CN110639550B - 一种抗菌除甲醛催化材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于催化材料及涂料技术领域，公开了一种抗菌除甲醛催化材料及其制备方法和应用。将高锰酸盐、铁盐、草酸盐和硝酸银加入到水中，搅拌混合均匀后于70～120℃温度下水热反应，反应结束后自然冷却至室温，固体产物经分离、洗涤、干燥，得到粉末状抗菌除甲醛催化材料。将抗菌除甲醛催化材料与钛白粉、苯丙乳液和水搅拌混合，再加入助剂搅拌混合均匀，得到抗菌除甲醛涂料。本发明所得催化材料可以在室温无光的条件下，对甲醛进行高效的催化氧化，将甲醛降解为无害的二氧化碳和水。所得抗菌除甲醛涂料能够很好的涂抹在人造板材、塑料墙纸、墙壁上，并且安全无毒、无任何异味。能够更加迅速、安全、长期的降解甲醛。
Description
技术领域
本发明属于催化材料及涂料技术领域，具体涉及一种抗菌除甲醛催化材料及其制备方法和应用。
背景技术
甲醛是一种具有强烈刺激性气味的无色气体，能与水、乙醇、丙酮等有机溶剂按照任意比例混溶。甲醛的主要危害表现为对皮肤黏膜的刺激作用，甲醛浓度过高会引起急性中毒，表现为眼红、眼痒、咽喉疼痛、呼吸困难、肺水肿、过敏性皮炎、肝转氨酶升高等。长期接触甲醛可引发呼吸功能障碍和肝中毒病变等。室内环境中的甲醛主要来源于家具、墙壁涂料、墙纸、地板等，而且室内甲醛的释放可持续3-5年甚至更长时间。并且一般的建筑装饰材料不具有杀死细菌、防霉的功能。但是在很多建筑装饰材料在使用中易在墙体表面易滋生虫卵和霉菌，特别是在潮湿地区，同时建筑的内墙涂料表面的暴露面积大，是真菌、细菌、虫卵滋生的主要的位置。这些真菌、细菌、虫卵的大量繁殖会严重的破坏涂料表面的美观以及影响人类的健康。并且，人们对室内装修、装饰材料，特别是涂料的安全性，功能的要求越来越高，对所以生产出能够有效降解甲醛并具有抗菌功能的建材产品就显得格外的重要。
目前，利用涂料去除甲醛主要有物理吸附法、光催化氧化法、化学固定法，但大多数方法只能短期控制，无法达到长期有效的去除。物理吸附法常用多孔材料作为吸附剂，但当吸附甲醛含量过大时，容易脱附，造成二次污染。如CN101560339A通过物理吸附对甲醛有一定的清除效果，但只是短时有效，易脱附。CN103509414A采用光触媒法除甲醛，其原理是活性炭将甲醛气体吸附在微孔中，纳米TiO2在光照下，与空气中的氧气和水生成负离子和羟基自由基，可以将甲醛降解为无害的二氧化碳和水。这种方法具有高效、无二次污染的优点，但是只能在光照条件下进行，大大限制了其推广使用。
目前，依靠添加抗菌剂来实现涂料的抗菌功能，抗菌剂分为天然抗菌剂、有机抗菌剂、无机抗菌剂。银抗菌防腐材料具有抗菌性能好，抗菌范围广的优点。其抗菌的机理是银离子与微生物细胞膜结合，穿过细胞膜，进入微生物内部，破坏细胞合成酶的活性，从而破坏微生物的正常代谢，使其死亡。并且，无机抗菌防腐涂料一般将抗菌剂分散在涂料体系中，从而具有制备方法简单、操作简单、生产成本低等优点。CN107641456A采用天然有机成分壳聚糖作为抗菌剂，但是壳聚糖具有一定的抗菌效果，但不明显。CN108707383A采用甲基异噻唑啉酮作为抗菌剂，但甲基异噻唑啉酮具有细胞毒性和神经毒性，对人体具有危害。
发明内容
针对现有的除甲醛涂料需要光的照射才能催化分解甲醛、除甲醛涂料的效果不理想以及安全性等问题，本发明的首要目的在于提供一种抗菌除甲醛催化材料的制备方法。本发明使用原材料丰富、成本低、易获取的过渡金属(Mn、Fe)类催化剂，所得催化材料可以在室温无光的条件下，对甲醛进行高效的催化氧化，将甲醛降解为无害的二氧化碳和水。
