（中國粉體技術(shù)網(wǎng)/班建偉）近幾年來(lái)，對于室內空氣凈化的研究非?；钴S。目前，室內空氣凈化類(lèi)產(chǎn)品很多，如活性炭、空氣凈化器、各種空氣治理劑、功能性?xún)葔ν苛?、功能性壁紙、硅藻泥等等，針對不同的產(chǎn)品，我國也建立了相應的污染物凈化能力的評價(jià)方法。在眾多的空氣凈化產(chǎn)品中，內墻涂料作為目前應用最為廣泛的內墻裝修產(chǎn)品，具有成本低、室內涂布面積大、無(wú)二次污染的優(yōu)點(diǎn)，因而在凈化空氣的發(fā)展方面具有較大的潛力，也受到廣大消費者的普遍青睞。本文對室內空氣凈化涂料及其凈化性能評價(jià)方法的發(fā)展現狀進(jìn)行了綜述，并對其發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望。
1 室內空氣凈化涂料的類(lèi)型
1.1 光催化型
此類(lèi)涂料對污染物的凈化能力主要依靠涂料中所添加的光觸媒材料。光觸媒材料對污染物的凈化原理是其在紫外光或太陽(yáng)光的照射下，會(huì )產(chǎn)生類(lèi)似光合作用的光催化反應，產(chǎn)生出氧化能力極強的自由氫氧基和活性氧，具有很強的光氧化還原功能，能將甲醛等有害物質(zhì)氧化分解成無(wú)害的CO2和H2O。光觸媒最早于1967-1968年被日本科學(xué)家發(fā)現，在光觸媒被發(fā)現之初，通常所指的光觸媒都是納米TiO2，經(jīng)過(guò)40多年發(fā)展，納米氧化鋅、納米氧化錫、納米二氧化鋯、納米硫化鎘等光觸媒材料也相繼出現，但用于涂料中的光觸媒材料仍然以納米TiO2為主，而其他類(lèi)型的光觸媒材料則很少見(jiàn)。
納米TiO2在涂料中的應用面臨幾個(gè)重要問(wèn)題：
(1)普通的納米TiO2只是在紫外光下具有優(yōu)異的光催化性能，在可見(jiàn)光下則無(wú)明顯作用，而普通室內環(huán)境中的紫外光強度極其微弱，因此需要對納米TiO2進(jìn)行改性處理。改性的手段通常有能隙調節、表面沉積金屬晶體和摻雜金屬離子等。
(2)在納米TiO2向涂料添加過(guò)程中，不可避免地存在納米離子的團聚和包覆現象，從而導致光觸媒的光催化作用失效。為了解決這一問(wèn)題，對納米TiO2進(jìn)行負載化處理，可以保持其固有特征，增強其穩定性。
(3)由于納米TiO2光催化涂料強烈的氧化作用，用普通涂料的樹(shù)脂會(huì )很快地被分解而失去作用。光催化涂料用的成膜物必須是無(wú)機成膜物或是原子間結合力極強的硅氧基樹(shù)脂、氟碳基樹(shù)脂等，但此類(lèi)樹(shù)脂目前未見(jiàn)在內墻涂料中的應用，因此一些具有強氧化能力的光觸媒材料的應用受到限制，光觸媒材料在涂料中的作用還不能充分發(fā)揮。
利用光觸媒材料將甲醛等污染物降解為無(wú)害的二氧化碳和水，是對污染物完全意義上的去除，而且光觸媒在發(fā)揮作用過(guò)程中不存在消耗，可以長(cháng)時(shí)間持續發(fā)揮作用，因此采用這一原理研制的空氣凈化涂料是未來(lái)發(fā)展的趨勢。
1.2 物理吸附型
此類(lèi)涂料對污染物的凈化能力主要依靠向其中添加具有較強吸附能力的物理吸附材料，如活性炭、硅藻土、貝殼粉、沸石等，這些材料的特點(diǎn)是具有較大的比表面積，其凈化機理是通過(guò)多孔物質(zhì)對氣體的吸附作用來(lái)凈化空氣。但由于活性炭呈黑色對涂料有著(zhù)色作用，裝飾美觀(guān)性差，很少用于涂料中，即便使用，添加量也很少，很難發(fā)揮大的作用。而沸石和硅藻土的比表面積不高(前者在500～1 000 m2/g，后者比表面積在20～70 m2/g)，所以如果它們用于涂料則吸附效果較差，要想改善效果需要加大用量，但這又會(huì )對涂料的基礎物理性能產(chǎn)生不良影響。單純的吸附并沒(méi)有使污染物消失，在一定條件下，污染物還會(huì )重新釋放到空氣之中，而且吸附材料一旦達到飽和狀態(tài)就不再有吸附作用，不能達到持久凈化空氣的目的。所以，單純以添加物理吸附材料來(lái)實(shí)現污染物凈化的涂料較少，一般只有較為低端的產(chǎn)品才會(huì )采用這種方式。
