《Journal of Environmental Radioactivity》：Experimental study on the influence of coating parameters and ambient temperature on radon reduction efficiency of coatings
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防氡涂层特性及环境温度对氡减排效率的影响研究表明，涂层固体含量显著影响性能，水基聚氨酯最优，油基次之，无机锌涂层和丙烯酸涂层较差，且不同涂层温度稳定性差异明显，水基材料波动更小。
Zixin Li | Ting Yang | Hong Wang | Chao Xie | Lidan Lv | Yuhang Zhao | Bo Lei
华南理工大学资源环境与安全工程学院，衡阳，421001，中国
摘要
为了研究涂层特性和环境温度对氡气减排效率的影响，选择了四种类型的涂层在不同的环境温度下进行系统测试。实验结果表明，涂层的固含量对其性能有显著影响。涂层的氡气抑制效率从高到低依次为：水性聚氨酯涂层 > 油性聚氨酯涂层 > 油性无机富锌涂层 > 水性丙烯酸酯涂层。它们的热稳定性也存在显著差异。水性聚氨酯涂层表现出最佳的热稳定性，效率波动仅为2.4%。此外，水性聚氨酯涂层和油性聚氨酯涂层之间的热稳定性也存在明显差异。
引言
氡（^222Rn）是一种放射性气体，是镭（^226Ra）的直接衰变产物，可以通过扩散、对流和地质气体机制从地质源高效地迁移到环境中（Kang等人，2019年；Soh等人，2019年）。氡暴露的主要健康风险是肺癌，当其短寿命的子体（^218Po和^214Po）沉积在呼吸道中并释放α粒子时，会导致支气管上皮细胞严重的DNA损伤（Messier和Serre，2017年；Darby等人，2005年）。在自然辐射暴露的可控成分中，氡及其子体是年有效剂量的主要贡献者，约占室内环境暴露量的90%（Angell等人，2009年）。各种环境中都存在不同的氡源，包括地下空间、住宅建筑和工业设施，这些氡源来自土壤、建筑材料和地下水等材料（Wen等人，2022年）。因此，评估氡减排涂层的性能具有重要的实际意义。
中国的国家标准《民用建筑室内环境污染控制规范》（GB 50325-2020）规定室内氡浓度限值为150 Bq·m^-3。然而，由于使用了渣基建筑材料以及现代建筑的密封性，一些住宅的年平均氡浓度超过了这一限值（Baeza等人，2018年）。此外，受周围岩石、土壤和地下水渗透的影响，中国某些地下工程的年平均氡浓度可达到5000 Bq·m^-3（Sun等人，2020年）。常见的减少氡的方法包括通过增强通风来稀释室内空气和阻断氡的进入路径。Kouroukla等人（2024年）发现主动方法在降低氡浓度方面最为有效。在屏障方法中，涂层被广泛使用。涂层减少氡暴露的有效性主要取决于其厚度和氡的扩散系数（Jiránek和Ka?ma?íková，2019年），其性能可以根据2017年制定的（ISO/TS 11665-13）测试标准进行评估。涂层的氡减排机制主要涉及密封表面并创建曲折路径以阻挡氡的排放（Guo和Yang，2008年）。然而，如果涂层被刺穿或开裂，其提供的保护作用可能会受到影响。此外，Dobrovolny等人（2020年）证实，防水材料在减少土壤中氡的传输方面的有效性不仅取决于材料本身的屏障性能，还取决于其创建气密接缝和管道穿透的能力以及抗穿刺性。