本发明的另一目的在于提供一种通过上述方法制备得到的抗菌除甲醛催化材料。
本发明的再一目的在于提供商上述抗菌除甲醛催化材料在制备抗菌除甲醛涂料中的应用。本发明将银抗菌材料与能够高效降解甲醛的催化剂相结合，增加了涂料的功能，可以有效地除去在室内装修过程中家具、墙纸、板材等释放的甲醛以及有效的抑制真菌、细菌在涂料表面的繁殖，使室内的空气更快达到国家《居室空气中甲醛的卫生标准》规定的居室空气中标准(甲醛的最高容许浓度为0.08mg/m3以下)。
本发明目的通过以下技术方案实现：
一种抗菌除甲醛催化材料的制备方法，包括如下制备步骤：
将高锰酸盐、铁盐、草酸盐和硝酸银加入到水中，搅拌混合均匀后于70～120℃温度下水热反应，反应结束后自然冷却至室温，固体产物经分离、洗涤、干燥，得到粉末状抗菌除甲醛催化材料。
进一步地，所述高锰酸盐是指高锰酸钾、高锰酸钠中的一种或两种。
进一步地，所述铁盐是指高铁酸钾、氯化铁、硫酸铁中的至少一种。
进一步地，所述草酸盐是指草酸钠、草酸钾、草酸铵中的至少一种。
进一步地，所述水热反应的时间为7～14h。
进一步地，所述高锰酸盐、铁盐、草酸盐和硝酸银加入的质量比为(1.6～5.6):(1.6～5.6):(1.6～5.6):(1.6～5.6)。
一种抗菌除甲醛催化材料，通过上述方法制备得到。
上述抗菌除甲醛催化材料在制备抗菌除甲醛涂料中的应用。
进一步地，所述应用步骤为：将抗菌除甲醛催化材料与钛白粉、苯丙乳液和水搅拌混合，再加入助剂搅拌混合均匀，得到抗菌除甲醛涂料。
进一步地，所述抗菌除甲醛催化材料、钛白粉、苯丙乳液、水和助剂加入的重量配比为(1.2～3.0):(0.4～1.0):(2.0～5.0):(0.28～0.7):(0.12～0.3)。
进一步地，所述助剂包括防腐剂、流平剂、分散剂、消泡剂、增稠剂中的至少一种。
本发明的制备方法及所得到的产物具有如下优点及有益效果：
(1)本发明通过纳米合成和掺杂技术，采用锰和银合成具有疏松多孔的空间结构和极大比表面积的锰基催化剂，能使甲醛迅速聚集在其表面，对甲醛进行催化氧化，以快速的催化降解。而且在催化降解中，提高电子转移效率，降低催化发生需要的条件，实现在室温下降解甲醛。且催化材料的制备原材料丰富、成本低、易获取。
(2)本发明的催化材料在室温下具有较高催化活性，通过调节涂料的各种成分的比例，制备具有抗菌和除甲醛功能的涂料，并应用于墙面涂料、木塑板和模板涂料。对于密闭、透明的有机玻璃手套箱内，甲醛初始浓度为1.04mg/m3，用涂有本发明的涂料的塑料木板处理30分钟后，甲醛去除率可达到80％以上。
(3)本发明制备的抗菌除甲醛涂料能够利用空气中的氧气，催化降解甲醛，使甲醛降解为对环境无害的二氧化碳和水，从根本上解决了二次污染，进而实现长效和彻底去除甲醛的目的。
(4)本发明制备的抗菌除甲醛涂料能够很好的涂抹在人造板材、塑料墙纸、墙壁上，并且安全无毒、无任何异味。能够更加迅速、安全、长期的降解甲醛。
(5)本发明制备的抗菌除甲醛涂料应用范围广，前景好，可大量生产。
(6)本发明制备的抗菌除甲醛涂料具有优良的抗菌功能，可以有效的抑制真菌、细菌在涂料表面的繁殖。
附图说明
图1～7分别是实施例1～7中所得抗菌除醛涂料对甲醛的催化降解图。
图8是实施例中所得抗菌除甲醛催化材料的元素分析图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
(1)称取3.0kg高锰酸钾、3.0kg氯化铁、4.0kg草酸铵、3.0kg硝酸银于反应釜中，并加入100L蒸馏水于反应釜中，搅拌混合至混合均匀。100℃水加热搅拌反应9h，反应结束后自然冷却至室温。用纯水浸泡并搅拌反应后的改性材料30min，等材料缓慢沉降后，将上层的水倒掉。将清洗好的材料放入烘箱中70℃烘干，得到抗菌除甲醛催化材料。
