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0 引 言
随着生活水平的提高和健康意识的增强, 人们对居住环境的环保安全日益关注和重视, 对室内装修材料的环保要求越来越严格。内墙涂料作为室内装饰材料的重要组成部分之一, 其装饰性、环保性及功能性已受到广大居民的普遍关注。传统乳胶漆相对于溶剂型涂料来讲, 尽管其VOC 含量较低, 但其毕竟仍含有一定量的有机溶剂, 且挥发慢, 在涂膜中滞留时间长; 此外, 传统乳胶漆通常需加入一定量的有机杀菌防腐剂以抑制涂料在贮存及使用过程中因各种菌类滋生而发生的腐败变质现象, 但这些有机杀菌剂毒性大, 对人体有害, 且其广谱性和持效性并不理想。室内装修及家具所用的材料如纤维板、夹板中含有的甲醛、以及家具漆中含有的甲苯等苯类有机挥发物,会污染室内空气, 危害人们身体健康。
纳米材料因其具有粒径小、比表面积大、粒子微孔多以及吸附能力强等特性, 对提高涂料的悬浮稳定性及涂层与基材之间的结合力等方面有明显作用, 可显著提高涂膜的致密性、表面平整度和耐洗刷性; 利用纳米材料的光催化特性, 可以催化降解一些有害的有机化合物, 抑制各种菌类的繁殖生长, 起到抗菌和杀菌的效果。
本文选用具有低温成膜性好的核壳构型乳液, 并引入功能性的复合纳米材料助剂, 制备了涂膜强度好, VOC 含量低, 防腐防霉抗菌效果好, 且能分解周围环境中有害有机化合物的内墙乳胶漆, 用于室内墙面装饰, 具有明显的环保性。
1 实验部分
1. 1 原 料
各类丙烯酸酯乳液, 去离子水, 颜填料, 分散剂,消泡剂, 增稠剂, 流平剂和各类纳米材料等。
1. 2 基本配方
水: 18~ 24份; 润湿分散剂: 0.4~ 1.0份; 复合纳米材料: 0.1~ 0.3份; 纳米硅基氧化物: 1.0~ 3.0份;二氧化钛: 10~ 20份; 填料: 25~ 35份; 消泡剂: 0.1~0.2份; 丙烯酸酯乳液: 25~ 35份; 增稠剂: 0.3~ 0.4
份; 流平剂: 0.2~ 0.份。
1. 3 制备工艺
将水、分散剂、纳米材料、二氧化钛、填料、消泡剂搅拌均匀后, 经砂磨研磨至细度小于50 um后, 加入乳液, 搅拌均匀后再加入增稠剂和流平剂, 调整黏度后过滤出料。
1. 4 性能测试
1. 4. 1 常规性能测试
按GB /T9756- 2001内墙涂料标准及检测方法测试, 其中涂膜摆杆硬度按GB /T1730- 93规定的方法进行测试; 最低成膜温度按GB9267- 88规定的方法进行测试。
1. 4. 2 防霉防腐抗菌性能测试
防霉性能按GB /T1741- 79 ( 89)漆膜耐用霉性能测试方法进行测试; 防腐性能按ISO9252- 1989(合成胶乳微生物的检验)和D2574- 00乳胶漆防腐功效测试-微生物挑战性试验方法进行测试; 抗菌性
能按GB15979- 2002 <附录C – 产品抑菌和杀菌性能与稳定性测试方法>, 中华人民共和国卫生部2002年<消毒技术规范- 抑菌试验>中奎因试验方法和日本食品分析中心制定的抗菌材料(制品)膜复盖法进行测试。
1. 4. 3 分解有机物性能测试
分别在60 L的密闭玻璃箱中加入0.54 mg甲醛和甲苯(浓度均为9.0mg /m3 ) , 放入涂有受试涂料样品的玻璃板(涂布厚度60 m2/kg, 样板尺寸: 20 cm ∀30 cm) , 置于日光灯下照射72 h, 然后测定甲醛和甲苯的浓度变化。
