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负离子乳胶漆的研究及应用进展
作者: 高科负氧离子研究所 | 2014-09-02 11:36:40 | 浏览量:

  

  关有俊1,许钧强1,何唯平2

  (1.深圳市海川实业股份有限公司,广东深圳518040;2.建设部建筑涂料工程研究中心,广东深圳5l8040)

  摘要:介绍了空气中负离子的作用、负离子乳胶漆释放负离子的原理和国内外负离子乳胶漆产品的研发进展。

  关键词:负离子;乳胶漆;负离子涂料

  室内环境是人们接触最频繁、最密切的地方,据统计,已发现的室内空气污染物有300多种。空气负离子是空气中的中性分子结合电子而形成的带负电荷的气体离子。当空气中负离子浓度较高时,能抑制多种病菌的繁殖,降低血压和消除疲劳,促进人体的生长和发育,因而人们将空气负离子比喻为“空气中的维生素”。在环境评价中,空气负离子已成为衡量空气质量的一个重要参数。为了增加居住环境中的负离子浓度,人们采用了各种各样的方法(负离子发生器、人造瀑布、负离子织物等,目前采用最普遍和最有效的方法是涂刷负离子内墙乳胶漆。

  1负离子的作用

  当人们漫步在森林、瀑布或海滩的时候,会感觉到空气清新、心情舒畅,这是因为这些场所负离子浓度较大的缘故,经过人们多年的研究,总结出了负离子浓度同人体健康的关系(见表1)。

  


  表1负离子浓度同人体健康的关系

  2负离子乳胶漆释放负离子的机理

  负离子涂膜在宏观上表面光洁致密,但在微观上是高分子纤维网结成的多孔膜。正是这种孔隙的存在,使得空气分子可以与乳胶漆中的填料颗粒作用(见图1)。

  


  图1乳胶漆成膜后产生空气负离子示意

  负离子具体释放机理为:空气中的水蒸气通过孔隙与涂层中的负离子粉体相接触,在负离子粉体的作用下发生如下反应:

  


  3负离子乳胶漆的研究现状

  负离子对人体和生态环境的重大作用已被国内外医学界广泛认可。随着工业的发展、环境污染日益严重,空气中负离子浓度越来越低,人类健康受到威胁。为了改善空气质量,增加空气中负离子的浓度,人们研制了各种产生负离子的仪器设备和材料。

  3.1国外研究现状

  国外对空气负离子研究较早,在1932年美国RCA公司的汤姆逊发明了世界上第一台医用空气负离子发生器,之后空气负离子研究在欧、美、日经历了很长时间的发展。但是由于负离子发生器有其不可避免的缺陷,如产生臭氧、氮氧化合物,以及采用高压放电引起的耗能和安全问题,人们开始考虑采用其他环保材料。日本学者Kubo发现电气石具有永久性自发电极,而且其表面电场可以电离空气中的水分子,并可添加到涂料、织物、陶瓷等物品中,生产具有负离子功能的生活用品。

  日本、美国、韩国等国家对于负离子涂料的研究位居世界前列,日本立邦涂料采用丙烯酸系列树脂、阻燃材料、无机填充材料及水制成一种负离子涂料,其中添加的负离子粉体为电气石及电融稳定化氧化锆粉末,其涂刷房间中的负离子浓度为1200~2000个/cm3。日本涂料研究开发中心研制的三立漆采用多种无机材料组合而成,该涂料除了具有良好的涂膜性能外,还具有透气、凋湿、杀菌抗霉、净化空气及产生负离子的功能。日本神东涂料公司采用功能性人工陶瓷粉,经特殊处理后加入涂料,因其含有微弱放射性稀有元素,可以放出短波长电磁波,形成自由基状态,电离空气中的水分或有机物,电离达到一定程度后,正离子就饱和,而能增加负离子。该公司于2002年4月起推出可以产生负离子的涂料,因其具有大幅消臭能力与空气清净效果,所以可以在医院、学校等公共场合或事务所内使用。韩国的三一涂料工业株式会社开发的“阳光洁士”负离子涂料,除了具有常规涂料的全部涂膜性能外,还可以起到杀灭细菌、病毒及净化空气的作用。据报道负离子涂料释放的负离子浓度为10710个/cm3。美国的杜威(国际)集团生产的系列负离子涂料、华兹卜Valspar公司的VICTOR、MOFO系列负离子涂料、美国宣威涂料公司生产的花旗纳米负离子涂料以及其他一些国外知名涂料生产商都在我国投资建厂或通过代理商销售其负离子乳胶漆产品。