(2)取0.4kg钛白粉加入研磨机内，研磨20min后，过筛，得粉料。再取制得的1.2kg抗菌除甲醛催化材料、2.0kg苯丙乳液和0.28kg水到搅拌机A搅拌20min，混合均匀后，搅拌20min，得混合液。取0.04kg防腐剂、0.04kg流平剂、0.02kg分散剂、0.01kg消泡剂、0.01kg增稠剂于搅拌机B中搅拌20min。再将上述制备的混合液加入搅拌机B中，搅拌40min，得到抗菌除甲醛涂料。
将制得的抗菌除甲醛涂料均匀的涂抹在13.5*31cm塑料墙纸上，待其干后检测。在气温25℃下，将制得的除醛墙纸应用到处理室内低浓度的甲醛气体。装置为36L的有机玻璃手套箱内，内部注入甲醛气体并使其达到目标浓度，将墙纸放入，进行催化降解实验。每隔5分钟取样一次，测定甲醛气体浓度。所得抗菌除甲醛涂料对甲醛的催化降解图如图1所示。
实施例2
(1)称取3.0kg高锰酸钾、3.0kg氯化铁、4.0kg草酸铵、3.0kg硝酸银于反应釜中，并加入100L蒸馏水于反应釜中，搅拌混合至混合均匀。100℃水加热搅拌反应9h，反应结束后自然冷却至室温。用纯水浸泡并搅拌反应后的改性材料30min，等材料缓慢沉降后，将上层的水倒掉。将清洗好的材料放入烘箱中70℃烘干，得到抗菌除甲醛催化材料。
(2)取1.0kg钛白粉加入研磨机内，研磨20min后，过筛，得粉料。再取制得的3.0kg抗菌除甲醛催化材料、5.0kg苯丙乳液和0.7kg水到搅拌机A搅拌20min，混合均匀后，搅拌20min，得混合液。取0.10kg防腐剂、0.08kg流平剂、0.06kg分散剂、0.03kg消泡剂、0.03kg增稠剂于搅拌机B中搅拌20min。再将上述制备的混合液加入搅拌机B中，搅拌40min，得到抗菌除甲醛涂料。
将制得的抗菌除甲醛涂料均匀的涂抹在13.5*31cm塑料墙纸上，待其干后检测。在气温25℃下，将制得的除醛墙纸应用到处理室内低浓度的甲醛气体。装置为36L的有机玻璃手套箱内，内部注入甲醛气体并使其达到目标浓度，将墙纸放入，进行催化降解实验。每隔5分钟取样一次，测定甲醛气体浓度。所得抗菌除甲醛涂料对甲醛的催化降解图如图2所示。
实施例3
(1)称取3.0kg高锰酸钾、3.0kg氯化铁、4.0kg草酸铵、3.0kg硝酸银于反应釜中，并加入100L蒸馏水于反应釜中，搅拌混合至混合均匀。100℃水加热搅拌反应9h，反应结束后自然冷却至室温。用纯水浸泡并搅拌反应后的改性材料30min，等材料缓慢沉降后，将上层的水倒掉。将清洗好的材料放入烘箱中70℃烘干，得到抗菌除甲醛催化材料。
(2)取0.4kg钛白粉加入研磨机内，研磨20min后，过筛，得粉料。再取制得的3.0kg抗菌除甲醛催化材料、2.0kg苯丙乳液和0.7kg水到搅拌机A搅拌20min，混合均匀后，搅拌20min，得混合液。取取0.04kg防腐剂、0.04kg流平剂、0.02kg分散剂、0.01kg消泡剂、0.01kg增稠剂于搅拌机B中搅拌20min。再将上述制备的混合液加入搅拌机B中，搅拌40min，得到抗菌除甲醛涂料。
将制得的抗菌除甲醛涂料均匀的涂抹在13.5*31cm塑料墙纸上，待其干后检测。在气温25℃下，将制得的除醛墙纸应用到处理室内低浓度的甲醛气体。装置为36L的有机玻璃手套箱内，内部注入甲醛气体并使其达到目标浓度，将墙纸放入，进行催化降解实验。每隔5分钟取样一次，测定甲醛气体浓度。所得抗菌除甲醛涂料对甲醛的催化降解图如图3所示。
实施例4
