CN109400083A - 一种可释放负离子轻质节能环保板材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可释放负离子轻质节能环保板材及其制备方法，该方法为，由经湿磨法制备得到电气石粉体与配好的硝酸铈溶液进行反应，得到CeO2掺杂电气石粉，接着选取废旧聚苯乙烯泡沫、工业生产废煤渣或粉煤灰、建筑拆迁废旧建筑残渣、工业生产废脱硫石膏、低碱硫铝酸盐水泥，添加剂和水以及CeO2掺杂电气石粉按照一定重量份配比加工制作而成。本发明制得的复合成型板材与传统墙体材料相比，不仅具有保温节能、防火隔音、制作工艺简单等特点，而且经过稀土氧化物掺杂之后的电气石粉体负离子释放量大大提高，并且能得到持续释放的效果，起到了人体保健作用，是一种理想的可持续发展的绿色墙体材料。

Description

一种可释放负离子轻质节能环保板材及其制备方法
技术领域
本发明属建筑墙体材料技术领域，涉及一种可释放负离子轻质节能环保板材及其制备方法。
背景技术
电气石能电离水分子及影响水的结构，具有释放负氧离子，净化空气的特性。空气污染是人类面临的常见且亟待解决的环境污染问题之一。空气中的污染物质的来源主要包括粉尘颗粒、排放的废气以及悬浮微生物等，它们大多数带有正离子，过多的正离子会使人体容易感染呼吸道疾病或诱发各种亚健康状态。电气石释放的负氧离子不仅能与空气中的正离子中和，而且还能有效与附在墙壁以及天花板上的臭气源分子发生作用，使得臭气不再产生，进而起到净化环境的作用。与使用电离方式产生负氧离子的方式不同，电气石在产生负氧离子过程中不会产生臭氧、活性氧等其他对于人身体有害的物质，所以受到人们的广泛青睐。由此可知，电气石可以被称之为名副其实的环保功能材料。
中国发明专利CN106894601A公开了一种负离子板材以及该板材的加工方法，通过在反应釜内装有浸泡液，在浸泡液中加入稀土矿物粉、电气石粉和木刨花或木屑，并加热反应釜使浸泡液保持沸腾一定时间，接着从反应釜中取出木料并烘干，通过粘合剂压合形成板材。该方法制备得到板材工艺方法简单易操作，可以长期不断向外界释放负离子，但是由木刨花或木屑与粘合剂压合而成的板材力学性能较差，存在一定的安全隐患，同时负离子释放量不高，满足不了人体对负离子的健康需求。
本发明旨在发明一种在满足低成本、保温节能、高强抗震、防火隔音等优点的同时，能释放负离子量较大，且能达到持续释放效果的可持续发展绿色墙体材料。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，制备出可释放负离子轻质节能环保板材及其制备方法，具体的发明描述如下：
利用稀土矿物质掺杂电气石，对电气石进行改性，并有效降低电气石的尺寸，提高电气石的负离子释放性能。利用行星式球磨仪，无水乙醇作为磨矿溶剂，玛瑙球作为球磨介质，填充率为60％-80％，经过干燥过筛后制备得到电气石粉体；
利用磁力搅拌器将10-15份电气石粉体与适量水搅拌1h后，加入2-5份0.5mol/LCe(NO3)3·6H2O溶液作为铈源，继续搅拌30min，继续加入1-5份尿素和0.1-0.5份聚乙烯吡咯烷酮，在30°下搅拌3-5h后停止搅拌，待完全沉淀后，过滤、离心、清洗、干燥沉淀，烧结后得到CeO2掺杂电气石粉体。
利用电气石的小尺寸效应，将铈源加入到电气石的分散液中，铈源将吸附在电气石上，通过煅烧，将硝酸铈转换为CeO2。在分散过程中，加入尿素和聚乙烯吡咯烷酮，改善分散液的pH环境，并提高溶液的分散稳定性，避免电气石的团聚和沉降。
