CN103709451A - 一种具有吸收电磁波功能的天花板及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有吸收建筑室内电磁波辐射功能的天花板及其制备方法。其棉板基体由包括以下重量份数比的原料制备得到：岩棉或矿棉100份，吸波剂1-25份，填料5-30份，淀粉胶5-15份。本发明的天花板包括具有电磁波吸收功能的棉板基体和表面装饰层，在起到装饰效果的同时，可有效吸收建筑室内的电磁波，减少因反射、折射造成的二次电磁辐射污染，具有吸收频带宽（100MHz～18GHz）、吸波效果好（平均反射率低于-5dB，最小反射率低于-10dB）、易于加工、成本低等优点，可有效改善室内电磁辐射污染，保持室内环境的舒适，应用前景广阔。

Description

一种具有吸收电磁波功能的天花板及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种具有吸收电磁波功能的天花板及其制备方法。

背景技术

随着电子技术的快速发展，各种自动化设备、家用电器、室外发射塔和基站等的广泛应用，建筑室内电磁环境污染问题愈加复杂，严重威胁人类的生存和健康状况。世界卫生组织已将电磁辐射污染列为继水、空气、噪声污染之后的第四大环境污染。电磁辐射污染看不见、摸不着、无处不在，被称为“隐形杀手”。因此，为净化城市电磁环境，防止辐射危害，保护人们身心健康，建筑室内电磁辐射危害防护已经成为一项十分紧迫而重要的任务。

国际上对人类长期受电磁辐射污染高度重视。Calvente等***评论了电磁辐射与儿童白血病的关联性，指出并呼吁对低频电磁场进行限制并进行***深入研究（I.Calvente,M.F.Fernandea,J.Villalba,at al.Exposure to electromagneticfields(non-ionizing radiation)and its relationship with childhood leukemia:A systematic review,Science of the Total Environment,2010,408:3062-3069.）。Chowdhuri等结合衰减方程就室内电磁辐射对人体健康危害进行了调查研究，发现人体健康受到的危害跟暴露在电磁辐射环境下的时间有很大的关联性（A.K.Chowdhuri,S.Ray,S.K.Singh,et al,Analysis of a random survey on heal-hazards due toelectromagnetic radiation,Proceedings of INCEMIC2001-2002:296-299.）。波兰科学家Szmigielski对1971-1985年期间登记的长期工作在高频电磁辐射的不同年龄段癌症患者进行了统计研究，发现在20-59岁的人群中，长年在电磁辐射环境下工作的发病率是119.1/100000，而没有长年在电磁辐射环境下工作的发病率是57.6/100000，此外，还发现受辐射发病率高的人群主要患脑瘤、消化道肿瘤、血红素***和淋巴器官的病变居多，而这些患者与没有受电磁辐射患者的最大不同是他们患有慢性髓细胞白血病。

针对以上问题，越来越多的科研工作者致力于电磁波辐射污染的治理与防护，并且新问题给我们提出了新的要求，传统的普通建材已经不能满足人们的需求，研究具有健康环保功能的材料成为建筑材料发展的新方向。防电磁波建筑材料是一种防护人们免受电磁波辐射危害的最佳选择。建筑用电磁波的防护可以通过两种方法来进行，一种是电磁波的屏蔽，通过屏蔽物减少波源与被保护体之间的电磁波辐射量，使电磁波反射回去，起到保护的作用；另外一种就是电磁波的吸收，是通过吸收物把电磁波能量转化成其它形式的能量，耗散掉电磁波的能量，对被保护体起到保护作用。

建筑材料因其适用场合与人们的活动起居紧密相连，成为治理室内电磁辐射污染最直接的材料。CN1789637A、CN101254604A和CN102528886A介绍了具有电磁波吸收性能的建筑用木质板材产品；CN1840589A、CN101255292A、CN101355866A和CN102532978A介绍了具有电磁波吸收功能的涂料及涂层产品；CN101257785A公开了一种电磁波吸收性粉煤灰板材，将电阻膜和导电膜分别在粉煤灰板材的两侧板面上用粘结剂压力复合制得；CN101282634A公开了一种电磁波吸收性塑料泡沫板材，介电体的两侧面上分别用粘合剂复合电阻膜和导电膜；CN101386721A公开了一种具有吸收电磁波功能的腻子，对电磁波在8-18GHz的反射率低于-5dB，能够有效吸收能量，使反射波能量衰减。以上专利文献涉及的产品对建筑材料的各个种类几乎都有涉及，但是作为建筑室内最重要的组成部分之一的天花板产品未有涉及，而该类产品作为建筑装饰材料重要的组成部分之一在室内环境中所起的作用至关重要，因此对该产品的改进可有效改善室内电磁环境，提高室内环境质量。

