關紅艷，郭中寶，丁建軍，梅一飛( 中國建筑材料科學研究總院，中國建材檢驗認證集團股份有限公司，北京100024) 2019-11-16 

   家庭裝修中大量使用人造板、膠粘劑、壁紙、涂料、地毯和各種家具，造成了越來越多的室內空氣污染。針對日益突出的室內空氣污染問題，各種室內空氣凈化類產品銷售活躍。目前，市場上的室內空氣凈化產品主要有活性炭、空氣凈化器、空氣治理劑、空氣凈化涂料、空氣凈化壁紙等，在眾多室內空氣凈化產品中，室內空氣凈化涂料具有成本低、室內涂布面積大、無二次污染等優點，發展潛力較大。根據知網專利數據庫檢索顯示，自2004 年以來，我國空氣凈化涂料產品的專利申請量逐年增多，2014 年的相關專利申請數目達到40 件，較上年增長1 倍。在所有專利中，空氣凈化涂料在內墻涂料中的應用研究占比為75. 5%，在外墻涂料中的應用研究占比為10. 4%; 在木器涂料、市政設施、隧道及地下停車場等領域的應用研究占比為14. 1%。

   為了保障室內空氣凈化產品的健康發展，針對不同空氣凈化產品的特點，我國制定了相應的污染物凈化性能的標準評價方法。這些標準中，適用于評價室內空氣凈化涂料對污染物凈化性能的標準方法有2 個，分別為: QB /T 2761—2006 室內空氣凈化產品凈化效果測定方法和JC /T 1074—2008 室內空氣凈化性能涂覆材料凈化性能。由于2 個標準方法之間存在一定的差異，加上廣大研究者在進行研究時，往往會結合自己研究團隊的能力使用一些非標準方法，使得對室內空氣凈化涂料凈化性能的評價較為混亂，很多評價結果難以比較。本研究介紹室內空氣凈化涂料分類、總結凈化機理系統和綜述國內外空氣凈化材料性能評價方法現狀的基礎上，對國內現行標準的測試方法進行詳細分析，進而提出了室內空氣凈化涂料凈化性能評價方法的發展趨勢。

1、室內空氣凈化涂料的類別

   根據室內空氣凈化涂料用途和材質，可以分為內墻乳膠漆、硅藻泥涂料和木器涂料。

1. 1 內墻乳膠漆   

   內墻乳膠漆是以合成樹脂乳液為基料加入顏料、填料及各種助劑配制而成的一類水性涂料。由于內墻乳膠漆具有成本低、性能好的特點，因此在家庭裝修中應用最為普遍，室內空氣凈化涂料最早用于內墻乳膠漆中。2000 年前后，我國陸續有文獻報道，將光催化材料用于內墻涂料之中，使之具備凈化空氣的能力。但由于光催化材料存在可見光難激發、在涂料中易團聚及易被乳膠漆包覆、加速乳膠漆老化等問題，故光催化材料在乳膠漆中的應用受到限制。后來陸續出現了使用凈醛乳液、添加凈醛助劑等方式實現凈化甲醛功能的內墻涂料，目前這種涂料的應用已經較為普遍。

1. 2 硅藻泥涂料  

   硅藻泥涂料是近年來才逐漸興起的一種新型內墻涂料，主要由無機膠凝材料、硅藻功能填料、顏填料及其他輔助材料組成，具有調節濕度、凈化空氣、防火阻燃、吸音降噪、保溫隔熱、保護視力、墻面自潔等多種功能。盡管硅藻泥涂料功能性優越，但也存在耐水性差、不耐擦洗、硬度不足、不適合過于潮濕的環境使用等不足。而且，目前硅藻泥涂料市場存在標準亂、品牌亂、管理亂、價格亂、服務亂等亂象，嚴重阻礙了其健康發展。針對這些問題，我國2013 年實施了針對硅藻泥涂料的行業標準JC /T 2177—2013 硅藻泥裝飾壁材，該標準對硅藻泥的物理性能、功能性和有害物質含量都做了具體的要求，相信隨著標準執行的不斷深入，硅藻泥涂料市場將日益規范，行業服務體系的質量也將逐步提高。

