CN103011696B - 一种内墙装饰环保壁材及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可持续吸收和分解甲醛、并具有杀菌功能的内墙装饰环保壁材及其制备方法。其主要组成为1～3份载钛多孔材料、1～3份载锰多孔材料、1～3份载银多孔材料、20～30份滑石粉、10～20份石英砂、40～60份硅藻精土、1～3份海藻胶、1～3份甲基纤维素和2～5份壳聚糖胶组成；上述成份混合后与水按照质量比1∶1混合均匀，批刮涂抹上墙，自然干燥成型。本发明的环保壁材不会释放出对人体有害的甲醛等气体，能长期吸附并分解室内常见有害气体，还具有杀灭病菌和调节室内湿度的作用。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有空气净化功能的环保壁材，特别涉及一种可吸收和分解甲醛且具有一定杀菌功能的内墙装饰壁材及其制备方法。
背景技术
现代室内用壁材不仅能改善室内的艺术环境，使人们得到美的享受，同时还能兼有绝热、防潮、防火、吸声和隔音等附加功能，起着保护建筑物主体结构和延长其使用寿命的作用。目前常用壁材主要包括墙面涂料类、墙纸类、装饰板类和墙布类，这些材料对装饰和室内其它设施产生的空气污染不具有防护作用，并且容易滋生细菌。
目前室内装饰所用的涂料、墙纸、刨花板、胶合板和纤维板等会缓慢释放出甲醛等有害气体，不利于人体健康。甲醛已成为我国首要室内空气污染物，人体长时间处于甲醛浓度超标的空间能引起慢性中毒，出现过敏性皮炎、粘膜充血、皮肤刺激症和头痛等病症。人们每天在室内活动12h以上，室内空气质量对人体健康有至关重要的影响。由于技术和材料的限制，目前在制造室内家俱和装修过程中还无法完全禁止使用含有甲醛的原材料，无法从源头上去除甲醛，因此如何降低室内甲醛浓度甚至完全消除甲醛成为当务之急。
随着人们环保意识的提高，内墙壁材的环保性能越来越受到人们关注，开发不释放甲醛甚至能消除甲醛的内墙装饰材料已成为目前行业发展的趋势。消除甲醛的方法主要有物理吸附法、化学反应法、催化剂氧化法和生物法等。其中物理吸附法比较常用，其主要是利用多孔材料的吸附性能吸附甲醛。中国发明专利CN1948212A公开了“一种内墙饰面材料及其制备方法”，将无机粒状骨材、粉体、合成树脂粘合剂和无机多孔粉体进行混合，制备的内饰材料能有效吸附空气中的有害气体，降低空气污染。中国发明专利CN102060500A公开了“一种吸附型建筑装饰材料的制备方法”，将沸石、硅藻土、海泡石、水铝英石中的一种或者几种作为原料，进行特殊处理后加入粘结剂刷涂于内墙表面，制备出的内墙材料能够吸附甲醛等有害气体，消除室内异味。但是上述几种内墙材料通过物理吸附法去除甲醛，仅仅是对甲醛进行简单的转移，并未将甲醛彻底去除。而当甲醛的吸附量达到饱和后必须对上述材料进行再次处理后才能使用，后续处理容易对环境造成二次污染。化学反应法可克服物理吸附法的缺点，它将甲醛分解为二氧化碳和水，可避免二次污染。中国发明专利CN102251441A公开了“具有除臭功能的墙纸及其制备方法”，以氧化锌、硫酸铝和含水硅酸盐中的任意一种或者两种以上的混合物为消臭剂，以聚氯乙烯为主料，制备的墙纸能够有效地分解家庭环境产生的臭味，起到净化空气的作用。但是专利中采用的主材料聚氯乙烯容易燃烧产生大量烟雾，在发生火灾时影响人员疏散。