发明内容

本发明的第一个目的是提供一种具有吸收电磁波功能的天花板。

本发明所提供的具有吸收电磁波功能的天花板，其棉板基体由包括以下重量份数比的原料制备得到：

其中，所述岩棉或矿棉长度范围为1-5cm。

所述吸波剂选自鳞片状石墨粉、锰锌铁氧体粉、纳米炭黑粉和电气石粉中的一种或两种组合，粉体平均粒径（D50）为0.04-7μm。

所述填料选自海泡石、硅藻土、凹凸棒土、高岭土、膨润土和蛭石中的一种或几种的复合。

所述淀粉胶选自淀粉和骨胶中的一种或两种组合。

所述的具有吸收电磁波功能的天花板原料还包括0.2-8重量份添加剂，添加剂可选用聚丙烯酰胺。

具有吸收电磁波功能的天花板，可进一步在所述棉板基体表面设有表面装饰层，表面装饰层主要为表面喷涂具有装饰效果的涂料层或粘贴装饰层。

本发明的第二个目的是提供一种制备上述具有吸收电磁波功能的天花板的方法。

该方法使用所述原料及配比，包括以下步骤：

1）将吸波剂与2500-4500份水混合制成吸波剂浆体，将吸波剂浆体与填料混合搅拌，制成浆体；

2）将浆体与棉混合搅拌，使棉被吸波剂均匀包覆，然后加入淀粉胶（有添加剂的此时加入），混合搅拌，制成基板浆料；

3）将基板浆料压制成型，得到湿的棉板基体，干燥，得到干燥的棉板基体即为具有吸收电磁波功能的天花板。

所述湿的棉板基体含水量为10～15%；所述干燥温度为50℃；干燥的棉板基体含水量小于3%。

所述步骤3）中还可在干燥的棉板基体上添加表面装饰层，主要为表面喷涂具有装饰效果的涂料层或粘贴装饰层，得到具有吸收电磁波功能和装饰效果的天花板。

本发明提供了一种具有吸收建筑室内电磁波辐射功能的天花板及其制备方法。本发明的天花板包括具有电磁波吸收功能的棉板基体和表面装饰层，在起到装饰效果的同时，可有效吸收建筑室内的电磁波，减少因反射、折射造成的二次电磁辐射污染，具有吸收频带宽（100MHz～18GHz）、吸波效果好（平均反射率低于-5dB，最小反射率低于-10dB）、易于加工、成本低等优点，可有效改善室内电磁辐射污染，保持室内环境的舒适，应用前景广阔。

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明。

具体实施方式

本发明旨在对建筑室内重要的组成部分天花板产品的吸收室内电磁波辐射性能进行改进，填补此类吸波产品的空白。

和现有吸波产品中板材、涂料、腻子等有所不同，室内天花板的制作过程中需进行挤压压制成板，如果将吸波剂直接加入，挤压过程中吸波剂随水分流失严重，剩余量无法满足性能要求，因此，现有技术中加入吸波剂的方式不能直接借鉴使用，而需要调整天花板的制备工艺以实现吸波剂的掺加。

第一方面，本发明所提供的具有吸收电磁波功能的天花板，其棉板基体的主要原料配方包括以下重量份数比的组分：岩棉或矿棉100份，吸波剂1-25份，填料5-30份，淀粉胶5-15份，添加剂0.2-8份。这里：

岩棉或矿棉作为天花板的基体材料，长度范围优选为1-5cm，同时与吸波剂搭配，棉纤维相互交错的结构对入射电磁波的传播产生干扰，对进入内部的电磁波形成衰减。

吸波剂选自鳞片状石墨粉、锰锌铁氧体粉、纳米炭黑粉和电气石粉中的一种或两种组合，粉体平均粒径（D50）优选为0.04-75μm。吸波剂的作用是把入射到材料中的电磁波，通过各种损耗原理将电磁波的能量消耗掉，从而达到消除电磁辐射的效果。起作用的原因是通过介电型吸波材料的介质的电子极化或界面衰减，或者利用铁磁共振吸收，以涡流损耗、磁滞损耗、剩余损耗机制衰减，吸收电磁波。吸波剂为功能性材料，附着于岩棉或矿棉纤维上，可以利用电磁场与电磁波发生作用，最终使入射电磁波在板体内部产生涡流损耗、磁滞损耗，损耗电磁波的能量。