其中电气石粉体为镁电气石、锂电气石、铬电气石和铁电气石中的一种或几种，经球磨后的电气石粉体粒径为50～500μm。
本发明通过球磨工艺控制电气石的粒径，并通过表面活性剂和溶剂的调节，提高电气石的分散稳定性，避免其发生团聚现象。稀土元素与电气石复合后，能够改善电气石性能，使得电气石晶胞内的Fe2+氧化成Fe3+，晶胞体积收缩，Fe3+离子半径小于Fe2+，电偶极矩变大，受温度或者压力扰动时，电气石颗粒两端能聚集更多的电荷，使得所带静电压增大，对于空气中的H2O电离程度增大，因此释放负离子量会有所增加。
为了节约板材成本，并提高废弃物的利用率，本发明将废旧材料进行粉碎，共混，作为板材的基材。
如本发明可以选取废旧聚苯乙烯泡沫、工业生产废煤渣或粉煤灰与建筑拆迁废旧建筑残渣，粉碎后按一定配比混合均匀，获得板材基材料；
具体的选取工业生产废脱硫石膏，废旧聚苯乙烯泡沫、工业生产废煤渣或粉煤灰、建筑拆迁废旧建筑残渣与工业生产废脱硫石膏之间的重量份配比为：10～30、5～20、5～20、5～20。
选取废旧聚苯乙烯泡沫、工业生产废煤渣或粉煤灰、建筑拆迁废旧建筑残渣等废旧回收物作为板材基础材料，不仅具有低成本、利废环保的原料优势，而且制取的板材具有保温节能、高强抗震、防火、隔音、防潮耐久、能钉挂吊、重量轻、施工方便等最终产品优势。
本发明通过胶体材料使得各物质进行粘合，并能胶体材料能对粉体材料进行结构增强的同时，还能提高材料的
选取聚乙烯醇、聚丙烯酸、甲基纤维素、木质素、硼酸、磺酸钙与氯化钙，分别按重量份50～80、10～30、2～7、1～5、5～10、2～7与1～4的配比混合均匀，在10℃～80℃下经Co-γ射线辐照1-10h，获得板材胶凝材料；
该板材胶凝材料能使板材内各种共混原料均匀分布，形成材料受力分解最佳状态结构，并最终使制取的板材在抗冲击力，吊挂力等方面达到最佳性能。
将CeO2掺杂电气石粉体、板材基础材料、低碱硫铝酸盐水泥、水与上述板材胶凝材料，分别按重量份15～30、20～90、20～70、10～50与1～10的配比混合均匀，加入到预制模具中，搅拌加压，保持3～48h，脱模即获得成型板材。
CeO2掺杂电气石粉体的加入方式为喷洒加入。
对成型板材进行浇水养护，每隔5～50h浇水一次，养护期间为10～100h。
本发明提供了一种制备板材的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)制备CeO2掺杂电气石，将球磨后的电气石与硝酸铈共混，之后烧结获得CeO2掺杂电气石。
具体的利用行星式球墨仪，无水乙醇作为磨矿溶剂，玛瑙球作为球磨介质，填充率为60％-80％，对电气石进行球磨细化，经过干燥过筛后制备得到电气石粉体；利用磁力搅拌器将10-15份电气石粉体与适量水搅拌1h后，加入2-5份0.5mol/L Ce(NO3)3·6H2O溶液作为铈源，继续搅拌30min，继续加入1-5份尿素和0.1-0.5份聚乙烯吡咯烷酮，在30°下搅拌3-5h后停止搅拌，待完全沉淀后，过滤、离心、清洗、干燥沉淀，烧结后得到CeO2掺杂电气石粉体。
(2)板材基材准备，使用工业废旧材料粉碎，作为制备板材的基材原料。
具体的选取废旧聚苯乙烯泡沫、工业生产废煤渣或粉煤灰、建筑拆迁废旧建筑残渣和工业生产废脱硫石膏，粉碎后按重量份配比为：10～30、5～20、5～20、5～20，混合均匀，获得板材基础材料；
(3)板材胶体材料制备，使用高分子物质作为胶体材料。
选取聚乙烯醇、聚丙烯酸、甲基纤维素、木质素、硼酸、磺酸钙与氯化钙，分别按重量份50～80、10～30、2～7、1～5、5～10、2～7与1～4的配比混合均匀，在10℃～80℃下经Co-γ射线辐照1-10h，获得板材胶凝材料；