1. 3 木器涂料   

   木器涂料是對在木材制品表面所用的涂料的統稱?？諝鈨艋苛显谀酒魍苛现械膽闷鸩捷^晚，近幾年才開始有較為成熟的應用，相關的文獻和專利報道也是在近幾年才逐漸出現，目前空氣凈化涂料在家具漆和地板漆中的應用較為多見。

2、室內空氣凈化涂料對污染物的凈化機理   

   目前，室內空氣凈化涂料對污染物的作用機理主要有光催化型、物理吸附型、化學反應型和復合型。光催化型空氣凈化涂料主要是依靠涂料中所添加的光觸媒材料，在紫外光或太陽光的照射下，產生類似光合作用的光催化反應，生成氧化能力極強的氫氧自由基和活性氧，將甲醛等有害物質氧化分解成無害的CO2和H2O。光催化降解過程是對污染物完全意義上的去除，而且光觸媒在發揮作用過程中不存在消耗，可以長時間持續發揮作用，但在實際應用過程中也存在納米離子在乳液中團聚和包覆、在可見光環境下無明顯作用，以及強氧化作用會導致普通樹脂材料分解等問題。物理吸附型空氣凈化涂料主要依靠向涂料中添加具有較強吸附能力的多孔物質，如活性炭、硅藻土、貝殼粉等，通過多孔材料對污染物的物理吸附來凈化空氣。但是單純的吸附并不會使污染物消失，在一定條件下污染物還會重新釋放到空氣之中，而且吸附材料一旦達到飽和狀態就不再有吸附作用，不能達到持久凈化空氣的目的?；瘜W反應型空氣凈化涂料主要針對甲醛，利用其能與氨基或亞氨基等活性基團發生化學反應的性質達到消除甲醛的目的。采用化學反應原理去除甲醛的涂料在初期往往有較好的效果，但隨著能夠與甲醛反應的活性基團逐漸被消耗及其在自然條件下的老化，往往對甲醛沒有持久性凈化效果。同時，含有氨基或亞氨基的除醛劑加入到涂料中以后，還會存在乳液的包覆作用，使其作用大打折扣。復合型空氣凈化涂料對污染物的凈化機理至少同時具備光催化、物理吸附、化學反應3 種作用機理中的2 種，從而可以有效提高涂料對污染物的凈化速度，而且將光觸媒材料直接負載于吸附材料之上也可以解決光觸媒材料的團聚等問題，有望成為室內空氣凈化涂料的主流。

3 、國內外室內空氣凈化涂料凈化性能測試方法發展現狀

3. 1 國外空氣凈化涂料凈化性能測試方法發展現狀

   國外采用空氣凈化涂料治理空氣污染問題的技術探索起步較早。日本和英國等發達國家首先提出了在傳統建筑涂料中添加納米光催化材料使其增加空氣凈化功能的解決方案，并實現了商業化生產。目前日本的外墻空氣凈化涂料已從試驗階段過渡到了實地考核和評價階段。此類應用于室外的空氣凈化涂料主要依賴于其中添加的光催化納米粒子在紫外光激發下對NOx、甲醛、甲苯和甲硫醇等污染物起到降解效果，針對其性能評價主要采用光催化材料的空氣凈化性能評價方法系列標準，具體如表1所示。

 

表1

   這些標準的基本測試原理都是將樣品置于含有污染物的空氣中，經過一定時間的暗吸附過程之后開啟光源，通過光照特定時間前后反應器出口處污染物的濃度計算得到其對污染物的光催化降解率、污染物降解量和光催化穩定性等指標。隨著近年來可見光激發光催化材料對污染物降解效果的研究進展，室內環境下的光催化型空氣凈化涂料也得到了一定的發展。其凈化性能評價也主要采用室內可見光環境下光催化材料的空氣凈化性能試驗方法系列標準。對于基于物理吸附和化學反應原理的室內空氣凈化涂料對空氣中除甲醛外揮發性有機化合物( VOC) 的凈化性能一般采用實驗艙法對樣品單位時間單位面積的吸附通量進行評價。但是此標準不適用于在紫外光或可見光下可以催化分解VOC 的空氣凈化涂料。