中国发明专利CN102643048A公开了“具有调湿和空气净化功能的硅藻内墙涂料及其制备工艺”，将硅藻土、灰钙粉和纳米二氧化钛等材料进行混合，制备的内墙材料不但具有调节室内空气湿度和保温降噪的功能，还能除去空气中的甲醛和甲苯等有害气体。但是纳米二氧化钛在粉末壁材中存在分布不均、容易流失和加入量大等问题。中国发明专利CN101874978公开了“除甲醛装饰材料”，将TiO2/硅藻土复合催化剂作为除甲醛剂，添加到底漆、腻子、墙纸或者墙布中。但是其中的光催化剂TiO2需要在紫外光下响应，在可见光范围内光催化效率低([J]环境科学与技术, 2003，26(4): 6-7)。
另一方面，具有调节空气湿度和具有杀菌功能的壁材也受到大家广泛关注。南方阴雨天气较多，空气湿度大，室内容易滋生霉菌和壁虱；当空气湿度低时，容易诱发各类传染病，对人体健康影响较大。中国发明专利CN102261021A公开了一种“可调节空气湿度的墙纸及其制备方法”，在底材上设置一发泡层，在其中添加了具有吸湿效果的高吸水树脂，而后在发泡层的表层留有微小细孔。当室内空气湿度达到或者高于70%时，空气中水分被树脂吸收从而使室内空气湿度降低，防止壁材表面产生凝露现象。而当空气湿度过低时，该树脂会自动向空气中释放水分，最终达到调节室内湿度的作用。但是吸水树脂吸水前后体积会有变化，有可能影响壁材外观。中国发明专利CN102173670A公开了“一种纳米抗菌敷墙泥及其内墙面装修方法”，在水泥、碳酸钙填充料、色彩母料和乳胶粉中加入纳米金属银单质作为杀菌材料，对大肠杆菌、淋球菌和沙眼衣原体等数十种致病微生物都有强烈的抑制和杀灭作用。但是纳米银在壁材粉末中存在分布不均匀，容易团聚，需要加入的量较大。
现已公开的分解甲醛的环保壁材在可见光下对甲醛的分解效率低、难以重复利用。二氧化锰金属氧化物对甲醛具有较高的催化反应活性([J]有色矿冶, 2008, 24(1): 49-51；[J]环境科学学报，2008, 28(2):337-340)，并且该反应不需要光照，在常温常压就可进行，能耗小，加入到壁材中能提高壁材对甲醛的分解能力。纳米银与纳米氧化钛具有协同作用，银可将氧化钛的光源利用范围扩大至可见光区，使其在可见光下就有较强的响应([J]应用化工，2005, 34(1): 40-42 )，并且纳米氧化银具有杀菌功效。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种具备持久杀菌能力、能吸附并分解甲醛等有害气体的新型内墙装饰环保壁材及其制备方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种内墙装饰环保壁材，按重量计，包括如下组分：
载钛多孔材料 1～3份，
载锰多孔材料 1～3份，
载银多孔材料 1～3份，
滑石粉 20～30份，
石英砂 10～20份，
硅藻精土 40～60份，
海藻胶 1～3份，
甲基纤维素 1～3份，
壳聚糖胶 2～5份。
本发明技术方案还包括上述内墙装饰环保壁材的制备方法，按重量计，将1～3份载钛多孔材料、1～3份载锰多孔材料 、1～3份载银多孔材料、20～30份滑石粉、10～20份石英砂、40～60份硅藻精土、1～3份海藻胶、1～3份甲基纤维素和2～5份壳聚糖胶混合得到混合物，按质量比1:1将得到的混合物与水混合均匀，调成粘稠状浆体，经批刮涂抹于内墙表面，自然干燥后成型得到一种内墙装饰环保壁材。
