空氣凈化功能硅藻土內(nèi)墻涂料發(fā)展現(xiàn)狀

孫猛+孫天宇+王春陽+王永亮+孫赫聰+王立艷

摘 要：簡要介紹了目前室內(nèi)空氣污染現(xiàn)狀，概述了光催化降解型、物理吸附型、吸附催化復(fù)合型三種空氣凈化功能內(nèi)墻涂料的特性，重點(diǎn)闡述了硅藻土內(nèi)墻涂料的發(fā)展現(xiàn)狀及存在的問題。

關(guān)鍵詞：空氣凈化；光催化；硅藻土；涂料

1 室內(nèi)空氣污染現(xiàn)狀

近年來，我國城市空氣污染日趨嚴(yán)重，PM2.5對人體造成極大的危害，這必然影響到室內(nèi)空氣質(zhì)量。另外，我國新裝修的房子，空氣質(zhì)量合格率不足20%，其主要原因家具、建筑裝飾材料、墻體材料等有害污染物嚴(yán)重超標(biāo)，各種家具、地板等均含有大量膠粘劑，膠粘劑中含有甲醛、有機(jī)溶劑、苯乙烯單體等揮發(fā)性物質(zhì)，造成室內(nèi)空氣污染。室內(nèi)與室外的雙重嚴(yán)重污染給人類帶來極大的恐慌，健康受到嚴(yán)重威脅。人的一生多數(shù)時間是在室內(nèi)度過的，室內(nèi)空氣質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到人類的生理健康。

2 空氣凈化功能內(nèi)墻涂料概述

2.1 光催化降解型涂料

光催化型涂料[1]，是指在涂料中加入光觸媒材料，光觸媒材料與有機(jī)污染物發(fā)生反應(yīng)，而使其降解。光觸媒材料的降解機(jī)理[1-3]是利用紫外光或可見光產(chǎn)生催化反應(yīng)，生成一種具有極強(qiáng)氧化能力的活性氧和氫氧基，將甲醛等有機(jī)物分解成水和二氧化碳。20世紀(jì)60年代末，日本科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了光觸媒材料，最先發(fā)現(xiàn)的光觸媒材料為納米二氧化鈦，近年來，又出現(xiàn)了納米氧化鋅、納米二氧化鋯、納米硫化鎘、納米氧化錫等光觸媒材料[3-4]。然而，應(yīng)用于涂料中的光觸媒材料主要以納米二氧化鈦為主[5-8]。

納米二氧化鈦光觸媒材料在涂料應(yīng)用中還存在以下問題：多數(shù)納米二氧化鈦只有在紫外光下發(fā)生光催化反應(yīng)，而可見光下光催化效果很低，不利于在內(nèi)墻涂料中應(yīng)用。因此，用于內(nèi)墻涂料中的納米二氧化鈦光觸媒材料必須是經(jīng)過改性的，是具有可見光光催化活性的光觸媒材料[8-10]。另外，由于納米粒子易團(tuán)聚，加入涂料的過程中，納米粒子發(fā)生團(tuán)聚，影響了光催化活性。因此，納米粒子在加入涂料過程中的分散問題是關(guān)鍵，一般采取超聲分散、或者將其負(fù)載在載體上的方法，使納米粒子均勻分散于涂料中，增大光催化的比表面積，增加光催化活性[11，12]。

光觸媒材料應(yīng)用于涂料中，在可見光的作用下發(fā)生光催化反應(yīng)，降解空氣中的甲醛等有機(jī)物，生成H2O和CO2，不生成任何有害物質(zhì)。

2.2 物理吸附型涂料

物理吸附型涂料主要是在涂料中添加具有多孔性、具有較強(qiáng)吸附能力的吸附材料，例如，硅藻土、貝殼粉、沸石、活性炭等[13-14]，這些材料內(nèi)部存在大量的微孔結(jié)構(gòu)，活性炭由于顏色問題，基本不用于內(nèi)墻涂料中，而硅藻土最適合應(yīng)用于涂料中作為吸附材料，要達(dá)到較好的吸附效果，必須保證足夠的摻入量。然而，物理吸附涂料存在吸附能力有限的問題，且不能達(dá)到持續(xù)吸附的效果，當(dāng)吸附飽和后還會釋放出來，因此，單純的物理吸附型涂料的空氣凈化效果很不明顯。