3. 2 我國室內空氣凈化涂料凈化性能測試方法發展現狀

   由于我國室內空氣凈化涂料的多樣性，而且發展較晚，使得不同研究者采用的評價方法不盡相同。目前，對于室內空氣凈化涂料凈化性能的評價方法可以分為非標準方法和標準方法2 類。

3. 2. 1 非標準方法的執行現狀

   在室內空氣凈化涂料的發展初期，還沒有相關測試的標準方法。很多研究者采用自己設定的方法進行評價。比如，梁金生等通過在2 個真實房間中同時涂刷功能涂料和對照涂料，并監測一定時間后房間內污染物的濃度差異的方式來評價。吳健春采用在面積為790 mm × 800 mm 的玻璃板上噴涂待測涂料，干燥后將其放入自制反應箱( 1 200 mm × 600mm × 600 mm) 中，并注入初始濃度為2. 5 mg /m3 的甲醛氣體，之后每隔1 h 監測1 次反應箱中甲醛濃度，以此方法來評價產品對甲醛的凈化性能，該方法沒有考慮甲醛的自然衰減因素。

   這些非標準方法存在一些問題，如評價的污染物類別不統一、評價的污染物濃度不統一、評價時間不統一、環境條件不統一等，難以科學準確地評估和比較產品的凈化效果。面對上述情況，我國分別于2006 年和2008 年實施了QB /T 2761—2006 和JC /T1074—2008 兩項行業標準。這兩項標準對很多實驗參數進行了統一，使得室內空氣凈化涂料產品的評價方法得到了規范。

   隨著標準方法的出臺，越來越多的研究者采用標準方法進行評價，但由于一些實驗室不具備標準方法的實驗條件，因此在研究中仍然采用非標準方法進行研究。比如，蔣靜靜以酸性紅3Ｒ 的降解率進行評價; 白麓楠等采用實驗室自行設計的實驗裝置測試復合空氣凈化涂料對羅丹明B 溶液及甲醛氣體的吸附/光催化降解性能來評價。這些非標準方法對于評價產品凈化性能的相對好壞是有意義的，但對于衡量產品凈化性能在市場上的水平則是不可取的，因此建議廣大研究者在產品研發階段可以采用非標準方法，但在進行產品凈化性能的最終評價時，應采用標準方法。

3. 2. 2 標準方法的執行現狀

   我國曾于2009 年發布了GB /T 23761—2009，規定了光催化空氣凈化材料對乙醛的凈化效果評價方法，其基本原理與BS ISO 22197 － 2∶ 2011 和JIS － Ｒ－ 1701 － 2 － 2008 相同。但是由于該標準中污染物種類僅限于乙醛，且主要針對光催化材料，其實際應用并不多。目前我國對室內空氣凈化涂料污染物凈化性能的評價主要依托QB /T 2761—2006 和JC /T1074—2008 進行。這2 個標準方法的測試原理相同，都是采用2 個實驗艙，一個作為參照艙，一個作為樣品艙，通過比較樣品艙相對于參照艙中污染物濃度的降低率來評價產品對污染物的凈化性能。但在進行空氣凈化涂料產品的檢測時，2個標準的一些具體細節也存在差異，具體如表2 所示。

 

表2

   以上2 個標準各有優缺點，QB /T 2761—2006 標準能夠評價的污染物較多，但該標準對實驗的溫濕度沒有具體要求，容易導致實驗重現性差; 另外，該標準在樣品制備、污染物加入方式等方面操作繁瑣，而且只是一個測試方法標準，沒有產品合格與否的判定，令很多消費者對其測定結果缺乏衡量好壞的標尺，因此在對具體商品化的涂料產品的評價上應用受限。JC /T 1074—2008 標準能夠評價的污染物雖然只有甲醛和甲苯，但該標準考慮了光源的選擇、簡化了污染物加入方法、增加了對甲醛和甲苯的凈化效果持久性指標，而且確定了在該方法體系下的限量值，使消費者有了判斷產品好壞的依據，再加上消費者對甲醛和甲苯的關注度較高，因此該標準在對具體商品化的涂料產品的評價上應用較廣。

