功能型纳米TiO2/ZnO/苯丙乳液内墙涂料的制备

室内是人们接触最频繁、最密切的环境,人们对内墙涂料的要求已经从单一的装饰性逐步转移到兼具装饰性、环保性、健康性等多种功能,因此高性能的环保建筑涂料是今后内墙涂料的发展趋势。
TiO2和ZnO都是半导体光催化剂,在净化空气、卫生保健等方面得到日益广泛的应用。如何将具有光催化功能的TiO2和ZnO引入到涂料中,开发具有自清洁和抗菌性能、能够降解有机污染物等环保功能的涂料是人们不断追求的目标。本文将表面处理过的纳米TiO2和纳米ZnO加入到苯丙乳液中,再加入一定量的成膜助剂、分散剂、消泡剂等制备纳米TiO2/ZnO/苯丙乳液复合内墙涂料,并研究了其施工性能、抗菌性能、空气自净化和释放负离子等功能。

1 原料和试验
1.1 原料及仪器
纳米TiO2(锐钛型)、纳米ZnO(粒径为10~20 nm上海彩誉科技纳米有限公司生产);苯丙乳液(BC一01)、琼脂营养液、立德粉、滑石粉、其他溶剂、助剂,均为市售。培养皿;JSF一400型搅拌砂磨分散多用机(上海现代环境工程技术研究所生产);SNB一1数字黏度计;岛津MPS一2000紫外分光光度计;WFX一1E3原子吸收分光光谱仪(北京瑞利分析仪器公司);ITC一201A空气负离子测定仪(日本产)。

1.2 内墙涂料的制备
内墙涂料的制备流程见图1。
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2 结果与讨论
2.1 复合内墙涂料的技术性能
纳米TiO2/ZnO/苯丙乳液复合内墙涂料常规性能按照GB/T 9756-2001(合成树脂乳液内墙涂料》的要求进行检测,结果见表1。
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2.2 复合内墙涂料的安全性能
涂料中的甲醛、挥发性有机物和铅、铬重金属等都威胁着人类健康,因此需要对内墙涂料中的这些有害成分进行检测。按照GB 18582-2001(室内建筑装饰材料内墙涂料中有害物质限量》对复合内墙涂料的安全性能进行检测,结果见表2。
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由表1、表2可知,复合内墙涂料的常规性能和安全性能均满足国家标准要求。尤其涂料中的VOC、游离甲醛、重金属含量均远低于环境标志产品标准中规定的限量,表明本涂料无毒、无污染、施工安全,人体对其无任何过敏性反应。

2.3 复合内墙涂料的抗菌性能
将蛋白琼脂培养基倒入培养皿中,使之覆盖整个培养皿底部,制成平板,再用刮刀将各种菌悬液均匀地涂于平板上,形成菌液膜,把普通涂料和复合内墙涂料样品置于板上,48 h后取出,测定试样周围抑菌圈的大小,以此评价涂料的抗菌性能。
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从表3可以看出,普通涂料抗菌性能很不明显,而添加了纳米TiO2/ZnO的复合内墙涂料能够有效地抑制和杀灭细菌,尤其是对自然界的混合细菌具有很好的抑菌效果,抑菌圈直径可达48 mm。这可能是由于纳米TiO2和纳米ZnO除了具有传统的抗菌作用外,还具有光催化能力,在光照下纳米ZnO产生高活性羟基自由基,可以氧化分解各种有机物,这样既能杀灭微生物也能分解有机营养物,从而有效地抑制细菌等微生物的大量繁殖。而当光照射到纳米TiO2微粒上可以形成光电子一空穴对,它可以直接和细胞壁细胞膜或细胞的组成成分反应,导致功能单元失活,而使细胞死亡。
纳米Ti02和纳米ZnO抗菌机理相似,因此可以达到协同作用,使抗菌能力大大增强。

2.4 复合内墙涂料的自清洁功能
将普通涂料和复合内墙涂料分别涂于一定大小的木板上,竖直放置于室外,观察其表面的外观变化,刚开始时两者外观颜色相当,但一段时间后,普通涂料表面布满了细小的灰尘,颜色发暗,而添加纳米TiO2/ZnO的复合内墙涂料外观基本没有变化,这可能是因为复合内墙涂料表面亲水,它所吸附的灰尘可以被雨水洗掉,此外,纳米TiO2/ZnO可以吸收紫外线,从而延缓了普通涂料因光照而引起的褪色。

2.5 复合内墙涂料释放负离子的性能
把普通涂料和复合内墙涂料刷涂在标准样板(200mm x 30 mm)表面,分别放人密闭的空箱中,一段时间后,用空气负离子测定仪测定空气中的负离子数,结果见表4。、
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空气中的负离子对人体的医疗作用和生理影响早在20世纪30年代就有研究。根据大量的观测和临床试验证明了负离子对人体的健康有益,因为它能起到改善睡眠、降低血压、促进新陈代谢、提高免疫力、减轻疲劳、提高工作效率等多种有益健康的作用。由表4可知,普通涂料释放的负离子数较低,而复合内墙涂料在室温下可以释放的负离子多达1 300个/em’,这是因为该涂料添加了具有光催化能力的纳米TiO2/ZnO,导带中被激发的电子有很强的还原性,可以与空气和水中的氧气作用,产生活性氧自由基(O 一),而价带中的空穴则具有很强的氧化能力,可将吸附在其表面的水分子氧化成羟基自由基,通过电子转移变成OH一,因此本涂料具有净化空气的功能。

3 结语
(1)用物理掺合法制备的纳米TiO2 /ZnO/苯丙乳液复合内墙涂料,其抗菌性能较好,尤其是对自然界的混合细菌具有很好的抑菌效果,抑菌圈直径可达48 mm。该涂料由于添加了具有光催化能力的纳米TiO2 /ZnO,其自清洁性能较
好,并且能够释放出大量的负离子,具有净化空气等功能。
(2)该复合内墙涂料的综合性能优异,常规性能和安全性能均满足国家标准要求,而且有害物质释放量均远低于环境标志产品标准规定的限量,能满足中高档建筑物对功能性内墙涂料的要求。

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