙涂料是比较多的,这种产品对甲醛的净化能力可以得到肯定,其技术也相对成熟。但能够实现甲苯净化的产品极少,即便能够净化,其净化性能也较差。这说明目前的污染物净化技术应用于涂料中后,对于像甲苯这样稳定性较高的污染物还不能有好的作用,空气净化涂料的功能性还有待进一步提高。

3 室内空气净化涂料的发展趋势

3.1 具有优异甲醛净化能力的产品的开发

目前,甲醛仍然是消费者最为关注的室内污染物,也是家庭装修普遍存在的污染物。在相当长一段时间内,涂料的甲醛净化功能仍将是市场的热点,加上甲醛的活性较高,对其净化技术的研究也较为成熟,这就使得开发具有甲醛净化能力的涂料产品相对容易。目前,市场上具有甲醛净化能力的产品已经很多,但产品的净醛能力却良莠不齐,对甲醛的净化性能达到90%以上甚至完全净化的产品就少之又少。因此,将来这一市场的竞争主要在于高端市场,产品对甲醛净化能力的高低及长期有效性将越来越受关注,具有优异甲醛净化能力的产品开发将成为趋势。

3.2 具有长期有效的对多种污染物净化能力的涂料产品的开发

从目前的光催化、物理吸附、化学反应几种污染物净化机理分析,要想实现对多种污染物(尤其是结构较为稳定的污染物)的净化,而且要长期有效,光催化机理是最为理想的选择。目前可选择的最为成熟的光催化材料是纳米TiO2,今后,纳米TiO2应用涂料中,需要研究解决的主要问题有两个:(1)纳米TiO2在可见光下的高效作用;(2)抗氧化乳液的开发。

4 结语

室内空气净化涂料作为净化室内环境的一种选择,具有成本低、室内涂布面积大、无二次污染的优点,具有较大的发展潜力。目前市场上的空气净化涂料产品种类众多,产品质量良莠不齐,尤其是具有长期有效的对多种污染物净化能力的涂料产品还很少见,因此有必要加大科研投入,促进具有优良空气净化能力的涂料产品的发展。在优质产品研发的同时,还需要科学的净化性能评价方法的建立,从而限制低端产品的应用、保障优质产品能够脱颖而出,促进行业的健康有序发展。

谷歌外贸成长计划第三阶段

2015中国商业地产管理年会

第二届湖南省移动互联网大会

光环中国第七届敏捷千人峰会