（立邦涂料中国有限公司，上海 201201）
摘要：室内空气净化涂料是一种具有净化空气中有机污染物功能的涂料，本文从实验设备、实验方法和测试项目上对比了室内空气净化涂料的不同空气净化性能标准，结果是不同空气净化性能标准之间有较大差异，测试数据对比无法对产品设计提供有效依据。根据涂料空气净化性能标准测试方法现状，探讨了苯及苯系物净化性能的问题，并对现行标准测试方法的优缺点进行比较，提出标准测试方法的不足，为建立更可靠的空气净化涂料标准。
Study on Indoor Air Purification Paint Standard Test Method
Xu Wei, Ye Nan, Gu Jianyong, Tang Lei
(Nippon Paint China Co., LTD, Shanghai 201201, China)
Abstract: Indoor air purification paint is a kind of paint with the function of purifying organic pollutants in the air. This paper compares the different air purification performance standards of indoor air purification paint from experimental equipment, test methods and test items. The result is that there are great differences among different air purification performance standards, and the comparison of experimental data cannot provide an effective basis for product design. According to the current situation of air purification paint standard test methods, the problem of the purification performance of benzene and benzene series is discussed, the advantages and disadvantages of the current standard test methods are compared, and the deficiencies of the standard test methods are proposed to establish a more reliable air purification paint standard.
Key words: Purifying Formaldehyde; Purifying Toluene; Air purification; Standard
随着人们保护自我生存空间意识越来越强烈，室内空气质量受到人们越来越广泛的关注，由于室内装修引起的室内空气污染，污染物来源广泛、种类繁多，主要有甲醛、氨气、苯及苯系物、挥发性有机化合物等，污染物的释放周期少则数年，多则可达10-15年，这些污染物轻则对人眼、喉、鼻等有刺激作用，重则具有强烈的促癌和致癌作用[1-2]。
室内空气质量问题日益突出，具有室内空气净化功能的材料需求急剧增加，市面上室内空气净化材料种类繁多[3-4]，主要有活性炭、竹炭、空气净化涂料、空气净化器、空气净化剂等产品[5-7]。空气净化涂料按照机理可分为三类：物理吸附型、化学反应型和光催化类型[8-9]。内墙涂料中应用较多的是化学反应型具有净化甲醛功能的内墙乳胶漆[10]。
为了规范对这类具有净化功能的产品生产销售，国家相关部门制定了室内空气净化性能测试方法和标准，近些年国家鼓励培育发展团体标准，涂料产品空气净化性能的团体标准也如雨后春笋般发布。本文介绍了室内空气净化涂料净化性能不同标准，以及各标准之间的不同点，分析各评价方法的特点与不足。
