环境友好型干粉空气净化涂料的研制

具体步骤如下：

(1)在恒温恒湿室，将检测样板放在支架12上，在反应舱11的磨口处涂覆凡士林，盖上石英盖10，用夹子固定，盖上上盖3。

(2)连接反应舱及检测系统14，打开第一硅胶管61与注射室5之间的接口，注入测试物质到注射室5内，连接接口形成一封闭系统。

(3)打开电源，启动检测系统14及气体真空泵，再用电炉7将注射室5加热，使气体挥发，利用气体真空泵实现反应舱11内部气体循环，待注射室内液体完全挥发后，关闭电炉电源。

(4)用遮光布将这个反应舱11进行密闭，利用第二气体真空泵132实现第二路气体循环系统的气体循环，检测系统中的检测器与电脑相连接，将检测结果实时输出，得出甲醛等VOC的光催化速率曲线V1。(5)关闭光源系统，重复上述1～4步骤，得出暗反应速率曲线V2。

(6)关闭光源系统，反应舱中不放检测样板，重复上述2～4步骤，得出甲醛等VOC的暗反应自然衰减曲线速率曲线V3。

(7)根据检测曲线V1～V3，分别取某一时刻的光催化后、暗反应后、自然衰减后甲醛的浓度，按照式(1)计算甲醛等VOC的光催化降解率：

其中：P——有效质量为m g的样板经t s的光催化降解降解速度，%/(g · m2 · s)；

1——有效质量为m g的样板在t时刻的光催化反应后甲醛等VOC的浓度，×10-6；

2——有效质量为m g的样板在t时刻的暗反应后甲醛等VOC的浓度，×10-6；

3——有效质量为m g的样板在t时刻的自然衰减后甲醛等VOC的浓度，×10-6;

m——单位面积功能分体含量，g；

s——有效质量为m g的样品的涂覆面积，m2；

t——时间，s。
 

2 结果与讨论

2.1 甲醛自然衰减曲线

图2给出了甲醛的光衰减曲线，可以看出，注入甲醛后，加热过程中，甲醛约0.5 min后可混合均匀，甲醛气体在自然光照射下，自然衰减曲线基本呈现线性关系，单位时间内衰减率约为6%，说明此检测方法可以用来评定甲醛的降解率。

2.2 胶粉含量对涂膜性能的影响(见表3)

可再分散乳胶粉是由一种醋酸乙烯酯与叔碳酸乙烯酯-VeoVa或乙烯或丙烯酸酯等二元或三元的共聚物，经过喷雾干燥得到的改性乳液粉末，它具有良好的可再分散性，与水接触时重新分散成乳液，并且其化学性能与初始乳液完全相同。在干粉涂料中，可再分散乳胶粉分散后成膜并作为第二种胶黏剂发挥增强作用。表3给出了胶粉含量对涂膜性能的影响，由表3可以看出，随着胶粉含量的增加，涂膜的耐水性性能增加，但含量大于7%时，涂膜发生开裂，故可分散胶粉含量应该小于7%，选择5%进行实验。
2.3 木纤维含量对涂膜性能的影响

木质纤维素(Methyl Cellulose)是天然可再生木材经过化学处理、机械法加工得到的有机絮状纤维物质，无毒、无味、无污染、无放射性。木质纤维素具有以下特点：对防止涂层开裂、提高保水性、提高生产的稳定性和施工的合易性、增加强度、增强对表面的附着力等有良好的效果；木质纤维素密度小、比表面积大，具有优良的保温、隔热、隔声、绝缘和透气性能，热膨胀均匀不起壳不开裂；更高的湿膜强度及覆盖效果；木质纤维具有优良的柔韧性及分散性，混合后形成三维网状结构，增强了系统的支撑力和耐久力，能提高系统的稳定性、强度、密实度和均匀度。木质纤维的结构黏性，使加工好的预制浆料(干湿料)的均匀性保持原状稳定并减少系统的收缩和膨胀，使施工或预制件的精度大大提高。表4给出了木纤维含量对涂膜性能的影响，可以看出，木质纤维素添加量在0.5%～1%时，可以较好防止涂膜开裂。

2.4 纤维素醚含量对涂膜性能的影响

纤维素醚是产量、用量都在迅速增加的纤维素品种。是由精制棉经碱化处理后，用环氧丙烷和氯甲烷作为醚化剂，通过一系列反应而制成的非离子型纤维素混合醚，取代度一般为1.2～2.0。其性质因甲氧基含量和羟丙基含量的比例不同而有所差别。在涂料中可明显增加涂料的黏度，提高施工黏结性。实验选择羟丙基甲基纤维素醚做干粉涂料，表5给出了羟丙基甲基纤维素醚对涂膜黏度的影响，由表5可以看出，干粉涂料与水的比例在相同的条件下，随着羟丙基甲基纤维素醚含量的增加，涂膜的黏度逐渐增大，且施工性能也较好，故羟丙基甲基纤维素醚的添加量选择在0.5%～2%。

