CN106242456A - 一种复合型多功能凹凸棒石/硅藻土基环保室内壁材 - Google Patents

一种复合型多功能凹凸棒石/硅藻土基环保室内壁材 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种复合型多功能凹凸棒石/硅藻土基环保室内壁材，采用浸渍煅烧法制备复合功能材料：按质量配比凹凸棒石30‑50%、硅藻土30‑50%、纳米TiO2粉体10‑15%、纳米ZnO粉体10‑15%称取各原料备用；将纳米TiO2粉体和纳米ZnO粉体加入水中配制成质量浓度为3‑5%的悬浮液；将凹凸棒石和硅藻土加入悬浮液中，快速搅拌混合1‑2h后进行过滤；过滤产物经烘干后，在350‑450℃下煅烧1‑2h，即得到复合功能材料。填料包括重质碳酸钙、灰钙粉、煅烧高岭土和硅砂；助剂包括增稠剂、木质纤维、可分散胶粉、触变润滑剂和减水剂。本发明先将纳米TiO2、纳米ZnO负载在凹凸棒石、硅藻土的表面，再与填料、助剂搅拌混合制备环保室内壁材，有效解决了纳米TiO2、纳米ZnO在环保室内壁材中团聚现象严重的问题。

Description

一种复合型多功能凹凸棒石/硅藻土基环保室内壁材
技术领域
本发明公开了一种复合型多功能凹凸棒石/硅藻土基环保室内壁材，属于室内建筑材料技术领域。
背景技术
随着人们生活水平的提高以及健康环保意识的增强，室内生活环境质量越来越受到重视。在室内墙面装修过程中，人们选择壁材产品时除了关注装饰美观外，也开始注重材料的无害化以及功能性，其中具有多种功能的天然矿物基环保室内壁材越来越成为大家的首选。目前，天然矿物基环保室内壁材的功能主要集中于调湿、空气净化、抗菌三大功能，同时也附带一些其他功能，比如：防火阻燃、吸声减噪、保温隔热、去除异味等。
调湿功能主要基于天然多孔矿物的强吸附性能。由于天然多孔矿物硅藻土、沸石、海泡石、凹凸棒石等具有发达的孔道结构和大的比表面积，可以水分子进行吸附、脱附作用，所以能够自动调节室内环境湿度，即当室内环境湿度较高时可以吸湿，以降低室内环境湿度，当室内湿度较低时可以放湿，以提升室内环境湿度。作为天然多孔矿物调湿材料，硅藻土和沸石具有三维的孔道结构，属于大孔或中孔；凹凸棒石和海泡石具有一维的纤维结构，属于中孔或微孔。单一多孔矿物的调湿性能极其有限，但是通过将不同孔道结构或不同孔径尺寸的多孔矿物按一定比例进行组合，得到的组合材料的调湿性能明显提高。另外需要注意的是，由于调湿材料的特性使其表面的相对湿度一般比较高，而潮湿的环境容易导致各种细菌、霉菌在其表面滋生和大量繁殖，为了避免这种不利情况，最好在调湿材料中添加一定量的抗菌材料。
空气净化功能主要基于光催化材料纳米TiO2。纳米TiO2在紫外光或太阳光照条件下可以产生高活性的光生电子-空穴对，光生电子可以与纳米TiO2颗粒表面的O2发生还原反应并生成H2O2及活性氧，光生空穴与纳米TiO2颗粒表面的H2O和羟基发生氧化反应并生成羟基自由基。H2O2、活性氧和羟基自由基可以将甲醛、甲苯等多种室内空气有机污染物彻底分解为CO2和H2O等无机小分子。此外，H2O2和活性氧还可以破坏细菌、霉菌的细胞膜，抑制细菌的活性，并分解细菌死亡后产生的内毒素，还可以捕捉杀除空气中的浮游细菌，所以纳米TiO2同时也具有一定的抗菌功能。