1. 室内空气净化涂料标准
2015年我国标准化工作改革措施出台，大力发展团体标准，涂料行业的各个协会、组织都启动了团体标准的制定工作，有些为了适应市场需求，标准需要重新修订，有些标准填补了行业内空白区域，有些标准改进现有的测试方法，有些标准提升了行业的技术要求，总的来说，各团体标准的出台大大的促进了行业内的产品健康发展，满足消费者需求，为绿色环保、健康家居保驾护航。
内墙涂料中目前已颁布的适用于空气净化性能评价方法的标准有QB/T 2761-2006室内空气净化产品净化效果测定方法和JC/T 1074-2008室内空气净化性能涂覆材料净化性能。随着涂料行业科技进步，现有标准已不能满足市场需求，近两年涂料行业各团体推出了相关标准，如中关村材料试验技术联盟发布了TCSTM 00228-2020 涂料产品甲醛净化效果的测试及评价方法，中国建筑装饰协会发布了T/CBDA 42-2020 功能性内墙涂料，还有其他团体标准也在制订中。
1.1 国内空气净化标准测试方法对比
T/CBDA 42-2020功能性涂料中含有甲醛净化内墙涂料，其中对甲醛的净化性能有相应的技术指标要求，TCSTM 00228-2020是一种针对涂料产品的评价甲醛净化性能的测试方法，各种团体标准与JC/T 1074-2008相比，虽然都是空气净化性能标准，但技术评价指标不同，涉及到的空气净化测试条件和测试方法差异也较大[11]，如表1所示。
表1 空气净化不同标准实验方法对比
Table 1 Comparison of different standard test methods for air purification
通过各标准实验方法的对比，各标准在实验舱容积、实验舱材质、光源、样板面积、温湿度、涂刷量、污染物加入量、甲醛浓度测试方法、净化持久性时间等实验条件和方法上都有较大的差异。如实验舱容积与材质三个标准都不一样，JC/T 1074-2008是容积1.0 m3的玻璃舱，对测试限量无规定，光催化涂覆材料的净化效率时间是48h，TCSTM 00228-2020是容积仅250L的不锈钢舱，污染物加入量1.0μL，容积越小密封性越好，并且对甲醛的自然衰减率限值更低，数据更可靠，最后它们的甲醛浓度测试方法也有差异等。这些实验舱材质、检测方法、污染物加入量、样品涂刷量等因素都会直接影响最终甲醛净化效率，由于这些实验参数和测试方法未统一，各标准检测结果之间没有可比性，数据对比无法对产品设计提供有效依据。
1.2 国内空气净化标准测试项目对比
表2 空气净化不同标准测试项目对比
Table 2 Comparison of different standard test items for air purification
表2是3个空气净化性能标准测试项目对比，从表中可以看到，JC/T 1074-2008是仅有的除了对甲醛净化有技术指标要求，还对另一类污染物甲苯有相应的技术指标。T/CBDA 42-2020的技术指标包括一次甲醛净化效率、甲醛非吸附净化效率、甲醛净化长时间有效性和甲醛累积净化能力，增加了甲醛非吸附净化性能测试方法，但对光催化功能涂覆材料没有相应的测试，它的特点就是可以评估涂料产品长时间的净化效果，并且对甲醛累积净化能力有区间分档，还有甲醛非吸附净化性能测试方法，能够去除涂料样品物理吸附甲醛而非净化甲醛的部分。TCSTM 00228-2020增加了实验舱的气体补偿装置，用于补偿舱内因气体采集所造成的负压。所以，从这3个空气净化性能标准看，每个标准都有它的特点，造成了各标准之间的差异性，企业可根据自身需要参加相应的标准。
2. 净化甲苯性能讨论
2.1 苯及苯系物的化学稳定性
室内空气污染常见的有害物质包括甲醛、苯及苯系物、VOC等有机化合物。苯在常温下为一种无色、有甜味的透明液体，并具有强烈的芳香气味，苯的分子结构是六元环结构，三个双键相邻产生共轭效应，所以苯的化学性质很稳定。甲苯是一种无色、带特殊芳香味的易挥发液体，属于苯系物中的一种，它的很多性质与苯很相像，在一般条件下性质十分稳定。甲醛是一种无色有刺激性的气体，化学性质较活泼，还原性很强，相对于甲醛，大部分苯系物在常温常压下性质稳定。