(4)原料共混制备板材，将板材基材、胶体材料、CeO2掺杂电气石和水泥共混，制模，固化，成型，得到板材。
具体的，分别将板材基础材料与低碱硫铝酸盐水泥和板材凝胶材料加水混合溶解后在进行混合搅拌，同时将CeO2掺杂电气石粉体采取间歇性喷洒加入，当混合浆料与CeO2掺杂电气石粉体搅拌均匀时后，加入到预制模具中，搅拌加压，保持3～48h，脱模即获得成型板材。
更具体的操作为，将板材基础材料与低碱硫铝酸盐水泥加入水配制成混合浆料；将板材胶凝材料加水溶解后，再投加到上述获得的混合浆料中进行混合并搅拌均匀，同时将CeO2掺杂电气石粉体采取间歇性喷洒加入，搅拌均匀后，加入到预制模具中，搅拌加压，保持3～48h，脱模即获得成型板材。
在脱模后对成型板材进行浇水养护，每隔5～50h浇水一次，养护期间为10～100h。
采用间歇性喷洒方式加入CeO2掺杂电气石可以显著的减少贵重原料的用量，并且提高分散效果，达到更好的负离子释放效果。
所述电气石粉体为镁电气石、锂电气石、铬电气石和铁电气石中的一种或几种，经球磨后的电气石粉体粒径为50～500μm。
所述的CeO2掺杂电气石粉体、板材基础材料、低碱硫铝酸盐水泥、水与板材胶凝材料按重量份的配比为1-10、20～90、20～70、10～50与1～10。
采用以上技术方案所制备得到的一种可释放负离子轻质节能环保板材，采用废旧聚苯乙烯泡沫、工业生产废煤渣或粉煤灰、建筑拆迁废旧建筑残渣和工业生产废脱硫石膏为原料，对这些旧料进行回收再利用，完全符合国家节能、环保、利废的绿色发展要求，同时制备得到的板材制作工艺简单、施工方便、单点吊挂率高，力学性能优异。电气石通过产生的较强静电场可电离水分子，释放负氧离子，其中负氧离子释放量主要与FeO含量有关，FeO含量较小的电气石的样品负氧离子释放量相对较大，通过CeO2与电气石粉体符合，使得电气石晶胞内的Fe2+氧化成Fe3+，减小了含量，提高了FeO负氧离子释放量，同时，CeO2中Ce存在两种可变价态，Ce3+在光照条件下可转变为Ce4+，转化过程中存在电子-空穴复合，而电气石两端的静电场的存在会使得参与复合的电子在电场的作用下发生迁移，从而降低了电子-空穴的复合机率，使得CeO2掺杂电气石粉体复合材料表面积聚了大量的能量，从而导致负氧离子释放量增加。
具体实施方式
以下结合具体实施方式，对本发明的技术方案作进一步的描述。
实施例1
一种可释放负离子轻质节能环保板材的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)利用行星式球墨仪，无水乙醇作为磨矿溶剂，玛瑙球作为球磨介质，填充率为60％，经过干燥过筛后制备得到镁电气石粉体，利用磁力搅拌器将10份镁电气石粉体与适量水搅拌1h后，加入2份0.5mol/L Ce(NO3)3·6H2O溶液作为铈源，继续搅拌30min，继续加入1份尿素和0.1份聚乙烯吡咯烷酮，在30°下搅拌3后停止搅拌，待完全沉淀后，过滤、离心、清洗、干燥沉淀，烧结后得到CeO2掺杂镁电气石粉体。
(2)选取10份废旧聚苯乙烯泡沫、5份工业生产废煤渣或粉煤灰、5份建筑拆迁废旧建筑残渣和5份工业生产废脱硫石膏，粉碎后混合均匀，获得板材基础材料；
(3)选取50份聚乙烯醇、10份聚丙烯酸、2份甲基纤维素、1份木质素、5份硼酸、2份磺酸钙与1份氯化钙，混合均匀，在25℃下经Co-γ射线辐照2h，获得板材胶凝材料；
