低VOC 杀虫抗菌内墙乳胶漆的研制

    中国新型涂料网讯：

     随着经济的发展，人们物质文化生活水平的日益提高，环保和健康意识普遍增强，对居住环境的安全和舒适度的要求越来越高，营造一个室内空气清新、富含负离子、无蚊蝇侵扰、无病菌危害、有助于保健的清新安逸的起居环境，一直是人们追求的目标，低VOC 杀虫抗菌内墙乳胶漆能帮助人们实现这一美好愿望。

低VOC 乳胶漆是指乳胶漆中挥发性有机化合物含量低于GB 18582—2008 标准规定的限量值（≤120g/L）的品种。低VOC 是环保涂料的重要标志，在乳胶漆配方设计中，选择低VOC 含量和低成膜温度的合成树脂乳液、摒弃成膜助剂和二醇类防冻剂，是减少VOC 的主要方法。杀虫乳胶漆是在配方中添加了高效、低毒、广谱杀虫剂，通过涂膜中析出的杀虫药物与害虫触后，使害虫的神经受损而瘫痪致死，但是对人、蓄无害。抗菌乳胶漆是在配方中增添了负离子-抗菌添加剂，这是一种负离子发生材料与无机抗菌材料相结合的功能材料。负离子发生材料能够形成永久性微电场，通过电极对空气和水分发生微弱电解作用而产生羟基离子，羟基离子通过中和、化学反应和物理吸附等作用，分解祛除室内空气中的甲醛、氨、苯等有害气体，具有祛除异味、清新空气的功能；无机抗菌材料能够不断地析出至涂膜表面，与附着在其上的细菌、霉菌的酶蛋白发生反应，导致酶蛋白沉浮或失去活性，抑制细菌的存活和滋生。

制备工艺

1） 原材料

主要原材料：零VOC 纯丙烯酸乳液；分散剂SN-5040、3204；羟甲基纤维素250HBR；消泡剂NXZ；钛白粉、高岭土、滑石粉、重钙粉、轻钙粉、海泡石粉；高效氯氟氰菊酯；负离子抗菌添加剂；增稠剂；流平剂；去离子水；纳米耐沾污剂NZW-1。

2） 基本配方

低VOC 杀虫抗菌乳胶漆的基本配方见表1。

 表1 低VOC 杀虫抗菌乳胶漆的基本配方

3） 制备工艺

⑴“海泡石粉+杀虫剂”预吸附处理：将氯氟氰菊酯与适量的增效醚预混合均匀，然后加入到海泡石粉中分散均匀后陈放24 h。

⑵将去离子水加入到高效分散盒中，搅拌下加入羟甲基纤维素，直至完全溶解；加入分散剂、1/2 量的消泡剂、颜填料、预吸附处理的杀虫剂、负离子-抗菌添加剂，高速分散30 ~ 40 min，检验浆料细度达20 μm以下；变中低速搅拌，加入纯丙烯酸乳液、余量的消泡剂，搅拌混合20 min 后，加增稠剂、流平剂，调整pH约等于8，过滤后包装。

4） 性能检测

⑴常规性能按GB/T 9756—2001《合成树脂乳液内墙涂料》标准检测；

⑵环保性能按GB 18582—2008《室内装饰装修材料内墙涂料有害物质限量》标准检测；

⑶杀虫效果评价按GB 13917·1—1992《生物药效测试》标准规定的方法进行，即在一个专用玻璃器皿中，让一定数量的害虫接触杀虫涂膜20 min，然后将害虫置换到洁净的纱笼中观察杀虫情况，分别记录KT50（50%的试验害虫被击倒不能活动的时间）、KT95（95%的试验害虫被击倒不能活动的时间） 和24 h 后害虫的死亡率；