分解苯及苯系物的方法主要有三个，一是光催化降解法，纳米TiO2通过一定波长光激发后，会产生电子在其表面形成氧化还原反应产生的OH-和OH-有很强的氧化性，利用这一原理可以使有机气体苯发生光催化氧化反应，将其氧化成对环境无害的CO2和H2O。这一方法在内墙涂料中较难使用，有效成分太少，并且需要一定波长光线照射发生光催化反应，分解苯及苯系物的效果不明显。
二是生物降解法，利用微生物的生长代谢作用将有毒有害物质转变为简单的无机物或同化为细胞体本身的组成成分，此方法在内墙涂料中无法利用。
三是高温高压、放电等激烈的反应条件产生高浓度的等离子体，它们和挥发性有机物分子发生频繁的碰撞，使这些分子发生键解形成许多短链的自由基碎片。当体系中有氧存在时，氧分子或氧原子与它们发生反应而使其氧化分解。同时体系中的高能电子自身也能与这些分子直接发生碰撞，打开它们的化学键，从而将其转化为无害的小分子，此方法反应条件苛刻，亦无法在涂料中应用。
2.2 甲苯净化性能
涂料行业室内空气净化性能标准中，不同标准虽然测试方法不同，但净化室内空气中的污染物大部分标准都是甲醛，而JG/T 1074-2008对室内空气中的甲苯也具有净化性能指标。如表3所示，甲苯净化性能达到Ⅰ类需要净化效率≥35，净化效果持久性≥20，与甲醛净化效率数值相比，相差较大，甲醛净化性能达到Ⅰ类需要净化效率≥75，净化效果持久性≥60，说明甲苯化学性质相对稳定，不轻易被涂料净化[12-13]。
表3 JG/T 1074-2008甲苯净化性能技术指标
Table3 JG/T 1074-2008 Technical indicators of toluene purificaiton performance
准备两款宣称具有甲苯净化性能的样品，在具有资质的检测机构按照JC/T 1074-2008进行甲苯净化性能的检测，检测结果如表4所示。结果显示二者数据相差不大，但是都远远低于Ⅰ类标准≥35%，检测报告结论不符合JC/T 1074-2008标准，不具有甲苯净化性能。苯及大部分苯系物在常温、常压下化学性质稳定，几种主流的分解方法在涂料中都难以实现，并且相关的检测结果与技术指标相差较远，净化效率无法达到≥35%。除了甲苯，有些还宣称对苯、TVOC等具有净化性能，无论甲醛还是甲苯，在密闭空间自然状态下，都存在一定的衰减，浓度随着时间会有所下降，并且测试数据在一定程度上会受自然衰减、物理吸附、实验误差、实验设备等因素影响，进而可能导致甲苯净化性能数据不真实。由此可见，涂料产品具有苯及苯系物净化性能在很大程度上并不真实，不科学。
表4 甲苯净化性能测试结果
Table 4 Test results of toluene purificaiton performance
3. 空气净化涂料标准现状
3.1 甲醛净化测试结果对比
JC/T 1074-2008室内空气净化功能涂覆材料净化性能标准的实施，在行业内起到了巨大的规范与引领作用，是目前涂料行业内比较常用的标准。但是经过长期的实践，JC/T 1074-2008的净化性能测试方法有许多不足和不科学之处，比如样品舱和对比舱很难完全一致，甲醛的测试方法不稳定，甲苯的净化性能不科学等。现准备了3个样品，分别是具有净化甲醛功能的涂料产品A、产品B和无净化甲醛功能的涂料产品C，在具有资质的不同检测机构按照JC/T 1074-2008分别进行甲醛净化性能测试，结果如表5与图1所示。
表5 JC/T 1074-2008甲醛净化测试结果对比
Table 5 JC/T 1074-2008 Comparision of toluene purificaiton performance test results
图1 JC/T 1074-2008甲醛净化测试结果对比
Fig.1 JC/T 1074-2008 Comparision of toluene purificaiton performance test results
