功能型负离子壁纸的制备和研究

赵传山 李辉 熊晓敏 王姗姗 李杰华 郭兴亮

摘要：功能壁纸因其绿色环保、功能性强等特性已成为新型的居家壁纸装饰材料。通过研究负离子粉体，制备了负离子涂料，并将该涂料涂布于壁纸表面，制备出负离子涂料壁纸；通过研究负离子纤维，并以该纤维作为主要原料按照壁纸的抄造工艺制备出负离子纤维壁纸。结果表明，两种功能壁纸的基本物理性能可满足壁纸优等品的国家标准；负离子释放量分别为3800个/cm3、4800个/cm3；甲醛去除率均可达92%；经过紫外线老化实验后，负离子释放量分别下降152%和235%；年辐射量均低于3 mSv，均在人体每年所吸收空气和地表的辐射范围内。

关键词： 功能壁纸；负离子；负离子释放量

中图分类号：TS7616文献标识码：ADOI：1011980/jissn0254508X201807002

收稿日期：20180507（修改稿）Preparation of Functional Negative Ion WallpaperZHAO Chuanshan1，*LI Hui1XIONG Xiaomin 1WANG Shanshan1LI Jiehua1GUO Xingliang2

（ 1Stale Key Lay of Biobased Materials and Green Papermaking， Qilu University of Technology， Jinan， Shandong

Province， 250353； 2 Shandong Zhongguan New Material Technology Co， Ltd， Zibo， Shandong Province， 255400）

（*Email： ppzcs@163com）

Abstract：Functional wallpaper has become a new type of decorating material because of its strong functionality and is environmentally friendly In this paper， two new negative ion functional wallpapers were obtained by preparing negative ion coatings and negative ion fibers which were applied to paper based wallpaper The results showed that the basic physical indexes of the two kinds of wallpaper could meet the national standard； the amount of releasing negative ion was 3800 /cm3 and 4800 /cm3 respectively The removal rate of formaldehyde by the wallpaper could reach 92%， and the negative ion releasing rates dropped 152% and 235% respectively in the simulated 15 days natural aging experiment.

Key words：function wallpaper； negative ion； negative ion release

空气中不仅包括氮气、氧气、二氧化碳、水蒸气和其他少量气体和颗粒悬浮物，还包括空气正负离子，其中空气负离子具有降尘、灭菌、净化有害气体的作用。并且空气负离子具有改善人体生理机能、提高免疫力、消除疲劳、缓解慢性病的保健功效。但在城市环境中，因缺少绿色植被且空气污染等因素影响，空气中有效健康的空气负氧离子含量较少，大约只有100～200個/cm3，而空气中的负氧离子含量只有达到1500个/cm3以上，才能称为清新空气。针对城市空气污染问题，将空气负离子与壁纸结合，制备一种可释放空气负离子的环保型壁纸已成为当前研究的热点。

张惟刚等人[1]根据负离子具有强氧化还原性，能够将有机气体（如甲醛等）分解的特点，发明了一种负离子抗甲醛生态壁纸。这种壁纸是在壁纸原纸表面涂布一层复合涂料，该涂料中含有05%～15%的负离子粉和05%～15%的甲醛去除剂。该壁纸可以永久地释放负离子和远红外线，具有杀菌抑菌、除臭、除味的功能，对人体具有一定的保护作用。实验结果表明，这种壁纸168 h内去除甲醛的效率可以达到952%。

吕卫军等人[2]发明了一种具有释放负离子和远红外线、同时具有隔热性能的壁纸原纸。其工艺是将竹纤维、木浆纤维混合后加水至浆料浓度为1%，用打浆机进行打浆。将纳米碳纤维、纳米远红外负离子粉分别均匀地加入到混合纸浆中：纳米碳纤维在打浆开始后1 h加入，继续打浆1 h后加入纳米远红外负离子粉，即制得含有纳米碳纤维、纳米远红外负子粉竹纤维和木浆纤维混合浆。将上述步骤中制得的混合浆与涤纶纤维浆料进行混合，加入羧甲基纤维素钠并搅拌均匀得混合浆料，混合浆料经过抄纸、压榨、干燥、卷取工序制得环保型壁纸。

