主 動 型 綠 建 材 的 健 康 概 念 與 發 展 趨 勢 洪 明 瑞 明 志 科 技 大 學 環 境 與 安 全 衛 生 工 程 系 助 理 教 授 曾 昱 菱 明 志 科 技 大 學 生 化 工 程 研 究 所 碩 士 生 李 文 忠 台 灣 環 境 保 護 產 業 協 會 理 事 長 摘 要 隨 著 都 會 型 高 密 度 居 住 型 態 的 來 臨, 以 及 社 會 大 眾 對 於 提 高 居 住 環 境 與 室 內 生 活 品 質 之 迫 切 需 求, 再 加 以 材 料 科 學 之 日 新 月 異 與 奈 米 (Nano) 時 代 之 來 臨, 建 築 材 料 之 發 展 已 由 傳 統 之 安 全 舒 適 美 觀, 演 化 至 環 保 生 態 (Ecology) 永 續, 以 及 新 近 的 健 康 主 動 之 新 主 張 此 類 環 保 與 綠 色 建 材 之 觀 念 與 應 用, 在 歐 美 日 等 國 家 已 行 之 有 年, 台 灣 地 區 近 年 來 正 積 極 結 合 產 官 學 研 等 各 界 進 行 研 發 與 推 動 有 鑒 於 此, 本 文 針 對 主 動 型 健 康 綠 建 材 的 機 制 效 益 應 用 與 發 展 趨 勢, 進 行 扼 要 的 介 紹 與 剖 析, 期 能 藉 此 拋 磚 引 玉, 以 作 為 國 人 使 用 居 家 建 材 與 裝 修 工 程 上 之 參 考 一 前 言 現 代 人 對 於 室 內 空 間 的 依 賴 程 度, 雖 視 其 生 活 型 態 以 及 產 業 活 動 等 條 件 而 有 所 不 同, 但 普 遍 則 有 日 漸 增 加 的 趨 勢 依 人 們 日 常 作 息 的 慣 性, 每 人 每 天 在 不 同 的 室 內 空 間 活 動 之 時 間 比 例, 基 本 上 將 會 超 過 90%[1], 顯 見 室 內 環 境 品 質 對 人 類 生 活 與 健 康 之 重 要 性 而 各 種 建 築 物 的 室 內 空 間, 主 要 則 由 建 築 材 料 ( 混 凝 土 鋼 材 或 磚 瓦 等 ) 與 裝 修 建 材 ( 磁 磚 石 材 地 磚 油 漆 壁 紙 或 地 毯 等 ) 等 所 包 覆 而 成, 由 此 可 見 兩 者 間 之 關 係 不 言 可 喻 換 言 之, 人 類 所 必 須 長 期 曝 露 的 室 內 環 境, 各 種 營 建 材 料 與 裝 修 建 材 等 之 使 用 得 當 與 否, 將 為 影 響 其 生 活 品 質 與 人 體 健 康 之 主 要 關 鍵 所 在 近 年 來, 根 據 諸 多 實 測 資 料 顯 示, 國 內 部 分 建 材 確 實 為 室 內 環 境 污 染 之 來 源 其 中, 易 致 癌 物 質 (Carcinogens) 甲 醛 (Formaldehyde) 之 濃 度, 甚 至 已 達 WHO 建 議 值 (0.08ppm 基 準 值 ) 的 數 倍 之 譜 [1] 此 不 禁 令 人 詫 異 與 驚 愕, 原 本 為 人 安 身 立 命 所 在 之 居 家, 可 能 已 因 建 築 材 料 ( 幅 射 鋼 筋 ) 或 裝 修 建 材 使 用 不 當 ( 石 棉 有 害 事 業 廢 棄 物 放 射 線 鹵 化 物 蒙 特 婁 公 約 管 制 化 學 品 等 ), 悄 然 地 在 日 常 生 活 中 影 響 人 體 之 健 康 ; 長 期 以 往, 更 可 能 成 為 罹 患 慢 性 疾 病 甚 或 致 癌 之 溫 床 此 外, 醫 學 上 發 現 都 會 區 之 室 內 化 學 物 質 過 敏 症 (Sickhouse 或 Multiple chemical sensitivity, 簡 稱 MCS) 建 築 物 綜 合 症 或 病 態 大 樓 症 候 群 (Sick building syndrome, 簡 稱 SBS) 以 及 建 築 物 關 聯 症 (Building-related illness, 簡 稱 BRI) 等 問 題, 近 年 來 亦 有 日 益 嚴 重 的 趨 勢, 此 即 為 環 境 中 存 在 過 量 的 生 物 污 染 物 或 化 學 污 染 物 ( 如 VOCs) 所 致 [2] 因 此, 如 何 善 用 綠 色 環 保 建 材 以 創 造 健 康 的 生 活 空 間, 同 時 降 低 空 氣 中 甲 醛 (Formaldehyde) 以 及 揮 發 性 有 機 化 合 物 (Volatile organic compounds, 簡 稱 VOCs) 等 對 人 體 的 潛 在 危 害, 實 已 成 為 現 代 化 工 程 人 員 必 須 強 化 之 專 業 智 能 與 應 審 慎 面 對 之 課 題 二 國 內 綠 建 材 之 發 展 現 況 國 內 有 關 建 材 之 管 制, 目 前 係 由 經 濟 部 中 央 標 準 檢 驗 局 之 中 國 國 家 標 準 商 品 檢 驗 法 等 規 範 材 料 之 一 般 性 能 ; 同 時 配 合 政 府 採 購 法 之 綠 色 採 購 制 度, 環 保 署 之
環 保 標 章 制 度 以 及 經 濟 部 的 省 水 標 章 節 能 標 章 等 環 保 認 證 制 度 作 為 管 制 之 基 準 然 有 關 建 築 及 室 內 裝 修 材 料 污 染 物 逸 散 之 管 制 與 標 準, 相 對 於 歐 美 等 地 區 而 言, 則 顯 得 明 顯 不 足 根 據 內 政 部 建 築 研 究 所 八 十 八 年 建 築 室 內 環 境 保 健 綜 合 指 標 之 研 究 成 果, 空 氣 環 境 影 響 因 子 中 建 材 相 關 要 項 達 一 半 以 上, 顯 見 建 材 對 人 體 健 康 之 影 響 至 巨 建 材 在 製 程 中, 往 往 為 了 各 種 性 能 之 考 量, 常 須 添 加 化 學 物 質 以 達 硬 化 膠 合 及 防 腐 等 目 的, 致 房 屋 裝 修 完 成 後, 這 些 化 學 物 質 隨 著 時 間 溫 濕 度 以 及 壓 力 差 等 之 變 化, 大 量 地 逸 散 於 空 氣 中, 嚴 重 降 低 室 內 環 境 之 品 質 進 而 危 害 人 體 之 健 康 有 鑑 於 國 內 高 密 度 的 居 住 型 態 以 及 都 會 區 生 活 型 態 的 來 臨, 加 以 國 人 普 遍 欠 缺 選 用 環 保 或 綠 建 材 的 概 念, 同 時 有 過 量 裝 修 與 過 度 使 用 不 良 建 材 的 趨 勢 因 此, 內 政 部 建 研 所 為 有 效 控 制 室 內 污 染 源, 積 極 結 合 產 官 學 研 等 力 量, 研 擬 適 用 於 本 土 化 之 綠 建 材 認 定 要 項 與 標 準, 並 提 出 具 體 可 行 之 管 制 措 施, 期 能 改 善 日 益 惡 化 的 室 內 環 境 品 質 目 前, 國 內 綠 建 築 的 思 潮 可 謂 風 行 草 偃, 綠 建 築 標 章 中 的 九 大 評 估 指 標, 爾 後 更 普 遍 成 為 建 築 設 計 之 常 規 [3-5]; 而 綠 建 材 標 章 制 度 的 建 立, 更 為 綠 建 築 中 各 項 建 築 與 裝 修 材 料 的 選 用, 提 供 一 明 確 的 檢 測 標 準 與 選 用 依 據 2.1 綠 建 材 標 章 制 度 之 內 涵 台 灣 地 區 綠 建 材 標 章 制 度 主 要 係 參 酌 國 際 相 關 建 材 標 章 之 精 神 檢 測 程 序 及 認 定 因 子, 並 依 本 土 特 有 的 亞 熱 帶 氣 候 環 境 與 產 業 現 況 所 擬 定, 進 而 提 出 綠 建 材 標 