1.3 化學(xué)反應型
此類(lèi)涂料對污染物的凈化能力主要依靠涂料中存在的可以與污染物發(fā)生化學(xué)反應的組分，目前采用 這一原理實(shí)現污染物的凈化主要針對的是甲醛，其原理是利用甲醛能與一些活性基團發(fā)生化學(xué)反應的性質(zhì)，達到消除甲醛的目的。此類(lèi)涂料中的活性基團，主要來(lái)自含氨基—NH2或亞氨基—NH—的除醛乳液，這種乳液中的氨基或亞氨基能夠與甲醛發(fā)生親核加成反應，從而去除甲醛。乳液中氨基或亞氨基的引入依靠的是在乳液聚合的過(guò)程中添加含胺(氨)基的功能性共聚單體，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。這種乳液去除甲醛的機理如下：
R—NH2(或R2NH)+CH2O→ R—NHCH2OH(R2NOH)
也有報道采用向涂料中添加除醛劑的方式來(lái)去除甲醛，這些除醛劑去除甲醛的機理主要有3類(lèi)：(1)除醛劑中含有氨基—NH2或亞氨基—NH—活性基團，可與甲醛發(fā)生親核加成反應；(2)除醛劑中含有含α-H的醛類(lèi)物質(zhì)，可以與甲醛發(fā)生羥醛縮合反應；(3)除醛劑中含有醇羥基或酚羥基的活性成分，由于電子效應的影響，H較活潑，可以與甲醛發(fā)生親電反應。采用化學(xué)反應原理去除甲醛的涂料在初期往往有較好的效果，但隨著(zhù)能夠與甲醛反應的活性基團逐漸被甲醛消耗以及其在自然條件下的老化，這種涂料往往對甲醛沒(méi)有好的持久凈化效果。尤其是除醛劑加入到涂料中后，還會(huì )存在乳液的包覆作用，使其作用大打折扣。再加上這種涂料除了對甲醛有凈化能力外，對其他污染物沒(méi)有作用，因此這種涂料的應用并不廣泛。
1.4 復合型
此類(lèi)涂料對污染物的凈化機理至少同時(shí)具備光催化、物理吸附、化學(xué)反應3種機理中的兩種，從而集合不同機理的優(yōu)點(diǎn)，達到對污染物優(yōu)異的持久凈化能力。如同時(shí)向涂料中添加物理吸附材料和光觸媒材料，或者將光觸媒材料負載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實(shí)現污染物在涂料表面的富集，再進(jìn)一步依靠光觸媒的光催化作用實(shí)現污染物的分解，從而提高涂料對污染物的凈化能力。
采用這種復合機理研制的涂料最大的優(yōu)點(diǎn)在于可以有效提高涂料對污染物的凈化速度，而且將光觸媒材料直接負載于吸附材料之上也可以解決光觸媒材料的團聚問(wèn)題，因此這一類(lèi)涂料有望成為室內空氣凈化涂料的主流。
2 室內空氣凈化涂料對污染物的凈化功能現狀
目前，空氣凈化涂料對污染物的凈化功能的評價(jià)大多依據JC/T 1074—2008《室內空氣凈化功能涂覆材料凈化性能》標準進(jìn)行，該標準中涉及甲醛和甲苯兩個(gè)凈化指標。國家建筑材料測試中心統計了近兩年來(lái)依據JC/T 1074—2008標準檢測的此類(lèi)產(chǎn)品的檢測情況。