王玉翠等人[3]发明了一种超天然健康室内多功能壁纸。该壁纸可以持续释放负离子1500个/cm3以上，远红外的发射率在085以上，富含生命体需要的微量元素，并可吸收游离甲醛等有机物质，还具有防霉、防潮、除味、净化空气、吸音减噪、防水、防老化、防虫蛀、防裂、耐擦洗等优良性能。其所用原料为合成高分子树脂、矿物酶助剂、苦荞植物秸秆和负离子复合无机填料。

本实验分别以负离子涂料和负离子纤维为功能材料制备了两种新型负离子壁纸，并对制备的壁纸负离子释放性能、老化性能、去除甲醛性能和辐射性能进行了研究。

1实验

11实验药品与原料

负离子粉，白色，2500目，山东中冠新材料科技有限公司提供；钛白粉，购于东莞市中钛化工进出口有限公司；碳酸钙，购于济南圣豐工贸有限公司；聚乙烯醇（PVA）1799，购于上海美梦佳化工科技有限公司；有机硅油，购于安徽华润化工有限公司；聚氧化乙烯（PEO），购于安徽华润化工有限公司；质量分数2%的软性肥皂液，自制；白色氧化铝粉末（F180 磨料），购于郑州玉发磨料有限公司；研磨膏，用白色氧化铝粉末与肥皂液按75∶25的比例，在23℃下混合而成；负离子纤维，购于中诚新型材料科技有限公司；聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）纤维，购于光华塑胶材料有限公司；羧甲基纤维素纳（CMC），购于天津江天化工有限公司；漂白硫酸盐针叶木浆，山东莱芜维达纸业有限公司提供。

12实验设备与仪器

Valley打浆机，天津轻工业仪器机械厂；纤维疏解机，瑞典L&W公司；凯塞法纸页成型器，奥地利Laboratory Equipment公司；FT3000单体卧式罐磨球磨，湖南弗卡斯实验仪器有限公司；ZL100A抗张强度测试仪，大连纸张试验仪器厂；AFAIV自动涂布机，东莞伟达仪器；U400/80220高速分散机，上海微型电机厂；YGB611IV日晒气候试验仪，武汉格莱莫检测设备有限公司；LT2003耐摩擦色牢度试验机，昆山景新通电子科技有限公司；FLZ3800空气负离子测量仪，深圳市普利通科技有限公司；RUVA1A 紫外线老化箱，东莞市瑞凯环境检测仪器有限公司；GC210便携式甲醛检测仪，河南驰诚电气股份有限公司；FT367防护级辐射测量仪，中国辐射防护研究院。

13实验方法

131负离子涂料壁纸的制备

涂料配比：负离子粉30%，钛白粉20%，碳酸钙30%，胶黏剂PV4、消泡剂有机硅油、增稠剂CMC等共占20%。用球磨机对混合粉末（负离子粉、钛白粉、碳酸钙）进行湿法超细研磨，并用4000目筛网对混合粉末筛选，获得小于35 μm的超细粉末，将该粉末与PVA、有机硅油、CMC、水配置成固含量70%的涂料，经高速分散机分散1 h，使其充分分散，制备成壁纸涂料。将该壁纸涂料按比例稀释一定倍数之后，涂布在壁纸原纸（自制）的表面，得到可以释放负离子的负离子涂料壁纸。

132负离子纤维壁纸的制备

原料配比：负离子纤维60%，漂白硫酸盐针叶木浆30%，PFT纤维10%，混抄制备负离子壁纸。先将负离子纤维和PFT纤维按2% 浓度放入Valley打浆机加重砣打浆20 min，利用Valley打浆机的剪切作用使纤维切短至5 mm以下，取出挤干水分备用。将浓度2%的漂白硫酸盐针叶木浆加入Valley打浆机中打浆至40oSR。将所有浆料混合稀释到05%的浓度，加入纤维疏解机疏解5000转，再加一定量的PEO分散剂和CMC疏解10000转，得到分散均匀负离子混合纤维浆，然后按照壁纸的抄造工艺抄制定量90 g/m2的负离子纤维壁纸。