本发明所述的硅藻精土的制备方法为：将硅藻原土湿磨破碎，过200目筛网，在70～90℃的水中除去泥沙杂质，加入质量浓度为35～37%的浓盐酸溶解其中的氧化物，将得到的悬浮液的pH值调节至2～5，趁热过滤，将滤饼在60～80℃真空干燥1～3h后在马弗炉中500～600℃煅烧2～3h，除去其中的有机质，得到硅藻精土。
所述的载钛多孔材料为负载有锐钛矿型纳米氧化钛的硅藻精土，其制备方法为溶胶-凝胶法，步骤包括：按重量计，以1份钛酸丁酯为前驱物、6份无水乙醇为溶剂、0.4份冰醋酸为抑制剂，先将2～4份无水乙醇和1份钛酸丁酯混合均匀，加入硅藻精土搅拌均匀形成硅藻精土泥浆；再将余下的无水乙醇、1份水和0.4份冰醋酸混合均匀，对得到的溶液用盐酸调节pH至1～3，将溶液滴加到所述的硅藻精土泥浆中搅拌均匀，超声波振荡处理后陈化20～26h，形成凝胶，在50～80℃下真空干燥1～3h，冷却后充分研磨，在马弗炉中于450～500℃煅烧1～2h，得到载钛多孔材料。
所述的载锰多孔材料为负载有纳米氧化锰的硅藻精土，其制备方法包括如下步骤：将硅藻精土加入到浓度为0.06～0.10mol/L的高锰酸钾溶液中，经超声波处理使硅藻精土充分吸收高锰酸钾溶液，过滤后将滤饼在60～80℃真空干燥1～3h，再在马弗炉中400～800℃煅烧1～2h，得到载锰多孔材料。
所述的载银多孔材料为负载有纳米氧化银的硅藻精土，其制备方法包括如下步骤：将硅藻精土加入到浓度为0.01～0.03mol/L的硝酸银溶液中，经超声波处理使硅藻土充分吸收硝酸银溶液后，过滤，将滤饼在50～80℃干燥1～5h，再在450～600℃煅烧1～2h，得到载银多孔材料。
本发明利用经扩孔处理后的硅藻精土的高比表面积，以其作为催化剂载体，将纳米氧化钛、氧化锰等催化剂负载于硅藻土上，不但解决了催化剂在粉末壁材中分散困难、容易团聚和需要加入量大等问题，而且以经扩孔处理后的硅藻精土作为催化剂载体可提高催化剂的活性。
本发明采用溶胶-凝胶法，得到载钛多孔材料，其反应过程为：
Ti(OC4H9)4+4H2O →Ti(OH)4+4C4H9OH
Ti(OH)4+Ti(OC4H9)4→2 TiO2+4C4H9OH
2Ti(OH)4→2TiO2+4H2O ；
在不同温度下煅烧可分别得到金红石、锐钛矿或无定形氧化钛，本发明在450～500℃煅烧得到的锐钛矿型氧化钛光催化活性最好。
本发明以高比表面积的硅藻精土为载体，用浸渍法将高锰酸钾溶液浸渍到硅藻精土上，过滤后经煅烧制得载锰硅藻土。在室温无光条件下，氧化锰与甲醛有很高的反应活性，且无有害副产物生成。其脱除甲醛的机理为：氧化锰属于n-型半导体，存在氧空位，其化学式严格表示为MnOy(1.5<y<2)。当吸附氧气时会有较小程度的氧空位得以吸附补充。氧化锰的结构为含有混合价(Mn3+和Mn4+)的八面体分子筛结构，这种构型使氧化锰在催化反应中具有很高的活性。氧化锰表面吸附水，会离解出·OH自由基，氧化锰表面的氧气以O2 -形式存在，这些氧越容易从氧化锰表面脱离，活性越高。氧化锰是深度氧化的催化剂，其中氧的活性很高，将甲醛氧化成水和二氧化碳。
银具有杀灭细菌、防止细菌滋生的作用，在硅藻土上负载纳米银和氧化钛具有协同作用，硅藻土负载银后能将光的利用范围扩展到可见光区，并且氧化钛增强了银的杀菌能力。
