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中国建材总院ㅣ建筑室内健康型建材技术

来源: 时间: 2018-07-06 15:31:05

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中国建材总院重要科技成果专栏

“环境功能材料和环境健康型建材技术”是中国建筑材料科学研究总院承担的“十二五”国家科技支撑计划“建筑室内健康型建材技术及产品研发(2012BAJ02B08)”课题的重要成果。针对控制和改善室内化学污染、微生物污染、电磁污染,增加室内舒适度等方面的实际需求,建材总院开展了壁材吸附扩散及透气性、银系材料抗菌作用过程及机理、材料微结构和层结构对吸波性能影响等基础研究,进行了高效空气净化材料及制品、新型无机抗菌材料及制品、复合吸波板材等产品的研发工作,部分新产品实现了产业化和示范工程应用,取得了显著的经济和社会效益。

成果简介

成果一:化学污染控制和改善技术

在化学污染控制技术方面,日本走在前列。一方面通过源头控制和标准完善,另一方面提倡室内装饰材料的透气性、吸附性、净化性等健康品质特征。我国在对装饰材料的健康品质研究方面是空白,相关标准法规不完善。总院“十二五”期间系统开展了腻子、无机壁材吸附扩散代表性有害气体甲醛规律研究,结合涂层厚度、结构特点、类型种类等信息,分析污染物在建材中吸附扩散的规律、影响因素,进行污染物在常用墙面装饰材料中扩散吸附行为基础研究工作;开展了几种壁材产品呼吸透气性研究;开展了适用于新型硅藻泥无机壁材的硅藻土负载纳米氧化钛高效空气净化材料研究。

利用自主设计的可更换样板的双实验舱模型,研究了甲醛向4个不同厚度(1mm2mm3mm5mm)的水泥基腻子、石膏基腻子及6种不同类型乳液、6种不同乳液含量的涂料中的扩散规律。实验得到,对于不同的腻子,随着厚度的增加,其甲醛的扩散能力呈减弱趋势。甲醛在水泥基腻子及石膏基腻子上的扩散系数分别为:

D=-0.037d+0.4524)(Δc3

D=-0.0948d+0.7587)(Δc3

公式反映了扩散系数与厚度d、浓度差Δ之间的关系,从中可以看出,厚度因素对石膏腻子扩散系数的影响较大,且厚度的转折点为 5.3mm。用单位浓度梯度下,单位时间内扩散仓甲醛浓度的增加量来表征乳液涂层的扩散能力,对醋叔、硅丙、纯丙、聚乙烯酸酯4类乳液进行实验。结果表明,醋叔及聚乙烯酸酯类乳液对甲醛有较好的扩散性。乳液含量在25%以下时对甲醛的扩散性好,10%醋叔含量的涂料比10%聚乙烯酸酯含量的涂料扩散性好,这与醋叔交联的立体网状结构有关。通过气体扩散实验得到,硅藻泥类无机壁材的呼吸透气性优于乳胶漆,乳胶漆中颜料体积浓度(PVC)值低的配方呼吸透气性差。以上研究结果为健康壁材产品的开发提供了理论指导,课题组在对各种墙面涂层呼吸透气性深入研究的基础上,开发了几种吸附性强、催化分解、呼吸透气性好的内墙壁材产品,申报了《自消纳内墙装饰装修环保复合涂覆材料及其制备方法与应用》(申请号:201310693028.3)、《一种透气调湿内墙乳胶漆及其制备方法》(申请号:201310751705.2)、《涂层的气体扩散性能测定系统及方法》(申请号:20151086714753项国家发明专利。研究开发的净化功能内墙乳胶涂料已在深圳广田装饰集团负责的几个在建内装工程项目上得到示范应用。

中国建材总院在化学污染控制标准建设方面,完成了“室内装饰装修选材指南”行业标准制定工作,承担着“建筑室内装饰装修选材评价体系”国标和“建筑室内装饰装修易散发甲醛材料使用要求”行标的制定任务。这几项标准的制定目标是对各类室内装饰装修材料进行环境性评价,根据材料的环境性能提出使用要求,推进具有净化等环境功能材料的应用,全面控制和解决室内化学污染问题。