133负离子壁纸物理性能检测

制备的负离子壁纸物理性能按照GB/T 34844—2017进行检测。

（1）褪色性的测定 切取尺寸为45 mm×15 mm，且长边平行于纵向的试样。将试样装在试样夹上，试样夹孔以外部分用压板压紧，将试样夹插在试样的回转架上，下端固定。使试样表面充分照射20 h，然后取出试样，置于冷暗处2 h以上。在室内光线充足的情况下，结果按GB/T 250进行评定。

（2）耐摩擦色牢度的测定 将试样放在摩擦色牢度试验机测试台上，两端以夹样器固定（以摩擦时试样不松动为准）。然后将摩擦布固定在摩擦头上，往复摩擦25次，进行干摩擦测定。将试样固定在测试台上，摩擦布用蒸馏水润湿，使摩擦布含水率达到95%～105%，用湿摩擦布往复摩擦5次，进行湿摩擦测定。结果按GB/T251进行评定。

（3）遮蔽性的测定 切取大小为200 mm×200 mm的试样1片，遮蔽性试验用灰色样板紧贴于试样，移动灰色标准样板，按表1评定透过试样的能见度。表1壁纸遮蔽性能见度参照表

遮蔽性判断1级明显表露2级稍微表露3级很少表露4级不表露

（4）可洗性以可洗和可刷洗结果来表示：

可洗测定 切取长边平行于横向，大小为300 mm×150 mm的试样4片。将试样压在压板上，然后在试样上加入30 mL肥皂液，开始进行摩擦试验。摩擦速度为（120±10）次/min，摩擦次数为30次。完成摩擦试验后，取下试样进行冲洗，先检查湿润试样是否有损失痕迹。然后在（105±2）℃的烘箱中干燥4 min，再检查干燥试样是否有损伤痕迹。

可刷洗测定 使用摩擦头，刷子鬃毛不得弯曲。将试样压在压板上，用研磨膏5 g遍布于要刷洗的试样表面，再在试样上加入肥皂液20 mL，然后进行摩擦试验。摩擦速度为（30±3）次/min，摩擦次数为40次。完成摩擦试验后，取下试样进行冲洗，然后在（105±2）℃的烘箱中干燥4 min，再检查干燥试样是否有损伤痕迹。

（5）湿抗张强度 按照国标GB/T4652 纸和纸板浸水后抗张强度的测定方法检测。

134负离子释放量

用空气负离子测量仪测定单位空间内负离子的释放量和保留量。负离子释放量是将空气负离子测试仪距离负离子壁纸1 cm内测量负离子的含量；负离子保留量是将空气负离子测量仪距离负离子壁纸100 cm，测试空气中的负离子含量。

135负离子壁纸老化性能

目前常用的聚合物模拟老化方法有： 紫外光加速老化、热老化、水解老化等[45]。用VU紫外线老化箱对制备的两种负离子壁纸进行紫外线老化实验，选用4根40 W的UV340紫外线灯管对壁纸进行连续15天的紫外线老化，并测量不同时间内的壁纸抗张强度和负离子释放量的变化。

136负离子甲醛去除效果

按照GB/T18883测定负离子壁纸对单位空间内的甲醛去除效果。

137负离子壁纸放射性

采用辐射测试仪测量壁纸每天的的辐射量，持续测量7天，计算每天的平均辐射量，并以此推算1年内的壁纸辐射量。

2结果与讨论

21负离子壁纸基本物理性能

对制备的两种负离子壁纸进行物理性能检测，并与壁纸国家标准优等品的相应技术指标进行比较，实验结果见表2。由表2可以看出，两种负离子壁纸所测量的物理性能，都能达到壁纸国家标准优等品的要求。负离子涂料和负离子纤维作为制备壁纸的表面涂料和纤维材料不仅能释放负离子，对壁纸的横向湿摩擦和湿抗张强度也有提高作用。

22负离子释放量

由图1和图2可知，两种壁纸负离子的释放量均呈先不断增加后趋于平稳的趋势，且负离子释放量均要高于负离子保留量。这是因为一开始空气中的负离子含量较低，在前3～4天的时间内壁纸中的负离子源不断被激活，开始激发空气中的分子，形成负离子释放。但是负离子在空气中很容易被中和掉，所以当负离子释放扩散到空气中时，有一部分被中和。当经过一定时间后壁纸中的负离子源完全被激活，其激发释放负离子量和空气中保留的负离子量开始达到平衡。图1中负离子涂料壁纸释放的负离子在第3天达到最大量，其释放量为3800个/cm3，而负离子纤