关于抗氡涂层的研究在多个材料和技术领域取得了进展。Chen等人（2009年）测试了10种常见的加拿大防潮膜，并证明了它们作为土壤氡屏障的有效性。Luo等人（2014年）使用石英粉代替重质钙，并通过（3-氨基丙基）三乙氧基硅烷KH-550改性石英粉的表面，使其在涂层系统中更均匀地分散。在最佳工艺条件下，新型抗氡涂层的氡减排率达到95.8%。Gündo?du等人（2025年）使用固态核示踪方法确定了金属有机框架（MOFs）的氡吸附性能，测试结果表明MOF掺杂纳米纤维具有氡吸附潜力。Qu等人（2020年）制备了一种基于微纳米薄层石墨的水性抗氡涂层。研究发现，当微纳米薄层石墨浆料的量为3%时，该涂层的氡减排效率达到92.7%。Shahabi等人（2014年）、Alsharaeh等人（2014年）和Manaila等人（2016年）将辐照交联技术应用于抗氡涂层。Azhar等人（2018年）、Ridha和Ayyed（2018年）以及Si等人（2020年）对涂层的抗氡性能进行了实验研究。
温度会影响氡在释放介质中的排放，也会影响涂层的结构性能（Wang等人，2021年）。Li等人（2022年）分析了黄土经过热处理后的氡排放特性。Hao等人（2022年）研究了含铀花岗岩在不同温度下的氡排放规律。Li等人（2021年）研究了红砂岩的氡排放率与温度之间的相关性。Krupp等人（2017年）、Gu等人（2024年）和Huang等人（2024年）研究了温度对氡排放特性的影响。目前，有许多关于温度对氡排放特性影响的研究，但关于温度对建筑（结构）涂层氡减排效率影响的研究较少。
涂层的氡减排效率受到其内在特性和环境温度的严重影响。本研究使用定制设计的实验装置来研究这些关键参数对涂层性能的影响。研究结果旨在为在建筑和结构中应用氡减排涂层提供理论基础和实际指导。
章节摘录
氡在墙涂层中的迁移机制
图1展示了氡从涂层墙体释放到室内空间的微观过程：(a) 氡在墙体内的迁移：墙体内的镭原子发生α衰变，产生的氡原子通过α反冲被释放到孔隙空间中，成为自由态的氡。(b) 氡通过涂层的迁移：自由态氡在墙-涂层界面扩散，一部分被涂层基质物理吸附，其余部分通过相互连接的孔隙扩散
材料
实验选择了四种类型的涂层：水性丙烯酸酯涂层（AC-W）、水性聚氨酯涂层（PC-W）、油性聚氨酯涂层（PC-O）和油性无机富锌涂层（IZC-O），其参数列于表1中。氡源来自中国南部一个铀尾矿池的铀尾矿，其特定镭-226的活度为10.22 Bq·g^-1。所有实验均使用这一单一来源。
涂层性能参数对氡减排效率的影响
图4显示了对照组（未涂层铜烧结板）的累积氡浓度。根据公式（9）计算的相应氡排放率与温度有明显的正相关：10°C时为2.7 × 10^-2 Bq·m^-2·s^-1，20°C时为3.4 × 10^-2 Bq·m^-2·s^-1，30°C时为4.5 × 10^-2 Bq·m^-2·s^-1，40°C时为5.9 × 10^-2 Bq·m^-2·s^-1。其他样品的氡排放率也进行了计算。根据公式（10），AC-W的氡减排效率为
结论
本研究在不同温度下研究了涂层的抗氡性能，得出以下结论：
(1)在湿膜厚度相同时，固含量是影响氡减排效率的关键因素。涂层的性能从高到低排序为：PC-W > PC-O > IZC-O > AC-W。
(2)不同涂层配方之间的温度依赖性存在显著差异。值得注意的是，具有相似组成和固含量的水性涂层和油性涂层表现出不同的
CRediT作者贡献声明
Zixin Li：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，可视化，验证，方法论，调查，正式分析，数据管理，概念化。Ting Yang：撰写 – 审稿与编辑，监督，方法论，概念化。Hong Wang：撰写 – 审稿与编辑，方法论，概念化。Chao Xie：正式分析，数据管理。Lidan Lv：资金获取。Yuhang Zhao：调查，正式分析。Bo Lei：资源，项目管理。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
本研究得到了湖南省教育厅科研项目（项目编号：24A0319, 23A0326）、湖南省科技厅包容性政策与创新环境建设项目（项目编号：2023ZK4309）湖南省自然科学基金（项目编号：2023JJ30495）的资助。
