中国新型涂料网讯：近年来，随着家装市场的不断发展，各种家装中的问题也随之接踵而来，尤其是室内环境污染对人体的危害性，已经越来越引起人们的关注。而引起室内环境污染的源头——VOC（挥发性有机化合物），也渐渐浮出水面。VOC的主要来源是涂料、胶黏剂、墙纸和各类人造板材。甲苯、二甲苯、甲醛、CAC（乙二醇乙醚醋酸酯）等气味和刺激性很大，会引起眼睛流泪、皮肤过敏、鼻咽不适等，其中甲醛更是被世界卫生组织确定为致癌和致畸物质，CAC则对血液循环系统、淋巴系统和生殖系统有极大的危害，是“高毒”类溶剂，许多国家已经明令禁止使用。研制具有吸收甲醛功能的低VOC溶剂型木器漆具有良好的市场前景和深远的社会意义。
1 实验部分
1.1 主要原材料及仪器
原材料：无苯醇酸树脂，固含量为70%，台湾；合成脂肪酸树脂，固含量为80%，华隆涂料化工；EFKA-4010，汽巴；BYK-333，德国毕克；丙二醇甲醚醋酸酯，美国陶氏；消光粉C-7，美国GRACE。仪器：分散机，U400/80-220，上海；电子天平，Max/d2000/0.01g，日本；刮板细度计，QXD型0~50μm，天津；铅笔硬度计，PPH-I，上海；光泽度计，WGG60-E3，泉州；旋转黏度计，LVI，美国。
1.2 参考配方及制备工艺
参考配方及制备工艺见表1。
表1 参考配方及制备工艺
1.3 性能测试
VOC测试：按GB18581—2009进行测试。吸收甲醛、苯测试：按标准配比配漆后刷在20cm×30cm的4片木板上，放置在60L的装有浓度约10mg/L的甲醛或苯的密闭玻璃箱中，作用一定时间，用HPLC（高效液体色谱）测定甲醛/苯浓度变化（此项目由第三方测试）。硬度测试：按GB/T6739—1996喷涂在马口铁上，用PPH-I型铅笔硬度计测定。附着力测试：按GB/T1720—1979喷涂在马口铁上，用QFZ型附着力试验仪测定。柔韧性测定：按GB/T6742—1986喷涂在马口铁上，用YZQ-Ⅱ圆柱型弯曲试验仪测定。抗冲击性测定：按GB/T4893.9—1992喷涂在马口铁上，用QCJ型漆膜冲击器测定。
2 分析及讨论
2.1 降低涂料的VOC和溶剂毒性
为了有效降低涂料的VOC，选用高固低黏的无苯醇酸树脂和80%固含量的合成脂肪酸树脂作为主体树脂，以降低溶剂的使用量。同时用PMA（丙二醇甲醚醋酸酯）、DMC（碳酸二甲酯）、DBE（混二价酸酯）这些低气味环保型溶剂代替气味大、毒性较高的甲苯、二甲苯、氯化烃和CAC等作为涂料的稀释剂。所得涂料是具有低VOC、低气味和超低毒性的环境友好型产品。
2.2 降低涂料的刺激性气味
由于溶剂型木器漆需要以有机溶剂为溶解介质来进行施工，所以体系中肯定会含有一定量的有机溶剂，而气味是有机溶剂的特性之一。所以我们在选择低气味环保型溶剂的同时，在体系中添加一些能有效降低刺激性气味的材料。目前比较常用的是香精、遮味剂、吸附剂等。
2.2.1 香精的优缺点
香精是人工合成的模仿水果和天然香料气味的浓缩芳香油，多数香精都是有机化合物。香精的作用原理是利用其本身的香味去物理遮盖溶剂的味道，而不是有效降低体系的刺激性气味。优点是香味选择性多，成本较低；缺点是不能有效降低气味，而且容易长期残留在漆膜中，如香精的浓度较高，气味会变得很难闻。
2.2.2 遮味剂的优缺点
