低VOC 殺蟲抗菌內(nèi)墻乳膠漆的研制

    中國(guó)新型涂料網(wǎng)訊：

     隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們物質(zhì)文化生活水平的日益提高，環(huán)保和健康意識(shí)普遍增強(qiáng)，對(duì)居住環(huán)境的安全和舒適度的要求越來(lái)越高，營(yíng)造一個(gè)室內(nèi)空氣清新、富含負(fù)離子、無(wú)蚊蠅侵?jǐn)_、無(wú)病菌危害、有助于保健的清新安逸的起居環(huán)境，一直是人們追求的目標(biāo)，低VOC 殺蟲抗菌內(nèi)墻乳膠漆能幫助人們實(shí)現(xiàn)這一美好愿望。

低VOC 乳膠漆是指乳膠漆中揮發(fā)性有機(jī)化合物含量低于GB 18582—2008 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限量值（≤120g/L）的品種。低VOC 是環(huán)保涂料的重要標(biāo)志，在乳膠漆配方設(shè)計(jì)中，選擇低VOC 含量和低成膜溫度的合成樹脂乳液、摒棄成膜助劑和二醇類防凍劑，是減少VOC 的主要方法。殺蟲乳膠漆是在配方中添加了高效、低毒、廣譜殺蟲劑，通過涂膜中析出的殺蟲藥物與害蟲觸后，使害蟲的神經(jīng)受損而癱瘓致死，但是對(duì)人、蓄無(wú)害。抗菌乳膠漆是在配方中增添了負(fù)離子-抗菌添加劑，這是一種負(fù)離子發(fā)生材料與無(wú)機(jī)抗菌材料相結(jié)合的功能材料。負(fù)離子發(fā)生材料能夠形成永久性微電場(chǎng)，通過電極對(duì)空氣和水分發(fā)生微弱電解作用而產(chǎn)生羥基離子，羥基離子通過中和、化學(xué)反應(yīng)和物理吸附等作用，分解祛除室內(nèi)空氣中的甲醛、氨、苯等有害氣體，具有祛除異味、清新空氣的功能；無(wú)機(jī)抗菌材料能夠不斷地析出至涂膜表面，與附著在其上的細(xì)菌、霉菌的酶蛋白發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致酶蛋白沉浮或失去活性，抑制細(xì)菌的存活和滋生。

制備工藝

1） 原材料

主要原材料：零VOC 純丙烯酸乳液；分散劑SN-5040、3204；羥甲基纖維素250HBR；消泡劑NXZ；鈦白粉、高嶺土、滑石粉、重鈣粉、輕鈣粉、海泡石粉；高效氯氟氰菊酯；負(fù)離子抗菌添加劑；增稠劑；流平劑；去離子水；納米耐沾污劑NZW-1。

2） 基本配方

低VOC 殺蟲抗菌乳膠漆的基本配方見表1。

 表1 低VOC 殺蟲抗菌乳膠漆的基本配方

3） 制備工藝

⑴“海泡石粉+殺蟲劑”預(yù)吸附處理：將氯氟氰菊酯與適量的增效醚預(yù)混合均勻，然后加入到海泡石粉中分散均勻后陳放24 h。

⑵將去離子水加入到高效分散盒中，攪拌下加入羥甲基纖維素，直至完全溶解；加入分散劑、1/2 量的消泡劑、顏填料、預(yù)吸附處理的殺蟲劑、負(fù)離子-抗菌添加劑，高速分散30 ~ 40 min，檢驗(yàn)漿料細(xì)度達(dá)20 μm以下；變中低速攪拌，加入純丙烯酸乳液、余量的消泡劑，攪拌混合20 min 后，加增稠劑、流平劑，調(diào)整pH約等于8，過濾后包裝。

4） 性能檢測(cè)

⑴常規(guī)性能按GB/T 9756—2001《合成樹脂乳液內(nèi)墻涂料》標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)；

⑵環(huán)保性能按GB 18582—2008《室內(nèi)裝飾裝修材料內(nèi)墻涂料有害物質(zhì)限量》標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)；

⑶殺蟲效果評(píng)價(jià)按GB 13917·1—1992《生物藥效測(cè)試》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法進(jìn)行，即在一個(gè)專用玻璃器皿中，讓一定數(shù)量的害蟲接觸殺蟲涂膜20 min，然后將害蟲置換到潔凈的紗籠中觀察殺蟲情況，分別記錄KT50（50%的試驗(yàn)害蟲被擊倒不能活動(dòng)的時(shí)間）、KT95（95%的試驗(yàn)害蟲被擊倒不能活動(dòng)的時(shí)間） 和24 h 后害蟲的死亡率；

⑷抗菌性能測(cè)試依據(jù)JISZ2801:2000《抗菌制品抗菌性能的檢測(cè)與評(píng)價(jià)》進(jìn)行。

5） 檢測(cè)結(jié)果

⑴低VOC 殺蟲抗菌內(nèi)墻乳膠漆的常規(guī)性能，經(jīng)國(guó)家建材工業(yè)部建材質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心檢測(cè)，完全符合GB/T 9756—2001 標(biāo)準(zhǔn)的要求。