填料在起到填充作用的同时，也作为吸波剂的稳定剂，选自海泡石、硅藻土、凹凸棒土、高岭土、膨润土和蛭石中的一种或几种的复合，复合使用时的复合比例没有限定。填料可作为吸波剂的稳定剂，是因为所选填料均为多孔矿物材料，其内部孔道可负载吸波剂，避免密度过低的吸波剂材料在生产制备过程中悬浮表层、密度大的吸波材料形成沉降，影响天花板的整体吸波结构，吸波剂与填料搭配使用，可达到对电磁波的吸收效果。

淀粉胶选自淀粉和骨胶中的一种或两种组合。淀粉胶的作用是作为胶粘材料，将各组份粘连到一起，达到一定的强度要求。

为了达到改善天花板生产工艺以及产品性能的目的，本发明在具有吸收电磁波功能的天花板的原料配方中还包括0.2-8份添加剂，添加剂选用聚丙烯酰胺，主要作为絮凝剂，聚丙烯酰胺的用量过多时会导致浆液粘稠度增大，不易于压板；用量过少则会导致分散均匀的矿棉纤维不能聚集在一起，无法压制成板，因此添加剂的用量应根据配方进行适当的调整。

为起到装饰效果，本发明具有吸收电磁波功能的天花板的棉板基体表面还设有表面装饰层，主要为表面喷涂具有装饰效果的涂料层或粘贴装饰层。

第二方面，本发明提供的上述具有吸收电磁波功能的天花板的制备方法，可包括以下步骤：

1）将吸波剂与2500-4500份水混合制成吸波剂浆体，将吸波剂浆体与填料混合搅拌，制成浆体；

2）将浆体与岩棉或矿棉混合搅拌，使岩棉或矿棉被吸波剂均匀包覆，然后加入淀粉胶及添加剂，混合搅拌，制成基板浆料；

3）将基板浆料压制成型，得到湿的棉板基体，干燥，得到干燥的棉板基体即为具有吸收电磁波功能的天花板。

在上述制备方法中，所述步骤3）中还可在干燥的棉板基体上按现有技术添加表面装饰层，主要为表面喷涂具有装饰效果的涂料层或粘贴装饰层，得到具有吸收电磁波功能和装饰效果的天花板。表面装饰层不影响干燥的棉板基体吸收电磁波的效果。

所述百分比浓度如无特别说明均为质量/质量(W/W)百分比浓度、质量/体积(W/V)百分比浓度（单位g/100mL）或体积/体积(V/V)百分比浓度。

实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，实施例将有助于理解本发明，但是本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1-6、制备具有吸收电磁波功能的天花板

实施例1-6天花板的棉板基体的原料配方如表1所示：

表1实施例1-6天花板的棉板基体的原料配方（单位：重量份，kg）

制备实施例1-6具有吸收电磁波功能的天花板的方法，可包括以下步骤：

1）将吸波剂与水混合制成吸波剂浆体，将吸波剂浆体与填料混合搅拌，制成浆体；

2）将浆体与岩棉或矿棉混合搅拌，使岩棉或矿棉被吸波剂均匀包覆，然后加入淀粉胶及添加剂，混合搅拌，制成基板浆料；

3）将基板浆料压制成型，得到湿的棉板基体（含水量按质量在10～15%范围内），在50℃干燥，得到干燥的棉板基体（含水量按质量在3%以下），即为具有吸收电磁波功能的天花板。

可在干燥的棉板基体上添加表面装饰层，例如在实施例2的表面喷涂具有装饰效果的涂料层（涂料不具吸波功能），在实施例4的表面粘贴装饰层（如带有装饰花纹的贴纸，其本身不具吸波功能），得到具有吸收电磁波功能和装饰效果的天花板。