2.3 吸附催化復(fù)合型涂料

吸附催化復(fù)合型涂料[12，15-17]是指具備物理吸附和光催化兩種凈化機(jī)理，將光催化納米材料負(fù)載到多孔性的載體上，不僅能持續(xù)降解空氣中的甲醛氣體，還可以解決納米材料的團(tuán)聚問題，增加光催化接觸面積，提高光催化反應(yīng)能力。由于多孔性材料為載體，涂料對空氣中甲醛的吸附能力強(qiáng)，同時也提高了對甲醛的降解效率[17]。吸附催化復(fù)合型涂料用于內(nèi)墻，可以同時達(dá)到吸附和降解室內(nèi)甲醛氣體的雙重效果。吸附催化復(fù)合型涂料由于其功能性和環(huán)保性，將成為未來內(nèi)墻涂料市場的發(fā)展趨勢。

3 空氣凈化功能硅藻土內(nèi)墻涂料的發(fā)展現(xiàn)狀

近年來，日趨嚴(yán)重的環(huán)境污染問題和人類不斷增強(qiáng)的環(huán)保意識使空氣凈化功能涂料的研究開發(fā)備受關(guān)注。目前，科研院校和企業(yè)紛紛開展了多功能環(huán)保內(nèi)墻涂料的研究，其中，硅藻土涂料和貝殼粉涂料是備受關(guān)注的兩種多功能性涂料。硅藻土涂料發(fā)展速度最快，其中的硅藻泥產(chǎn)品已經(jīng)占有一定量的市場份額，被人們普遍接受。

3.1 硅藻土涂料特性

硅藻土是海洋生物硅藻遺骸經(jīng)過上萬年的沉積而成，主要成為無定型二氧化硅，藻體表面分布著無數(shù)納米級微孔，具有質(zhì)輕、多孔、高強(qiáng)、耐磨、絕熱、吸音、無毒無味、化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)異特性[18]。因此，將硅藻土用于室內(nèi)內(nèi)墻裝修中，必然發(fā)揮其多功能性。利用硅藻土的多孔特性，能夠吸附甲醛、有機(jī)溶劑、煙氣、寵物氣味等有害物質(zhì)，達(dá)到凈化空氣的效果[19]。當(dāng)室內(nèi)濕度增加時，硅藻土能夠吸收空氣中的水蒸氣，而當(dāng)空氣干燥時，還能將水分子釋放出來，起到調(diào)節(jié)濕度的作用[20]。調(diào)濕內(nèi)墻涂料尤其適用于南方沿海地區(qū)，解決氣候潮濕給人類健康帶來的不利影響。硅藻土的多孔特性使所制備內(nèi)墻涂料具有較低的導(dǎo)熱系數(shù)，保溫隔熱效果優(yōu)良，尤其適用于北方寒冷地區(qū)，達(dá)到節(jié)能功效[21]。另外，硅藻土的多孔性還賦予內(nèi)墻涂料較好的吸音效果[22]。因此，普遍認(rèn)為，硅藻土內(nèi)墻涂料具有凈化空氣、濕度調(diào)節(jié)、吸音隔熱的特性。

3.2 硅藻土涂料發(fā)展現(xiàn)狀

近年來，硅藻泥壁材因其具有優(yōu)異的空氣凈化性能、無毒環(huán)保且具有藝術(shù)美感，在中國市場越來越受到追捧，與乳膠漆、壁紙有三分天下之勢[23]。全國出現(xiàn)了上百家硅藻泥涂料企業(yè)，許多科研院校也在積極開展硅藻泥內(nèi)墻涂料的研究[24-28]。普遍認(rèn)為，硅藻泥內(nèi)墻涂料具有凈化空氣、濕度調(diào)節(jié)、吸音隔熱的特性。