(1)称取3.0kg高锰酸钾、3.0kg氯化铁、4.0kg草酸铵、3.0kg硝酸银于反应釜中，并加入100L蒸馏水于反应釜中，搅拌混合至混合均匀。100℃水加热搅拌反应9h，反应结束后自然冷却至室温。用纯水浸泡并搅拌反应后的改性材料30min，等材料缓慢沉降后，将上层的水倒掉。将清洗好的材料放入烘箱中70℃烘干，得到抗菌除甲醛催化材料。
(2)取0.6kg钛白粉加入研磨机内，研磨20min后，过筛，得粉料。再取制得的2.0kg抗菌除甲醛催化材料、3.0kg苯丙乳液和0.5kg水到搅拌机A搅拌20min，混合均匀后，搅拌20min，得混合液。取0.06kg防腐剂、0.06kg流平剂、0.04kg分散剂、0.02kg消泡剂、0.02kg增稠剂于搅拌机B中搅拌20min。再将上述制备的混合液加入搅拌机B中，搅拌40min，得到抗菌除甲醛涂料。
将制得的抗菌除甲醛涂料均匀的涂抹在8.5*23.5cm塑料板上，待其干后检测。在气温25℃下，将制得的除醛墙纸应用到处理室内低浓度的甲醛气体。装置为36L的有机玻璃手套箱内，内部注入甲醛气体并使其达到目标浓度，将墙纸放入，进行催化降解实验。每隔5分钟取样一次，测定甲醛气体浓度。所得抗菌除甲醛涂料对甲醛的催化降解图如图4所示。
实施例5
(1)称取3.0kg高锰酸钾、3.0kg氯化铁、4.0kg草酸铵、3.0kg硝酸银于反应釜中，并加入100L蒸馏水于反应釜中，搅拌混合至混合均匀。100℃水加热搅拌反应9h，反应结束后自然冷却至室温。用纯水浸泡并搅拌反应后的改性材料30min，等材料缓慢沉降后，将上层的水倒掉。将清洗好的材料放入烘箱中70℃烘干，得到抗菌除甲醛催化材料。
(2)取0.8kg钛白粉加入研磨机内，研磨20min后，过筛，得粉料。再取制得的1.8kg抗菌除甲醛催化材料、4.0kg苯丙乳液和0.4kg水到搅拌机A搅拌20min，混合均匀后，搅拌20min，得混合液。取0.08kg防腐剂、0.08kg流平剂、0.05kg分散剂、0.02kg消泡剂、0.02kg增稠剂于搅拌机B中搅拌20min。再将上述制备的混合液加入搅拌机B中，搅拌40min，得到抗菌除甲醛涂料。
将制得的抗菌除甲醛涂料均匀的涂抹在8.5*23.5cm塑料板上，待其干后检测。在气温25℃下，将制得的除醛墙纸应用到处理室内低浓度的甲醛气体。装置为36L的有机玻璃手套箱内，内部注入甲醛气体并使其达到目标浓度，将墙纸放入，进行催化降解实验。每隔5分钟取样一次，测定甲醛气体浓度。所得抗菌除甲醛涂料对甲醛的催化降解图如图5所示。
实施例6
(1)称取3.0kg高锰酸钾、3.0kg氯化铁、4.0kg草酸铵、3.0kg硝酸银于反应釜中，并加入100L蒸馏水于反应釜中，搅拌混合至混合均匀。100℃水加热搅拌反应9h，反应结束后自然冷却至室温。用纯水浸泡并搅拌反应后的改性材料30min，等材料缓慢沉降后，将上层的水倒掉。将清洗好的材料放入烘箱中70℃烘干，得到抗菌除甲醛催化材料。
(2)取1.0kg钛白粉加入研磨机内，研磨20min后，过筛，得粉料。再取制得的1.2kg抗菌除甲醛催化材料、5.0kg苯丙乳液和0.28kg水到搅拌机A搅拌20min，混合均匀后，搅拌20min，得混合液。取0.10kg防腐剂、0.08kg流平剂、0.06kg分散剂、0.03kg消泡剂、0.03kg增稠剂于搅拌机B中搅拌20min。再将上述制备的混合液加入搅拌机B中，搅拌40min，得到抗菌除甲醛涂料。
将制得的抗菌除甲醛涂料均匀的涂抹在8.5*23.5cm塑料板上，待其干后检测。在气温25℃下，将制得的除醛墙纸应用到处理室内低浓度的甲醛气体。装置为36L的有机玻璃手套箱内，内部注入甲醛气体并使其达到目标浓度，将墙纸放入，进行催化降解实验。每隔5分钟取样一次，测定甲醛气体浓度。所得抗菌除甲醛涂料对甲醛的催化降解图如图6所示。