1. 4. 4 涂料VOC含量测试
涂料VOC 含量按照GB18582- 2001 室内装饰装修材料内墙涂料中有害物质限量!附录A 规定的方法进行测试。
2 结果与讨论
2. 1 丙烯酸酯乳液品种的选择试验
本实验分别选用中化建常州涂料化工研究院采用两种工艺制备的丙烯酸酯乳液HE – I和HE – #及国外知名公司生产的用于制备低VOC 或零VOC涂料的丙烯酸酯乳液A、B、C, 在不加任何有机成膜
助剂及纳米材料的情况下制备内墙涂料(颜料体积浓度PVC 为55% ) , 试验结果见表1。
由表1可知, 丙烯酸酯乳液HE – I和HE – #及乳液A 均具有优异的低温成膜性, 由其制备的中PVC 的内墙涂料, 其涂膜具有良好的硬度和耐沾污性, 且涂料的冻融稳定性好, 因此可用于制备超低VOC或零VOC的内墙乳胶漆; 乳液B 尽管低温成膜性好, 但可能是其Tg 稍低的缘故, 其涂膜的硬度稍低些, 且涂料的冻融稳定性差, 不适合用于制备低或零VOC的内墙乳胶漆; 乳液C 可能是其Tg 太高的缘故, 其成膜温度稍高, 在配制乳胶涂料时还需加入一定量的成膜助剂, 才能使涂料满足低温条件下可施工的要求。由表1中各涂料的耐洗刷性试验结果可以看出, 不同的乳液其对颜填料的承载力不同, 表现在涂膜的耐洗刷性存在较大的差异。
2. 2 纳米SiO2用量对乳胶漆性能的影响
纳米级材料加入涂料中, 可极大地减少涂料中颜料和成膜基料之间的自由体积, 大大提高填充比, 改进涂层的机械强度, 提高涂膜的耐洗刷性, 增加涂层表面的致密性和平整度, 从而改善涂层的耐污性。此外, 纳米材料具有极大的比表面积和表面活性, 其加入涂料中, 与基料和溶剂或水形成强大的相互作用力, 可明显改善涂料的流变性和悬浮稳定性。本实验考察了纳米S iO2的加量对乳胶漆(选用HE – I乳液)稳定性和涂膜性能的影响, 结果见表2。
从表2的试验数据可以看出, 在涂料中加入适量的纳米SiO2, 提高了涂料的贮存稳定性, 从而明显改善了涂料的开罐效果, 同时, 涂膜的耐污性和耐洗刷性得到显著的改善。从表中结果还可看出, 加入过量的纳米SiO2, 涂层的机械强度将随之下降, 这是因为纳米材料过量后, 一方面提高了涂膜的颜料体积浓度( PVC ), 另一方面由于纳米材料具有极大的比表面积和表面活性, 其过量后, 会使涂膜中的成膜基料富集于其表面而降低了成膜基料与颜填料间的粘结力, 从而降低涂膜的机械强度。
2. 3 纳米抗菌材料的选择试验
近年来诸多研究表明, 一些纳米材料如纳米二氧化钛和氧化锌具有光催化特性, 利用其光催化特性,可将一些有害的有机物在紫外光照射下氧化降解为水、二氧化碳及相应的酸, 从而达到净化空气、减少对环境污染的效果。锐钛型纳米T iO2具有非常高的氧化能力, 其禁带宽度为3.2 eV, 相当于波长为387 nm 的紫外线的能量, 在光照尤其是紫外光照射下, 会产生电子- 空穴对, 自由电子- 空穴对可使氧活化, 易产生活性氧自由基, 活性氧具有极强的氧化能力, 可分解许多有机物, 并对细菌有毒化作用。纳米ZnO光催化杀菌机理与T iO2相似, 但其锌离子本身具有较好的杀菌作用, 由于细菌都是带负电荷的, 而锌离子是正电荷, 当细菌一旦接触到ZnO 所形成的网络的任一部位, 就会有正电荷进入细菌内部, 破坏细菌体内蛋白质的合成。因此即使在无光照射的环境中, 也能抑制细菌的生长和杀死细菌。