章 認 定 項 目 規 範 及 其 基 準 值 由 於 綠 建 材 的 定 義 與 精 神, 必 須 滿 足 在 整 個 生 命 周 期 內 對 地 球 環 境 負 荷 最 小 以 及 對 人 類 身 體 健 康 無 害, 故 在 原 料 採 取 加 工 製 造 使 用 維 護 以 及 廢 棄 再 生 等 各 階 段, 均 必 須 加 以 要 求 與 管 控, 方 能 真 正 為 人 類 創 造 綠 色 的 生 活 世 界, 如 圖 一 所 示 換 言 之, 其 在 原 料 採 取 與 製 造 階 段, 必 須 是 生 態 的 (Ecological) 綠 建 材, 儘 可 能 地 利 用 爐 渣 飛 灰 煤 灰 垃 圾 等 廢 棄 物 質 來 取 代 天 然 資 源 的 使 用, 同 時 採 用 低 耗 能 以 及 無 污 染 的 生 產 技 術, 期 能 有 效 地 減 少 能 源 之 消 耗 與 環 境 生 態 之 負 荷 在 使 用 維 護 階 段, 必 須 是 高 性 能 的 (High-performance) 綠 建 材 及 健 康 的 (Healthy) 綠 建 材, 除 滿 足 強 度 耐 久 防 腐 隔 熱 隔 音 防 火 以 及 其 他 特 殊 的 性 能 ( 如 高 透 水 性 保 水 性 ) 需 求 外, 應 儘 量 採 用 天 然 材 料 與 低 揮 發 性 有 機 物 質 的 建 材, 以 滿 足 低 逸 散 低 污 染 低 臭 氣 以 及 低 生 理 危 害 性 在 廢 棄 再 生 階 段, 必 須 是 再 生 的 (Recycling) 綠 建 材, 儘 量 利 用 回 收 及 廢 棄 之 材 料, 利 用 再 製 造 的 過 程 使 其 重 新 成 為 可 用 的 建 材, 以 滿 足 廢 棄 物 減 量 (Reduce) 再 利 用 (Reuse) 以 及 再 循 環 (Recycle) 的 目 的, 創 造 再 生 建 材 之 永 續 循 環 與 利 用, 有 效 減 少 天 然 資 源 的 消 耗 與 生 態 環 境 之 負 荷 2.2 綠 建 材 評 估 要 項 與 基 準 廢 棄 再 生 階 段 再 生 材 料 ( 利 用 回 收 及 廢 棄 材 料, 達 廢 棄 物 減 量 再 利 用 及 再 循 環, 使 其 能 永 續 循 環 與 利 用 ) 原 料 採 取 階 段 生 態 材 料 ( 少 用 天 然 資 源 多 用 廢 棄 材 料 等, 降 低 資 源 之 耗 損 與 生 態 環 境 之 負 荷 ) 綠 建 材 生 命 週 期 各 階 段 之 精 神 與 管 控 要 點 使 用 維 護 階 段 高 性 能 及 健 康 材 料 ( 滿 足 基 本 及 特 殊 性 能, 同 時 具 低 逸 散 低 污 染 低 臭 氣 以 及 低 生 理 危 害 性 ) 加 工 製 造 階 段 生 態 材 料 ( 採 用 低 耗 能 低 污 染 低 毒 害 的 生 產 技 術, 減 少 能 源 之 消 耗 與 對 生 態 環 境 之 危 害 ) 圖 一 綠 建 材 各 階 段 生 命 週 期 之 概 念 綠 建 材 之 評 估 要 項, 除 了 在 生 態 高 性 能 健 康 以 及 再 生 等 主 軸 上 須 有 傑 出 的 表 現 外, 也 必 須 符 合 目 前 既 有 相 關 法 規 的 要 求, 同 時 滿 足 建 材 本 身 應 有 的 功 能 與 安 全 性 等 需 求 目 前 國 內 綠 建 材 的 評 估 要 項 與 基 準, 依 主 管 機 關 之 認 定 作 業, 必 須 符 合 一 般 要 求 及 限 制 物 質 的 標 準 ; 前 者 可 謂 綠 建 材 的 通 則, 後 者 則 將 公 定 有 毒 的
化 合 物 以 及 對 人 體 與 環 境 有 危 害 之 化 合 物 等 含 量 加 以 限 制 或 禁 用, 以 確 保 建 築 室 內 空 氣 品 質 與 人 體 的 健 康 1. 一 般 要 求 (1) 綠 建 材 應 於 原 料 取 得 生 產 製 造 成 品 運 輸 以 及 使 用 維 護 等 階 段, 不 致 造 成 重 大 污 染, 增 加 溫 室 氣 體 之 排 放 與 破 壞 臭 氧 層 物 質, 以 及 各 種 導 致 環 境 衝 擊 之 行 為 (2) 綠 建 材 之 產 品 功 能 應 符 合 既 定 之 國 家 標 準, 若 無 國 家 標 準 者 應 另 聲 明 其 所 具 有 之 規 格 標 準 (3) 品 質 及 安 全 性 能 應 符 合 相 關 法 規 之 規 定 2. 限 制 物 質 (1) 不 得 含 有 石 棉 (Asbestos) 成 分 (2) 材 料 任 一 部 分 之 化 學 成 分 檢 出 值 應 至 少 低 於 環 保 署 的 有 害 事 業 廢 棄 物 認 定 標 準 ( 共 有 三 十 六 項 ) 之 溶 出 毒 性 事 業 廢 棄 物 毒 性 特 性 溶 出 程 序 (TCLP) 溶 出 標 準 管 制 值 的 百 分 之 一 以 內 (3) 不 得 含 有 放 射 線 (Radioactive rays) (4) 不 得 含 有 鹵 化 物 (Halide) 及 其 他 蒙 特 婁 公 約 所 管 制 的 化 學 品 (Ozone-depleting substances)( 共 有 七 大 類 九 十 六 項 ) 三 健 康 綠 建 材 之 內 涵 環 境 醫 學 之 研 究 普 遍 認 定 病 態 大 樓 症 候 群 (SBS) 之 致 病 原 來 自 四 面 八 方, 包 括 空 調 通 風 管 線 內 的 細 菌 影 印 機 飄 出 的 粉 塵 (Ash) 電 腦 與 電 視 等 電 器 用 品 防 過 熱 之 保 護 劑 所 散 發 之 溴 化 二 苯 醚 (PBDEs) 氣 體 人 體 呼 出 的 二 氧 化 碳 牆 面 油 漆 揮 發 的 甲 醛 以 及 各 種 室 內 建 材 所 逸 散 的 VOCs 等, 都 可 能 是 侵 蝕 室 內 人 體 健 康 的 元 兇 其 中, 過 度 裝 修 與 不 當 建 材 的 使 用, 更 是 長 期 性 造 成 室 內 空 氣 品 質 不 良 的 主 因 之 一, 且 其 不 易 藉 由 清 洗 或 通 風 等 方 式 加 以 改 善 因 此, 從 居 室 環 境 與 居 室 健 康 的 觀 點, 如 何 有 效 降 低 MCS SBS 以 及 BRI 對 人 體 的 危 害, 已 是 二 十 一 世 紀 人 類 健 康 最 為 迫 切 的 課 題, 而 此 正 有 賴 於 健 康 綠 建 材 之 使 用 健 康 綠 建 材 為 對 人 體 健 康 不 會 造 成 危 害 的 建 材, 意 即 為 低 污 染 低 臭 氣 低 逸 散 性 以 及 低 生 理 危 害 特 性 之 建 築 與 裝 修 材 料 人 處 於 健 康 綠 建 材 的 建 築 物 中, 室 內 環 境 品 質 將 能 獲 得 確 保, 居 家 長 期 性 致 病 與 影 響 健 康 之 危 害 因 子 將 可 有 效 地 降 低 因 此, 健 康 的 綠 建 材 已 逐 漸 成 為 人 類 對 建 築 與 裝 修 材 料 要 求 的 新 主 張 與 新 價 值 觀, 除 牽 動 營 建 材 料 市 場 競 爭 之 脈 動 外, 更 是 世 界 各 國 綠 建 材 研 究 之 主 流, 未 來 在 國 內 學 術 界, 勢 必 亦 將 成 為 建 築 材 料 研 究 與 發 展 之 Hot Issue 據 調 查 與 統 計 資 料 顯 示, 室 內 裝 修 後 對 人 體 有 害 的 氣 體 種 