壁纸的使用寿命一般为10～15年，壁纸长时间暴露在空气中会发生自然老化现象，壁纸老化过程中其各项物理性能都会不同程度下降。

图3和图4所示分别为用紫外线老化箱模拟自然条件下的壁纸老化过程抗张强度和负离子释放量变化情况。由图3和图4可知，两种负离子壁纸随着老化时间的增加，老化15天时抗张强度分别降低了57%和56%，负离子释放量分别降低了152%和235%。其中负离子纤维壁纸负离子释放量比负离子涂料壁纸负离子释放量降低的更明显。初步分析为负离子涂料壁纸中，其负离子涂料主要以无机物为主，负离子粉中作为激发体系的氧化剂受老化影响，发生还原反应，使负离子涂料激发体系破坏，因此负离子释放量降低。负离子纤维壁纸中的负离子纤维随着壁纸老化过程的增加，不断老化降解，致使负离子纤维含量降

24负离子甲醛去除效果

空气负离子具有弱电性，在此作用下容易吸附空气中微小污染物和空气中的有毒气体（如甲醛、氨、苯等）。然后通过电性中和、物理吸附、化学反应等综合过程来去除污染物，达到净化室空气的作用。图5所示为两种壁纸对甲醛的去除效果。由图5可以看出，两种负离子壁纸去除甲醛的变化均在第1～2天时较为缓慢，这是因为负离子开始激发，空气中负离子量为开始增加的过程，在第5天之后，由于空气中的甲醛去除率达到80%，空气中的甲醛含量已经较低，所以第6～7天甲醛去除速度开始减慢。经7天加续实验，最终负离子壁纸对甲醛的去除率达到92%，明显起到净化空气的作用。

空气负离子是由中性分子或原子在空气中捕获游离的电子形成的，而空气中游离的电子是分子和原子外围的价电子被放射性的物质释放的X射线、α射线、β射线、γ射线照射后，获得足够的能量，摆脱电子场形成的。这种放射性物就可作为负离子激发源[6]。因为放射性物质对人体具有辐射性，特别是强辐射，具有致癌性。负离子涂料壁纸和负离子纤维壁纸中的放射性物质，通过不断地释放X射线、α射线、β射线、γ射线，使空气中的分子和原子失去或得到电子，从而源源不断地形成负离子。

图6所示为负离子涂料壁纸和负离子纤维壁纸7天中每天的辐射量。由图6可以看出，负离子壁纸总体的释放量要略高于空气中的辐射量，最高辐射量为88 μSv，而空气中的辐射量最高为8 μSv。通过对测量数据取平均值计算年辐射量可知，负离子涂料壁纸和负离子纤维壁纸的年辐射量分别为261 mSv和262 mSv，空气中的年辐射量为238 mSv。而人体每时每刻都受到来自空气和地表的辐射，在正常生活环境下，人体每年所吸收的辐射量为1～3 mSv[7]。因此，虽然负离子壁纸的辐射量要稍高于空气中的辐射量，但其辐射量在人体可承受的辐射量范围内，对人体不会造成危害。

3结论

通过采用负离子涂料和负离子纤维制备了两种负离子壁纸，该壁纸应用到室内装修工程中，可释放负离子、去除甲醛。

31制备的两种负离子壁纸的物理性能都能满足壁纸优等品的国家标准，壁纸中的负离子涂料和负离子纤维，不会影响壁纸的各项物理性能。

32两种负离子壁纸的负离子释放量分别在3800个/cm3、4800个/cm3，在空气中的长久保留量分别达到3600个/cm3、4600个/cm3。

33对两种负离子壁纸进行老化性能研究，经紫外线老化箱老化实验，老化15天负离子释放量分别下降152%和235%，但依旧有较高释放量。

34两种负离子壁纸经7天连续实验，其甲醛去除率均可达92%。

35两种负离子壁纸的空气年辐射量分别为261 mSv和262 mSv，相对正常空气辐射略有提高，但均在正常环境下人体吸收的安全辐射范围内。

參考文献

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