0 前 言
当前涂料正向逐步降低有毒有害物质的环境友好型方向发展,并进一步开发能消除有毒有害物质的空气净化涂料。由于室内空气污染程度比室外约高2~5倍,改善室内空气质量对提高人们健康水平就十分重要。光催化涂料是指通过一定波长光的照射而具有催化反应功能的涂料中国建材网cnprofit.com。这种涂料具有抗菌、降解有机物和净化空气的作用。
1 纳米TiO2 光催化机理
由纳米二氧化钛光催化剂配成涂料,当受紫外光照射时,这种半导体的光催化剂受激发产生电子-空穴对,如图1所示。电子和空穴使周围的氧气和水分子成为活性自由基,而活性自由基能将空气中有机或无机污染物,如氮氧化合物(NOx)、甲醛、苯、二氧化硫等,直接分解成无害的物质,从而达到消除污染、净化空气的目的。
其催化反应机理如下[1] :
光(波长≤ 388 nm 紫外光)+ 纳米锐钛型TiO2(禁带宽度3.2eV)→价带(带正电的空穴h+)+ 导带(带负电的高活性电子e-)
(e-)+ H2O(OH-)→ HO·
(h+)+O2 →·O-2
这些自由基的氧化能都在500 kJ/mol 以上。
有害物质大都含有如表1的化学键,所以自由基的氧化能足以使其降解。即:
有机化合物(有害物质、异味等)→二氧化碳(CO2)+ 水(H2O)
2 可见光催化零VOC 内墙乳胶漆
室内几乎没有紫外光,只有可见光。因此,生产光催化内墙乳胶漆,首先应研制可见光催化的锐钛型TiO2。
光催化涂料能降解有害物质,同样也会降解涂料中的有机物,如黏结剂、有机颜料等。通过原料选择和配方,达到二者之间平衡。生产中要选用零VOC的原料。纳米锐钛型TiO2在涂料中应充分分散,并稳定地保持下来,以达到一定的催化活性。
这种可见光催化零VOC 内墙乳胶漆,经中国疾病控制中心环境与健康相关产品安全所按GB/T18801 — 2002《空气净化器》测试,甲醛降解速度每小时在30% 以上,NO2 降解速度每小时在30%以上,氨降解速度每小时在30% 以上。
另经瑞士ofi技术和革新有限公司测试,即在一个1 m3测试室中,添加相应有害物质(己二醇,甲乙酮,丁醇,甲苯,醋酸丁酯, 烯和甲醛),用普通办公室日光灯照射, 几天后, 这些有害物质浓度减少了大约80%。
据介绍[3],某一稀土掺杂的纳米锐钛型TiO2光催化剂的杀菌率,对金黄色葡萄球菌6 h 为100%,对大肠杆菌6 h 为100%。纳米TiO2 可见光催化零VOC 内墙乳胶漆具有的降解有毒有害物质、消除异味和抗菌的作用不仅与光催化剂的粒径、浓度和性能有关,而且与照射光的波长分布和照度、环境的湿度等相关。
这种可见光催化零VOC 内墙乳胶漆,经上海涂料和颜料质检站测试,结果如表2所示。其不仅是零VOC 产品,而且性能远远高于GB/T 9756 — 2001《合成树脂乳液内墙涂料》中优等品的要求。
3 可见光催化零VOC 内墙乳胶漆的特点可见光催化零VOC 内墙乳胶漆不仅本身不含VOC,而且在可见光照射下能净化空气。其净化作用的优点表现在:
(1)把光能转化为化学能加以利用,无需另加能量;
(2)净化在常温常压下进行;
(3)能在较短时间内降解有毒有害物质。当然,其前提条件是有毒有害物质与涂层接触;
(4)锐钛型TiO2光催化剂稳定性好,无毒,不会产生二次污染;
(5)锐钛型TiO2光催化剂可持久长效作用。
因此,可见光催化内墙乳胶漆是一个无需耗能的环境友好型持续净化技术。且涂刷一次,持久有效。
4 可见光催化零VOC 内墙乳胶漆的应用
可见光催化零VOC 内墙乳胶漆可以用于医院、学校、商场、住宅等内墙和天花板的装饰,在一般照明条件下就能净化室内空气。以上地方对环境卫生要求比较高。目前,可见光催化零VOC 内墙乳胶漆已用于德国南部城市Bad Soden 的地段医院、德国SpeyerGeorg-Friedrich-Kolb 中心小学、德国南部城市Bad Soden 的私人别墅以及上海的一些别墅和住宅的涂装,取得了很好的效果。