類 高 達 400 多 種, 而 國 內 建 築 裝 潢 以 及 家 具 材 料 的 使 用 狀 況, 常 見 的 室 內 污 染 物 則 有 甲 醛 苯 系 物 ( 甲 苯 二 甲 苯 苯 乙 烯 ) 總 揮 發 性 有 機 化 合 物 (Total volatility organic compounds, 簡 稱 TVOC) 氨 氣 (Ammonia) 放 射 性 污 染 氡 氣 (Radon) 以 及 可 溶 性 鉛 鎘 汞 砷 等 重 金 屬 元 素 等 其 中, 有 關 甲 醛 苯 (Benzene,C 6 H 6 ) 氨 氣 以 及 具 有 放 射 性 的 氡 氣 等 主 要 污 染 物, 其 對 人 體 的 危 害 性 以 及 主 要 的 建 材 的 發 生 源, 如 表 一 所 示 為 了 確 保 各 種 建 築 與 裝 修 材 料 對 人 體 的 危 害 性 能 降 至 最 低, 內 政 部 建 研 所 考 量 各 種 有 害 氣 體 的 危 害 程 度, 同 時 參 酌 國 外 的 作 法 並 衡 量 國 內 產 業 之 特 性, 目 前 以 低 甲 醛 及 低 揮 發 性 有 機 化 合 物 兩 大 指 標 的 逸 散 量 [1], 作 為 健 康 綠 建 材 評 估 與 管 制 的 基 準 1. 低 甲 醛 (HCHO) 逸 散
甲 醛 為 生 產 合 成 樹 脂 的 重 要 物 質, 在 製 造 碎 料 板 纖 維 板 合 板 或 積 層 板 等 建 材 時, 合 成 樹 脂 常 供 做 接 著 劑 使 用, 是 普 遍 存 於 建 材 中 的 污 染 物 由 於 其 為 光 化 學 煙 霧 之 反 應 物 質, 故 在 生 活 中 隨 處 都 有 逸 散 現 象 發 生, 包 括 香 菸 染 料 家 具 及 建 材 等, 在 常 溫 及 常 壓 下 係 一 可 燃 無 色 易 溶 於 水 且 有 高 活 性 的 刺 激 氣 體, 釋 放 期 長 達 3 至 15 年 之 久, 其 水 溶 液 福 爾 馬 林 (Formalin) 更 可 經 由 人 體 的 消 化 道 所 吸 收 甲 醛 對 人 體 健 康 有 相 當 負 面 的 影 響, 當 室 內 空 氣 中 含 0.1mg/m 3 時 就 會 產 生 異 味 及 不 適 感, 達 0.5mg/m 3 時 可 刺 激 眼 睛 而 引 起 流 淚, 達 0.6mg/m 3 時 則 引 起 咽 喉 不 適 或 疼 痛 ; 隨 著 濃 度 升 高 將 進 一 步 引 發 惡 心 嘔 吐 胸 悶 氣 喘 等 症 狀, 一 旦 大 於 65mg/m 3 時, 則 可 引 起 肺 炎 或 肺 水 腫 等 傷 害, 甚 至 因 而 導 致 死 亡 有 關 甲 醛 污 染 指 標 之 國 際 標 準 值, 一 般 約 訂 在 0.05ppm-0.1ppm 之 間, 而 國 內 則 依 行 政 院 環 保 署 之 建 議 值 0.1ppm, 作 為 甲 醛 濃 度 值 之 評 估 指 標 室 內 空 氣 中 甲 醛 的 主 要 來 源 有 三 方 面, 包 括 :(1) 室 內 裝 修 用 的 各 種 人 造 板 材 ( 如 夾 板 合 板 纖 維 板 矽 酸 鈣 板 等 ) 均 含 有 甲 醛 的 成 分 ;(2) 液 化 石 油 氣 消 毒 劑 清 潔 劑 等 日 常 生 活 用 品, 亦 是 室 內 甲 醛 的 釋 放 源 ; 以 及 (3) 燃 燒 香 煙 煙 霧 以 及 一 些 有 機 材 料 亦 會 釋 放 甲 醛 表 一 室 內 裝 修 材 料 對 人 體 有 害 氣 體 之 說 明 氣 體 種 類 對 人 體 的 危 害 性 主 要 建 材 的 發 生 源 長 期 接 觸 低 劑 量 甲 醛 可 引 起 慢 性 呼 吸 道 疾 病 女 性 甲 醛 為 一 種 無 色 且 易 溶 的 刺 激 性 氣 體, 屬 月 經 紊 亂 妊 娠 綜 合 症 新 生 兒 體 質 降 低 染 色 體 於 揮 發 性 有 機 化 合 物, 由 於 污 染 源 多, 已 異 常, 甚 至 引 起 鼻 咽 癌 等 症 狀 高 濃 度 甲 醛 對 神 經 成 為 現 今 室 內 主 要 空 氣 污 染 物 之 一 因 其 系 統 免 疫 系 統 以 及 肝 臟 有 病 毒 作 用, 可 刺 激 眼 結 具 有 較 強 的 黏 結 特 性, 同 時 又 能 加 強 板 材 甲 醛 膜 與 呼 吸 道 黏 膜 而 產 生 流 淚 流 鼻 涕, 引 起 結 膜 的 硬 度 及 防 蟲 防 腐 等 功 能, 故 在 合 成 樹 炎 咽 喉 炎 支 氣 管 炎 及 變 態 反 應 性 疾 病 等 此 外, 脂 的 生 產 中 被 廣 泛 地 使 用, 作 為 裝 修 建 材 苯 氨 氣 氡 氣 其 具 有 嚴 重 的 生 殖 毒 害 性, 可 導 致 畸 形 等 生 殖 發 育 危 害, 並 可 能 影 響 後 代 時 之 黏 結 劑 或 稀 釋 劑 此 外, 用 於 室 內 裝 修 之 壁 紙 以 及 夾 板 合 板 纖 維 板 等 各 種 人 造 板 材 中, 大 部 分 均 含 有 甲 醛 的 成 分 主 要 以 蒸 氣 形 式 被 人 體 吸 入, 其 液 體 亦 可 經 皮 膚 吸 苯 為 淺 黃 透 明 油 狀 液 體, 具 有 強 烈 的 芳 香 收, 對 皮 膚 眼 睛 和 上 呼 吸 道 有 刺 激 作 用, 可 造 成 氣 味, 易 揮 發 為 蒸 氣 且 易 燃 有 毒 性, 主 要 皮 膚 脫 脂, 紅 斑 起 泡 乾 燥 或 鱗 狀 皮 炎 等 症 狀 來 源 為 裝 飾 材 料 家 具 塗 料 油 漆 以 及 此 外, 其 對 人 體 造 血 功 能 危 害 極 大, 是 誘 發 再 生 障 黏 結 劑 等 其 中, 苯 和 甲 苯 常 用 於 漆 料 的 礙 性 貧 血 及 白 血 病 ( 俗 稱 血 癌 ) 的 主 要 原 因 其 中, 溶 液 以 及 建 築 裝 飾 材 與 傢 俱 的 溶 劑 添 人 若 反 覆 暴 露 在 甲 苯 中 並 進 入 呼 吸 道 後, 將 使 得 大 加 劑 與 黏 結 劑 中 苯 乙 烯 則 用 於 製 造 絕 緣 腦 及 腎 臟 受 到 永 久 性 的 傷 害 皮 膚 接 觸 二 甲 苯 會 產 材 料 漆 料 及 家 具 的 溶 劑 此 外, 所 有 的 生 乾 燥 龜 裂 及 紅 腫, 若 反 覆 接 觸 苯 乙 烯 則 可 導 致 液 體 清 潔 劑 中 都 含 有 甲 苯, 而 本 著 色 劑 及 刺 激 性 皮 膚 炎 及 中 樞 與 周 圍 神 經 功 能 的 障 礙 塑 料 管 中 亦 含 有 甲 苯 及 二 甲 苯 氨 氣 為 鹼 性 物 質, 具 有 很 強 的 刺 激 性, 可 對 皮 膚 或 氨 係 一 種 無 色 且 有 強 烈 刺 激 性 臭 味 的 氣 體, 比 眼 睛 的 黏 膜 造 成 強 烈 的 刺 激, 引 起 眼 睛 及 皮 膚 的 燒 重 為 0.5, 比 空 氣 輕 在 建 築 材 料 中, 主 要 作 灼 感, 經 呼 吸 道 吸 入 時, 可 使 接 觸 者 出 現 嗅 覺 缺 為 混 凝 土 的 防 凍 劑 膨 脹 劑 和 早 強 劑 等 用 失 咽 炎 聲 帶 水 腫 咳 嗽 頭 痛 多 汗 或 打 嗝 等 途 而 含 有 氨 的 氨 水 也 常 被 當 作 添 加 劑 與 症 狀, 嚴 重 時 可 出 現 支 氣 管 痙 攣 及 肺 氣 腫 此 外, 增 白 劑 而 使 用 於 家 具 之 塗 佈 氨 水 早 已 成 氨 氣 還 可 以 導 致 呼 吸 問 題 而 致 人 