纳米TiO2改性苯丙乳液内墙涂料的研究

从20世纪80年代开始，发达国家尤其是东欧、北美和日本等国纷纷开展了室内环境污染问题的系统研究，并逐渐成为环境研究领域中的一个活跃的研究分支，室内环境与健康问题也成为公众瞩目的新热点，因此对内墙涂料的功能要求也越来越高]。

为有效解决室内环境污染问题，纳米科技的发展为人类治理环境开辟了一条行之有效的途径。在涂料中加入纳米材料，可以达到光催化分解有机物和杀灭细菌的目的。纳米复合涂料应用技术工艺简单成本低廉，利用自然光即可催化分解细菌和污染物，具有高催化活性，良好的化学稳定性和热稳定性，无二次污染，无刺激性，安全无毒等特点。且能长期有益于自然生态环境，是最具开发前景的绿色环保涂料之一，具有很现实的应用意义和深远的发展意义。

本文采用物理参合法，在苯丙乳液中加入不同质量比的纳米TiO2 ，制备纳米TiO2 ／苯丙乳液复合体内墙涂料，并对其施工性能、降解甲醛以及抗菌性能等进行了研究，期望对开拓内墙涂料的新功能提高产品的质量有一定的指导意义。

1 实验部分

1．1 试剂与仪器

纳米TiO2 (锐钛型，20～30 nm)、苯丙乳液(BC一1)、琼脂营养液等均为工业品；甲醛(37％)、碘、碘化钾、硫代硫酸钠、重铬酸钾、无水碳酸钠、硫酸、硝酸(65％ ～68％)、盐酸、氢氧化钠、淀粉、乙酰丙酮均为分析纯。TUI900紫外分光光度计；TAS-990AFG原子吸收分光光度计；MDS-6微波消解系统；JEM一1200EX型透射电镜。

1．2 实验方法

以苯丙乳液为主要成膜物质，配以适量助剂、分散剂、填料、纳米二氧化钛等成分，搅拌均匀，通过过滤得到涂料样品。

1．3 分析方法

1．3．1 甲醛含量的测定 紫外分光光度法取一定量的试样，经过蒸馏，取得的馏份按一定比例稀释后，用乙酰丙酮显色。显色后的溶液在分光光度计415 nm波长处测定吸光度，以5 mL甲醛标准溶液中甲醛含量为横坐标、吸光度为纵坐标，绘制标准工作曲线，见图1。

1．3．2 涂料中重金属含量的测定用光谱纯的金属氧化物或盐类配成1．000 mg／mL的铅、镉、铬单元素标准贮备液，然后根据不同元素测定的需要，配制成适当浓度的标准溶液，绘制标准曲线，见图2一图4。

1．3．3 涂料的抗茵性能 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，再将菌悬液均匀涂于平板上形成菌液膜，用刮刀涂布均匀，把普通涂料和复合体内墙涂料样品采样置于板上，48 h后取出，测定试样周围抑菌圈的大小，以此评价涂料抗菌性能的依据。

2 结果与讨论

2．1 纳米TiO2：降解甲醛的效果

根据图1中甲醛标准曲线的方程式y=O．1802x+0．0346，可以求出复合涂料中相应甲醛的浓度，见图5。

由图5可知，加人了纳米TiO2 ，涂料甲醛的含量明显减少，这说明TiO2 能够降解涂料中的甲醛，随着TiO2 含量的增加，其降解率增大，当苯丙乳液与纳米TiO2 的质量比是100：4时，甲醛的含量仅有0．0125 g／kg，降解率最高，当质量比再继续增大时，降解率反而会降低，这可能是因为纳米TiO2 在吸收能量高于其禁带宽度的短波辐射后，产生电子跃迁，价带电子被激发到导带，形成空穴．电子对，并将能量传递给周围的介质，由此诱发光催化反应具有光催化能力J，它对有机物有很强的降解能力，能与空气中的甲醛等有害气体发生反应，将其转化成无毒化合物，避免二次污染。当含量过大时，由于纳米TiO2，在成膜物质中出现了团聚现象，不仅影响了其施工性，也对甲醛的降解产生了影响。

2．2 重金属含量

精确称取一定量的涂料样品于消解罐中，分别加10．0 mL H2O，5．0 mL HNO3，2 mL H202，拧紧罐盖，进行消解。设定控制压力为400 kPa，微波消解15 min，待冷却后取出消解罐，将样品转移至100 mL容量瓶中，加入适量的HNO，，用蒸馏水定容，溶液的酸度尽可能与标准溶液的酸度一致，以消除酸度对分析结果的影响，同时配制空白溶液一份，测定复合体内墙涂料中重金属的含量，结果见表1。

内墙涂料中有害重金属元素直接或间接影响人们的身心健康，因此限制涂料中有害金属元素总含量将显得更为重要，我国涂料卫生标准和国家环保总局在水溶性涂料环境标志产品技术要求中对有害重金属含量均有严格的限制。由表1可知，复合涂料中Cd的含量为22．26 mg／kg，Cr的含量17．87 mg／kg，Pb的含量l5．71 mg／kg，以上三种重金属含量都小于涂料中重金属含量的技术要求。

2．3 抗菌性能

实验结果见表2。

由表2可知，普通涂料的抗菌性能较差，抗菌圈只有1．3 cm，加入纳米TiO2：后，复合内墙涂料的抗菌圈都有所增大，质量比为100：4的复合涂料抗菌圈的直径最大4．8 cm，抗菌性能最好。其原因可能是因为纳米TiO2 微粒尺寸小，表面原子数多，表面能高，表面原子严重配位不足，因此具有很强的表面活性与超强吸附能力】，这使得纳米粒子无论是对于促使物质腐败的氧原子、氧自由基，还是其他异味的烷烃类分子等，均具有极强的抓浮能力，从而具有防腐抗菌功能。

2．4 涂料的TEM 图

由于纳米TiO2 微粒尺寸小，具有庞大的比表面积，表面能较高，在内墙涂膜中很容易聚合，它在涂料中的分散与浓度有一定关系，为了考察纳米TiO2z在成膜后涂层的表面活性及其分布情况，拍摄了复合涂料的TEM图(见图6)。

由图6可知，纳米TiO2：在涂料中分散较为均匀，并没有出现大量的团聚现象，从而使其涂料的抗菌效果得以充分的发挥。

3 结论

采用锐钛型纳米TiO2 改性苯丙乳液，得到了具有降解甲醛和抗菌性能的环保内墙涂料，经过实验测定复合体内墙涂料中重金属的含量均小于销量限量值，符合技术要求。加入了纳米TiO2 ，能够降解涂料中的甲醛，当苯丙乳液与纳米TiO2 质量比为100：4时，降解效果较好，而且其抗菌圈的直径最大，抗菌性能最好。

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