曲瑞雪，李靚潔，鄧躍全

（1.四川金和新型建材有限公司，四川綿陽 621000；2.重慶市綦江區(qū)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)委員會(huì)，重慶 401420；3.西南科技大學(xué)，四川綿陽 621000）

0 引言

氡子體的衰變周期短，在空氣中形成放射性氣溶膠，易被呼吸系統(tǒng)截留，并在肺部不斷累積引起肺癌，嚴(yán)重影響人們的生命健康［1-2］，因此，近年來室內(nèi)氡污染問題越來越多地引起人們的重視，而防氡功能涂料作為一種良好的屏蔽材料，不失為一種解決室內(nèi)氡污染的好方法［2］。

石墨烯是由碳原子緊密堆積構(gòu)成的二維晶體，具有優(yōu)異的屏蔽作用，可以顯著提高涂層的致密性及屏蔽性［3-4］。本研究采用可膨脹石墨制備了一種分散性能優(yōu)良的微納米薄層石墨漿料，并將其成功應(yīng)用于水性防氡涂料中。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)原料

可膨脹石墨，青島東凱石墨有限公司；偶聯(lián)劑（KH-550），阿拉丁試劑（上海）；消泡劑、成膜助劑、羥乙基纖維素、增稠劑、分散劑、多功能助劑、苯丙乳液，四川蓉豐化工有限公司；重質(zhì)碳酸鈣，四川利達(dá)粉體材料有限公司；絹云母、玻璃粉，靈壽縣瑞達(dá)礦業(yè)有限公司；鈦白粉，四川龍蟒鈦業(yè)股份有限公司；高嶺土，山西恒源高嶺土有限公司。

1.2 微納米薄層石墨漿料的制備

（1） 稱取一定量的可膨脹石墨，放于馬弗爐中，設(shè)定溫度為500 ℃，煅燒至無煙氣冒出，降溫，取出膨脹石墨粉。

（2） 打開高速分散機(jī)，調(diào)整轉(zhuǎn)速為300 r/min，依次將稱量好的水、羥乙基纖維素、偶聯(lián)劑、分散劑、成膜助劑、膨脹石墨粉加入分散杯中，調(diào)整轉(zhuǎn)速至3 000 r/min，高速分散40 min，然后調(diào)整轉(zhuǎn)速至1 500 r/min，加入增稠劑，攪拌分散10 min后倒入磨漿機(jī)中，研磨4.5 h，制得微納米薄層石墨漿料。微納米薄層石墨漿料的配方見表1。

表1 微納米薄層石墨漿料的配方Table 1 Formula of micro nano thin layer graphite slurry

1.3 水性防氡涂料的制備

1.3.1 參考配方

水性防氡涂料的參考配方見表2。本研究考慮到微納米薄層石墨漿料的含水量超過85%，因此當(dāng)微納米薄層石墨漿料的添加量改變時(shí)，需通過調(diào)節(jié)水的添加量，來調(diào)整防氡涂料體系的固含量。

1.3.2 生產(chǎn)工藝

打開高速分散機(jī)，調(diào)整轉(zhuǎn)速至300 r/min，按配方依次將稱量好的水、各種填料、微納米薄層石墨漿料、羥乙基纖維素、分散劑、多功能助劑加入分散杯中，調(diào)整轉(zhuǎn)速至3 000 r/min，高速分散40 min，然后調(diào)整轉(zhuǎn)速至800 r/min，加入乳液、成膜助劑、增稠劑，攪拌分散30 min，制得微納米薄層石墨基防氡涂料。

表2 水性防氡涂料的參考配方＊Table 2 Reference formula of waterborne anti-radon coatings

1.4 性能測(cè)試

1.4.1 基本性能測(cè)試

參照GB/T 9756—2009《合成樹脂乳液內(nèi)墻涂料》［5］標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試涂料的基本性能。

1.4.2 防氡性能測(cè)試

（1） 采用RAD-7型α能譜氡氣檢測(cè)儀對(duì)氡源本底值及涂料的防氡性能進(jìn)行測(cè)試。

（2） 在氡源上罩上玻璃罩，四周用密封膠密封干燥后，測(cè)試其本底值，4 h后達(dá)到平衡，平均值為1 253 Bq/m3。

（3） 在尺寸為15 cm×15 cm的濾紙上刮涂一層耐水膩?zhàn)?，待其完全干燥后，涂?道水性抗堿底漆，3道防氡涂料，自然干燥2 d后，將其置于氡源表面，然后罩上玻璃罩，密封干燥后，用止水夾將上下橡膠軟管夾緊4 h后，測(cè)定其防氡性能，每1 h為1個(gè)周期，共8個(gè)周期。