本实验选用HE- I乳液, 比较了常用的异噻唑啉酮类有机杀菌剂和几种不同的无机纳米抗菌剂的抗菌效果, 其中2#采用国外A 公司生产的纳米T iO2 (锐钛矿/金红石= 80/20), 3#为国内B 公司生产的锐钛型纳米TiO2, 4#采用江苏常泰纳米材料有限公司生产的复合纳米抗菌剂-"常泰"四合一宝, 试验结果见表3。
从表3可知, 4种涂料制成的样板于室外放置半年后, 其抗菌防霉效果暂时无明显差别, 但涂料贮存3个月后, 1#和4#正常, 2#和3# 已霉变发臭。这是因为纳米T iO2 (锐钛型)在无光照条件下, 产生活性氧的能力显著降低, 达不到良好的抗菌功效, 而"常泰"复合纳米抗菌剂系主要由无机纳米T iO2和纳米ZnO组成, 即使在无光照的条件下, 由于纳米ZnO 的作用, 也具有良好的防腐抗菌效果, 因此可替代有机抗菌防腐剂, 用于乳胶漆中。
2. 4 复合纳米抗菌材料用量对乳胶漆抗菌性能的影响
本试验考察了"常泰"复合纳米材料抗菌剂用量对内墙乳胶漆防霉防腐抗菌性能的影响, 结果如表4所示。从表4中数据可以看出, 在涂料中加入0.3% ~0.5% (质量分数)复合纳米抗菌材料, 涂料的防霉防腐抗菌功效等相当于有机杀菌防霉剂, 涂料的成本却增加不多, 不但能取代对人体有害的有机防腐抗菌剂, 而且还具有长效性。
2. 5 复合纳米抗菌材料用量对分解室内空气中有机物的影响
本实验还考察了∋常泰(复合纳米抗菌剂用量对催化分解空气中的有机物效果的影响, 结果见表5。
从表5可知, 在内墙乳胶涂料中添加0.5% 的" 常泰"复合纳米抗菌材料, 可有效分解周围存在甲醛、甲苯等有机化合物, 起到净化空气的效果。由于纳米光催化材料具有较高的光化学活性, 使用不当, 会破坏涂膜, 使涂膜过早地氧化降解和粉化,本试验中采用的常泰公司的复合纳米抗菌剂系采用特殊方式将特定的纳米材料有效分散并复合而成, 不但使用方便, 且高效, 用量小, 其对涂膜的破坏性很
小, 加入0.5%的"常泰"复合纳米抗菌剂的涂膜放置于户外, 在自然光条件下, 6个月后仍完好无损, 没有出现粉化现象。
2. 6 纳米改性内墙涂料与常规内墙乳胶漆的性能比较
将纳米改性抗菌内墙乳胶漆与市售的常规内墙乳胶漆进行了性能比较, 结果见表6。
从表6数据可以看出, 与常规内墙乳胶漆相比,本实验制备的纳米改性内墙乳胶漆, 具有更好的开罐效果, 优异的耐沾污性和耐洗刷性和抗菌性, 能有效催化分解周围空气中的有害有机化合物。由于本实验制备的纳米改性乳胶漆的成膜基料选用核壳异相构型的丙烯酸酯乳液, 其具有较低的成膜温度( 0~5 ºc )和较高的玻璃化转变温度( 14 ~ 15ºc )因此涂料具有良好的成膜性能, 不用或极大地降低了成膜助剂的用量, 因而涂料的VOC含量显著减少, 适应了日益严格的环保法规的要求, 是一种健康型功能性的内墙乳胶漆。
3 结 论
在普通内墙乳胶漆中加入1% ~ 2% 的纳米S iO2和0.3% ~ 0.5% 复合纳米抗菌材料, 可有效改善涂料的贮存稳定性和开罐效果, 大幅度提高涂膜的耐沾污性和耐洗刷性; 不用添加任何有机抗菌剂, 而具有极佳的防霉、防腐和抗菌性能, 且能催化分解空气中诸如醛和甲苯等有害化合物; 使用异相构型的核壳结构丙烯酸乳液作为成膜物质, 极大地降低了VOC含量, 是真正有益于人们身心健康的环保型高级内墙乳胶漆, 具有广阔的市场前景。