(4)分别将20份板材基础材料与20份低碱硫铝酸盐水泥和2份板材凝胶材料加20份水混合溶解后在进行混合搅拌，同时15份CeO2掺杂镁电气石粉体采取间歇性喷洒加入，当混合浆料与CeO2掺杂镁电气石粉体搅拌均匀时后，加入到预制模具中，搅拌加压，保持5h，脱模后，进行浇水养护，每隔10h浇水一次，养护期间为20h，即获得成型板材。本实施例所得成型板材单位质量偏低，强度偏低，利于加工。
实施例2
一种可释放负离子轻质节能环保板材的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)利用行星式球墨仪，无水乙醇作为磨矿溶剂，玛瑙球作为球磨介质，填充率为70％，经过干燥过筛后制备得到锂电气石粉体，利用磁力搅拌器将11份锂电气石粉体与适量水搅拌1h后，加入3份0.5mol/L Ce(NO3)3·6H2O溶液作为铈源，继续搅拌30min，继续加入1.5份尿素和0.2份聚乙烯吡咯烷酮，在30°下搅拌3h后停止搅拌，待完全沉淀后，过滤、离心、清洗、干燥沉淀，烧结后得到CeO2掺杂锂电气石粉体。
(2)选取15份废旧聚苯乙烯泡沫、10份工业生产废煤渣或粉煤灰、10份建筑拆迁废旧建筑残渣和8份工业生产废脱硫石膏，粉碎后混合均匀，获得板材基础材料；
(3)选取66份聚乙烯醇、13份聚丙烯酸、4份甲基纤维素、1份木质素、6份硼酸、5份磺酸钙与1份氯化钙，混合均匀，在30℃下经Co-γ射线辐照4.5h，获得板材胶凝材料；
(4)分别将25份板材基础材料与28份低碱硫铝酸盐水泥和4份板材凝胶材料加33份水混合溶解后在进行混合搅拌，同时22份CeO2掺杂锂电气石粉体采取间歇性喷洒加入，当混合浆料与CeO2掺杂锂电气石粉体搅拌均匀时后，加入到预制模具中，搅拌加压，保持6h，脱模后，进行浇水养护，每隔12h浇水一次，养护期间为20h，即获得成型板材。本实施例所得成型板材单位质量中等，强度中等，利于加工，抗冲击性能中等。
实施例3
一种可释放负离子轻质节能环保板材的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)利用行星式球墨仪，无水乙醇作为磨矿溶剂，玛瑙球作为球磨介质，填充率为80％，经过干燥过筛后制备得到锂电气石粉体，利用磁力搅拌器将15份锂电气石粉体与适量水搅拌1h后，加入5份0.5mol/L Ce(NO3)3·6H2O溶液作为铈源，继续搅拌30min，继续加入3份尿素和0.3份聚乙烯吡咯烷酮，在30°下搅拌5h后停止搅拌，待完全沉淀后，过滤、离心、清洗、干燥沉淀，烧结后得到CeO2掺杂锂电气石粉体。
(2)选取25份废旧聚苯乙烯泡沫、20份工业生产废煤渣或粉煤灰、15份建筑拆迁废旧建筑残渣和13份工业生产废脱硫石膏，粉碎后混合均匀，获得板材基础材料；
(3)选取70份聚乙烯醇、15份聚丙烯酸、4份甲基纤维素、2份木质素、5份硼酸、4份磺酸钙与4份氯化钙，混合均匀，在50℃下经Co-γ射线辐照5.8h，获得板材胶凝材料；
(4)分别将25份板材基础材料与30份低碱硫铝酸盐水泥和6份板材凝胶材料加40份水混合溶解后在进行混合搅拌，同时28份CeO2掺杂锂电气石粉体采取间歇性喷洒加入，当混合浆料与CeO2掺杂锂电气石粉体搅拌均匀时后，加入到预制模具中，搅拌加压，保持6h，脱模后，进行浇水养护，每隔12h浇水一次，养护期间为20h，即获得成型板材。本实施例所得成型板材单位质量较高，强度较好，利于加工，抗冲击性能较好。
实施例4