死 亡 等 為 建 材 市 場 上 的 必 須 品 是 室 內 環 境 污 染 物 中 唯 一 的 放 射 性 氣 體, 依 流 行 病 主 要 來 源 係 由 於 地 基 ( 如 放 射 性 土 壤 ) 或 學 調 查 和 分 子 生 物 學 實 驗 已 證 實, 氡 氣 是 導 致 人 體 建 材 ( 如 花 崗 岩 ) 中 含 有 過 多 放 射 源 所 致 肺 癌 的 主 要 危 害 因 素 之 一, 吸 入 肺 部 的 氡 氣 衰 變 成 由 於 不 能 自 行 揮 發 且 能 長 久 存 在, 目 前 除 鉛 秘 的 放 射 性 同 位 素, 以 金 屬 離 子 的 形 式 附 著 在 降 低 源 頭 的 放 射 量 外, 尚 無 徹 底 的 根 治 方 支 氣 管 表 層 的 黏 膜 上, 有 的 則 溶 於 人 的 體 液 並 進 入 法 通 常 地 下 室 緊 鄰 地 下 室 空 間 空 調 細 胞 組 織 ; 他 們 繼 續 衰 變 並 放 射 出 射 線, 對 細 胞 造 機 房 較 封 閉 大 樓 與 賓 館 以 及 使 用 放 射 性 成 損 傷, 最 後 誘 發 肺 癌 元 素 偏 高 的 建 材 所 建 造 的 房 屋, 則 容 易 出 現 室 內 氡 氣 濃 度 偏 高 的 情 形 2. 低 總 揮 發 性 有 機 物 質 (TVOC) 逸 散
TVOC 係 指 室 內 空 氣 中 揮 發 性 有 機 物 質 總 質 量 之 濃 度, 係 由 丹 麥 學 者 Lars Molhave 於 1986 年 所 提 出, 藉 以 評 價 室 內 空 氣 中 揮 發 性 有 機 化 合 物 的 總 水 平, 包 括 : 甲 醛 甲 苯 二 甲 苯 對 二 氯 苯 乙 苯 苯 乙 烯 酸 二 丁 酯 十 四 烷 2 乙 基 己 烷 基 二 丁 酯 有 機 磷 殺 蟲 劑 乙 醛 丁 基 滅 必 蝨 陶 斯 松 等 化 學 成 分 的 認 定 依 WHO 提 供 之 建 議 值, 一 般 以 300ug/m 3 作 為 TVOC 濃 度 之 評 估 指 標, 環 境 中 若 存 在 過 量 的 VOCs, 將 進 一 步 產 生 嚴 重 的 室 內 化 學 物 質 過 敏 症 (Sickhouse) 的 問 題 在 室 內 裝 修 材 料 造 成 的 空 氣 污 染 中,TVOC 係 一 種 相 當 普 遍 且 其 沸 點 範 圍 在 50-100 至 240-260 之 間 的 化 合 物, 具 有 種 類 多 成 分 複 雜 長 期 低 劑 量 釋 放 以 及 對 人 體 健 康 危 害 大 等 特 點 一 般 而 言,TVOC 在 施 工 中 將 會 大 量 的 揮 發, 完 成 後 則 持 續 緩 慢 的 釋 放, 其 主 要 係 使 用 了 大 量 有 機 溶 劑 的 溶 液 型 塗 料 以 及 裝 修 建 材 中 各 種 板 材 的 黏 結 劑 所 致, 諸 如 :(1) 快 乾 漆 塗 漆 黏 結 劑 化 裝 品 比 與 清 潔 劑 ;(2) 地 面 天 花 與 牆 面 之 裝 修 材 料 ;(3) 家 具 地 毯 與 地 板 蠟 ; 以 及 (4) 空 調 管 護 套 等 4.1 主 動 型 健 康 綠 建 材 的 概 念 四 主 動 型 健 康 綠 建 材 之 介 紹 2003 年 SARS 風 暴 襲 擊 全 球, 人 類 聞 SARS 色 變, 頓 時 間, 抗 ( 殺 ) 菌 且 通 風 的 公 共 與 居 家 空 間, 成 為 人 門 免 受 感 染 SARS 之 最 安 全 場 所 因 此, 如 何 能 營 造 空 氣 中 各 種 病 菌 與 污 染 物 不 易 著 床 滋 生 與 繁 殖 的 生 活 空 間, 已 引 領 著 未 來 建 築 與 居 家 裝 修 的 主 流 風 潮 其 中, 具 有 除 污 分 解 以 及 抗 菌 能 力 的 主 動 型 健 康 綠 建 材, 將 是 未 來 營 建 與 建 築 材 料 的 新 興 寵 兒 一 般 之 健 康 綠 建 材, 因 僅 具 有 無 毒 低 污 染 低 臭 氣 低 生 理 危 害 等 能 力, 不 具 備 主 動 或 積 極 除 污 分 解 及 抗 ( 殺 ) 菌 的 能 力, 故 在 較 潮 濕 的 空 間 ( 廚 房 衛 浴 間 室 內 游 泳 池 傳 統 市 場 等 ) 或 醫 院 等 場 合, 空 氣 中 的 病 菌 ( 如 黴 菌 濾 過 性 病 毒 漂 浮 菌 ) 及 污 染 物 ( 如 SO x NO x 香 菸 煙 霧 植 物 花 粉 懸 浮 微 塵 溶 劑 揮 發 的 有 機 化 合 物 氣 體 等 ) 極 容 易 附 著 於 建 材 表 面 上 滋 生 繁 殖 並 造 成 污 垢 的 沉 積, 不 但 無 法 提 供 一 真 正 舒 適 健 康 的 環 境, 更 破 壞 建 材 表 面 圖 二 磁 磚 抹 縫 處 藏 污 納 垢 的 情 形 的 美 感 圖 二 所 示 為 居 家 浴 室 常 見 的 致 污 情 形, 顯 示 水 漬 污 染 物 或 病 菌 等 極 易 在 抹 縫 間 附 著 並 滋 生, 一 旦 有 感 冒 的 人 在 浴 室 內 打 噴 嚏, 病 菌 即 於 此 潮 濕 的 表 面 著 床 並 滋 長, 隨 後 進 入 使 用 的 人 便 極 易 被 傳 染 圖 三 則 為 室 外 磁 磚 常 見 的 污 垢 附 著 與 沉 積 情 形, 如 同 一 個 人 灰 頭 土 臉 般 的 髒 亂 不 堪 針 對 具 有 主 動 分 解 污 染 物 或 抗 ( 殺 ) 菌 能 力 的 建 材, 本 文 暫 以 主 動 型 健 康 綠 建 材 稱 之, 而 能 具 備 此 效 能 的 建 材, 一 般 則 有 賴 於 高 科 技 製 程 ( 如 觸 媒 與 奈 米 技 術 ) 與 自 然 力 ( 光 合 反 應 ) 的 應 用 方 能 達 成, 充 分 反 應 人 類 須 善 用 或 輔 以 科 技 文 明, 方 能 營 造 自 然 健 康 的 生 活 環 境 至 於, 目 前 應 用 成 效 與 技 術 較 為 成 熟 之 主 動 型 健 康 綠 建 材, 應 可 首 推 光 觸 媒 氧 化 鈦 (Hydrotect) 磁 磚 以 及 矽 藻 土 (Diatomites) 淨 化 壁 體, 不 論 就 學 理 研 究 圖 三 外 牆 磁 磚 藏 污 納 垢 讓 建 物 外 觀 頓 失 美 感
除 污 與 抗 菌 效 能 以 及 施 工 案 例 上, 在 日 本 地 區 均 普 受 使 用 者 之 肯 定, 國 內 亦 有 逐 漸 推 廣 的 趨 勢 此 對 於 大 都 會 區 空 氣 污 染 指 標 (Pollutants Standards Index, 簡 稱 PSI) 普 遍 不 佳 的 情 形, 應 用 光 觸 媒 (Photocatalyst) 以 及 矽 藻 土 於 室 內 外 混 凝 土 或 建 材 表 面 主 動 進 行 除 污 除 臭 或 抗 ( 殺 ) 菌, 達 成 積 極 淨 化 空 氣 品 質 的 目 的, 不 但 是 人 類 環 保 科 技 的 重 大 成 就, 更 是 未 來 引 領 主 動 型 健 康 綠 建 材 發 展 的 主 流 風 潮 4.2 光 觸 媒 科 技 的 應 用 觸 媒 (Catalyst) 為 一 種 本 身 不 參 與 反 應 但 可 降 低 反 應 所 需 的 能 量 並 促 進 其 他 物 質 產 生 化 學 變 化 ( 氧 化 或 還 原 ) 的 一 種 物 質, 意 即 觸 媒 雖 參 與 化 學 反 應, 但 反 應 後 觸 媒 本 身 是 不 應 有 所 變 化 而 所 謂 的 光 觸 媒 乃 係 利 用 波 長 380nm 以 下 的 紫 外 線 (Ultra violet radiation) 而 能 發 揮 催 化 效 果 者, 利 用 光 觸 媒 吸 收 陽 光 熱 量 並 轉 換 為 化 學 能 之 光 觸 媒 反 應, 不 僅 能 有 效 降 低 反 應 系 本 身 之 活 化 能 (Activation energy)( 如 圖 四 所 示 ), 亦 可 利 用 光 激 發 產 生 高 反 應 性 正 孔 ( 質 子 ), 使 產 生 氧 化 環 境 污 染 物 質 (NOx SOx ) 而 達 到 抗 菌 除 臭 防 污 等 目 的 反 應 物 活 化 狀 態 活 化 能 降 低 所 需 的 活 化 能 反 應 物 活 化 狀 態 1. 