⑵環(huán)保性能檢測(cè)結(jié)果見表2。

表2  環(huán)保性能檢測(cè)結(jié)果

⑶殺蟲效果評(píng)價(jià)見表3。

表3 殺蟲效果測(cè)試

⑷抗菌防霉性能見表4。

表4 抗菌防霉性能

結(jié)果分析

1 ）乳液對(duì)乳膠漆環(huán)保性的影響

乳液是乳膠漆的主要成膜物質(zhì)，是影響乳膠漆性能的首要因素，它既關(guān)系到乳膠漆的物理性能，也關(guān)系到乳膠漆的環(huán)保性能。通常乳膠漆中的VOC 主要來(lái)源于乳液中未反應(yīng)的殘存單體、成膜助劑、二醇防凍液這3 種原材料。制備低VOC 乳膠漆必須摒棄成膜助劑和二醇類防凍液，選用未反應(yīng)單體含量低的乳液作基料，且乳液的成膜溫度（MFT）低，能在室溫下獨(dú)自成膜。為了保證涂膜有一定的硬度、不返黏、耐沾污，乳液應(yīng)有相對(duì)較高的玻璃化溫度（Tg ） 。在配方中其它因素不變的前提下，不同品種的乳液對(duì)乳膠漆性能的影響見表5。

表5 乳液品種對(duì)乳膠漆性能的影響

由表5 可知，在試驗(yàn)條件下，以純丙乳液SF-016為基料制備的乳膠漆，其涂膜的耐擦洗性和耐沾污性最好、VOC 含量最低、環(huán)保性能最好，因此本研究選用SF-016 為成膜物質(zhì)。

2） 殺蟲劑的選擇及其效果評(píng)價(jià)

在普通乳膠漆中加入與其相容的高效低毒殺蟲劑，便是殺蟲乳膠漆。選擇的殺蟲劑必須滿足以下要求：①必須是觸殺型的，因揮發(fā)性殺蟲劑既會(huì)增加乳膠漆的VOC 含量、對(duì)人體造成危害，又容易因所含成分揮發(fā)而失去藥效；②必須具有良好的定性，尤其是對(duì)檢驗(yàn)項(xiàng)目限量標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)結(jié)果光、酸、堿的穩(wěn)定，以保證殺蟲效果的持久性；③具有殺蟲的廣譜性、高效性、無(wú)毒(或低毒）性；④無(wú)臭無(wú)異味；⑤與涂料相容，不影響涂料的內(nèi)在質(zhì)量和外觀。常用的殺蟲劑有六大類：①有機(jī)氯化物；②有機(jī)錫類；③有機(jī)金屬鹽類；④有機(jī)磷類；⑤氨基甲酸酯類；⑥除蟲菊酯類。前4 類殺蟲劑因殘留毒性大，不適用于裝飾涂料；氨基甲酸酯類對(duì)害蟲擊倒快，殘效期長(zhǎng)，殺蟲選擇性強(qiáng)，不污染環(huán)境；除蟲菊酯類殺蟲劑是一類廣譜性殺蟲劑，具有強(qiáng)烈的觸殺活性，用量小、效力高、毒性低，對(duì)環(huán)境污染輕微，殘效期適中，是目前較理想的涂料用殺蟲劑。

氯氟氰菊酯是除蟲菊酯類中的一種廣譜、高效、低毒、強(qiáng)烈觸殺型殺蟲劑有效期長(zhǎng)且穩(wěn)定，本文選用氯氟氰菊酯作為乳膠漆的殺蟲劑。為了改善殺蟲劑與乳膠漆的相容性和親和性、提高殺蟲效果的持久性，本文以海泡石粉作緩解載體，將殺蟲劑吸附到海泡石粉的微孔結(jié)構(gòu)的空隙中，形成一種載藥緩解劑，將其加入到乳膠漆中，可大大延長(zhǎng)涂膜的殺蟲有效期。在基本配方中其它因素不變的條件下，氯氟氰菊酯的不同用量對(duì)乳膠漆殺蟲效果的影響見表6。

表6  氯氟氰菊酯用量對(duì)乳膠漆殺蟲效果的影響

從表6 的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，隨著氯氟氰菊酯用量的增加，乳膠漆的殺蟲效果隨之提高，當(dāng)殺蟲劑用量達(dá)到0.5%時(shí)，50%的試驗(yàn)蒼蠅被擊倒不能活動(dòng)的時(shí)間為7.3 min，50%蚊子被擊倒不能活動(dòng)的時(shí)間為8.5min；95%害蟲被擊倒不能活動(dòng)的時(shí)間：蒼蠅為19.1min，蚊子為22.4 min；24 h 害蟲死亡率：蒼蠅、蚊子都達(dá)到95%。再增加殺蟲劑用量，殺蟲效果提高幅度不大，且成本增高。

