data-full-width-responsive="true"> 水性环保防氡涂料研究郭保生1, 杨明理21 湖南交通工程职业技术学院, 湖南衡阳4210012 北京化工冶金研究院, 北京1011490 引言氡( 222Rn) 从其放射性
母体核素226Ra 衰变而来, 是具有放射性的气体天然核素。氡广泛存在于自然界中, 通过裂隙、水体等多种方式进入大气环境。房屋建筑中氡的来源主要有两个: 一是地层上土壤岩石中所含的氡向上扩散, 进入建筑物后在室内聚集; 二是建筑材料本身( 如岩石、砂、矿石、矿渣、热电站炉灰、粉煤灰等) 含有一定程度的氡的母体核素, 衰变后释放出氡, 然后通过建筑缝隙进入房间, 聚集在居室内达到较高的氡浓度, 导致对人体的长期辐射危害。氡被世界卫生组织列为19 种主要环境致癌物质之一。为保护人类身体健康, 国家建设部、卫生部、国家环保总局、国家质检总局制定了一系列关于住宅、地下建筑、建设工程的氡浓度标准, 例如,地下建筑氡及其子体控制标准(GBZ 116- 2002) 、住房内氡浓度控制标准(GB/T 16146- 1995) 等, 严格限制人类活动场所的氡浓度。目前,国外一般采用溶剂型涂料或环氧树脂涂料来防氡,这种方法不环保, 防氡效率差, 价格较高; 国内注重研究水性防氡涂料, 但存在一些不足, 未能普遍推广使用。本文研制了一种水性环保防氡涂料, 不但能够阻隔墙、柱和地面的氡气向室内扩散, 达到降低室内氡浓度的目的, 还具有常规涂料的性能, 具有水性、环保、施工方便、价格便宜、装饰性能优良等优点。1 实验方法11 原料及涂料制备1) 原料: 罗门哈斯Rhoplex 2438 纯丙稀酸乳液, 起成膜和黏结作用, 固体含量在48%～50%; 超细微SiO2, 细度在1 500 目, 含量大于98%; 水性抗碱封闭底漆, 能够阻止墙体中的碱性物质渗出墙面而腐蚀涂膜层; R900 牌金红石型钛白粉, 用来赋予涂膜对被涂基材表面的遮盖力和白度, TiO2 含量大于96%; 2 000 目的重钙, 作为填料; 中国石化齐鲁股份有限公司生产的醇脂十二成膜助剂, 能够促进乳液中聚合物离子的塑性流动和弹性变形, 降底丙烯酸乳液的最底成膜温度; 深圳海川公司生产的5040 分散剂, F50 消泡剂, 润湿剂, 防腐杀菌剂。2) 水性防氡涂料的生产过程: 在22 kW高速分散机中,加入纯净的自来水作为溶剂, 在450~500 r/min 转速下, 分别加入防腐杀菌剂、分散剂、消泡剂、润湿剂; 混合均匀后, 在1 200~1 500 r/min 转速下, 缓慢加入钛白粉、超细微的SiO2、2 000 目的重钙, 分散30 min 后, 进入24 kW的锆珠卧式砂磨机进行砂磨; 砂磨后将分散机的转速调回450~500 r/min, 逐步加入成膜助剂、纯丙烯酸乳液、增稠剂、pH 调节剂; 最后进行过筛, 完成防氡涂料的制备。3) 水性抗碱封闭底漆制备: 以水作为溶剂, 巴德富公司生产的抗碱苯丙乳液作为成膜物质, 添加有机硅溶胶树脂,以增加抗碱封闭底漆的耐热性、户外稳定性、耐紫外线和保光性。在22 kW的高速分散机中进行制备。12 防氡涂料的涂刷通过实验室测试、居民房屋建筑中实际涂抹两种方法验证防氡涂料的性能。涂刷按以下步骤进行。1) 在实验室采用氡析出率标准装置中的氡析出体表面作为被涂刷基材; 在居民房屋内以墙面和天花板作为被涂刷基材。先测量初始氡气浓度。为测量准确, 氡及其氡质子的初始含量应超过国家规定标准。2) 在基材上涂刷2 遍抗碱封闭底漆, 涂刷前应将基材表面清洗干净, 2 遍涂刷的时间间隔为室温下24 h。