长劲鹿漆

除甲醛涂料研究进展

http://www.coatings.hc360.com2019年01月07日09:18 来源: 国家涂料工程中心T|T

    慧聪涂料网讯:

    关键词:功能涂料,甲醛,吸附,反应,光催化

    背景:

    甲醛、苯和甲苯等挥发性气体是公认的室内污染物,其中甲醛的危害较为显著,其主要来源于家装材料中含醛胶粘剂的挥发和分解。人体长期暴露于含有甲醛的空气中会刺激眼睛,引起头痛甚至呼吸系统疾病。对于新装修的住所,最常见的方式是通风,甚至使用地暖等加热措施加快甲醛的耗散;但有研究表明,家具中的胶粘剂可持续散发甲醛长达20年之久,虽然浓度与初期相比较低,但仍然需要高效的空气净化技术保障人体的健康。随着人们生活水平的提高和环保意识的增强,人们对内墙涂料的关注更多的体现在健康性和环保性上面,因此性能优异、功能强大、安全环保的室内涂料产品已经成为市场主流。

    1.基于生物助剂的除甲醛涂料

    孟盅国研究了金边虎尾兰、芦荟、金心吊兰、黄金葛、铁线蕨和鸟巢蕨等几种常见的室内景观植物对于甲醛的降解能力,发现金心吊兰和金边虎尾兰均可去除49%以上的甲醛,在几种景观植物中除醛效果最佳。植物除醛主要是生成活性氧自由基(•O2-)。基于此,有研究者受到启发从植物中提取主要成分,并将之复合到乳胶漆的配方中。尤其,从天然中草药中(青黛、板蓝根)提取的生物碱如吲哚,就可以同甲醛发生加成反应,从而消除甲醛。当提取物为醇羟基或酚羟基,也易与甲醛发生亲电反应。

图1 添加生物助剂前后的除醛效果

图1 添加生物助剂前后的除醛效果

    2.基于物理吸附的除甲醛涂料

    吸附法是利用多孔性固体吸附剂处理含醛空气,物理吸附所用的吸附剂主要有活性炭、沸石分子筛、硅藻泥和活性碳纤维。

    王叶等通过对粉煤灰颗粒进行表面设计,并将甲醛捕捉剂负载到粉煤灰颗粒的表面,以改性粉煤为填料制备内墙涂料。发现其除醛效果优于活性炭参比样,同时对固废粉煤灰的功能化利用也有利于降低内墙涂料的制备成本。

表1 不同吸附剂消除甲醛性能

表1 不同吸附剂消除甲醛性能

    3.基于化学反应的除甲醛涂料

    甲醛能与氨的衍生物,如羟氨、肼、苯肼、2,4-二硝基苯肼以及氨基脲等反应,分别生成肟、腙、苯腙、2,4-二硝基苯腙及缩氨基脲。而乳液又是乳胶漆膜的成膜物质,如果能在乳液聚合的过程中引入胺的衍生物,室内墙面的乳胶漆膜成膜物质就具备了除醛功能。

    这些胺的衍生物包括含胺(氨)基的功能性共聚单体如含端胺基苯乙烯,(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。此外,胡晓光等人发现甲醛可以与活泼的碳负离子亲核加成,他们在树脂上接枝功能性单体乙酰乙酸基甲基丙烯酸乙酯,以期和甲醛发生Michaeladditionreaction(迈克加成)。

图2 甲醛和活泼的碳负离子发生迈克加成反应

图2 甲醛和活泼的碳负离子发生迈克加成反应

    4.释放负离子的功能涂料

    负离子除醛是一项具有前景的技术。在技术不断发展的今天就产生了负离子乳胶漆。通过向涂料中加入功能性负离子粉体,主要是天然矿物电气石,使其和树脂进行复合,最终形成具有负离子释放功能的乳胶漆。待负离子涂料涂刷成膜后,存在于体系中的水分子在这些高分子膜的空隙中与负离子粉体进行作用,形成空气负离子,即空气负氧离子,然后将甲醛氧化。

    张彦奎基于长石、电气石、伊利石、云母、独居石、锆石等负离子诱生粉料的制备了一系列能够持续高效诱发生态负氧离子的健康型内墙涂料,发现独居石和锆石产生的负离子最多,该产品负离子诱生量高于1000ions/s•cm2,两种产品复合内墙涂料的除醛效果也均达到国家标准。

图3 负离子粉料的种类对负离子诱生量的影响

图3 负离子粉料的种类对负离子诱生量的影响

    5.光催化除甲醛功能涂料

    光催化法对于低浓度的甲醛有很好的去除效果。同时,和除醛乳液不同,光催化涂料中的助剂和树脂不是降解甲醛的反应物,因此其具有良好的循环性能和耐久性。具有降解能力纳米半导体主要有TiO2、ZnO、ZnS、CeO2等,尤以TiO2这种常规的颜填料作为除醛涂料终的复合组分报道的最多。氧化钛可以吸收光而发生电子的跃迁,降解的过程如下图所示:

图4 (a)光催化除醛过程;(b)以纳米氧化钛为助剂除醛效果

图4 (a)光催化除醛过程;(b)以纳米氧化钛为助剂除醛效果

    光催化除醛涂料制备的难点是既要保证涂膜的性能,又要确定氧化钛等其他可以光催化得到无机粒子可以充分接触到空气中的甲醛。杨阳等人首先将纳米TiO2直接加到市售的面漆当中,均匀涂覆与试验箱中发现并没有起到降解甲醛的作用,主要原因涂料中的大分子有机物完全包覆在TiO2表面,使其无法接触甲醛,也无法接收紫外光。最终他们将无机盐、酸和制备的纳米TiO2调配成水性涂料,同时改变纳米TiO2添加量,发现可以成功去除甲醛。张玉波等制备了纳米TiO2改性乳胶漆,发现纳米TiO2粉体的添加量在2%时光催化效果最好,且随着粒径的减小,光催化降解能力提高。通过对降解甲醛能力的重复性检测,表明光催化降解甲醛具有一定的持久性。

表3 不同的除醛涂料的组成及除甲醛效率

表3 不同的除醛涂料的组成及除甲醛效率

    也有将上述几种策略复合来制备除醛产品。国内某公司“净醛全效内墙乳胶漆”项目采用除醛乳液、纳米TiO2光催化助剂及生物助剂三种除醛材料协同作用,使漆膜具有高效持久吸收并分解室内甲醛、净化室内空气的功能,产品经检测符合国家标准和相关行业标准。

    6.结论

    目前,改善人类的居住环境有很多的手段和方式,其中家装涂料具有甲醛去除范围广,除醛功能多样等优点。而持续开发具有高甲醛去除效率和高涂膜性能的内墙涂料将成为功能涂料研发的重点之一。

责任编辑:吴燕英2

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