光 觸 媒 反 應 機 制 生 成 物 吸 附 生 成 物 光 觸 媒 反 應 (a) 無 觸 媒 時 之 反 應 (b) 有 觸 媒 時 之 反 應 的 機 制 又 稱 為 圖 四 觸 媒 反 應 可 降 低 所 需 的 活 化 能 Honda-Fujishi ma 效 應, 因 其 係 由 日 本 東 京 大 學 的 Akira Fujishima(1970,1972,1980) 教 授 等 人 的 研 究 中 所 發 現, 原 理 如 圖 五 [6] 所 示 當 紫 外 光 或 太 陽 光 照 射 在 觸 媒 表 面 時, 位 於 其 上 的 電 子 在 吸 收 足 夠 的 能 量 後, 便 由 價 帶 (Valence band) 躍 遷 至 導 帶 (Conduction band) 並 脫 離 材 料, 同 時 於 電 子 脫 離 的 位 置 上 形 成 帶 正 電 的 電 洞 (Electron hole), 電 洞 因 喪 失 電 子 而 具 有 極 強 的 氧 化 能 力 ; 故 當 空 氣 中 的 水 分 子 所 游 離 出 的 氫 氧 基 (OH - ) 靠 近 電 洞 時, 將 會 被 電 洞 奪 取 電 子 而 氧 化 成 為 活 性 極 大 的 氫 氧 自 由 基 (Hydroxide radical, OH ) 氫 氧 自 由 基 一 旦 遇 上 有 機 物 質, 便 會 俟 機 將 失 去 的 電 子 再 度 奪 回, 迫 使 有 機 物 分 子 因 鍵 結 (Bond) 的 破 壞 與 潰 散 而 分 崩 離 析 此 外, 因 一 般 的 污 染 物 或 病 源 體 多 半 是 碳 水 化 合 物 (Carbohydrate), 分 解 後 大 部 份 會 變 成 無 害 的 水 及 二 氧 化 碳, 因 此 可 以 達 到 除 污 及 滅 菌 的 目 標 2. 光 觸 媒 之 效 能 圖 五 光 觸 媒 之 催 化 反 應 機 制 圖 可 做 為 光 觸 媒 的 材 料 相 當 眾 多, 主 要 有 異 質 性 (Heterogeneous) 光 觸 媒, 如 TiO 2 ZnO SnO 2 ZrO 2 Nb 2 O 5 WO 3 等 氧 化 物 與 CdS ZnS 等 硫 化 物, 以 及 均 質 性 (Homogeneous) 光 觸 媒, 如 [Ru(bpy) 3 ] 2+ 活 化 能
Co complex Rh complex 等 兩 大 類 其 中, 二 氧 化 鈦 (Titanium dioxide,tio 2 ) 因 氧 化 能 力 強 化 學 性 安 定 又 無 毒 量 豐 且 價 廉, 自 1972 年 發 現 至 今, 已 成 為 各 領 域 應 用 光 觸 媒 之 主 要 原 料 ( 粉 體 或 溶 液 ) 來 源 二 氧 化 鈦 係 一 種 半 導 體 (Semiconductor), 分 別 具 有 銳 鈦 礦 (Anatase) 金 紅 石 (Rutile) 及 板 鈦 礦 (Brookite) 三 種 結 晶 結 構, 其 中 更 以 銳 鈦 礦 結 構 最 具 有 光 觸 媒 的 特 性 日 本 地 區 可 謂 全 世 界 在 光 觸 媒 研 究 專 利 申 請 產 品 製 造 以 及 實 務 應 用 上 最 為 發 達 的 國 家, 其 為 了 擴 大 光 觸 媒 的 應 用 範 圍, 更 已 成 功 地 開 發 出 可 見 光 (390~780nm) 適 用 的 光 觸 媒 ; 另 一 方 面, 應 用 奈 米 科 技 將 二 氧 化 鈦 製 成 奈 米 級 顆 粒, 藉 由 大 幅 增 加 表 面 積 與 體 積 的 比 例, 以 提 高 光 觸 媒 作 用 的 效 率, 這 些 發 展 預 期 將 帶 動 更 多 的 光 觸 媒 應 用 就 目 前 的 研 究 與 應 用 經 驗 而 言, 光 觸 媒 基 本 上 具 有 下 列 五 項 效 能, 如 圖 六 [6] 所 示, 包 括 : 污 染 物 的 分 解 (Pollutants decomposition) 除 臭 (Deodorization) 自 我 潔 淨 能 力 (Dirtiness prevention) 親 水 性 (Water treatment) 以 及 抗 ( 殺 ) 菌 (Anti-bacteria) 等 功 效 (1) 污 染 物 的 分 解 與 抗 ( 殺 ) 菌 的 能 力 圖 六 光 觸 媒 之 五 大 基 本 功 能 光 觸 媒 分 解 污 染 物 與 抗 ( 殺 ) 菌 機 制 如 圖 七 [7] 所 示, 當 紫 外 光 照 射 於 光 觸 媒 表 面 產 生 帶 正 電 的 質 子 ( 正 孔 ) 與 帶 負 電 的 電 子 後, 其 將 分 別 對 空 氣 中 的 水 分 與 氧 氣 進 行 氧 圖 七 光 觸 媒 除 污 與 抗 ( 殺 ) 菌 機 制 化 與 還 原 作 用, 產 生 氧 化 力 強 的 活 性 氧 種 (O - 2 H 2 O 2 OH), 其 反 應 式 如 下 所 示 而 一 般 有 機 污 染 物 的 主 要 組 成 為 C-H O-H C-Cl 或 C-C 等 型 態, 其 結 合 能 (Binding energy) 約 在 100kcal/mol 左 右, 遠 低 於 OH 游 離 基 120kcal/mol 的 能 量, 故 可 將 污 染 物 分 子 與 分 子 間 之 鍵 結 切 斷 而 迫 使 其 產 生 分 解, 最 後 C 將 成 為 碳 酸 氣 (Carbon dioxide), 而 H 則 完 全 氧 化 分 解 為 水 至 於, - 光 觸 媒 抗 ( 殺 ) 菌 的 方 式, 同 樣 有 賴 於 活 性 氧 種 O 2 與 OH 對 細 ( 病 ) 菌 細 胞 外 膜 先 行 氧 化 分 解, 隨 之 使 其 細 胞 膜 的 構 造 發 生 變 化 與 損 傷, 迫 使 細 菌 賴 以 維 生 的 各 種 機 能 遭 到 破 壞 而 死 亡, 達 成 滅 菌 殺 菌 的 效 果 TiO 2(s) + hν( Eg) h + -e...(1) h + -e - h + vb + e- cb..(2) H 2 O (ads) H s + + OH s -.(3) h + vb + OH s - OH s..(4) e - cb + O 2(ads) O 2 - (ads)....(5)
