低气味除醛环境友好型乳胶漆的研究

低气味除醛环境友好型乳胶漆的研究0前言发展低气味环境友好型涂料是目前涂料行业的热门话题，乳胶漆是由多种化学原料混合而成的，不仅成膜的乳液重要，其他组分，譬如颜料、填料和助剂都有其专有的功能。从气味产生的原理出发，乳胶漆中通常不含有可挥发的无机物(水和氨水除外)，乳胶漆的气味主要来自于可挥发的有机物VOC。乳胶漆以水为分散介质，VOC比溶剂型乳胶漆低得多，VOC主要来源于乳液、溶剂、助剂、色浆等，包括乳液中的残余单体和其他杂质、醇类防冻剂、成膜助剂、氨类pH值调节剂以及其他可挥发的有机物。乳胶漆的气味包括罐内气味和施工后气味，测试方法一般是非定量的嗅觉方法。罐内气味可以采用相对法(ASTMD4339-95)和绝对法(ASTME544-75/88)进行测试。施工后气味可以采用模拟法进行，用嗅觉方法来判定乳胶漆的气味最直接快速，但是主观性太强。使用功能性颜填料和除醛乳液可以去除多种气味及甲醛等有害物质，从而达到整体涂刷空间的低气味环保。1试验部分1.1试验配方及试剂(见表1)1.2试验仪器磨砂、分散、搅拌多样机(SFJ-400，上海现代环境工程技术股份有限公司)，分散盘(上海现代环境工程技术股份有限公司)，不锈钢容器(不小于500mL)，电子天平(精度不小于0.01g)，不锈钢调刀，80μm、120μm纤棒，斯托默黏度计，100mL蒸馏瓶，蛇形冷凝管，馏分接收器，加热设备，具塞刻度管，天平(精度1mg)，紫外分光光度计。1.3分析测定方法水性涂料中甲醛含量的测定：采用乙酰丙酮分光光度法，符合GB/T23993—2009。2结果与讨论2.1建筑涂料中气味来源2.1.1物质气味的影响因素影响物质气味大小的因素有多方面，分子量的大小、挥发性(沸点、蒸气压等)的快慢、物质是否能溶解以及溶解的快慢，官能团也是影响物质气味的因素，此外，物质本身的物理性质决定它的气味。在乳胶漆中VOC是乳胶漆气味的主要来源，但是低VOC并不代表低气味。2.1.2VOC的定义不同国家和地区对VOC的定义有所不同。美国环保署：所有参与大气光化学反应的碳化物；欧盟：VOC是在标准压力(101.3kPa)下，始沸点≥250℃的任何有机化合物；德国蓝天使：VOC指沸点低于十四烷(252.6℃)的有机化合物；我国则在GB18582—2008、HJ/T201—2005中规定：在101.3kPa标准压力下，任何沸点低于或等于250℃有机化合物。有关水性内墙涂料VOC控制指标见表2。2.1.3涂料中气味和VOC的关系乳胶漆的气味可以分为罐内气味和施工后气味，主要来自于VOC。但是乳胶漆气味的大小与VOC的高低并不呈线性关系。一般关注的是施工后气味，施工后气味挥发的快慢是由乳胶漆中VOC挥发速度及难易程度决定的，比如乳胶漆中的成膜助剂(多为醇酯12)比较难挥发，会长时间影响乳胶漆施工后的气味。在低VOC的乳胶漆中，乳液VOC的大小对乳胶漆气味影响较大。可以通过优选原材料、采用先进的生产工艺以及高效的后处理等综合手段来最有效地降低乳液的VOC。2.1.4低VOC及零VOC乳胶漆配方的设计低VOC的乳胶漆应选用低气味、低VOC、低成膜温度、高硬度、良好冻融稳定性的乳液；少用或不用成膜助剂和助溶剂；避免使用氨水等强刺激性物质；粉料应选择合理的类型以及粒径；对于助剂的选择应该选用低气味、低VOC、不含氨水、低/无成膜助剂、低/无溶剂。2.2纳米级二氧化钛的净化效果纳米级TiO2和纳米级的ZnO是一类光催化性无机抗菌剂，比较常见。ZnO具有防霉功能，但是抗菌效果较弱，并且采用后在涂料中会引起涂料凝胶化问题。试验中选用的是一种核心物质为锐钛型纳米二氧化钛超微粒子，也就是我们常说的光催化剂。