抗菌功能主要基于无机抗菌剂纳米ZnO。纳米ZnO可以释放锌离子，锌离子穿透细胞膜进入细胞内部，使细胞内的蛋白质变性和生理活性被破坏，从而导致细胞死亡。而且，当菌体被杀灭后，锌离子可以游离出来重新接触和杀灭其他菌体，所以纳米ZnO具有长效杀菌能力。另外，纳米ZnO也是一种光催化材料，与上述纳米TiO2的光催化原理相同，在紫外光或太阳光照下，同样发生光催化氧化还原反应，生成的H2O2和活性氧也可以杀死细菌，生成的多种活性基团也可以降解多种室内空气有机污染物。
目前，天然矿物基环保室内壁材的主要制备方法是：将天然多孔矿物粉体、纳米功能粉体、相应的填料粉体和助剂进行干粉搅拌混合。其中，常见的纳米功能粉体包括纳米TiO2粉体和纳米ZnO粉体。由于纳米功能粉体的比表面积大和表面自由能高，处于能量不稳定状态，很容易二次团聚成大颗粒，从而影响其相应功能的正常发挥。在干粉搅拌混合过程，由于搅拌力度和深度有限，纳米功能粉体的分散比较困难，存在大量的团聚现象，这不仅降低了环保室内壁材的功能性，而且还严重浪费了价格昂贵的纳米功能粉体。通常为了达到一定程度的功能效果，往往需要加入超量的纳米功能粉体，导致产品成本大幅度的增加。可见，这种将纳米功能粉体直接加入并与其他组分进行干粉混合的方法，存在纳米功能粉体团聚现象严重、功能性受到抑制、用量大、产品成本高等多种缺陷。另外，还有一个需要注意的现象是，在环保室内壁材使用过程中，由于纳米功能粉体没有和其他大颗粒组分牢固结合，受到外力的刮擦以及风力作用，纳米功能粉体极容易脱落下来，而纳米功能粉体颗粒极细难以沉降，长时间漂浮在空气中，如果吸入人体内对健康会产生一定的危害。
发明内容
针对上述干粉混合搅拌方法中存在的缺陷，本发明提供了一种复合型多功能凹凸棒石/硅藻土基环保室内壁材，采用浸渍煅烧法将纳米TiO2颗粒、纳米ZnO颗粒负载在凹凸棒石和硅藻土的表面得到复合功能材料，然后将复合功能材料与相应的填料、助剂进行搅拌混合制备环保室内壁材，有效的解决了纳米TiO2粉体、纳米ZnO粉体在环保室内壁材中团聚现象严重的问题。同时，本发明的各组分选取充分考虑了环保室内壁材的调湿、抗菌和空气净化功能之间的相互协调和相互促进，比如：凹凸棒石和硅藻土的组合提升了调湿性能，纳米TiO2与纳米ZnO的组合提升了光催化性能，纳米TiO2、纳米ZnO的抗菌性能和灰钙粉填料的抗菌除霉作用相互配合，凹凸棒石、硅藻土的强吸附性能和纳米TiO2、纳米ZnO光催化降解空气有机污染物功能的相互配合。
本发明采用的技术方案：一种复合型多功能凹凸棒石/硅藻土基环保室内壁材，主要包括复合功能材料、填料和助剂，所述复合功能材料为ZnO/TiO2/凹凸棒石/硅藻土复合材料，采用如下方法制备：（1）按质量配比凹凸棒石 30-50%、硅藻土30-50%、纳米TiO2粉体10-15%、纳米ZnO粉体10-15%分别称取各原料备用；（2）将称取的纳米TiO2粉体和纳米ZnO粉体加入水中并充分搅拌分散，配制成质量浓度为3-5%的悬浮液；（3）将称取的凹凸棒石和硅藻土加入悬浮液中，快速搅拌混合1-2h后进行过滤；（4）过滤产物经烘干后，在350-450℃下煅烧1-2h，即得到所述复合功能材料；
所述填料包括重质碳酸钙、灰钙粉、煅烧高岭土和硅砂；
所述助剂包括增稠剂、木质纤维、可分散胶粉、触变润滑剂和减水剂。
进一步优化的，环保室内壁材中各组分的质量配比为：复合功能材料30-50%、重质碳酸钙15-25%、灰钙粉10-20%、煅烧高岭土10-15%、硅砂5-10%、增稠剂1-2%、木质纤维1-2%、可分散胶粉3-5%、触变润滑剂0.5-1%、减水剂0.5-1%。