遮味剂的作用原理是融合溶剂的气味，综合出一种新的气味，这种新的气味往往对人的鼻子没有刺激性，易为人所接受。遮味剂本身不会与体系中的任何材料发生化学反应，且许多遮味剂都含有一定量的香精，以提高其遮味效果。优点是能够通过物理反应来降低溶剂气味，缺点是大部分遮味剂都有选择性，不能同时对多种溶剂进行遮味，需要搭配使用多种遮味剂，成本较高。
2.2.3 吸附剂的优缺点
目前市场上用于降低有机溶剂刺激性气味的吸附剂还很少见到。本文所用的吸附剂是进口竹炭吸附剂，其本身具有类似竹炭对异味的吸附效果，在溶剂连同吸附剂共同挥发出来的时候刺激性气味大为减弱。同时它还可以引导空气中的氧气分子和溶剂中的异味分子通过化学反应结合在一起，将难闻的气味高效去除。竹炭吸附剂通过吸附与反应相结合的方法来除味，其效果远优于普通的除味剂，特别是在施工阶段的除味效果更加明显。
2.3 甲醛吸收剂的选择
我们分别选择硅藻土、负离子、纳米银、竹炭因子作为甲醛吸收剂，适量添加到溶剂型木器漆中，考察其对甲醛的吸收能力和其他各项性能。吸收剂的物理性质见表2。
表2 吸收剂的物理性质
2.3.1 硅藻土吸收甲醛的效果
硅藻土具有多孔结构，密度低、比表面积大、吸附性能强，对甲醛具有良好的物理吸收能力。其吸收甲醛的检测结果见表3。
表3 硅藻土吸收甲醛检测结果
由表3可以看出：随着硅藻土添加量的增加，吸收效率提高；其添加量为12%时，吸收效率为85.9%。但由于硅藻土的吸油量较高，对溶剂型木器漆的光泽和黏度影响较大，此外硅藻土具有较强的吸水性，也__会影响溶剂型木器漆后期的稳定性。
2.3.2 负离子吸收、降解甲醛的效果
负离子粉末的主要化学成分是：二氧化硅、三氧化二铝、二氧化钛、三氧化二硼。这些材料具有特殊的晶体结构。通过纳米技术，使这些材料的微观结构产生变化，当存在外界的微小作用时（如温度、压力、光变化），使除甲醛助剂的微观离子间距和键角发生变化，随之产生微电场，空气中存在的水分进入并被电离，最终产生吸引甲醛的负离子，负离子中和或包覆带有正电荷的甲醛等有害气体，达到除去空气中甲醛，减少其危害的目的。
负离子的形成表示如下：
负离子吸收甲醛的检测结果见表4。
表4 负离子吸收甲醛的检测结果
由表4可以看出：负离子确实具有较强的吸收和降解甲醛功能。在本体系中，随着负离子添加量的增加，涂料对甲醛的吸收效率逐渐提高，添加量超过0.5%时，提高趋势趋于平缓。所以选择负离子添加量为0.5%较适宜。由于负离子是纳米级粉末，虽然容易分散达到细度要求，但如何防止其沉淀是个难题，特别是在低黏度体系中容易产生硬沉淀。此外，在亮光清漆中添加负离子会影响清漆外观和表面效果，也极易沉淀。
2.3.3 纳米银吸收、降解甲醛的效果
纳米银就是将粒径做到纳米级的金属银单质，也称银离子触媒。在光的作用下，银离子能起到催化活性中心的作用，激活水和空气中的氧，产生羟基自由基（OH-）和活性氧离子（O2-），其中羟基自由基对甲醛有一定的降解作用，而活性氧离子具有很强的氧化能力，能在短时间内破坏细菌的繁殖能力而使细胞死亡，所以纳米银具有很好的抗菌、杀菌效果。纳米银吸收甲醛的检测结果见表5。
表5 纳米银吸收甲醛检测结果
由表5可以看出：纳米银对甲醛具有吸收和降解作用，但效率较低，添加量为0.5%时吸收效率也只有46.6%，且纳米银的成本非常高，所以不适合用作甲醛的吸收剂。
2.3.4 竹炭吸附剂吸收、降解甲醛的效果