一种可释放负离子轻质节能环保板材的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)利用行星式球墨仪，无水乙醇作为磨矿溶剂，玛瑙球作为球磨介质，填充率为80％，经过干燥过筛后制备得到铬电气石粉体，利用磁力搅拌器将15份铬电气石粉体与适量水搅拌1h后，加入5份0.5mol/L Ce(NO3)3·6H2O溶液作为铈源，继续搅拌30min，继续加入3份尿素和0.3份聚乙烯吡咯烷酮，在30°下搅拌5h后停止搅拌，待完全沉淀后，过滤、离心、清洗、干燥沉淀，烧结后得到CeO2掺杂铬电气石粉体。
(2)选取25份废旧聚苯乙烯泡沫、20份工业生产废煤渣或粉煤灰、15份建筑拆迁废旧建筑残渣和13份工业生产废脱硫石膏，粉碎后混合均匀，获得板材基础材料；
(3)选取70份聚乙烯醇、15份聚丙烯酸、4份甲基纤维素、2份木质素、5份硼酸、4份磺酸钙与4份氯化钙，混合均匀，在50℃下经Co-γ射线辐照5.8h，获得板材胶凝材料；
(4)分别将30份板材基础材料与25份低碱硫铝酸盐水泥和4份板材凝胶材料加40份水混合溶解后在进行混合搅拌，同时24份CeO2掺杂铬电气石粉体采取间歇性喷洒加入，当混合浆料与CeO2掺杂铬电气石粉体搅拌均匀时后，加入到预制模具中，搅拌加压，保持6h，脱模后，进行浇水养护，每隔12h浇水一次，养护期间为20h，即获得成型板材。本实施例所得成型板材单位质量偏高，强度中等，抗冲击性能中等。
对比例1
一种可释放负离子轻质节能环保板材的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)利用行星式球墨仪，无水乙醇作为磨矿溶剂，玛瑙球作为球磨介质，填充率为80％，经过干燥过筛后制备得到锂电气石粉体。
(2)选取25份废旧聚苯乙烯泡沫、20份工业生产废煤渣或粉煤灰、15份建筑拆迁废旧建筑残渣和13份工业生产废脱硫石膏，粉碎后混合均匀，获得板材基础材料；
(3)选取70份聚乙烯醇、15份聚丙烯酸、4份甲基纤维素、2份木质素、5份硼酸、4份磺酸钙与4份氯化钙，混合均匀，在50℃下经Co-γ射线辐照5.8h，获得板材胶凝材料；
(4)分别将25份板材基础材料与30份低碱硫铝酸盐水泥和6份板材凝胶材料加40份水混合溶解后在进行混合搅拌，同时28份锂电气石粉体采取间歇性喷洒加入，当混合浆料与锂电气石粉体搅拌均匀时后，加入到预制模具中，搅拌加压，保持6h，脱模后，进行浇水养护，每隔12h浇水一次，养护期间为20h，即获得成型板材。本实施例所得成型板材单位质量较高，强度较好，利于加工，抗冲击性能较好。
对比例2
一种可释放负离子轻质节能环保板材的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)选取25份废旧聚苯乙烯泡沫、20份工业生产废煤渣或粉煤灰、15份建筑拆迁废旧建筑残渣和13份工业生产废脱硫石膏，粉碎后混合均匀，获得板材基础材料；
(2)选取70份聚乙烯醇、15份聚丙烯酸、4份甲基纤维素、2份木质素、5份硼酸、4份磺酸钙与4份氯化钙，混合均匀，在50℃下经Co-γ射线辐照5.8h，获得板材胶凝材料；
(3)分别将25份板材基础材料与30份低碱硫铝酸盐水泥和6份板材凝胶材料加40份水混合溶解后在进行混合搅拌均匀时后，加入到预制模具中，搅拌加压，保持6h，脱模后，进行浇水养护，每隔12h浇水一次，养护期间为20h，即获得成型板材。本实施例所得成型板材单位质量较高，强度较好，利于加工，抗冲击性能较好。
采用日本COM***公司生产的负离子测试器(型号：COM-3010PRO)测试，如表1所示：
表1
由表1可知，实施例1-4制备得到的可释放负离子轻质节能环保板材释放负离子数目较高，说明经过CeO2掺杂电气石粉体加入后，使得板材具有良好的释放负离子功能，满足人体的健康需求，起到一定的保健作用。对比例1-2制备得到的复合板材释放负离子量较少，由对比例1可知，当没有经过CeO2掺杂的电气石粉释放负离子量比掺杂后的明显减少，由对比例2可知，不加入电气石制备得到的板材释放负离子量最少。