由于上述技术方案的采用，本发明的有益效果在于：
1、本发明利用经扩孔处理后的硅藻精土的高比表面积，以其作为催化剂载体，将纳米氧化钛、氧化锰等催化剂负载于硅藻土上，不但解决了催化剂在粉末壁材中分散困难、容易团聚和需要加入量大等问题，而且以经扩孔处理后的硅藻精土作为催化剂载体可提高催化剂的活性，因此，本发明提供的内墙装饰壁材具有分解甲醛等有害气体、消除室内异味的功效，具有显著的净化室内空气的作用；同时，壁材的吸附功能长期有效，无需再处理，无二次污染。
2、所制备的内墙装饰壁材能保持室内空气湿度在合适范围内，可防止室内过于干燥或者潮湿，防止霉菌的产生。
3、具有杀灭病菌的作用，防止呼吸道感染、病毒性感冒等病症，有利于人体健康。
4、本发明内墙材料表面不规则的起伏纹理使声音产生漫反射，除了可以消除回音外，多孔材料结构还具有很好的吸音效果。
附图说明
图1是本发明实施例提供的经扩孔后硅藻精土、载钛硅藻土、载锰硅藻土和载银硅藻土的SEM图；
图2是本发明实施例提供的经扩孔后硅藻精土、载钛硅藻土、载锰硅藻土和载银硅藻土的EDAX图；
图3是本发明采用溶胶-凝胶法制备纳米氧化钛负载硅藻土的工艺流程图。
具体实施方式
实施例1：
1、制备硅藻精土
取硅藻土100g，用球磨机200rpm研磨1h，用200目筛网分离除去较大的杂质颗粒后，加水400g，搅拌30min，静置10min，吸出上层浑浊液，再将浑浊液过滤。将滤饼放入烧杯，加入35%浓度的盐酸溶液，在70℃下以200rpm速度搅拌1h，放入150W的超声波清洗器。2h后将硅藻土悬浮液将pH值调整至3，取出过滤，洗涤，滤饼在120℃下真空干燥2h后放入马弗炉中600℃煅烧2h，即得到经扩容后具有高比表面积和高孔隙率的硅藻精土，其扫描电子显微镜（SEM）图和能谱分析（EDAX）图分别参见附图1(a)和附图2(a)。
2、制备载钛多孔材料
参见附图3，它是本发明采用溶胶-凝胶法制备纳米氧化钛负载硅藻土的工艺流程图；其反应过程为：
Ti(OC4H9)4+4H2O →Ti(OH)4+4C4H9OH
Ti(OH)4+Ti(OC4H9)4→2 TiO2+4C4H9OH
2Ti(OH)4→2TiO2+4H2O ；
在不同温度下煅烧可分别得到金红石、锐钛矿或无定形氧化钛，本发明在450～500℃煅烧得到的锐钛矿型氧化钛光催化活性最好。
在本实施例中，纳米氧化钛负载硅藻土的具体制备工艺为：将30ml无水乙醇与10ml钛酸丁酯混合，以200rpm的速度搅拌10 min，再加入20g硅藻精土，强搅拌10min形成泥浆。将4ml冰醋酸和10ml蒸馏水加入30ml无水乙醇中，以400rpm的速度搅拌5min，加入盐酸调节溶液pH值至3。在搅拌作用下将上述溶液缓慢滴入硅藻土泥浆中，10min滴加完毕，并以400rpm的速度搅拌30min并超声波振荡1h。在50℃水浴中静置25h，待物料形成凝胶不能流动后，60℃真空干燥1h，并在马弗炉中450℃焙烧2h得到载钛硅藻土。制备的载钛硅藻土的SEM图和 EDAX图分别参见附图1(b)和附图2(b)，将附图1(b)与附图1(a)对比可得出硅藻土的部分孔隙已经负载上催化剂，将附图2(b)与附图2(a)对比可以得出负载上的催化剂为氧化钛。
3、制备载锰多孔材料