更进一步优化的，所述凹凸棒石为棒状或针状纤维结构，纯度超过90%，粒度为325-500目；所述硅藻土为硅藻精土，纯度超过90%，粒度为325-500目；所述纳米TiO2粉体为锐钛型，粒度为10-50 nm；所述纳米ZnO粉体粒度为10-50 nm。
更进一步优化的，所述重质碳酸钙的粒度为500-800目，白度不低于90%；所述灰钙粉的粒度为500-800目，白度不低于90%；所述煅烧高岭土的粒度为800-1250目，白度不低于90%；所述硅砂的粒度为80-200目，SiO2含量超过95%。
更进一步优化的，所述增稠剂为羟丙基甲基纤维素、羟乙基纤维素、羧甲基纤维素中的任意一种；所述木质纤维的直径为5-25um，长度为3-6mm；所述可分散胶粉为乙烯/醋酸乙烯酯共聚物或丙烯酸共聚物；所述减水剂为聚羧酸类减水剂；所述触变润滑剂为聚酰胺蜡。
本发明的优点：（1）将纳米TiO2粉体和纳米ZnO粉体加入水中均匀分散成悬浮液，加入的凹凸棒石和硅藻土在浸渍过程中将纳米TiO2颗粒、纳米ZnO颗粒相对均匀的吸附在其表面，再经煅烧过程使纳米TiO2颗粒、纳米ZnO颗粒与凹凸棒石、硅藻土表面进一步牢固结合，将得到的复合功能材料与相应的填料、助剂进行搅拌混合制备环保室内壁材，从而可以提高纳米TiO2、纳米ZnO在环保室内壁材中的分散性，使纳米TiO2、纳米ZnO具有的光催化降解空气有机污染物以及抗菌功能能够充分发挥，避免了单独加入纳米TiO2粉体、纳米ZnO粉体进行干粉混合搅拌所造成的团聚现象严重、功能发挥受到抑制、加入量过大和成本高等问题。另外，未被凹凸棒石和硅藻土吸附的纳米TiO2颗粒、纳米ZnO颗粒在过滤过程中进入滤液，将滤液蒸发可以使这部分纳米TiO2粉体、纳米ZnO粉体析出并实现回收和重复利用，避免浪费价格昂贵的纳米功能粉体。
（2）凹凸棒石、硅藻土的强吸附性能与纳米TiO2、纳米ZnO光催化性能可以相互配合，即硅藻土和凹凸棒石将室内低浓度的空气有机污染物吸附到纳米TiO2颗粒、纳米ZnO颗粒表面供其光催化降解，形成了吸附-降解-再吸附的良性循环，可以有效提高降解室内空气有机污染物的效率。煅烧过程中可以形成部分纳米ZnO/TiO2复合体，这种纳米ZnO/TiO2复合体的光催化性能显著提高，明显优于单一的纳米ZnO或者纳米TiO2，从而可以提高光催化降解室内空气有机污染物以及抗菌的效率。
（3）硅藻土具有独特的三维孔道结构，属于大孔和中孔；凹凸棒石为一维的棒状或针状纤维结构，属于中孔和微孔。通过硅藻土与凹凸棒石之间的组合，实现了不同孔道结构和不同尺寸孔之间的组合，得到的复合功能材料具有更强的调湿性能。另外，填料中的煅烧高岭土为层状结构且具有吸附性，所以也可以表现一定的调湿性能。
（4）纳米TiO2、纳米ZnO都具有一定的抗菌功能，而且填料中的灰钙粉也具有防霉抗菌的作用，可以杀灭环保室内壁材表面上的细菌、霉菌，并可以捕杀空气中浮游的细菌，有效防止了细菌、霉菌在环保室内壁材表面的滋生和繁殖。
（5）填料可以提高环保室内壁材的强度、耐擦洗性、耐久性、内部附着力、可塑性等性能，而且也可以降低产品的成本。助剂可以提升环保室内壁材的施工性能，增稠剂具有保水性，防止环保室内壁材干燥太快导致的龟裂现象；木质纤维具有导水保水的作用，还可以提升环保室内壁材的抗裂强度，防止涂层开裂；减水剂可以在加水搅拌过程中减少水的用量，改善流动性；可分散胶粉可以增加不同组分间的粘结力。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明的技术方案和技术效果进行详细的说明，但本发明的范围并不限制于以下具体实施例。