(2) 親 水 性 與 自 我 清 潔 的 能 力 OH s + OH s H 2 O 2(ads).(6) 建 築 物 室 內 外 壁 體 表 面 形 成 污 垢 的 主 要 原 因, 包 括 : 物 理 性 ( 塵 埃 ) 的 靜 電 吸 附 生 物 性 ( 植 物 ) 作 用 ( 藻 類 或 霉 菌 的 生 長 繁 殖 ) 以 及 科 學 性 ( 光 熱 水 ) 的 反 應 ( 露 水 凝 結 紫 外 線 化 學 物 質 反 應 ) 等 現 象 其 表 面 若 有 光 觸 媒 材 料 及 在 紫 外 光 照 射 時, 由 於 產 生 的 活 性 氧 種 OH 的 親 水 性 強, 空 氣 中 的 水 分 子 極 容 易 被 其 所 吸 附 (Adsorption), 由 於 彼 此 間 的 接 觸 角 度 小, 表 面 張 力 (Surface tension) 大 於 水 分 子 間 的 內 聚 力 (Cohesion), 大 量 的 水 分 或 雨 水 持 續 地 結 合 成 水 薄 膜 (Water membrane) 並 滲 入 (Infiltration) 污 垢 與 壁 體 的 接 觸 面, 最 後 經 由 重 力 (Gravity) 的 吸 引 進 而 自 動 將 污 染 物 清 除 圖 八 為 光 觸 媒 親 水 性 之 作 用 機 制 [8], 圖 九 則 為 光 觸 媒 壁 面 自 我 清 潔 之 示 意 圖 3. 光 觸 媒 應 用 領 域 目 前 全 世 界 有 關 光 觸 媒 之 研 究 專 利 申 請 市 場 產 品 以 及 日 常 生 活 上 的 應 用 等 最 為 發 達 的 地 區 則 首 推 日 本, 約 佔 全 球 專 利 申 請 案 的 90%, 且 預 估 至 2005 年 時 市 場 值 將 可 成 長 至 1 兆 日 圓 [9] 其 用 途 由 早 期 的 抗 菌 防 污 及 除 臭, 進 而 發 展 至 超 親 水 或 超 撥 水 性 防 暈 防 霧 以 及 去 除 有 害 物 質 等 特 殊 功 能, 成 為 一 多 用 途 的 材 料, 主 要 可 區 分 為 : (1) 化 學 反 應 機 制 的 應 用 包 括 空 氣 淨 化 ( 大 氣 淨 化 廢 氣 處 理 環 保 材 料 ) 水 處 理 ( 廢 水 處 理 淨 水 處 理 濾 水 器 材 ) 抗 菌 ( 醫 院 住 家 室 內 環 境 ) 綠 色 製 程 ( 有 機 合 成 水 分 解 產 生 氫 氣 ) 醫 療 治 癌 等 (2) 物 理 作 用 機 制 的 應 用 包 括 自 我 潔 淨 ( 建 物 壁 面 車 廂 室 外 環 境 ) 除 污 ( 磁 磚 玻 璃 燈 罩 ) 防 霧 ( 汽 車 玻 璃 後 照 鏡 ) 等, 表 二 [9] 所 示 即 為 光 觸 媒 常 見 的 應 用 情 形 基 材 圖 八 光 觸 媒 親 水 性 示 意 圖 光 觸 媒 塗 層 圖 九 光 觸 媒 自 我 潔 淨 示 意 圖 由 目 前 日 本 地 區 光 觸 媒 產 品 在 市 場 上 之 應 用 情 形 可 得 知 [7], 其 使 用 場 合 除 部 分 的 過 濾 器 及 日 常 生 活 產 品 外, 主 要 係 以 建 築 工 程 之 室 內 外 裝 修 與 道 路 工 程 為 主 由 此 可 得 知, 營 建 與 建 築 裝 修 材 料 之 研 發 與 未 來 發 展 趨 勢 與 光 觸 媒 科 技 的 應 用 密 不 可 分, 值 得 國 內 較 為 傳 統 的 營 建 材 料 投 入 雨 滴 污 染 物 雨 滴 入 滲 到 污 染 物 與 基 材 間 雨 滴 入 滲 到 污 染 物 與 基 材 間 污 染 物 受 雨 滴 推 擠 及 重 力 牽 引 而 脫 離 基 材
產 業 轉 型 以 及 研 發 單 位 積 極 創 新 的 參 考 日 本 地 區 光 觸 媒 在 建 築 與 營 建 工 程 上 的 應 用 情 形, 大 致 上 有 光 觸 媒 路 面 材 料 ( 如 圖 十 [7]) 光 觸 媒 道 路 空 氣 淨 化 隔 音 牆 ( 如 圖 十 一 [7]) 光 觸 媒 混 凝 土 材 料 ( 如 圖 十 二 [7]) 光 觸 媒 金 屬 防 蝕 處 理 光 觸 媒 建 築 物 外 牆 自 我 潔 淨 ( 如 圖 十 三 [7]) 光 觸 媒 隧 道 照 明 燈 具 與 燈 罩 光 觸 媒 建 築 室 內 裝 修 壁 紙 等 表 二 光 觸 媒 的 實 際 用 途 應 用 對 象 污 染 物 質 效 能 應 用 商 品 大 氣 環 境 氮 化 物 錫 分 解 淨 化 保 持 照 度 舖 裝 隔 音 牆 圍 籬 隧 道 照 明 隧 道 內 牆 室 內 空 氣 香 菸 臭 VOC 甲 醛 寵 分 解 淨 化 空 氣 清 淨 機 照 明 用 具 窗 簾 拉 門 紙 月 曆 物 臭 花 粉 除 臭 內 裝 材 除 臭 纖 維 人 造 植 物 家 庭 用 水 循 環 氨 水 發 霉 水 滴 除 臭 抗 菌 防 暈 瓷 磚 衛 生 陶 瓷 食 器 調 理 器 鏡 面 生 活 水 細 菌 氨 氣 舊 廢 物 除 臭 抗 菌 家 庭 淨 水 器 全 日 用 浴 池 外 飾 裝 材 廢 氣 浮 游 粉 塵 雨 水 分 解 淨 化 親 水 防 污 玻 璃 插 具 彩 色 鋼 板 瓷 磚 石 膏 板 外 裝 材 帳 棚 膜 內 飾 裝 材 手 垢 香 菸 臭 VOC 防 污 除 臭 分 解 淨 化 展 示 箱 玻 璃 用 薄 膜 內 裝 材 電 梯 內 裝 汽 車 香 菸 臭 甲 醛 除 臭 親 水 防 污 塗 裝 窗 玻 璃 鏡 片 空 氣 清 淨 機 冷 氣 機 遮 陽 板 電 子 電 器 產 品 手 垢 雨 水 防 污 透 光 CRT 太 陽 電 池 表 面 放 熱 翼 農 園 藝 農 業 用 污 染 乙 烯 防 污 防 水 滴 保 鮮 溫 室 塑 膠 屋 (PVC house) 乙 烯 淨 化 裝 置 醫 院 診 所 藥 品 臭 霉 菌 各 種 病 菌 除 臭 抗 菌 內 裝 材 空 氣 清 淨 機 瓷 磚 污 染 地 下 水 有 機 氯 系 溶 劑 分 解 淨 化 套 裝 曝 氣 式 處 理 裝 置 河 川 水 環 境 ( 激 素 ) 荷 爾 蒙 分 解 淨 化 淨 水 機 ( 研 究 階 段 ) 染 料 廢 水 染 料 脫 色 廢 氣 處 理 設 備 ( 研 究 階 段 ) 焚 化 爐 廢 氣 戴 奧 辛 類 分 解 淨 化 廢 氣 處 理 設 備 ( 研 究 階 段 ) (a) 含 光 觸 媒 多 孔 性 路 面 材 料 (b) 汽 車 排 放 污 氣 狀 染 物 (c) 路 面 污 染 物 分 解 與 空 氣 淨 化 圖 十 光 觸 媒 路 面 材 料 (a) 含 光 觸 媒 多 孔 性 吸 音 材 料 (b) 隔 音 牆 補 抓 氣 狀 污 染 物 (c) 隔 音 牆 污 染 物 分 解 與 空 氣 淨 化 圖 十 一 光 觸 媒 道 路 空 氣 淨 化 隔 音 牆