殺蟲機(jī)理：海泡石粉載藥緩釋劑作為填料分散在乳膠漆中，在涂刷成膜之前，緩釋劑載體吸附的氯氟氰菊酯殺蟲劑中的活性成分隨著水分的蒸發(fā)而析出，并遷移到涂膜表面，當(dāng)水分揮發(fā)后，在涂膜表面形成晶體，蟲子一旦接觸涂膜表面時(shí)，殺蟲晶體便可溶解蟲子的脂肪腳，破壞蟲子的神經(jīng)系統(tǒng)，使害蟲癱瘓甚至死亡。這種方式對(duì)人畜比較安全，殺蟲效果比較好，藥效持久期比較長(zhǎng)。在使用過程中，由于涂膜呈多微孔性，具有“呼吸”功能，涂層中的殺蟲活性成分通過毛細(xì)孔不斷析出，保持殺蟲效果長(zhǎng)時(shí)效，但藥效率有待進(jìn)一步觀察。

3） 抗菌劑的選擇及其作用

在普通裝飾性乳膠漆中加入適量的與其相容的抗菌防霉劑，便成為抗菌乳膠漆。目前常用的抗菌防霉劑主要有3 大類:有機(jī)、無(wú)機(jī)和復(fù)合型。有機(jī)抗菌防霉劑易分散、有效期短且有毒副作用；無(wú)機(jī)抗菌劑，如納米TiO₂、納米ZnO 等，屬于光催化型殺蟲劑，只能在紫外光照射下才能產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，從而具有較強(qiáng)的氧化能力，才會(huì)對(duì)細(xì)菌、微生物進(jìn)行分解、毒化，并且ZnO在水中的溶解性比較低，對(duì)涂料體系的pH 比較敏感，會(huì)影響乳膠漆的貯存穩(wěn)定性；復(fù)合型抗菌防霉劑如納米TiO2/ZnO、負(fù)離子-抗菌添加劑等，納米TiO2/ZnO 的抗菌機(jī)理及缺陷如前所述，負(fù)離子-抗菌添加劑是含負(fù)離子的晶體物質(zhì)與無(wú)機(jī)抗菌劑相結(jié)合的功能材料，負(fù)離子晶體物質(zhì)產(chǎn)生羥基負(fù)離子可以對(duì)空氣中帶有正電荷的有毒氣體、細(xì)菌、微生物進(jìn)行中和、包覆沉降，其產(chǎn)生的微電場(chǎng)、微電流可以對(duì)細(xì)菌、微生物進(jìn)行電解，從而殺滅細(xì)菌、霉菌；無(wú)機(jī)抗菌劑的活性成分是游離態(tài)的金屬離子，對(duì)細(xì)菌、霉菌有很強(qiáng)的殺滅作用和長(zhǎng)效性，對(duì)環(huán)境的污染極少。在固定基本配方其它因素不變的條件下，選用不同抗菌劑制備乳膠漆，檢驗(yàn)其抗菌效果，檢測(cè)結(jié)果見表7。

表7 不同抗菌劑的抗菌效果比較

由表7 可知，在抗菌劑用量相同的情況下，無(wú)機(jī)抗菌劑的抗菌防霉效果優(yōu)于有機(jī)抗菌劑，在無(wú)機(jī)抗菌防霉劑中，復(fù)合型優(yōu)于單一型，在試驗(yàn)范圍內(nèi)，雖然復(fù)合型TiO₂/ZnO 的用量少但抗菌防霉效果最優(yōu)，但因其光催化效應(yīng)而產(chǎn)生的強(qiáng)氧化性不斷氧化降解涂膜中的有機(jī)物質(zhì)，使其分層粉化，影響裝飾涂層的使用壽命。負(fù)離子-抗菌添加劑雖然用量較大，但從成本上看并不算高，且因能產(chǎn)生大量的羥基負(fù)離子，具有凈化空氣和保健功能，且時(shí)效長(zhǎng)，故而選之。 

制備環(huán)保型乳膠漆時(shí)，首先選用低）VOC 含量、低成膜溫度的合成樹脂乳液作成膜物質(zhì)，在摒棄成膜助劑和二醇類防凍劑的前提下，乳液能在較低室溫下正常成膜，該乳膠漆具有超低VOC 含量；其次在選擇顏填料和助劑時(shí)，嚴(yán)格控制有害物質(zhì)限量，便能制備出環(huán)保涂料。在低VOC 乳膠漆中，再加入0.5% ~ 0.8%的廣譜、高效、低毒、觸殺型氯氟氰菊酯殺蟲劑，并且用海泡石粉作藥物的吸附緩釋載體，該乳膠漆具有觸殺蒼蠅、蚊子、臭蟲、跳蚤、蟑螂、白蟻等害蟲的功能，稱作環(huán)保殺蟲乳膠漆。在該漆中，再加入0.8%具有產(chǎn)生負(fù)離子和抗菌防霉功能的負(fù)離子-抗菌添加劑，便成為低VOC 殺蟲抗菌內(nèi)墻乳膠漆，這是一種環(huán)保、健康型殺蟲抗菌多功能內(nèi)墻乳膠漆，具有廣闊的應(yīng)用前景。