⑷抗菌性能测试依据JISZ2801:2000《抗菌制品抗菌性能的检测与评价》进行。

5） 检测结果

⑴低VOC 杀虫抗菌内墙乳胶漆的常规性能，经国家建材工业部建材质量监督检验测试中心检测，完全符合GB/T 9756—2001 标准的要求。

⑵环保性能检测结果见表2。

表2  环保性能检测结果

⑶杀虫效果评价见表3。

表3 杀虫效果测试

⑷抗菌防霉性能见表4。

表4 抗菌防霉性能

结果分析

1 ）乳液对乳胶漆环保性的影响

乳液是乳胶漆的主要成膜物质，是影响乳胶漆性能的首要因素，它既关系到乳胶漆的物理性能，也关系到乳胶漆的环保性能。通常乳胶漆中的VOC 主要来源于乳液中未反应的残存单体、成膜助剂、二醇防冻液这3 种原材料。制备低VOC 乳胶漆必须摒弃成膜助剂和二醇类防冻液，选用未反应单体含量低的乳液作基料，且乳液的成膜温度（MFT）低，能在室温下独自成膜。为了保证涂膜有一定的硬度、不返黏、耐沾污，乳液应有相对较高的玻璃化温度（Tg ） 。在配方中其它因素不变的前提下，不同品种的乳液对乳胶漆性能的影响见表5。

表5 乳液品种对乳胶漆性能的影响

由表5 可知，在试验条件下，以纯丙乳液SF-016为基料制备的乳胶漆，其涂膜的耐擦洗性和耐沾污性最好、VOC 含量最低、环保性能最好，因此本研究选用SF-016 为成膜物质。

2） 杀虫剂的选择及其效果评价

在普通乳胶漆中加入与其相容的高效低毒杀虫剂，便是杀虫乳胶漆。选择的杀虫剂必须满足以下要求：①必须是触杀型的，因挥发性杀虫剂既会增加乳胶漆的VOC 含量、对人体造成危害，又容易因所含成分挥发而失去药效；②必须具有良好的定性，尤其是对检验项目限量标准检测结果光、酸、碱的稳定，以保证杀虫效果的持久性；③具有杀虫的广谱性、高效性、无毒(或低毒）性；④无臭无异味；⑤与涂料相容，不影响涂料的内在质量和外观。常用的杀虫剂有六大类：①有机氯化物；②有机锡类；③有机金属盐类；④有机磷类；⑤氨基甲酸酯类；⑥除虫菊酯类。前4 类杀虫剂因残留毒性大，不适用于装饰涂料；氨基甲酸酯类对害虫击倒快，残效期长，杀虫选择性强，不污染环境；除虫菊酯类杀虫剂是一类广谱性杀虫剂，具有强烈的触杀活性，用量小、效力高、毒性低，对环境污染轻微，残效期适中，是目前较理想的涂料用杀虫剂。

氯氟氰菊酯是除虫菊酯类中的一种广谱、高效、低毒、强烈触杀型杀虫剂有效期长且稳定，本文选用氯氟氰菊酯作为乳胶漆的杀虫剂。为了改善杀虫剂与乳胶漆的相容性和亲和性、提高杀虫效果的持久性，本文以海泡石粉作缓解载体，将杀虫剂吸附到海泡石粉的微孔结构的空隙中，形成一种载药缓解剂，将其加入到乳胶漆中，可大大延长涂膜的杀虫有效期。在基本配方中其它因素不变的条件下，氯氟氰菊酯的不同用量对乳胶漆杀虫效果的影响见表6。

表6  氯氟氰菊酯用量对乳胶漆杀虫效果的影响

从表6 的试验数据可以看出，随着氯氟氰菊酯用量的增加，乳胶漆的杀虫效果随之提高，当杀虫剂用量达到0.5%时，50%的试验苍蝇被击倒不能活动的时间为7.3 min，50%蚊子被击倒不能活动的时间为8.5min；95%害虫被击倒不能活动的时间：苍蝇为19.1min，蚊子为22.4 min；24 h 害虫死亡率：苍蝇、蚊子都达到95%。再增加杀虫剂用量，杀虫效果提高幅度不大，且成本增高。