硅藻泥內(nèi)墻涂料是以硅藻土為主要功能填料或同時利用納米材料改性的環(huán)保內(nèi)墻涂料，它主要是以粉料形式銷售的，俗稱為硅藻泥[23]。日本最先將硅藻土應(yīng)用于室內(nèi)裝修材料中，主要有壁材（板材）、鋪地材料，衛(wèi)生潔具、吊頂材料等。在2003年10月閉幕的中國第二屆綠色建材博覽會上，由藪原株式會社、大販瓦斯化學(xué)株式會社和大津建材三方合作引入中國的硅藻土壁材在北京上市。近年來，大量硅藻土涂料的專利和文獻(xiàn)相繼報道[24-28]，施恩斌等人[25]報道了以硅藻土為載體，負(fù)載改性納米二氧化鈦光催化材料及改性劑，與其它材料配合制備了硅藻泥，甲醛凈化效率達(dá)96%以上。謝軍等[26]公開了一種由硅藻土、硅藻土負(fù)載納米TiO2材料、改性納米二氧化鈦、鈦負(fù)離子粉、氣相二氧化硅和羥丙基甲基纖維素等材料制備而成的高效潔凈涂料。張立功等[27]公開了一種由硅藻泥粉體料和納米二氧化鈦分散液構(gòu)成的納米復(fù)合硅藻泥材料，其中的硅藻泥粉體料是由煅燒硅藻土、石英砂、灰鈣粉、膨潤土、硅灰石、海藻膠、纖維素醚和負(fù)離子粉組成。汪培杰等[28]本發(fā)明公開了一種由硅藻土、納米二氧化鈦、納米氧化鋅、負(fù)離子粉、膨潤土、精細(xì)硅土、高嶺土、納米陶晶、膨潤土等成分構(gòu)成的具有抗菌、防止輻射、降解甲醛、調(diào)節(jié)濕度的多功能硅藻壁材涂料。

盡管硅藻土內(nèi)墻涂料備受人類關(guān)注，但多數(shù)消費(fèi)者憑著對新產(chǎn)品嘗試的態(tài)度，沒有真正了解這種涂料的功能。目前硅藻泥涂料產(chǎn)品存在以下幾個問題：（1）硅藻土內(nèi)墻涂料吸附作用的長效性令人質(zhì)疑，多孔結(jié)構(gòu)使其具有吸附特性是必然，然而孔隙吸附是否會達(dá)到飽和，吸附進(jìn)去的有毒有害氣體是否會釋放出來，硅藻土是否具有進(jìn)一步的分解功能。（2）硅藻土涂料中引入能分解有毒有害氣體的納米材料，最常用的納米材料為納米氧化鈦，是一種光催化降解納米材料，納米材料在可見光下是否會降解有機(jī)物。三、市售的硅藻土內(nèi)墻涂料多數(shù)為粉料，使用時加水?dāng)嚢瑁瓮坑趬γ?，人工費(fèi)用較高，便捷施工與應(yīng)用成為市場的新需求。這些問題的存在使硅藻泥涂料的推廣應(yīng)用受到限制。

4 結(jié)束語

內(nèi)墻建筑涂料正向著功能化、環(huán)境友好的綠色建筑涂料方向發(fā)展。功能化就是指除裝飾功能外，還具有凈化空氣、抗菌除臭、調(diào)節(jié)濕度、隔音、屏蔽有害電磁波等健康功能。目前，硅藻泥涂料已經(jīng)在市場上占有一定規(guī)模，然而仍存在需要改進(jìn)的問題，如吸附作用的持久性，可見光催化降解問題，施工便捷問題等。要想使硅藻土涂料在市場上立于不敗之地，要使其得到普遍推廣應(yīng)用，走近千家萬戶，必須解決當(dāng)前面臨的問題，制備真正意義上的空氣凈化功能內(nèi)墻涂料，這是未來多功能環(huán)保內(nèi)墻涂料發(fā)展的必然趨勢。

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作者簡介：孫猛（1995-），男，吉林省松原市，學(xué)生，學(xué)歷：本科。

*通訊作者：王立艷，女，吉林省德惠市人，教授，博士。