2.5 聚乙烯醇含量对涂膜性能的影响

聚乙烯醇(简称PVA)外观为白色粉末，是一种用途相当广泛的水溶性高分子聚合物，由于PVA具有独特的强力黏结性、皮膜柔韧性、平滑性、耐油性、耐溶剂性、耐磨性以及经特殊处理具有的耐水性，因此广泛用于生产涂料、黏合剂、高分子化工等行业。我们将聚乙烯醇与可分散胶粉混拼作为成膜物质，提高干粉涂料的黏结强度及调整涂膜表面触感，表6给出了不同聚乙烯醇添加量对涂膜触感的影响，可以看出，当聚乙烯醇添加量大于2%时，可以得到表面比较光滑的涂膜。因此，干粉涂料中聚乙烯醇添加量定为2%以上。

2.6 功能性粉体的选择

图3给出了在相同添加量下，不同功能粉体对甲醛去除率的影响，H-TiO2、N-H-TiO2分别为甘肃省自然能源所所制样品，通过H-TiO2、N-H-TiO2与市售P25及锐钛型纳米TiO2对甲醛的去除率比较，H- TiO2、N-H-TiO2对甲醛的去除率比P25优异，主要是H-TiO2、N-H-TiO2所制的粉体颗粒半径更小，比较面积大，具体的表征及分析可参考相关文献。H-TiO2、N-H-TiO2对甲醛的去除率接近，考虑到具体的制备工艺的简便性及成本，选择H-TiO2作为功能粉体，制备环境友好型干粉空气净化涂料。

2.7 凹凸棒土含量对涂膜性能的影响

表7给出了凹凸棒土含量对涂膜性能的影响，可以看出，随着凹凸棒土的加入量逐渐增大，涂膜对甲醛的去除率(1 h)逐渐增大，添加量大于5%时，涂膜对甲醛的去除率(1 h)都大于70%，且涂料的黏度也逐渐增大，实验选择添加量分别为5%、10%的凹凸棒、5%的凹凸棒加2%的H-TiO2以及10%的凹凸棒加2%的H-TiO2样品，在同样的涂覆量下(150 g/m2)，分别做甲醛的去除率实验，每次注射量为30 μL的0.37%的甲醛溶液(理论值为4.5×10-6)，待前一次注入的甲醛为0后，继续注射，观察样板对甲醛的去除率，结果见表8。可以看出，10%的凹凸棒加2%的H-TiO2样品(1#)第一次注射后，甲醛的浓度为0，第二次注入后，甲醛浓度22 min后达到0；而不加H-TiO2，只有10%的凹凸棒的2#样板第一次注射后，3 min后达到0；5%的凹凸棒加2%的H-TiO2样品(3#)第一次注射后，7 min后达到0；而硅藻泥样板则需要60 min达到0。以第二次注入甲醛后的数据作图，见图4。可以看出，添加2%的H-TiO2后可以明显提高甲醛的去除率，为了进一步验证1#～4#样板的效果，我们重新制板，选择一次性注入150μL的0.37%的甲醛溶液(理论值为22×10-6)，观察样板对甲醛的去除效果，见图5。可以看出，0.3 h 后达到0.08×10-6，所以实验选择凹凸棒土添加量为10%(质量分数)。

2.8 功能粉体含量对甲醛去除率的影响

图6给出了不同含量功能粉体对甲醛去除率的影响，可以看出，随着粉体含量的增加，甲醛的去除率越高，但当功能粉体含量大于2%时，甲醛的去除率增加程度不大，考虑到成本，我们将功能性粉体含量定位2%。

2.9 负离子粉的作用

负离子有益于人体健康的优点归纳为：(1)活化人体细胞；(2)降低血压，净化血液，增强心肌功能；(3)改善睡眠，恢复体力，促进新陈代谢；(4)稳定植物神经系统，使人体激素趋于平衡；(5)改善肺气管功能，吸入负离子30 min后，肺部吸氧能增加20%，多排除二氧化碳15%，可减轻气喘病 的痛苦；(6)减少对寒冷和流感的过敏，改善过敏体质及“花粉症”的产生；(7)抑制肿瘤细胞的生长；(8)吸收并屏蔽电磁波辐射等。
通过查阅文献，负离子粉的添加量选择为2%～5%，我们测得在最终配方下，负离子的释放量达到6 000个/cm3, 该涂料具有全面持久地净化室内空气，达到增强人体免疫力、预防多种疾病的作用。