杀虫机理：海泡石粉载药缓释剂作为填料分散在乳胶漆中，在涂刷成膜之前，缓释剂载体吸附的氯氟氰菊酯杀虫剂中的活性成分随着水分的蒸发而析出，并迁移到涂膜表面，当水分挥发后，在涂膜表面形成晶体，虫子一旦接触涂膜表面时，杀虫晶体便可溶解虫子的脂肪脚，破坏虫子的神经系统，使害虫瘫痪甚至死亡。这种方式对人畜比较安全，杀虫效果比较好，药效持久期比较长。在使用过程中，由于涂膜呈多微孔性，具有“呼吸”功能，涂层中的杀虫活性成分通过毛细孔不断析出，保持杀虫效果长时效，但药效率有待进一步观察。

3） 抗菌剂的选择及其作用

在普通装饰性乳胶漆中加入适量的与其相容的抗菌防霉剂，便成为抗菌乳胶漆。目前常用的抗菌防霉剂主要有3 大类:有机、无机和复合型。有机抗菌防霉剂易分散、有效期短且有毒副作用；无机抗菌剂，如纳米TiO₂、纳米ZnO 等，属于光催化型杀虫剂，只能在紫外光照射下才能产生电子-空穴对，从而具有较强的氧化能力，才会对细菌、微生物进行分解、毒化，并且ZnO在水中的溶解性比较低，对涂料体系的pH 比较敏感，会影响乳胶漆的贮存稳定性；复合型抗菌防霉剂如纳米TiO2/ZnO、负离子-抗菌添加剂等，纳米TiO2/ZnO 的抗菌机理及缺陷如前所述，负离子-抗菌添加剂是含负离子的晶体物质与无机抗菌剂相结合的功能材料，负离子晶体物质产生羟基负离子可以对空气中带有正电荷的有毒气体、细菌、微生物进行中和、包覆沉降，其产生的微电场、微电流可以对细菌、微生物进行电解，从而杀灭细菌、霉菌；无机抗菌剂的活性成分是游离态的金属离子，对细菌、霉菌有很强的杀灭作用和长效性，对环境的污染极少。在固定基本配方其它因素不变的条件下，选用不同抗菌剂制备乳胶漆，检验其抗菌效果，检测结果见表7。

表7 不同抗菌剂的抗菌效果比较

由表7 可知，在抗菌剂用量相同的情况下，无机抗菌剂的抗菌防霉效果优于有机抗菌剂，在无机抗菌防霉剂中，复合型优于单一型，在试验范围内，虽然复合型TiO₂/ZnO 的用量少但抗菌防霉效果最优，但因其光催化效应而产生的强氧化性不断氧化降解涂膜中的有机物质，使其分层粉化，影响装饰涂层的使用寿命。负离子-抗菌添加剂虽然用量较大，但从成本上看并不算高，且因能产生大量的羟基负离子，具有净化空气和保健功能，且时效长，故而选之。 

制备环保型乳胶漆时，首先选用低）VOC 含量、低成膜温度的合成树脂乳液作成膜物质，在摒弃成膜助剂和二醇类防冻剂的前提下，乳液能在较低室温下正常成膜，该乳胶漆具有超低VOC 含量；其次在选择颜填料和助剂时，严格控制有害物质限量，便能制备出环保涂料。在低VOC 乳胶漆中，再加入0.5% ~ 0.8%的广谱、高效、低毒、触杀型氯氟氰菊酯杀虫剂，并且用海泡石粉作药物的吸附缓释载体，该乳胶漆具有触杀苍蝇、蚊子、臭虫、跳蚤、蟑螂、白蚁等害虫的功能，称作环保杀虫乳胶漆。在该漆中，再加入0.8%具有产生负离子和抗菌防霉功能的负离子-抗菌添加剂，便成为低VOC 杀虫抗菌内墙乳胶漆，这是一种环保、健康型杀虫抗菌多功能内墙乳胶漆，具有广阔的应用前景。