从表5可以看出，同一个样品同一种标准测试方法，不同检测机构得出的数据差别较大。总体来说，样品A甲醛净化效率和净化持久性不同检测机构的数据差别还不是很大。但样品B甲醛净化效率差别就比较大，净化效率最低只有65%，未达到Ⅰ类标准，最高确达到了99%，净化持久性最大相差也达到了37%。另一方面，没有净化甲醛功能的样品C甲醛净化效率＞75%，结果反而是具有甲醛净化效率的，这样具有甲醛净化的功能性涂料产品与普通产品无法区别出来。测试数据差异较大，有可能是不同涂料之间物理吸附甲醛效果不同，还有可能是检测机构实验设备问题和甲醛净化测试方法不稳定等，导致不同检测机构的测试结果差异较大，所以应当大量积累净化性能实验对比数据，优化净化性能测试方法，使净化性能测试数据稳定、测试方法可靠。
3.2 空气净化涂料标准现状
按照JC/T 1074-2008标准测试方法，硅藻泥类空气净化涂覆材料可通过自身多孔隙结构物理吸附甲醛、甲苯等污染物，但在实际环境应用中，这类材料吸附达到饱和状态还会把污染物释放回环境中。至于普通乳胶漆或其他涂覆材料形成涂膜后，也会对甲醛具有一定的吸附作用，所以该测试方法不能区分甲醛浓度的降低是物理吸附还是化学反应消除，使得测试数据的可靠性降低[14-15]，而T/CBDA 42-2020设计了甲醛非吸附净化性能测试解决了这一问题。
甲醛净化性能测试环境舱法，是在实验舱内进行，表1对比了3个标准的实验舱材质，主要是玻璃舱和不锈钢舱，JC/T 1074-2008使用的是玻璃舱，玻璃舱占地面积较大，注入的甲醛难以完全汽化，清理比较麻烦，并且玻璃材质会一定程度的吸附甲醛，若是连续实验，玻璃已经吸附了一定量的甲醛，样品舱和对比舱难以保持一致，会造成数据不稳定；不锈钢舱的数据稳定性更好，但也存在占地面积大，舱体成本昂贵，清理维护麻烦，制备样板费时的缺点。另外一种新型的甲醛净化性能测试气袋法，使用的是特氟龙FEP薄膜袋，气袋法具有占地面积小、成本低廉、清理方便、注入甲醛汽化完全、低甲醛自然衰减率、制备样板省时和数据较稳定等优点。
JC/T 1074-2008测试方法与实际使用环境差异较大，具体表现为静态的密封舱法和无长时间净化效果评估。密封舱法是舱内污染物量有限，处于静态，而在实际环境中，室内污染物释放周期较长，室内污染物浓度也不会短时间下降，长期在一定范围，处于动态；实验舱内注射的是高浓度污染物，污染物在舱内处于比较饱和的状态，这种状态与实际环境应用有一定差距，亦不能反映最真实的空气净化效果。另外，涂料产品净化持久性测试时长只有3个循环和6个循环，也就是短短几天时间，它不能评估长时间的净化效果，即无法得知涂料产品使用长时间后真实的净化效果，不能满足消费者的需求。
空气净化性能标准的制定应结合空气净化涂料发展现状，并更新实验设备，增加非吸附污染物净化指标，避免因实验设备等引起的实验误差，再改进和优化现有实验方法，贴合消费者实际应用环境，建立更可靠的空气净化性能标准，助力行业绿色发展。
4. 结语
空气净化涂料相关的标准，可以看到各标准的污染物净化性能测试方法基础比较一致，大致分为环境舱法和气袋法，因为各标准有不同的侧重和特点，不同标准的测试设备、参数、方法等会有差异，导致不同标准之间的测试数据没有可比性。由于苯及苯系物的化学稳定性，加上在自然状态下的衰减、实验设备问题和涂层物理吸附作用等，空气净化涂料的苯、甲苯、TVOC等净化性能具有很大的不真实性。在检测机构测试下，JC/T 1074-2008标准测试数据浮动较大不稳定，考虑可能是包括实验设备和测试方法多方面因素引起，并列出该标准净化性能测试方法的不足之处，有待进一步优化。
随着涂料行业各标准的陆续出台，虽然丰富了行业各类规范标准，但一定程度上使行业内标准较多较混乱，作为企业需要对各类标准进行审视，一般会选择适合自身企业发展的标准执行，以实现经济效益最大化。另一方面，涂料行业应适当统一各类标准，企业也应加大科研力度，促进空气净化涂料标准的有序发展，助推涂料产品更绿色、环保。
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