实施例1-9中所用的各种原料满足以下条件：凹凸棒石为棒状或针状纤维结构，纯度超过90%，粒度为325-500目；硅藻土为硅藻精土，纯度超过90%，粒度为325-500目；纳米TiO2粉体为锐钛型，粒度为10-50 nm；纳米ZnO粉体粒度为10-50 nm；重质碳酸钙的粒度为500-800目，白度不低于90%；灰钙粉的粒度为500-800目，白度不低于90%；煅烧高岭土的粒度为800-1250目，白度不低于90%；硅砂的粒度为80-200目，SiO2含量超过95%；增稠剂为羟丙基甲基纤维素；木质纤维的直径为5-25um，长度为3-6mm；可分散胶粉为乙烯/醋酸乙烯酯共聚物；减水剂为聚羧酸类减水剂；触变润滑剂为聚酰胺蜡。
实施例1-9中环保室内壁材的施工方法：（1）首先，按照确定的质量配比称取环保室内壁材中的各组分，将各组分依次加入高速分散机内进行充分的搅拌混匀，得到混匀的干粉；（2）按混匀的干粉与水的质量比为1:1的比例加水混合，使用手提式搅拌器搅拌20-30min，控制转速在1000-1500 r/min，得到的浆体即可进行室内墙面施工。
首先，制备供实施例1-3使用的复合功能材料，具体制备条件为：（1）按质量配比凹凸棒石 40%、硅藻土40%、纳米TiO2粉体10%、纳米ZnO粉体10%分别称取各原料备用；（2）将称取的纳米TiO2粉体和纳米ZnO粉体加入水中并搅拌分散，配制成质量浓度为4%的悬浮液；（3）将称取的凹凸棒石和硅藻土加入悬浮液中，搅拌混合1 h后进行过滤；（4）过滤产物经烘干后，在450℃下煅烧1 h，即得到供实施例1-3使用的复合功能材料。
实施例1：选取环保室内壁材中各组分的质量配比为：复合功能材料30%、重质碳酸钙25%、灰钙粉15%、煅烧高岭土15%、硅砂5%、增稠剂2%、木质纤维2%、可分散胶粉5%、触变润滑剂0.5%、减水剂0.5%。以总重量50kg为基准，依照确定的施工方法，先按质量配比称取各组分并加入高速分散机中搅拌制得混匀的干粉，然后将混匀的干粉按比例加水并快速搅拌成浆体，即可进行室内墙面施工。
实施例2：选取环保室内壁材中各组分的质量配比为：复合功能材料40%、重质碳酸钙20%、灰钙粉15%、煅烧高岭土10%、硅砂5%、增稠剂2%、木质纤维2%、可分散胶粉5%、触变润滑剂0.5%、减水剂0.5%。以总重量50kg为基准，依照确定的施工方法，先按质量配比称取各组分并加入高速分散机中搅拌制得混匀的干粉，然后将混匀的干粉按比例加水并快速搅拌成浆体，即可进行室内墙面施工。
实施例3：选取环保室内壁材中各组分的质量配比为：复合功能材料50%、重质碳酸钙15%、灰钙粉10%、煅烧高岭土10%、硅砂5%、增稠剂2%、木质纤维2%、可分散胶粉5%、触变润滑剂0.5%、减水剂0.5%。以总重量50kg为基准，依照确定的施工方法，先按质量配比称取各组分并加入高速分散机中搅拌制得混匀的干粉，然后将混匀的干粉按比例加水并快速搅拌成浆体，即可进行室内墙面施工。
然后，制备供实施例4-6使用的复合功能材料，具体制备条件为：（1）按质量配比凹凸棒石50%、硅藻土30%、纳米TiO2粉体10%、纳米ZnO粉体10%分别称取各原料备用；（2）将称取的纳米TiO2粉体和纳米ZnO粉体加入水中并搅拌分散，配制成质量浓度为3%的悬浮液；（3）将称取的凹凸棒石和硅藻土加入悬浮液中，搅拌混合1 h后进行过滤；（4）过滤产物经烘干后，在450℃下煅烧1 h，即得到供实施例4-6使用的复合功能材料。