3) 抗碱封闭底漆室温干燥24 h 后, 涂刷2 遍防氡涂料,2 遍涂刷之间的时间间隔为室温下24 h。4) 涂刷结束48 h 后开始测量氡及氡质子的含量。13 试验采用密封法进行涂料的防氡性能测试。将涂装防氡涂料前和涂装防氡涂料后的待测样品封存于密闭容器中, 让样品中逸出的氡气不断在密闭的容器中积累, 经过一定时间后,分别采集容器中涂装前和涂装后的气体进行氡活动分析, 据此计算氡析出率和防氡效果。实验室试验在南华大学氡实验室的氡析出率标准装置上进行, 氡析出体尺寸为500 mm500 mm200 mm, 氡析出率为147 Bqm- 2s- 1, 涂刷防氡涂料48 h 后采用核工业第六研究所生产的KF602D 氡/氡子体测量仪进行测试。测量涂刷后氡析出体的氡析出率, 计算防氡效率。
现场实验在深圳市一套90 m2 的住宅中进行, 由国家质量监督检验检疫总局深圳计量检定站和深圳市计量质量检测研究院进行。首先将检测房间门窗密闭48 h 后, 测量该房间室内氡浓度, 此浓度为初始浓度。然后按照上述防氡涂料的涂刷方法进行房间墙面的涂刷, 涂刷完成后将待测房间门窗密闭48 h, 再测量该房间室内氡浓度, 该浓度为结束浓度。氡浓度测量采用核工业第六研究所生产的KF602D 氡/氡子体测量仪进行。防氡效率为
2 结果及讨论21 实验结果实验室试验结果见表1, 现场试验结果见表2。从实测结果来看, 结束浓度36 Bq/m2 远低于国家一类民用建筑工程规定的标准, 即200 Bq/m3。表1 防氡效率
22 防氡涂料的常规装饰性能检测国家涂料检测中心按照HJ/T 201- 2005, GB/T 9756- 2001和JG/T 172- 2005 环境标志产品技术要求, 对该防氡涂料主要性能进行检测, 检测结果见表3。
23 讨论231 防氡涂料的响应曲面为研究防氡涂料的性能, 运用Taylor 混合实验数学模型对防氡涂料进行分析。根据实验情况选定3 组分实验模型。设防氡涂料的消除率(%) 为响应值, 取超微细SiO2 为相关系数X1, 丙烯酸乳液为相关系数X2, 钛白粉为相关系数X3。取X1 研究范围为5~15; X2 研究范围为20~40; X3 研究范围为20~40; 响应曲面如图1 所示。从响应曲面分析, 乳液聚合体系中, 超细微SiO2、纯丙烯酸乳液、钛白粉3 种物料对消除率的影响是相互联系、相互影响的, 超细微SiO2 对防氡消除率的响应要高于丙烯酸乳液和钛白粉。
232 超细微SiO2 对涂膜的改性机理氡是放射性元素衰变的中间产物, 氡衰变的最终产物是铅。氡的衰变规律表明, 采用涂料防氡的关键是对居住房屋中的墙、柱中的氡进行封堵和屏蔽, 不让其挥发进入房间。氡可在墙体中自行衰变, 氡的自行衰变期为3 d 以内, 进入房间中的氡存活期不超过3 d, 只要能够封堵、屏蔽居住房屋中的氡从墙和柱中进入房间, 就能消除氡对居住环境的污染。本研究的防氡涂料选用具有弹性的纯丙烯酸树脂为成膜物质,纯丙烯酸树脂主要是指丙烯酸脂或甲基丙烯酸树脂通过自由基聚合反应生成的均聚物或与其
他烯类单体通过乳液聚合物生成的聚合物胶乳, 丙烯酸树脂的主链为CC 键, 因而其耐水解性、耐酸碱性、耐其他化学腐蚀性十分优异。超细微SiO2 官能团加到乳液中, 可使乳胶漆的膜更加密实, 形成十分致密的结构, 阻止氡气的通过, 有效地屏蔽氡气向室内扩散,达到防氡的目的。3 结论本文利用纯丙烯酸乳液、超细微SiO2、钛白粉和各种助剂, 生产出了一种防氡涂料。这种防氡涂料能够阻隔大部分氡气进入房间。实验室内试验结果表明防氡效率达86%, 现场试验结果表明防氡效率达84%, 达到了设计要求。