成果二:微生物污染控制和改善技术

微生物污染对人体健康的危害是很大的,有效消除或降低环境中的有害微生物是改善人居环境舒适度的重要工作。无机抗菌防霉材料技术的发展使各种建筑装饰材料以及家电等日用产品增加抗菌防霉功能成为可能。国内外虽然对玻璃载银无机抗菌剂有研究,但产业化和产品应用很少,主要是质量控制、产品变色、抗菌持久性等方面还有待研究改进,无机抗菌剂在制品中的应用基础研究不足。

针对无机抗菌材料及应用方面的研究问题,建材总院“十二五”期间开展了玻璃载银无机抗菌剂的产品研发,开展了银系抗菌材料在乳胶涂料里的应用基础研究。研制的玻璃载银抗菌剂是以硼硅酸盐为基质构成玻璃态无定型骨架,银离子嵌在无定型骨架内,实现了有效抗菌成分从网架结构中缓释速度适合、与细菌有效作用且不易变色等目标。自制的玻璃载银抗菌材料不论是直接测试与细菌作用的最小抑菌浓度(MIC),还是将其添加到涂料中测试涂料的抑菌效果,结果都优于日本同类产品。这与材料结构设计而导致的银离子溶出量和溶出速度的控制有关。自制抗菌剂技术已申请国家发明专利2项(专利申请号:201410513167.8201510907452.2),建立了中试生产线并进行中试批量生产。在材料与微生物作用基础研究方面,系统研究了载银抗菌材料和制成的抗菌涂料与细菌的作用过程和机理,基础研究工作为高效银系无机抗菌剂的开发及制品开发提供了理论保障。

目前中国建材总院研发的新型抗菌防霉涂料已产业化,产品已在深圳、武汉等工程上得到示范应用。本院正在开发抗菌人造石板、抗菌勾缝剂等装饰装修材料,让更多的材料具有抗菌防霉功能,减少室内微生物污染。

成果三:电磁污染控制和改善技术

密闭房间中大量电器设备的使用,以及户外空间中通讯基站、高压塔等电磁环境的增加,使电磁辐射对人身健康造成的伤害呈快速上升趋势,解决居住空间的电磁污染是迫在眉睫的事情。

在建筑电磁防护材料方面,以往较多的研究集中在电磁屏蔽,但电磁屏蔽技术不能从根本上治理电磁污染,还有可能带来二次污染。国内外对建筑吸波材料的研究较多着重于宏观性能研究,对于微观研究较少;已有研究的建筑吸波材料一般是在较窄的频段内具有较好的吸波效果,最佳吸波频段多为8GHz18GHz,低频电磁波的有效吸收材料研究不足;传统水泥胶凝材料为基体的吸波建材难以实现材料与自由空间的阻抗匹配,吸波效果一般。

总院承担的“十二五”健康建材课题目标之一就是研发在低频具有优良吸波性能的吸波建材。历经近5年的研究,研发成功纤维结构碳基吸波天花板。该制品以岩棉或矿棉作为天花板的基体材料,长度范围优选为 1cm5cm,同时与吸波剂搭配,通过改变吸波体内部的微观导电网络来实现其电磁波吸收效果。产品达到2GHz18GHz内全频段优于-5dB的吸收效果,对入射电磁波产生60%以上的衰减;在某些频段内的吸波效果优于-10dB,对入射电磁波产生90%以上的衰减。自主研发的吸波石膏板申请国家发明专利2项(申请号为:201510245727.0201510245712.4)。在产品开发同时,还对石膏和矿物棉为基体材料的吸波建材微观结构、电磁性能、吸波性能、机理分析等进行了系列基础研究,为开发吸波石膏板和吸波矿棉板实际产品和工程应用打下了研究基础。

展望

健康型建材是针对环境中的化学、微生物、物理污染控制和改善的建材,这类建材的研究和发展目标是从装饰材料角度改变环境,为居住者创造舒适健康的环境。

通过“十二五”科研项目的研究,我院将会有“新型空气净化、抗菌材料、吸波石膏板、吸波矿棉板、相变调温建材”等健康建材新技术产品推出。随着国家对生态环境的日益重视,总院后续将不断地科研探索,推出更多健康建材新技术成果,以实现家居环境更健康、人居更舒适的目标。

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