  3.2国内研究现状

  我国对负离子的研究起步较晚,自1978年由伊朗的沙哈瓦特博士引进一台电子仪器——生物滤器,我国才开始对负离子进行研究,近年来随着国民经济的发展和人民生活水平的提高,人们对生活质量要求越来越高,掀起了一场负离子乳胶漆的研发热潮。李学等发现在内墙涂料中加入激活稀土NRF-5可以产生对人体有益的负离子。激活稀土的粒径越细,化学成分中TiO2含量越高、加入量越大,所产生的负离子数越多。一般粒径控制在1~2μm,加入量在2%~3%时,能增加800~1000个/cm3负离子。卿宁等合成一种负离子健康内墙涂料,在保汪涂料有较好的物理性能的同时,使VOC降到最低值,同时,可以不间断地产生负离子,杀灭细菌,净化空气,使居室具有良好的空气质量,其负离子释放量在923个/cm3以上。白树军等采用稀土激活电气石的方法合成了一种高效负离子粉体,在涂料生产过程中添加该粉体,也可在施工前在涂料或腻子中适量添加制备出具有产生空气负离子的内墙装饰材料,其负离子释放量存700~900个/m3。范存玉等发明了一种长效负离子抗菌功能涂料,其漆膜干燥后具有永久释放负离子和远红外的功能,特别是漆膜在挤压或摩擦作用下,瞬间释放出的负离子浓度可达12000个/cm3以上,通过负离子发出的远红外辐射和负离子对空气污染物的中和包覆,达到降低空气污染、净化空气和抗菌抑菌杀菌等目的。周荣等发明了一种负离子生态型内墙涂料,其在涂料制造过程中添加了一种高科技亚纳米材料,其漆膜的负离子释放量可达1200个/cm3,不仅可永久释放负离子,而且具有抑杀多种霉菌、去除异味等功能。北京市建筑涂料厂的“三旗”牌系列负离子内墙涂料为863计划新产品,通过了鉴定,达到了国际先进水平。广州市高科力新材料有限公司在涂料的制造过程中添加了一种纯天然的纳米无机负离子材料,不仪综合性能优良,而且环保性能明显,经过检测,其负离子释放量在530/cm3以上。北京朗诺环保科技有限公司采用负离子涂料添加剂(粉体添加1%,浆料添加1.5%)制得了一种负离子乳胶漆,涂刷该乳胶漆的房间负离子浓度可增加500~1500个/cm3。2004年深圳海川化工科技有限公司申报国家“十五”科技攻关汁t划的子课题项目——绿色建材技术与分析评价方法研究,主要负责产生负离子功能建筑装饰品关键技术的研究,通过采用具有负离子释放功能的天然矿物质材料,经过一定的加工改性后,成功研制了一系列具有负离子释放能力的乳胶漆,经过检测不仅涂膜性能优良,而且负离子释放量超过了市场上销售的负离子涂料,在实际应用中,室内的空气负离子浓度达到了3000个/cm3以上。

  4负离子乳胶漆的研制

  负离子乳胶漆的主要特征是在其制作过程中添加了负离子粉体。负离子粉体是以天然矿物电气百为主,经过超细化粉碎、溶胶一凝胶法包覆改性、离子交换掺杂以及高温激活等手段制作而成,具有负离子释放量高、释放远红外、无放射性及抗菌净化空气的作用。试验中,在制浆段加入负离子粉体,使负离子粉体同其他颜、填料充分混合,这样制得的负离子乳胶漆稳定性好,可保证负离子粉体充分发挥作用。在实际应用过程中,也可将负离子粉体和润湿分散剂先制成负离子浆,在制漆的后期加入或直接加到成品普通乳胶漆中,制成具有释放负离子功能的乳胶漆。制漆工艺流程见图2。基本配方及原料供应商见表2。

  


  图2负离子乳胶漆的制备工艺流程

  


  表2负离子乳胶漆的基本配方

  为了评价该负离子乳胶漆的负离子释放效果,采用漳州市东南电子技术研究所生产的DLY-4型大气离子测量仪进行了测试,模拟室内条件,采用4块55cm×40cm的板,按照5m2/kg的涂刷量涂刷负离子涂料,放置在60cm×50cm×40cm的有机玻璃箱中进行负离子释放量的测试,具体测试结果见表3。

  


  表3测试箱中负离子浓度与时间的关系

  从表3结果可看出,该负离子乳胶漆具有良好的负离子释放效果,达到了同类产品的先进水平,对改善人类居住环境具有积极意义。

  5负离子乳胶漆的应用及发展趋势

  负离子乳胶漆具有广阔的应用前景,它不仅具有常规涂料的基本性能,还具有释放负离子、发射远红外、抗菌防霉及净化空气的作用,正成为建筑内墙乳胶漆的首选产品,其在工厂厂房、影剧院、大型体育场馆以及医院、地下室、禽畜养殖厂等特殊场合也有潜在的优势,因此应大力开展负离子乳胶漆的研发工作,开发具有自主知识产权的负离子产品,促进我国负离子产业的发展。

  由于目前国内外尚无负离子涂料相关的技术标准,因此对负离子的测试没有一个确定的方法,现在市场上许多涂料都冠以负离子名称,其实释放负离子量很少,甚至有的公司为了增加负离子的释放量而添加一些具有放射性的元素,导致了对人体的潜在危害,因此有必要制定出一个负离子涂料的相关技术标准,使人们从根本上认识什么是负离子涂料,以推动我国负离子涂料市场的健康发展。

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