当受到波长为388nm或以下的紫外线照射时，才能将其内部的价带中的电子激发至导带，进而在导带形成带负电的高活性电子，产生电子·空穴对，即产生载流离子。然后迅速转移到其表面并激活被吸附的氧和水分解，产生活性自由氢氧基(·OH)和活性氧(·O)，当污染物和细菌吸附在其表面时，就会进行连锁降解反应。TiO2在受到阳光或荧光灯的紫外线照射后，内部电子·空穴对激力产生具有强氧化分解活性氢氧(羟)基原子团。在光降解的作用下可分解几乎所有的附着在氧化钛表面各种污染物的有机物，如氢化物、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盐。水泥、腻子粉等都是含有大量钙离子的无机化合物，碳酸与墙体中的钙离子反应产生碳酸钙，使墙体越来越牢固。另外一部分碳酸盐转化成二氧化碳和水。光催化剂一经光照，原料中二氧化钛的电子便会从价电带跃迁至导电带，在光触媒表面形成电子(e-)电洞(H+)对，带负电的电子与氧结合产生负氧离子(O2-)，带正电的电洞与水结合产氢氧自由基(·OH)。这两者在化学上都是极不稳定的物质，当有机物质(碳氢化合物)接触到光触媒表面时，便会分别和负氧离子及氢氧自由基结合，重新组合成二氧化碳(CO2)和水(H2O)，透过氧化还原反应，当光催化剂应用在生活、工作空间中时，便能有效分解气味分子和细菌、病毒等微生物，达到洁净室内环境、创造清新空气的效果。二氧化钛作用的机理见图1。光触媒作用机理2.3硅藻土的净化效果试验中还采用了硅藻土，硅藻土特有的天然“分子筛”状孔隙结构，使其具有超大的比表面积和极高的孔隙率，在电子显微镜下显示，其粒子表面具有无数微小的孔穴，孔隙率达90%以上，比表面积达65m2/g。它的超细微孔比活性炭多5000～6000倍，正是这种突出的分子筛结构，决定了其独特的功能——具有极强的物理吸附性能和离子交换性能，因而可以有效地吸附和消除空气中的有害气体。它能够全自动、全天候长效持久吸附和消除室内及其他封闭空间内的甲醛、苯、二甲苯、TVOC等有害气体，可以将空气中的甲醛吸收，这是硅藻土自身的生化反应，而并非化学反应，是离子与离子间的交换。硅藻土中含有氧化钙和氢氧化钙，是强碱性材料对甲醛的氧化物甲酸进行中和，最终释放物是水和甲酸钙。硅藻土中含有一定量的氧化能力超强的纳米集团物质，在光照的条件下可以将苯、二甲苯等有害的物质氧化，同时有效地避免了吸附饱和以及二次污染等问题的产生。是一款纯天然环保、无二次污染、同时又具有功能性、安全长效的矿物净化材料。2.4除醛乳液的除醛效果2.4.1涂膜厚度对甲醛的吸收速率的影响(见图2)涂膜厚度对甲醛的吸收效率的影响由图2可以看出涂料涂膜厚度对甲醛的吸收速率的影响关系。抗甲醛涂料以及普通涂料的涂膜厚度对甲醛的吸收率均以一个比较快的速度上升，达到一定程度后减缓，趋于一个较为稳定的值。抗甲醛涂料在0～1mm厚度区间内甲醛吸收速率很明显比普通涂料快；在涂膜厚度＞1mm时抗甲醛涂料对甲醛的吸收速率在90%左右，而普通涂料仅仅维持在60%左右，抗甲醛涂料对于甲醛的吸收更为优异。2.4.2涂膜甲醛残余量随时间变化(见图3)甲醛残余量随时间变化图3显示的是墙体甲醛残余量随时间变化的情况，普通涂料甲醛残余量随时间的变化下降得并不明显，特别在2000min后就会稳定在70%左右。而抗甲醛涂料在500min内就迅速下降到40%左右，随时间推移在2000min后甲醛的残余量仅仅为8%左右，完全可以达到环保的要求，对人身无任何危害。3结语研制低气味除醛环保乳胶漆要从多方面考虑：(1)采用低气味不含VOC、APEO、不含甲醛的环保助剂。(2)使用功能性助剂，如除醛遮味剂。(3)使用功能性材料，如纳米二氧化钛(光触媒)、硅藻土、负离子助剂、竹炭等。(4)使用除醛乳液。总之需要全方位的考虑和研究才能制作出完全意义上的环境友好型产品。