将20g硅藻精土浸渍在35g浓度为0.08mol/L的高锰酸钾溶液中超声波振荡30min使硅藻土充分吸收高锰酸钾溶液，过滤后在80℃下真空干燥3h，500℃煅烧1h得到载锰硅藻土，其SEM图和EDAX图分别参见附图1(c)和附图2(c)。将附图1(c)与附图1(a)对比可得出硅藻土的部分孔隙已经负载上催化剂，将附图2(c)与附图2(a)对比可以得出负载上的催化剂为氧化锰。
4、制备载银多孔材料
将20g硅藻精土浸渍在25g浓度为0.01mol/L的硝酸银溶液中超声波振荡30min使硅藻土充分吸收硝酸银溶液，过滤后将滤饼在80℃下真空干燥3h，在马弗炉中480℃煅烧2h得到载银硅藻土，其SEM图和EDAX图分别参见附图1(d)和附图2(d)。将附图1(d)与附图1(a)对比可得出硅藻土的部分孔隙已经负载上催化剂，将附图2(d)与附图2(a)对比可以得出负载上的催化剂为氧化银。
5、制备内墙装饰环保壁材
取20g滑石粉，15g石英砂，52g硅藻精土，1g载银硅藻土，1g载锰硅藻土，1g载银硅藻土，3g海藻胶，2g甲基纤维素，5g壳聚糖胶进行混合，将得到的混合物封装后可作为具有空气净化功能的环保粉末材料，用于内墙装饰。
按质量比1:1，将得到的混合物即粉末材料与水混合均匀，调成粘稠状浆体，经批刮涂抹于内墙表面，自然干燥后成型一种内墙装饰环保壁材。
实施例2：
按实施例1中的方法将硅藻原土进行扩容处理得到具有高比表面积的硅藻精土。
将25ml无水乙醇与10ml钛酸丁酯混合，以200rpm的速度搅拌10 min，再加入20g硅藻精土，强搅拌10min形成泥浆。将4ml冰醋酸和10ml蒸馏水加入35ml无水乙醇中，以400rpm的速度搅拌10min加入盐酸调节溶液pH值至2。在搅拌作用下将上述溶液缓慢滴入硅藻土泥浆中，10min滴加完毕，并以400rpm的速度搅拌30min并超声波振荡1h。在50℃水浴中静置24h，待物料形成凝胶不能流动后，于60℃真空干燥3h，并在马弗炉中450℃煅烧2h得到载钛硅藻土。
将20g硅藻精土浸入50g浓度为0.08mol·L-1的高锰酸钾溶液中，超声波振荡2h使硅藻土充分吸收高锰酸钾溶液，过滤，将滤饼在80℃下真空干燥3h，将干燥后的样品在马弗炉中480℃煅烧2h得到载锰硅藻土。
将10g硅藻精土浸渍在15ml浓度为0.03mol/L的硝酸银溶液中超声波振荡15min使硅藻土充分吸收硝酸银溶液，过滤后将滤饼在65℃下真空干燥5h，450℃煅烧2.5h得到载银硅藻土。
取20g滑石粉，10g石英砂，60g硅藻精土，2g载锰硅藻土，1g载银硅藻土，1g载钛硅藻土，2g海藻胶，2g甲基纤维素，4g壳聚糖胶，进行封装得到具有空气净化功能的环保粉末材料，按实施例1技术方案用于内墙装饰。
实施例3：
按实施例一中的方法将硅藻原土进行扩容处理得到具有高比表面积的硅藻精土。
将35ml无水乙醇与10ml钛酸丁酯混合，以200rpm的速度搅拌10 min，再加入20g硅藻精土，强搅拌10min形成泥浆。将4ml冰醋酸和10ml蒸馏水加入25ml无水乙醇中，以400rpm的速度搅拌10min加入盐酸调节溶液pH值至2。在搅拌作用下将上述溶液缓慢滴入硅藻土泥浆中，10min滴加完毕，并以400rpm的速度搅拌30min并超声波振荡30min。在50℃水浴中静置24h，待物料形成凝胶不能流动后，于60℃真空干燥2h，并在马弗炉中480℃焙烧2h得到载钛硅藻土。