实施例4：选取环保室内壁材中各组分的质量配比为：复合功能材料30%、重质碳酸钙25%、灰钙粉15%、煅烧高岭土15%、硅砂5%、增稠剂2%、木质纤维2%、可分散胶粉5%、触变润滑剂0.5%、减水剂0.5%。以总重量50kg为基准，依照确定的施工方法，先按质量配比称取各组分并加入高速分散机中搅拌制得混匀的干粉，然后将混匀的干粉按比例加水并快速搅拌成浆体，即可进行室内墙面施工。
实施例5：选取环保室内壁材中各组分的质量配比为：复合功能材料40%、重质碳酸钙20%、灰钙粉15%、煅烧高岭土10%、硅砂5%、增稠剂2%、木质纤维2%、可分散胶粉5%、触变润滑剂0.5%、减水剂0.5%。以总重量50kg为基准，依照确定的施工方法，先按质量配比称取各组分并加入高速分散机中搅拌制得混匀的干粉，然后将混匀的干粉按比例加水并快速搅拌成浆体，即可进行室内墙面施工。
实施例6：选取环保室内壁材中各组分的质量配比为：复合功能材料50%、重质碳酸钙15%、灰钙粉10%、煅烧高岭土10%、硅砂5%、增稠剂2%、木质纤维2%、可分散胶粉5%、触变润滑剂0.5%、减水剂0.5%。以总重量50kg为基准，依照确定的施工方法，先按质量配比称取各组分并加入高速分散机中搅拌制得混匀的干粉，然后将混匀的干粉按比例加水并快速搅拌成浆体，即可进行室内墙面施工。
最后，制备供实施例7-9使用的复合功能材料，具体制备条件为：（1）按质量配比凹凸棒石30%、硅藻土50%、纳米TiO2粉体10%、纳米ZnO粉体10%分别称取各原料备用；（2）将称取的纳米TiO2粉体和纳米ZnO粉体加入水中并搅拌分散，配制成质量浓度为5%的悬浮液；（3）将称取的凹凸棒石和硅藻土加入悬浮液中，搅拌混合1 h后进行过滤；（4）过滤产物经烘干后，在350℃下煅烧2 h，即得到供实施例7-9使用的复合功能材料。
实施例7：选取环保室内壁材中各组分的质量配比为：复合功能材料30%、重质碳酸钙25%、灰钙粉15%、煅烧高岭土15%、硅砂5%、增稠剂2%、木质纤维2%、可分散胶粉5%、触变润滑剂0.5%、减水剂0.5%。以总重量50kg为基准，依照确定的施工方法，先按质量配比称取各组分并加入高速分散机中搅拌制得混匀的干粉，然后将混匀的干粉按比例加水并快速搅拌成浆体，即可进行室内墙面施工。
实施例8：选取环保室内壁材中各组分的质量配比为：复合功能材料40%、重质碳酸钙20%、灰钙粉15%、煅烧高岭土10%、硅砂5%、增稠剂2%、木质纤维2%、可分散胶粉5%、触变润滑剂0.5%、减水剂0.5%。以总重量50kg为基准，依照确定的施工方法，先按质量配比称取各组分并加入高速分散机中搅拌制得混匀的干粉，然后将混匀的干粉按比例加水并快速搅拌成浆体，即可进行室内墙面施工。
实施例9：选取环保室内壁材中各组分的质量配比为：复合功能材料50%、重质碳酸钙15%、灰钙粉10%、煅烧高岭土10%、硅砂5%、增稠剂2%、木质纤维2%、可分散胶粉5%、触变润滑剂0.5%、减水剂0.5%。以总重量50kg为基准，依照确定的施工方法，先按质量配比称取各组分并加入高速分散机中搅拌制得混匀的干粉，然后将混匀的干粉按比例加水并快速搅拌成浆体，即可进行室内墙面施工。
对实施例1-9中制备的环保室内壁材分别进行以下检测：
（1）依据标准JC/T1074-2008《室内空气净化功能墙面涂覆材料净化性能》，进行甲醛净化效率检测和甲醛净化效果持久性检测；