2 結(jié)果與討論

2.1 微納米薄層石墨漿料的添加量對(duì)涂料防氡性能的影響

微納米薄層石墨漿料的添加量對(duì)涂料防氡性能的影響見表3和圖1。如表3和圖1所示，隨著微納米薄層石墨漿料添加量的增加，涂料的防氡性能呈現(xiàn)先快速上升，然后趨于穩(wěn)定的趨勢(shì)，其原因是絹云母、玻璃粉等片狀材料在乳液中形成連續(xù)的片狀堆積結(jié)構(gòu)，但在這些片狀堆積結(jié)構(gòu)中仍然存在著一些空隙，隨著微納米薄層石墨漿料含量的上升，厚度更?。▓D2）的微納米石墨鱗片有效填充了這些片層結(jié)構(gòu)之間的空隙，形成了更加致密的片狀堆積結(jié)構(gòu)（圖3），因此涂料的防氡性能快速上升，當(dāng)石墨漿料的含量達(dá)到一定程度后，對(duì)致密性的影響逐漸減弱，涂料的防氡性能趨于穩(wěn)定，考慮到實(shí)際應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性，微納米薄層石墨漿料的添加量以3%為宜。

表3 微納米薄層石墨漿料添加量對(duì)涂料防氡性能的影響Table 3 The effect of adding amount of micro nano thin layer graphite slurry on anti-radon performance of coatings

圖1 微納米薄層石墨漿料添加量對(duì)涂料防氡性能的影響Figure 1 The effect of adding amount of micro nano thin layer graphite slurry on anti-radon performance of coatings

圖2 微納米薄層石墨材料的SEM照片F(xiàn)igure 2 SEM photo of micro nano thin layer graphite

圖3 微納米薄層石墨漿料添加量3%時(shí)涂膜的SEM照片F(xiàn)igure 3 SEM photo of coating film with 3% addition of micro nano thin layer graphite slurry

2.2 顏色對(duì)涂料防氡性能的影響

當(dāng)微納米薄層石墨漿料的添加量為3%時(shí)，研究了未調(diào)色、黃色、藍(lán)色、紅色、綠色、黑色等顏色對(duì)涂料防氡性能的影響，結(jié)果見表4。如表4所示，在不同顏色下，微納米薄層石墨基防氡涂料的防氡效率幾乎不變，標(biāo)準(zhǔn)偏差僅為0.184%，說明顏色對(duì)涂料的防氡效率無影響，實(shí)際應(yīng)用過程中可根據(jù)用戶需求進(jìn)行調(diào)色。

表4 顏色對(duì)涂料防氡性能的影響Table 4 Influence of color on anti-radon performance of coatings

2.3 防氡性能穩(wěn)定性的研究

本研究采用UV（紫外線）老化試驗(yàn)箱研究了微納米薄層石墨基防氡涂料的防氡性能穩(wěn)定性，控制溫度為45 ℃，濕度為75%，UV燈管功率為600 W，結(jié)果如表5、圖4所示。

表5 涂料的防氡性能穩(wěn)定性Table 5 Anti-radon performance stability of coatings

圖4 涂料的防氡性能穩(wěn)定性Figure 4 Anti-radon performance stability of coatings

從表5、圖4中可以看出，當(dāng)紫外光照射時(shí)間≤400 h時(shí)，涂料防氡效率的標(biāo)準(zhǔn)偏差僅為0.168%，防氡性能穩(wěn)定，其原因是：微納米薄層石墨基防氡涂料中所含的絹云母、玻璃粉、微納米石墨鱗片防氡基元材料與二氧化鈦、高嶺土等顏填料在乳液中形成了一個(gè)致密的鱗片狀堆積結(jié)構(gòu)（圖3），其中所含的防氡基元材料及金紅石型二氧化鈦對(duì)紫外光具有良好的屏蔽及散射作用，有效延緩了漆膜的老化過程，保證了其防氡性能的長(zhǎng)效穩(wěn)定性。本研究選用的乳液是一款內(nèi)墻涂料用苯丙乳液，其耐紫外線老化性能一般，當(dāng)紫外光照射時(shí)間達(dá)到500 h時(shí)，涂料的防氡效率出現(xiàn)了明顯下降（圖4），表明此時(shí)漆膜已經(jīng)出現(xiàn)老化，致密性降低（圖5），但同時(shí)參照GB/T 9755—2014《合成樹脂乳液外墻涂料》［6］檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，紫外老化試驗(yàn)全程中漆膜未出現(xiàn)起泡、剝落及裂紋現(xiàn)象。由此，理論上該款防氡涂料室內(nèi)正常使用時(shí)間超過10 a，具有推廣應(yīng)用價(jià)值。

圖5 紫外光照射500 h后漆膜的SEM照片F(xiàn)igure 5 SEM photo of film after UV irradiation for 500 h

3 結(jié)語

選用苯丙乳液作為成膜基料，絹云母、玻璃粉及微納米薄層石墨鱗片為防氡基元材料，配以合適的顏填料及助劑，制備了一種水性防氡涂料，研究發(fā)現(xiàn)，微納米薄層石墨漿料添加量以3%為宜，此時(shí)涂料的防氡效率達(dá)到92.7%；涂料調(diào)色對(duì)其防氡效率無影響；其防氡效率長(zhǎng)效穩(wěn)定，耐紫外光老化時(shí)間超過400 h，理論上該防氡涂料室內(nèi)正常使用時(shí)間可達(dá)10 a以上，具有推廣應(yīng)用價(jià)值。