近兩年國家建筑材料測試中心按照JC/T 1074—2008標準完成內墻涂料凈化性能檢測樣品226個(gè)，其中市場(chǎng)抽檢樣品39個(gè)，客戶(hù)委托樣品187個(gè)，合格率72%(凈化性能限量值75%)，合格率較高；完成甲苯凈化性能檢測樣品26個(gè)，全部為客戶(hù)委托樣品，合格率3.8%(甲苯凈化性能限量值35%)，合格率很低，不合格的產(chǎn)品中大部分的甲苯凈化性能低于10%，即便合格的產(chǎn)品，其甲苯凈化性能也不足40%。
由此可見(jiàn)，具有甲醛凈化能力的內墻涂料是比較多的，這種產(chǎn)品對甲醛的凈化能力可以得到肯定，其技術(shù)也相對成熟。但能夠實(shí)現甲苯凈化的產(chǎn)品極少，即便能夠凈化，其凈化性能也較差。這說(shuō)明目前的污染物凈化技術(shù)應用于涂料中后，對于像甲苯這樣穩定性較高的污染物還不能有好的作用，空氣凈化涂料的功能性還有待進(jìn)一步提高。
3 室內空氣凈化涂料的發(fā)展趨勢
3.1 具有優(yōu)異甲醛凈化能力的產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)
目前，甲醛仍然是消費者最為關(guān)注的室內污染物，也是家庭裝修普遍存在的污染物。在相當長(cháng)一段時(shí)間內，涂料的甲醛凈化功能仍將是市場(chǎng)的熱點(diǎn)，加上甲醛的活性較高，對其凈化技術(shù)的研究也較為成熟，這就使得開(kāi)發(fā)具有甲醛凈化能力的涂料產(chǎn)品相對容易。目前，市場(chǎng)上具有甲醛凈化能力的產(chǎn)品已經(jīng)很多，但產(chǎn)品的凈醛能力卻良莠不齊，對甲醛的凈化性能達到90%以上甚至完全凈化的產(chǎn)品就少之又少。因此，將來(lái)這一市場(chǎng)的競爭主要在于高端市場(chǎng)，產(chǎn)品對甲醛凈化能力的高低及長(cháng)期有效性將越來(lái)越受關(guān)注，具有優(yōu)異甲醛凈化能力的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)將成為趨勢。
3.2 具有長(cháng)期有效的對多種污染物凈化能力的涂料產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)
從目前的光催化、物理吸附、化學(xué)反應幾種污染物凈化機理分析，要想實(shí)現對多種污染物(尤其是結構較為穩定的污染物)的凈化，而且要長(cháng)期有效，光催化機理是最為理想的選擇。目前可選擇的最為成熟的光催化材料是納米TiO2，今后，納米TiO2應用涂料中，需要研究解決的主要問(wèn)題有兩個(gè)：(1)納米TiO2在可見(jiàn)光下的高效作用；(2)抗氧化乳液的開(kāi)發(fā)。
4 結語(yǔ)
室內空氣凈化涂料作為凈化室內環(huán)境的一種選擇，具有成本低、室內涂布面積大、無(wú)二次污染的優(yōu)點(diǎn)，具有較大的發(fā)展潛力。目前市場(chǎng)上的空氣凈化涂料產(chǎn)品種類(lèi)眾多，產(chǎn)品質(zhì)量良莠不齊，尤其是具有長(cháng)期有效的對多種污染物凈化能力的涂料產(chǎn)品還很少見(jiàn)，因此有必要加大科研投入，促進(jìn)具有優(yōu)良空氣凈化能力的涂料產(chǎn)品的發(fā)展。在優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品研發(fā)的同時(shí)，還需要科學(xué)的凈化性能評價(jià)方法的建立，從而限制低端產(chǎn)品的應用、保障優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品能夠脫穎而出，促進(jìn)行業(yè)的健康有序發(fā)展。
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