3. 3 國內現行標準測試方法的不足

   雖然QB /T 2761—2006 和JC /T 1074—2008 的實施對于規范室內空氣凈化涂料產品的質量，引導其健康發展發揮了很大的作用，但實施多年來，隨著室內空氣凈化涂料產品類別和能夠凈化的污染物種類的不斷增加，2個標準方法存在的問題也日益凸顯。

( 1) 無法區分是徹底消除還是物理吸附

   無論是QB /T 2761—2006，還是JC /T 1074—2008，評價的都是產品對污染物的降低效果，無法區分這種降低作用是徹底消除還是物理吸附。而人們更希望能夠將污染物分解或者通過化學作用消除，而不是簡單的吸附，污染物凈化涂料的發展趨勢也勢必是要開發能夠徹底消除污染物的產品。但現行標準的不足就使得一些只能簡單吸附污染物的涂料不能得到有效甄別，這既不利于市場的導向，也不利于人們選擇優質的產品。

( 2) 測試方法與實際使用環境差異較大

   目前的2 個標準進行污染物凈化性能測試時采用的都是密封艙法，也可以稱為靜態法。這種方法的特點是密封艙內的污染物有限，而且測試周期短。但在實際環境中，被污染的房間內通常都有釋放源，而且普遍釋放周期較長。測試方法與實際環境的這種差異，可能導致即便使用了合格的空氣凈化涂料產品，房間內空氣質量仍然不能達到預期效果的現象。

( 3) 無法測試新的污染物類別

   隨著室內空氣凈化涂料凈化技術的不斷進步，越來越多的室內空氣凈化涂料生產者提出了涂料對乙醛、苯酚、苯乙烯、NO、NO2、SO2、微生物，甚至是PM2. 5 的凈化能力測試需求。但按照現行的標準方法，只能對空氣凈化涂料進行甲醛、氨、苯、甲苯、二甲苯和TVOC 等幾個污染物指標的測試。有的研究者采用參照標準方法測試原理的方式對新的污染物凈化性能進行評價，但由于污染物初始濃度、污染物加入方式、光源條件、凈化時間等實驗參數未能統一，使得測試結果之間也不具有可比性。

( 4) 無法評估涂料長時間使用后的應用效果

   按照現行的標準方法，涂料制樣后很快即進行測試，檢測結果體現的也只是短時間制樣后的測試結果。如果一個產品只能短時間發揮污染物凈化的作用，經自然老化后即會失效，那消費者也無法得知，使用該產品后自然也不能達到預期的效果。雖然JC /T1074—2008 標準中設置了凈化效果持久性指標，但該指標考慮的也只是高濃度污染物飽和現象對產品凈化性能的影響，不能體現產品的自然老化對凈化性能的影響。

4、我國室內空氣凈化涂料凈化性能測試方法的發展趨勢

   由于非標準方法之間具有不可比性，而且一些非標準方法的科學性也缺乏驗證，因此今后室內空氣凈化涂料凈化性能的評價方法一定是向著標準化的方向發展，鑒于目前標準方法存在的不足，今后的標準方法有必要向如下4 個方面發展:

   ( 1) 建立可以區分是徹底消除污染物還是物理吸附污染物的測試方法。

   ( 2) 建立模擬室內居住環境特點的動態測試方法。

   ( 3) 建立適用于更多污染物的凈化性能的評價方法。

   ( 4) 建立模擬涂料長時間使用情況下對污染物凈化性能的評價方法。

5、結語

   目前我國室內空氣凈化涂料的發展非常迅速，各種新技術不斷涌現。在對室內空氣凈化涂料凈化性能的評價上，非標準方法和標準方法都大量采用，不同方法之間沒有可比性，即便是QB /T 2761—2006 和JC /T 1074—2008，標準方法也存在一定差異。而且，隨著室內空氣凈化涂料產品類別和能夠凈化的污染物種類的不斷增加，現有標準方法已經不能完全滿足市場的需求。因此有必要加大科研投入，促進已有標準方法的修訂和新的標準測試方法的建立，從而保障空氣凈化涂料市場健康有序地發展。