（2）依据标准JC/T2002-2009《建筑材料吸放湿性能测试方法》，进行吸湿性、放湿性检测；
（3）依据标准GB18582-2008《室内装饰装修材料内墙涂料中有害物质限量》，进行挥发性有机化合物含量、游离甲醛含量、可溶性重金属含量的检测；
（4）依据标准GB/T21866-2008《抗菌涂料（漆膜）抗菌性测定法和抗菌效果》，进行抗菌性能测试。
检测结果显示实施例1-9中制备的环保室内壁材的各项指标均达到甚至优于国家标准要求，在甲醛净化效率和甲醛净化效果持久性上均达到了国家II类产品标准，而且施工性上刮涂无障碍，抗裂性上干燥后无裂纹，在耐水性上无气泡、无开裂、无掉粉，是一种优质环保的室内壁材产品。
上述实施例并非是对本发明的限制，本领域相关的普通技术人员，在不脱离本发明的基本发明构思和范围的情况内，还可以想的多种变型或替代，所有等同的技术方案也应该包含在本发明的保护范围内。本发明的专利保护范围以权利要求的限定为准。

Claims (5)

1.一种复合型多功能凹凸棒石/硅藻土基环保室内壁材，主要包括复合功能材料、填料和助剂，其特征在于：所述复合功能材料为ZnO/TiO2/凹凸棒石/硅藻土复合材料，采用如下方法制备：（1）按质量配比凹凸棒石 30-50%、硅藻土30-50%、纳米TiO2粉体10-15%、纳米ZnO粉体10-15%分别称取各原料备用；（2）将称取的纳米TiO2粉体和纳米ZnO粉体加入水中并充分搅拌分散，配制成质量浓度为3-5%的悬浮液；（3）将称取的凹凸棒石和硅藻土加入悬浮液中，快速搅拌混合1-2h后进行过滤；（4）过滤产物经烘干后，在350-450℃下煅烧1-2h，即得到所述复合功能材料；
所述填料包括重质碳酸钙、灰钙粉、煅烧高岭土和硅砂；
所述助剂包括增稠剂、木质纤维、可分散胶粉、触变润滑剂和减水剂。
2.根据权利要求1所述的一种复合型多功能凹凸棒石/硅藻土基环保室内壁材，其特征在于：环保室内壁材中各组分的质量配比为：复合功能材料30-50%、重质碳酸钙15-25%、灰钙粉10-20%、煅烧高岭土10-15%、硅砂5-10%、增稠剂1-2%、木质纤维1-2%、可分散胶粉3-5%、触变润滑剂0.5-1%、减水剂0.5-1%。
3.根据权利要求1或2 所述的一种复合型多功能凹凸棒石/硅藻土基环保室内壁材，其特征在于：所述凹凸棒石为棒状或针状纤维结构，纯度超过90%，粒度为325-500目；所述硅藻土为硅藻精土，纯度超过90%，粒度为325-500目；所述纳米TiO2粉体为锐钛型，粒度为10-50 nm；所述纳米ZnO粉体粒度为10-50 nm。
4.根据权利要求1或2 所述的一种复合型多功能凹凸棒石/硅藻土基环保室内壁材，其特征在于：所述重质碳酸钙的粒度为500-800目，白度不低于90%；所述灰钙粉的粒度为500-800目，白度不低于90%；所述煅烧高岭土的粒度为800-1250目，白度不低于90%；所述硅砂的粒度为80-200目，SiO2含量超过95%。
5.根据权利要求1或2 所述的一种复合型多功能凹凸棒石/硅藻土基环保室内壁材，其特征在于：所述增稠剂为羟丙基甲基纤维素、羟乙基纤维素、羧甲基纤维素中的任意一种；所述木质纤维的直径为5-25um，长度为3-6mm；所述可分散胶粉为乙烯/醋酸乙烯酯共聚物和/或丙烯酸共聚物；所述减水剂为聚羧酸类减水剂；所述触变润滑剂为聚酰胺蜡。
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