实施例7
(1)称取3.0kg高锰酸钾、3.0kg氯化铁、4.0kg草酸铵、3.0kg硝酸银于反应釜中，并加入100L蒸馏水于反应釜中，搅拌混合至混合均匀。100℃水加热搅拌反应9h，反应结束后自然冷却至室温。用纯水浸泡并搅拌反应后的改性材料30min，等材料缓慢沉降后，将上层的水倒掉。将清洗好的材料放入烘箱中70℃烘干，得到抗菌除甲醛催化材料。
(2)取0.5kg钛白粉加入研磨机内，研磨20min后，过筛，得粉料。再取制得的3.0kg抗菌除甲醛催化材料、3.0kg苯丙乳液和0.6kg水到搅拌机A搅拌20min，混合均匀后，搅拌20min，得混合液。取0.05kg防腐剂、0.05kg流平剂、0.03kg分散剂、0.01kg消泡剂、0.01kg增稠剂于搅拌机B中搅拌20min。再将上述制备的混合液加入搅拌机B中，搅拌40min，得到抗菌除甲醛涂料。
将制得的抗菌除甲醛涂料均匀的涂抹在复合木板上，待其干后检测。在气温25℃下，将制得的除醛墙纸应用到处理室内低浓度的甲醛气体。装置为36L的有机玻璃手套箱内，内部注入甲醛气体并使其达到目标浓度，将墙纸放入，进行催化降解实验。每隔5分钟取样一次，测定甲醛气体浓度。所得抗菌除甲醛涂料对甲醛的催化降解图如图7所示。
对以上实施例所得抗菌除甲醛催化材料进行元素分析，结果如图8所示。
分析结果列于下表1：
表1
| 元素 | C | O | Mn | Ag | Total |
| Wt％ | 9.55 | 3.51 | 3.41 | 83.53 | 100.00 |
将实施例1和实施例2制得的抗菌除甲醛涂料进行抗菌检测，检测菌种为金黄色葡萄球菌。结果如下表2所示：
表2
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种抗菌除甲醛催化材料的制备方法，其特征在于包括如下制备步骤：
将高锰酸盐、铁盐、草酸盐和硝酸银加入到水中，搅拌混合均匀后于70～120℃温度下水热反应7～14h，反应结束后自然冷却至室温，固体产物经分离、洗涤、干燥，得到粉末状抗菌除甲醛催化材料；
所述高锰酸盐、铁盐、草酸盐和硝酸银加入的质量比为(1.6～5.6):(1.6～5.6):(1.6～5.6):(1.6～5.6)。
2.根据权利要求1所述的一种抗菌除甲醛催化材料的制备方法，其特征在于：所述高锰酸盐是指高锰酸钾、高锰酸钠中的一种或两种。
3.根据权利要求1所述的一种抗菌除甲醛催化材料的制备方法，其特征在于：所述铁盐是指高铁酸钾、氯化铁、硫酸铁中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种抗菌除甲醛催化材料的制备方法，其特征在于：所述草酸盐是指草酸钠、草酸钾、草酸铵中的至少一种。
5.权利要求1～4任一项所述方法制得的一种抗菌除甲醛催化材料在制备抗菌除甲醛涂料中的应用。
6.根据权利要求5所述的一种抗菌除甲醛催化材料在制备抗菌除甲醛涂料中的应用，其特征在于：所述应用步骤为：将抗菌除甲醛催化材料与钛白粉、苯丙乳液和水搅拌混合，再加入助剂搅拌混合均匀，得到抗菌除甲醛涂料。
7.根据权利要求6所述的一种抗菌除甲醛催化材料在制备抗菌除甲醛涂料中的应用，其特征在于：所述抗菌除甲醛催化材料、钛白粉、苯丙乳液、水和助剂加入的重量配比为(1.2～3.0):(0.4～1.0):(2.0～5.0):(0.28～0.7):(0.12～0.3)。
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