竹炭是近几年发展起来的一种新型功能材料和环保材料，具有发达的孔隙结构和良好的吸附性能，它的吸附能力是活性炭的好几倍，特别是对分子直径很小的物质的吸附能力非常强。研究表明：竹炭对空气及水中的多种污染物具有较强的吸附作用。但由于它属于物理吸附，所以存在吸附饱和的问题，吸附能力会随着时间的延长而降低。我们选用的竹炭因子是对竹炭进行改性后的新型纳米活化竹炭，一是通过纳米活化和造孔，极大地扩大了竹炭的比表面积，使竹炭的吸附功能提升约3倍；二是把光触媒均匀地分布到竹炭的表面、大孔和中孔内，在可见光（如室内光、灯光等）或紫外线的作用下进行光催化，分解清理孔道内吸附的有机物（甲醛、苯、甲苯等），使竹炭长久保持强大的吸附性，从而极大地延长了竹炭的使用寿命。也就是说竹炭因子兼具物理吸附与化学吸附两种功能。光触媒是一种纳米级的金属氧化物材料（常用纳米二氧化钛）。它在光线的作用下，会产生类似光合作用的光催化反应，产生氧化能力极强的自由氢氧基和活性氧，具有很强的光氧化还原功能，可氧化分解各种有机化合物和部分无机物，能破坏细菌的细胞膜和固化病毒的蛋白质，可杀灭细菌和分解有机污染物，把有机污染物分解成无污染的水（H2O）和二氧化碳（CO2），因而具有极强的杀菌、除臭、防霉、防污、自洁、清除甲醛、净化空气功能。
竹炭因子化学降解甲醛的原理可表示如下：
竹炭因子吸收甲醛的检测结果见表6。
表6 竹炭因子吸收甲醛检测结果
由表6可以看出：随着竹炭因子添加量的增加，对甲醛的吸收能力随之增大，当其添加量为0.5%时，吸收效率达到94.6%。
2.3.5 竹炭因子吸收苯的效果
相关研究表明：光触媒改性后的竹炭因子不仅能吸收、降解甲醛，对苯等有机危害物质也有很好的吸收、降解性能。其作用原理与吸收、降解甲醛原理一样，苯被氧化能力极强的自由氢氧基转换成无毒、无害的二氧化碳和水。竹炭因子吸收苯的检测结果见表7。
表7 竹炭因子吸收苯检测结果
由表7可以看出：竹炭因子对苯的吸收效率也很高，其添加量为1%时，吸收效率达到93.5%。竹炭因子吸收苯的效率比吸收甲醛低的原因应该是苯的分子结构较甲醛稳定。
2.4 低VOC净味溶剂型木器漆其他性能检测
根据以上结果，我们选用竹炭因子作为本体系的甲醛吸收剂，按参考配方配制低VOC净味溶剂型硝基亚光木器漆，并检测其各项性能，结果如表8所示。由表8可以看出：涂料的各项性能均达标，其中游离TDI含量、苯含量、甲苯和二甲苯总含量、VOC和游离甲醛量远低于标准要求。
表8 产品的性能指标
注：有害物质限量按GB18581—2009标准检测。
3 结语
（1）选用无苯的高固低黏醇酸树脂作为主体树脂，并使用低气味环保型溶剂代替气味大、毒性高的溶剂，达到有效降低溶剂型木器漆的VOC、气味和毒性的目的；（2）本文选用的竹炭吸附剂同时具有物理和化学吸附的功能，能有效降低溶剂型木器漆的刺激性气味，整体性能优于普通的除味剂和香精；（3）硅藻土、负离子、纳米银、竹炭因子都具有吸收甲醛的功能，但吸收效率和适用范围均有差异。通过试验，最终选用竹炭因子作为本试验溶剂型木器漆体系的甲醛吸收剂。竹炭因子不仅具有高效的吸收甲醛功能，而且对苯的吸收效果也非常好；对甲醛的吸收效率可以达到94%以上。（4）按配方生产的低VOC净味溶剂型木器漆的各项性能均符合标准，游离TDI含量、苯含量、甲苯和二甲苯总含量和游离甲醛量远低于GB18581—2009要求，挥发性有机物（VOC）含量450g/L，远低于标准的720g/L。