(a) 含 光 觸 媒 多 孔 性 舖 面 材 料 (b) 人 行 道 舖 設 光 觸 媒 地 磚 (c) 光 觸 媒 地 磚 可 淨 化 空 氣 圖 十 二 光 觸 媒 混 凝 土 舖 面 材 料 (a) 大 樓 外 牆 光 觸 媒 瓷 磚 (b) 光 觸 媒 玻 璃 帷 幕 牆 (c) 光 觸 媒 燈 具 用 於 隧 道 內 照 明 圖 十 三 光 觸 媒 建 築 物 外 牆 自 我 潔 淨 4.3 氧 化 鈦 瓷 磚 簡 介 就 光 觸 媒 材 料 固 結 於 基 材 表 面 之 技 術 與 工 程 應 用 實 蹟 而 言, 氧 化 鈦 瓷 磚 可 謂 是 一 種 目 前 最 具 代 表 性 的 主 動 型 健 康 綠 建 材 之 一, 由 於 本 身 不 具 毒 性 ( 美 國 FDA 通 過 可 以 添 加 在 食 品 當 中 ), 且 具 有 主 動 分 解 污 染 物 抗 ( 殺 ) 菌 超 親 水 性 除 臭 等 功 效, 對 於 大 氣 環 境 的 淨 化 室 內 空 氣 品 質 的 提 高 以 及 居 家 生 活 的 舒 適 感 與 健 康 要 求 等, 均 具 有 實 質 的 效 益 自 日 本 TOTO 公 司 (1998) 開 發 以 來, 目 前 在 日 本 地 區 已 廣 泛 地 應 用 於 各 種 建 築 物 之 內 外 裝 修 上, 而 台 灣 香 港 及 中 國 大 陸 等 地 區 亦 有 逐 漸 推 廣 的 趨 勢 都 會 區 林 立 的 高 樓 大 廈 就 如 同 一 座 水 泥 化 的 都 市 叢 林, 再 加 上 各 種 固 定 污 染 源 ( 如 工 商 廠 等 ) 以 及 移 動 污 染 源 ( 如 汽 機 車 等 ) 所 排 放 的 污 染 物 ( 如 NO x 及 SO x 等 ), 迫 使 人 類 每 天 生 活 在 不 潔 淨 的 空 氣 環 境 當 中 試 想, 所 有 建 築 物 的 外 牆 所 採 用 的 建 材 若 能 如 同 樹 木 一 般 地 進 行 光 合 作 用 (Photosynthesis), 則 都 市 中 的 空 氣 品 質 將 會 變 得 清 新 與 舒 暢, 生 活 其 中 的 人 們 也 可 以 不 再 為 各 種 呼 吸 道 疾 病 所 苦 此 概 念 與 理 想 便 是 氧 化 鈦 瓷 磚 當 初 研 發 的 初 衷, 而 事 實 亦 證 明 其 具 備 了 淨 化 大 氣 污 染 物 的 效 能, 根 據 TOTO 之 實 驗 顯 示,1,000m 2 外 牆 的 氧 化 鈦 瓷 磚, 其 分 解 NO x 的 能 力 相 當 於 70 棵 常 作 為 行 道 樹 的 白 楊 樹 的 功 效 [10], 讓 都 市 水 泥 叢 林 變 成 森 林 的 夢 想 得 以 實 現, 符 合 現 代 化 建 築 師 及 營 建 人 員 關 懷 環 境 生 態 以 及 使 用 健 康 綠 建 材 的 嶄 新 理 念 此 外, 其 超 親 水 性 機 制 使 外 牆 達 到 自 我 潔 淨 的 功 效, 常 保 建 築 物 外 觀 的 潔 淨 美, 同 時 降 低 後 續 維 護 與 清 理 的 成 本 1. 氧 化 鈦 瓷 磚 之 作 用 機 制 氧 化 鈦 瓷 磚 表 面 受 紫 外 線 照 射 後, 同 時 產 生 兩 種 反 應, 其 一 為 活 性 氧 種 ( OH O 2 - ), 另 一 則 為 親 水 基 (Hydrophile radical) 前 者 將 分 解 各 種 有 機 物, 同 時 抑 制 雜 菌 與 細 菌 的 滋 生, 防 止 污 垢 黏 附 並 散 發 惡 臭, 達 到 分 解 污 染 物 抗 菌 防 污 以 及 除 臭 的 效 果 ; 後 者 將 吸 附 雨 水 形 成 水 膜 並 潛 入 污 垢 下 面, 迫 使 污 染 物 浮 起 並 沖 走, 達 成 自 我 潔 淨 的 功 效, 如 圖 十 四 [10] 所 示 2. 在 外 牆 上 的 應 用 效 能 一 般 大 樓 外 牆 上 使 用 之 瓷 磚 或 其 他 建 材, 在 風 吹 日 曬 雨 淋 後, 經 常 於 窗 框 排 氣 孔
冷 氣 孔 標 誌 牌 以 及 欄 杆 等 下 方 留 下 髒 亂 且 令 人 生 厭 的 污 垢, 嚴 重 的 破 壞 建 物 外 觀 的 潔 淨 美 ( 如 圖 三 ) 氧 化 鈦 瓷 磚 的 使 用, 則 可 輕 易 地 分 解 大 氣 中 的 氣 狀 污 染 物 並 去 除 沾 染 在 牆 面 上 的 污 垢, 常 保 壁 面 之 潔 淨 與 美 觀 圖 十 五 [10] 所 示, 為 TOTO 在 日 本 東 京 都 會 區 所 進 行 的 實 驗, 由 圖 中 氧 化 鈦 瓷 磚 與 一 般 不 具 光 觸 媒 能 力 瓷 磚 之 比 對, 證 明 其 對 大 樓 外 牆 各 部 位 之 除 污 效 果 相 當 顯 著 目 前, 台 灣 地 區 亦 有 部 分 應 用 實 蹟, 諸 如 永 和 市 太 平 洋 時 代 廣 場 台 北 市 昇 陽 大 廈 台 北 市 天 母 真 圓 以 及 台 北 市 富 貴 大 邸 等 建 物 之 外 牆, 均 應 用 氧 化 鈦 瓷 磚 進 行 施 工, 至 今 其 外 觀 仍 相 當 亮 麗 潔 淨 3. 在 內 牆 上 的 應 用 效 能 室 內 衛 浴 設 備 廚 房 洗 手 間 以 及 室 內 游 泳 池 等 空 間, 由 於 須 大 量 用 水 的 關 係, 經 常 於 地 板 牆 面 等 瓷 磚 上 吸 附 水 滴 及 油 脂, 或 於 瓷 磚 之 抹 縫 間 囤 積 污 垢 與 細 菌, 在 使 用 上 不 但 有 小 孩 與 老 人 家 易 打 滑 跌 倒 的 危 險, 一 旦 通 風 不 良, 更 是 病 菌 滋 生 的 溫 床 至 於, 居 家 學 校 或 公 共 場 所 內 的 廁 圖 十 四 氧 化 鈦 瓷 磚 之 機 制 所, 由 於 尿 液 滴 濺 或 殘 留 在 地 板, 若 未 即 時 或 定 期 清 理, 極 容 易 產 生 令 人 屏 息 的 氨 臭 此 外, 在 醫 院 的 手 術 房 病 房 以 及 醫 療 廢 棄 品 與 垃 圾 之 處 理 間 等, 常 有 大 量 的 病 菌 附 著 在 地 板 與 牆 面 上, 或 漂 浮 在 空 氣 中 流 竄, 不 但 不 利 於 病 人 的 休 養 與 康 復, 更 有 可 能 成 為 其 他 疾 病 之 感 染 源, 甚 或 形 成 如 SARS 期 間 的 群 聚 性 感 染 等 公 共 衛 生 問 題 (a) 窗 框 下 的 雨 污 垢 (b) 排 氣 孔 下 的 油 垢 (c) 欄 杆 扶 壁 塵 埃 附 著 之 污 垢 圖 十 五 日 本 東 京 都 會 區 外 牆 瓷 磚 試 驗 氧 化 鈦 瓷 磚 在 室 內 空 間 的 使 用 效 能, 主 要 表 現 在 抗 菌 效 果 ( 以 分 解 力 清 除 細 菌 與 雜
菌 ) 除 臭 效 果 ( 以 分 解 力 減 少 發 出 的 惡 臭 ) 以 及 防 污 功 效 ( 以 分 解 力 弱 化 污 垢 的 附 著 力 同 時 利 用 親 水 性 使 油 污 隨 流 水 沖 落 及 表 面 附 著 的 水 分 速 乾 ) 等 三 方 面 圖 十 六 為 其 在 日 本 地 區 的 醫 院 浴 室 以 及 公 共 廁 所 等 場 合 之 試 驗 結 果 其 中, 手 術 室 以 氧 化 鈦 瓷 磚 施 工 後 10 天 左 右 的 時 間, 即 已 將 空 氣 中 漂 浮 的 細 菌 數 量 大 量 的 降 低, 且 追 蹤 測 試 至 18 個 月 仍 持 續 發 揮 抗 菌 能 力 ; 至 於, 在 廁 所 除 臭 之 測 試 方 面, 施 工 後 3 個 月 對 於 氨 味 及 三 甲 氨 的 濃 度 亦 有 近 半 降 低 的 功 效, 顯 示 氧 化 鈦 瓷 磚 在 室 內 空 間 優 異 的 清 潔 效 果 圖 十 七 為 日 本 地 區 在 醫 院 手 術 房 公 共 廁 所 以 及 浴 室 等 不 同 場 合 之 應 用 實 例 (a) 醫 院 手 術 房 中 空 氣 漂 浮 細 菌 之 測 試 (b) 浴 室 黏 液 等 污 垢 滋 生 情 形 之 測 試 (c) 公 共 廁 所 中 臭 味 之 測 試 圖 十 六 日 本 地 區 室 內 空 間 應 用 氧 化 鈦 瓷 磚 之 試 驗 (a) 醫 院 手 術 房 內 牆 (b) 廁 所 地 板 (c) 浴 室 地 板 圖 十 七 氧 化 鈦 瓷 磚 在 室 內 空 間 之 應 用 實 例 4.4 矽 藻 土 淨 化 壁 體 簡 介 矽 藻 土 (SiO 