无机干粉负氧离子涂料的性能研究

2020-10-31路明晓段炎红李园枫赵全忠

四川建材 2020年10期

刘涛，路明晓，段炎红,3，李园枫，赵全忠

(1.河南省建筑科学研究院有限公司，河南郑州 450053；2.河南省建科院新材料股份有限公司，河南新乡 453500；3.河南省建筑工程质量监督检验测试中心站有限公司，河南郑州 450053)

0 前言

进入21世纪以来，随着我国社会的高速发展和人们生活水平的快速提高，人们赖以居住的环境也受到了极大破坏，引发了人们对环境尤其是室内空气的持续关注。负氧离子浓度作为评价空气和环境质量的一个重要指标，越来越受到人们的重视。负氧离子被誉为“空气维生素”和“大气中的长寿素”[1]，具有消除甲醛、VOC、沉降空气中的灰尘，抑制细菌和净化空气等作用，同时它还可以改善人们的心肺功能、增强人体免疫力等，对环境质量和人体健康非常重要。张丽娟[2]论述了空气中负氧离子含量与人体健康和空气清新的关系，具体见表1。

表1 空气中负离子含量与人体健康以及空气清新级别的关系[2]

目前已有将释放负氧离子的功能材料应用到涂料中的相关研究报道[3-5]，但是多数为在乳胶漆中直接添加些负离子粉，这些涂料虽然可以产生负氧离子，但是由于乳胶漆本身不可避免地会向周围环境释放微量的游离甲醛、VOC等，仍然可能会危害人们的健康。基于这种情况，本文拟开发一款可以释放负氧离子的无机粉体涂料，所有原料均来自天然矿物质，通过在其中加入纳米尺寸的负离子粉，源源不断地释放负氧离子，然后对涂料的各项性能进行了研究。

1 无机干粉负氧离子涂料的制备

1.1 原料

白水泥、灰钙粉、双飞粉、滑石粉、硅藻土、偏高岭土、六偏磷酸钠、负离子粉、助剂等。所有原料均为市售。

1.2 设备

可调转速搅拌分散设备

1.3 无机干粉负氧离子涂料制备

按表2配方配比称取粉体，混合均匀后倒入搅拌罐，在1 000～1 500 r/min高速搅拌10～15 min,在600～900 r/min下搅拌15～20 min。

表2 无机干粉负氧离子涂料配方配比 %

2 无机干粉负氧离子涂料的性能研究

2.1 常规性能

作为一款无机粉体负氧离子涂料，首先需要对涂料的常规性能进行研究，保证涂料可以正常使用，按照《建筑用水基无机干粉室内装饰材料》(JC/T2083-2011)的要求对涂料的状态、施工性、涂层外观、抗裂性能、表干时间、耐碱性、粘结强度等进行试验，实验结果见表3。

由表3可以看出，该涂料配方配比合理，各项常规性能符合《建筑用水基无机干粉室内室内装饰材料》(JC/T2083-2011I)Ⅰ类(质感型干粉室内装饰材料)的要求，可以作为无机干粉涂料用于室内墙面的装修。

表3 无机干粉负氧离子涂料常规性能结果

2.2 环保性能

一款好的涂料，在保证常规性能的前提下，更需要注重原料的环保性。按照《室内装饰装修材料内墙涂料中有害物质限量》(GB/T18582-2008)的要求对涂料的游离甲醛、挥发性有机物(VOC)和重金属等指标进行检测，试验结果见表4。

表4 无机干粉负氧离子涂料的有害物质限量结果

由表4可以看出，该涂料中游离甲醛、VOC、可溶性重金属等指标未检出，原因是其原料全部来自各种天然矿物质，保证了涂料本身不含任何有机成分和可溶性重金属等。与市面上的乳胶漆相比，该涂料更健康环保，是一款真正的绿色健康环保的涂料。

2.3 负氧离子诱生性能

作为一款主打负氧离子的功能涂料，需要对其负氧离子释放量进行研究。首先按照《负离子功能涂料》(HG/T 4109-2009)的要求对涂料的负氧离子诱生量进行测试，试验结果见表5。

表5 无机干粉负氧离子涂料的负氧离子诱生量

由表5可以看出，该涂料满足负离子功能涂料的标准，是一款可以释放负氧离子的功能涂料。

为了检测涂料涂刷后负氧离子的释放情况，按照涂料的正常工艺涂刷了5块样板，晾干后放入空气试验箱[6]的四周和底部，调试好2台便携式负氧离子检测仪，一台放在试验箱外测量负氧离子浓度，一台放入试验箱内测量负氧离子浓度，10 min将两台仪器对调，再次重新测量，避免仪器本身的干扰。试验结果见图1。由图1可知，试验箱外负氧离子浓度很低，不超过200 ion·cm3，与此同时，试验箱内负氧离浓度维持在1 600 ion·cm3左右，涂料的负氧离子释放效果明显。

图1 负氧离子浓度测试结果

在涂料的制备过程中，我们加入了纳米负离子粉，其主要成分为电气石(托玛琳)。电气石是一种含硼为特征的环状结构的复杂硅酸盐矿物，属于三方晶系，有明显的热电性和压电性，具有永久的电极，可以在其周围形成永久的电场。目前其释放负氧离子的解释主要有两种，其中一种是电气石可以源源不断地将电场内的水分子进行分解，产生氢离子和氢氧根离子，氢离子得到电气石周围电场的电子形成氢气，氢氧根离子与水分子结合形成羟基负氧离子，具体反应原理如下。

H2O→H++OH-

2H++2e→H2

OH-+nH2O→OH-(H2O)n

同时我们将电气石加工到纳米尺度，增强了其自发极化效应，负氧离子的释放能力增强。