基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (8)

1.一种可释放负离子轻质节能环保板材的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：(1)制备CeO2掺杂电气石，将球磨后的电气石与硝酸铈共混，之后烧结获得CeO2掺杂电气石。
(2)板材基材准备，使用工业废旧材料粉碎，作为制备板材的基材原料。
(3)板材胶体材料制备，使用高分子物质作为胶体材料。
(4)原料共混制备板材，将板材基材、胶体材料、CeO2掺杂电气石和水泥共混，制模，固化，成型，得到板材。
2.如权利要求1所述的一种可释放负离子轻质节能环保板材的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)具体的为，利用行星式球墨仪，无水乙醇作为磨矿溶剂，玛瑙球作为球磨介质，填充率为60％-80％，经过干燥过筛后制备得到电气石粉体，利用磁力搅拌器将10-15份电气石粉体与适量水搅拌1h后，加入2-5份0.5mol/L Ce(NO3)3·6H2O溶液作为铈源，继续搅拌30min，继续加入1-5份尿素和0.1-0.5份聚乙烯吡咯烷酮，在30°下搅拌3-5h后停止搅拌，待完全沉淀后，过滤、离心、清洗、干燥沉淀，烧结后得到CeO2掺杂电气石粉体；
所述步骤(3)为选取聚乙烯醇、聚丙烯酸、甲基纤维素、木质素、硼酸、磺酸钙与氯化钙，分别按重量份50～80、10～30、2～7、1～5、5～10、2～7与1～4的配比混合均匀，在10℃～80℃下经Co-γ射线辐照1-10h，获得板材胶凝材料；
所述步骤(4)为将CeO2掺杂电气石粉体、板材基础材料、低碱硫铝酸盐水泥、水与上述板材胶凝材料，分别按重量份15～30、20～90、20～70、10～50与1～10的配比混合均匀，加入到预制模具中，搅拌加压，保持3～48h，脱模即获得成型板材。
3.一种如权利要求1所述的可释放负离子轻质节能环保板材的制备方法，其特征在于，步骤(1)中电气石粉体为镁电气石、锂电气石、铬电气石和铁电气石中的一种或几种，经球磨后的电气石粉体粒径为50～500μm。
4.一种如权利要求2所述的可释放负离子轻质节能环保板材的制备方法，其特征在于，步骤(2)中选取工业生产废脱硫石膏，废旧聚苯乙烯泡沫、工业生产废煤渣或粉煤灰、建筑拆迁废旧建筑残渣与工业生产废脱硫石膏之间的重量份配比为：10～30、5～20、5～20、5～20。
5.一种如权利要求2所述的可释放负离子轻质节能环保板材的制备方法，其特征在于，步骤(4)中还包括步骤：
4a.将板材基础材料与低碱硫铝酸盐水泥加入水配制成混合浆料；
4b.将板材胶凝材料加水溶解后，再投加到步骤4a获得的混合浆料中进行混合并搅拌均匀。
6.一种如权利要求2所述的可释放负离子轻质节能环保板材的制备方法，其特征在于，步骤(4)中CeO2掺杂电气石粉体的加入方式为喷洒加入。
7.一种如权利要求5所述的可释放负离子轻质节能环保板材的制备方法，其特征在于，步骤(4)中还包括步骤：对成型板材进行浇水养护，每隔5～50h浇水一次，养护期间为10～100h。
8.一种如权利要求1-6任一项所述的制备方法得到的可释放负离子轻质节能环保板材。
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