2 2H 2 O) 又 稱 為 硅 藻 土 (Diatomaceous earth, diatomite, or kieselguhr), 係 由 河 海 中 的 單 細 胞 低 等 水 生 植 物 矽 藻 的 遺 骸, 經 過 幾 百 萬 年 的 沉 積 與 礦 化 作 用 後 所 形 成 的 生 物 礦 物 材 料 矽 藻 土 之 本 質 屬 於 無 定 型 的 非 晶 質 SiO 2, 含 有 少 量 的 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 CaO MgO K 2 O Na 2 O P 2 O 5 以 及 有 機 物 質, 其 礦 物 成 分 則 為 蛋 白 石 [11] 矽 藻 土 之 顏 色 為 白 色 灰 白 色 以 及 淺 灰 褐 色 等, 其 微 觀 形 態 則 因 矽 藻 細 胞 形 狀 的 不 同 而 有 圓 盤 狀 針 狀 筒 狀 以 及 羽 狀 等 的 差 異 由 於 生 物 之 成 因, 其 具 有 獨 特 的 有 序 排 列 之 微 孔 結 構, 孔 隙 率 高 (50~100 萬 的 多 孔 質 ) 孔 體 積 大 質 量 輕 密 度 小 比 表 面 積 大 (50 ~200m 2 /g) 熱 傳 導 係 數 小 吸 附 性 強 ( 約 為 木 炭 的 6,000 倍 左 右 ) 以 及 活 性 佳 等 特 點 加 以 產 地 分 佈 廣 泛 取 得 容 易 以 及 價 格 低 廉, 近 年 來 已 廣 泛 地 應 用 於 聲 學 材 料 建 築 材
料 塗 料 以 及 保 溫 隔 熱 材 料 等 行 業 矽 藻 土 材 料 類 似 海 綿 一 樣, 早 在 1870 年 諾 貝 爾 即 發 現 其 特 性 並 加 以 應 用 早 期 被 作 為 陶 爐 小 爐 子 耐 火 隔 熱 磚 等 之 原 料, 近 年 來 則 進 一 步 運 用 於 天 花 板 或 壁 面 等 之 裝 修 天 然 的 矽 藻 土 係 無 毒 無 害 的 天 然 材 料, 作 為 室 內 裝 修 之 用 途 時 則 有 別 於 一 般 油 漆 塗 料, 可 有 效 調 節 溼 氣, 防 止 結 露, 進 而 避 免 細 菌 與 塵 蹣 的 吸 附 一 般 而 言, 施 工 後 除 水 分 蒸 發 外, 本 身 不 會 產 生 游 離 單 體 之 類 的 VOCs 等 的 危 害, 並 可 進 一 步 將 室 內 的 氣 狀 污 染 物 ( 如 TVOC HCHO 煙 霧 等 ) 進 行 吸 附, 有 效 淨 化 室 內 之 空 氣 品 質, 可 謂 一 多 功 能 且 性 能 相 當 優 異 的 主 動 型 綠 建 材 不 過, 矽 藻 土 淨 化 壁 體 在 使 用 一 段 時 間 後, 將 因 飽 和 現 象 而 逐 漸 失 去 吸 附 功 能, 仍 須 有 定 期 更 換 等 問 題 為 克 服 此 缺 失, 近 年 來 已 發 展 出 可 自 行 分 解 吸 附 物 質 的 活 化 性 矽 藻 土 ( 例 如 於 孔 隙 中 添 加 生 物 劑, 利 用 微 生 物 進 行 污 染 物 的 分 解 作 用 ), 效 果 可 持 續 半 永 久 性 的 使 用 圖 十 八 圖 十 九 分 別 為 矽 藻 土 的 巨 觀 與 微 觀 結 構, 圖 二 十 與 圖 二 十 一 則 為 矽 藻 土 淨 化 壁 體 常 見 的 型 式 以 及 應 用 場 合 (a) 矽 藻 土 的 製 程 (b) 粉 末 狀 的 矽 藻 土 (c) 矽 藻 土 樣 品 圖 十 八 矽 藻 土 的 外 觀 圖 十 九 矽 藻 土 的 各 種 微 觀 結 構 圖 二 十 矽 藻 土 淨 化 壁 體 常 見 的 型 式
圖 二 十 一 矽 藻 土 淨 化 壁 體 常 見 的 應 用 場 合 五 結 語 綠 建 材 ( 生 態 健 康 高 性 能 再 生 ) 已 為 建 築 材 料 發 展 之 主 流, 而 主 動 型 健 康 綠 建 材 更 成 為 最 尖 端 的 材 料 科 技 之 一, 值 得 產 官 學 研 等 各 界 積 極 地 投 入 研 發 與 創 新, 方 能 在 國 內 外 之 營 建 市 場 上 立 於 有 利 的 競 爭 優 勢 與 主 導 地 位 換 言 之, 材 料 領 域 已 走 入 奈 米 科 技 與 光 觸 媒 應 用 的 時 代, 掌 握 其 發 展 訊 息 技 術 瓶 頸 ( 提 煉 與 合 成 ) 與 應 用 方 法 等, 實 為 現 代 化 工 程 人 員 必 須 積 極 面 對 並 應 自 我 強 化 本 職 學 能 之 迫 切 課 程 此 外, 行 政 院 環 保 署 室 內 空 氣 品 質 法 草 案 已 於 立 法 院 審 議 中, 配 合 94 年 公 告 的 室 內 空 氣 品 質 建 議 值 以 及 積 極 推 動 中 的 室 內 空 氣 品 質 管 理 制 度 等 之 要 求, 未 來 如 何 有 效 管 理 室 內 環 境 品 質 與 淨 化 室 內 空 氣 以 符 合 法 令 的 要 求, 更 迫 使 室 內 裝 修 材 料 不 的 不 朝 向 主 動 型 健 康 綠 建 材 的 方 向 發 展 本 文 藉 此 提 出 主 動 型 綠 建 材 的 健 康 概 念 與 發 展 趨 勢, 除 提 供 工 程 人 員 之 參 考 外, 希 望 藉 以 拋 磚 引 玉, 呼 籲 各 公 有 及 公 眾 建 築 物, 為 因 應 未 來 室 內 居 住 環 境 品 質 的 重 大 變 革, 應 即 早 擬 定 因 應 措 施 參 考 文 獻 [1] 內 政 部 建 築 研 究 所, 綠 建 材 解 說 與 評 估 手 冊, 台 北 (2003) [2] 林 曉 茅, 打 造 健 康 住 宅 勢 在 必 行, 新 華 網 (http://big5.xinhuanet.com/gate/big5/news. xinhuanet.com/fortune/2002-04/16/content_360274.htm) 中 國 資 訊 報 (2004) [3] 林 憲 德 等 人, 綠 建 築 設 計 技 術 彙 編, 內 政 部 建 築 研 究 所, 台 北 (2003) [4] 林 憲 德 等 人, 綠 建 築 解 說 與 評 估 手 冊, 內 政 部 建 築 研 究 所, 台 北 (2003) [5] 建 築 技 術 規 則 設 計 施 工 編 第 十 七 章 綠 建 築, 內 政 部 營 建 署 (2004) [6] 日 本 株 式 会 社 光 觸 媒 研 究 所 網 站,http://www.photocatalyst.co.jp/(2004) [7] 曾 堯 宣, 光 觸 媒 作 用 原 理 與 效 能 影 響 參 數 探 討, 明 志 科 技 大 學 環 安 系 九 十 二 學 年 度 工 程 實 務 講 座 課 程 演 講 資 料 (2004) [8] 立 天 時 代 股 份 有 限 公 司 網 站,http://www.arc-flash.com.tw/(2004) [9] 徐 惠 美, 光 觸 媒 材 料 與 應 用 製 品 現 況, 化 工 技 術, 第 125 期, 第 163-167 頁 (2003) [10]TOTO 2003 HYDROTECT 綜 合 目 錄, 東 陶 機 器 株 式 會 社 (2003) [11] 趙 洪 石 何 文 羅 守 全 賈 興 濤 馮 英 俊 李 正 茂, 硅 藻 土 應 用 及 研 究 發 展, 山 東 輕 工 業 學 院 學 報, 第 21 卷, 第 1 期, 第 80-83 頁 (2007)