对比例1-6、具有吸收电磁波功能的腻子

参照专利文献CN101386721A公开的配方制备，配方如表2所示：

表2具有吸收电磁波功能的腻子的原料配方

以上组分材料均商购，按配比混合均匀即可得到具有电磁波吸收功能的腻子粉。使用时，按水、粉比大约2：1比例加入水，搅拌均匀即可施用。

吸波性能检测：

本发明天花板及对比例腻子粉的电磁波吸收性能按照GJB2038-94《雷达波吸波材料反射率测试方法》规定的弓形法测试方法进行测试。试样面积为25cm×25cm，为了进行有效对比,取表3所列厚度的天花板试样，腻子粉以滤纸为基底（成型后可撕除），通过进行多次涂刮，利用模具使样品厚度分别达到表3所列厚度。

表3在室温（25℃）下本发明天花板及对比例腻子粉的电磁波吸收性能

注：实施例2和实施例4带装饰层。

平均反射率和最小反射率反映了反射波的衰减值，由表3可以看出，对比例的吸收频带为8～18GHz，最小反射率低于-5dB，本发明天花板的吸收频带为100MHz～18GHz，平均反射率低于-5dB，最小反射率低于-10dB，说明本发明的天花板较对比例的腻子具有更广泛的吸收频带和更佳的电磁波吸收效果。原因分析：首先天花板的基体为棉纤维，其内部结构的孔隙率远远高于密实的腻子涂层，而选用的1-5cm长度的岩棉或矿棉纤维，可很好的对更宽频段的入射电磁波产生一定的干涉作用，吸收部分电磁波能量；其次，与腻子产品选用的填料大部分为实心无机材料不同，本发明选取多孔无机矿物材料作为填料，在起到提高面板抗变形能力的同时，可负载吸波剂，使其减少随水分的流失，起到稳定剂的作用，同时其多孔径结构也对入射电磁波的传递起到很好的阻碍吸收效果，消减了宽频段电磁波的传播能量。因此，本发明中吸波剂、基体以及填料的结合，可有效吸收入射电磁波，且吸波频段更宽。

Claims (10)

1.一种具有吸收电磁波功能的天花板，其棉板基体由包括以下重量份数比的原料制备得到：

2.根据权利要求1所述的具有吸收电磁波功能的天花板，其特征在于：所述岩棉或矿棉长度范围为1-5cm。

3.根据权利要求1或2所述的具有吸收电磁波功能的天花板，其特征在于：所述吸波剂选自鳞片状石墨粉、锰锌铁氧体粉、纳米炭黑粉和电气石粉中的一种或两种组合，粉体平均粒径（D50）为0.04-7μm。

4.根据权利要求1或2或3所述的具有吸收电磁波功能的天花板，其特征在于：所述填料选自海泡石、硅藻土、凹凸棒土、高岭土、膨润土和蛭石中的一种或几种的复合。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的具有吸收电磁波功能的天花板，其特征在于：所述淀粉胶选自淀粉和骨胶中的一种或两种组合。

6.根据权利要求1-5任一所述的具有吸收电磁波功能的天花板，其特征在于：所述具有吸收电磁波功能的天花板的原料配方中还包括0.2-8份添加剂，添加剂可选用聚丙烯酰胺。

7.根据权利要求1-6任一所述的具有吸收电磁波功能的天花板，其特征在于：在所述棉板基体表面还设有表面装饰层，表面装饰层主要为表面喷涂具有装饰效果的涂料层或粘贴装饰层。

8.一种制备权利要求1-7任一所述具有吸收电磁波功能的天花板的方法，使用所述原料及配比，包括以下步骤：

1）将吸波剂与2500-4500份水混合制成吸波剂浆体，将吸波剂浆体与填料混合搅拌，制成浆体；

2）将浆体与棉混合搅拌，使棉被吸波剂均匀包覆，然后加入淀粉胶或加入淀粉胶和权利要求6提及的添加剂，混合搅拌，制成基板浆料；

3）将基板浆料压制成型，得到湿的棉板基体，干燥，得到干燥的棉板基体即为具有吸收电磁波功能的天花板。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：湿的棉板基体含水量为10～15%；所述干燥温度为50℃；干燥的棉板基体含水量小于3%。

10.根据权利要求8或9所述的制备方法，其特征在于：所述步骤3）中还可在干燥的棉板基体上添加表面装饰层，主要为表面喷涂具有装饰效果的涂料层或粘贴装饰层，得到具有吸收电磁波功能和装饰效果的天花板。