将10g硅藻精土浸渍在20ml浓度为0.02mol/L的硝酸银中超声波振荡20min使硅藻土充分吸收硝酸银溶液，过滤后在70℃下真空干燥5h，450℃煅烧2.5h得到载银硅藻土。
将20g硅藻精土浸入50g浓度为0.1mol·L-1的高锰酸钾溶液中，超声波振荡1h使硅藻土充分吸收高锰酸钾溶液，过滤，将滤饼在70℃下真空烘烤5h。将干燥后的样品在马弗炉中480℃煅烧3h得到载锰硅藻土。
取20g滑石粉，10g石英砂，60g硅藻精土，1g载银硅藻土，1g载锰硅藻土，1g载钛硅藻土，2g海藻胶，2g甲基纤维素，3g壳聚糖胶，进行封装得到具有空气净化功能的环保粉末材料，按实施例1技术方案用于内墙装饰。
Claims (4)
1. 一种内墙装饰环保壁材的制备方法，其特征在于：按重量计，将1～3份载钛多孔材料、1～3份载锰多孔材料 、1～3份载银多孔材料、20～30份滑石粉、10～20份石英砂、40～60份硅藻精土、1～3份海藻胶、1～3份甲基纤维素和2～5份壳聚糖胶混合得到混合物，按质量比1:1将得到的混合物与水混合均匀，调成粘稠状浆体，经批刮涂抹于内墙表面，自然干燥后成型得到一种内墙装饰环保壁材；
其中，所述的载钛多孔材料为负载有锐钛矿型纳米氧化钛的硅藻精土，其制备方法为溶胶-凝胶法，步骤包括：按重量计，以1份钛酸丁酯为前驱物、6份无水乙醇为溶剂、0.4份冰醋酸为抑制剂，先将2～4份无水乙醇和1份钛酸丁酯混合均匀，加入硅藻精土搅拌均匀形成硅藻精土泥浆；再将余下的无水乙醇、1份水和0.4份冰醋酸混合均匀，对得到的溶液用盐酸调节pH至1～3，将溶液滴加到所述的硅藻精土泥浆中搅拌均匀，超声波振荡处理后陈化20～26h，形成凝胶，在50～80℃下真空干燥1～3h，冷却后充分研磨，在马弗炉中于450～500℃煅烧1～2h，得到载钛多孔材料。
2. 根据权利要求1所述的一种内墙装饰环保壁材的制备方法，其特征在于：所述的硅藻精土的制备方法为：将硅藻原土湿磨破碎，过200目筛网，在70～90℃的水中除去泥沙杂质，加入质量浓度为35～37%的浓盐酸溶解其中的氧化物，将得到的悬浮液的pH值调节至2～5，趁热过滤，将滤饼在60～80℃真空干燥1～3h后在马弗炉中500～600℃煅烧2～3h，除去其中的有机质，得到硅藻精土。
3. 根据权利要求1所述的一种内墙装饰环保壁材的制备方法，其特征在于：所述的载锰多孔材料为负载有纳米氧化锰的硅藻精土，其制备方法包括如下步骤：将硅藻精土加入到浓度为0.06～0.10mol/L的高锰酸钾溶液中，经超声波处理使硅藻精土充分吸收高锰酸钾溶液，过滤后将滤饼在60～80℃真空干燥1～3h，再在马弗炉中400～800℃煅烧1～2h，得到载锰多孔材料。
4. 根据权利要求1所述的一种内墙装饰环保壁材的制备方法，其特征在于：所述的载银多孔材料为负载有纳米氧化银的硅藻精土，其制备方法包括如下步骤：将硅藻精土加入到浓度为0.01～0.03mol/L的硝酸银溶液中，经超声波处理使硅藻土充分吸收硝酸银溶液后，过滤，将滤饼在50～80℃干燥1～5h，再在450～600℃煅烧1～2h，得到载银多孔材料。
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