CN104402347B - 一种用于净化甲醛的硅藻泥装饰材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于净化甲醛的硅藻泥装饰材料及其制备方法。具体而言，本发明的硅藻泥装饰材料由按质量分数计的如下组分构成：精制硅藻土10.0~30.0份；粉体填料20.0~50.0份；可再分散胶粉2.0~5.0份；凝胶材料20.0~40.0份；分散介质0.5~1.0份；纳米二氧化钛3.0~8.0份；改性剂1.0~4.0份；抗裂纤维3.0~5.0份；水20~80份。本发明的硅藻泥装饰材料可有效增加甲醛净化效率并显著提高净化持久性，避免物理吸附因饱和而失去吸附效果等弊端，可加速净化速度。此外，本发明的硅藻泥装饰材料还具有良好的触变性，适宜造型，同时满足机械喷涂、刷涂和辊涂等工艺要求，同时具备耐水、耐碱、不粉化、不开裂等有益性质。

Description

一种用于净化甲醛的硅藻泥装饰材料及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种具有甲醛净化功能的含有改性纳米二氧化钛的硅藻泥装饰材料及其制备方法。

背景技术

环境污染将会诱导人体产生病变，这已经成为人们的共识。居住环境中弥漫着的致病菌、PM2.5细微颗粒及致病、致癌有机物越来越引起人们关注，室内装修材料产生的甲醛、挥发性有机物（VolatileOrganicCompounds，VOC）、细小的粉尘颗粒、有毒成分已经成为消费者在房屋装修后首先关注的问题。其中，甲醛是一种无色、具有强烈刺激性气味的气体，在室温下极易挥发，挥发量随着温度的升高而增大，对人的皮肤和粘膜具有强烈的刺激作用，在人体内可以转变成甲醇，对视神经产生不良影响。长期接触低剂量甲醛容易引起慢性呼吸道疾病、妊娠综合症及新生儿体质降低，情况严重者甚至引起鼻咽癌。高浓度甲醛对神经系统、免疫系统、肝脏等都有毒害作用。

一般来说，传统的有机物因其结构复杂且种类繁多而难以去除且容易造成二次污染，利用活性炭去除环境中弥漫的有机物或其他有害成分的效率虽高，但因其吸附量有限，也容易造成二次污染。相较而言，纳米二氧化钛则是一种高效的光触媒类材料，其具有良好的光催化活性，能够快速分解有机物，在紫外线照射过程中产生氧化能力较强的氢氧自由基团，具有抑菌、杀菌、脱臭、自清洁等众多优点，被视为极具潜力的环保类产品。

中国专利CN103086652A公开了一种硅藻泥的制备方法，其由精硅藻土、甲基纤维素、竹炭、贝壳粉按特定比例配制；中国专利CN102633475A公开了一种无胶硅藻泥的制备方法，其由硅藻土、膨润土、高岭土、活性白土、石英砂、海泡石、碳酸钙、麦饭石粉、纳米二氧化钛粉末、纤维、凹凸棒土、羟丙基甲基纤维素、颜料组成，可消除室内污染、调节室内湿度、消除异味，隔离噪音和防火阻燃；中国专利CN103146264A公开了一种多功能硅藻泥的制备方法，其以醋酸乙烯酯——乙烯共聚乳液（VAE）与硅溶胶按质量比1:1混合复配物为成膜物，以硅藻土为调湿填料，以高分子吸水性树脂为调湿剂，以相变储能微胶囊粉体为蓄能调温填料，以负离子抗菌添加剂为抗菌防霉材料，在多种助剂的配合下，用常规涂料生产设备搅拌混合制备而成；中国专利CN103496916A公开了一种高硅藻土含量的硅藻泥壁材及其制备方，由硅藻土、可分散胶粉、羟丙基甲基纤维素醚、硅酸盐水泥、灰钙粉、凹凸棒粉、白色水洗石英砂、绢云母粉、沸石粉、亚麻纤维、纳米ZnO粉末、纳米银颗粒、有机硅憎水粉末和无机颜料制成；中国专利CN103951357A公开了一种硅藻泥壁材及其制备方法，其组分包括硅藻土、微胶囊香精、填料、骨料、光触媒物质、颜料以及胶凝物质。虽然上述专利提及选用竹炭、纳米二氧化钛、负离子、纳米ZnO粉末、纳米银颗粒、光触媒等不同物质对环境进行净化，但却鲜有提及选用有机胺盐及有机铂金属盐改性的纳米二氧化钛对环境中的甲醛进行净化。因此，研发一种新的具有空气净化功能的室内装饰材料已经成为当前紧迫且重要的课题。

发明内容

在室内环境受到装修或空气污染的影响而导致甲醛、苯等挥发性有机物以及细微粉尘对人体产生伤害的基础上，本发明研制出一种具有室内环境净化功能的硅藻泥装饰材料及其制备方法，该硅藻泥装饰材料具有良好的甲醛净化效率及甲醛净化持久性，其性能指标满足JC/T2177-2013《硅藻泥装饰壁材》标准要求，具有耐水、耐碱、不粉化、不开裂等优点。

本发明的总体思路：通过硅藻土的多孔性结构负载改性纳米二氧化钛，从而制成利用可见光催化降解甲醛的纳米二氧化钛/硅藻土复合体系，进而复配凝胶材料、功能型有机材料及其他成分，最终配制成本发明的硅藻泥装饰材料。经过改性的纳米二氧化钛可以在可见光条件下充分降解甲醛，达到净化环境的目的，克服了未经改性的纳米二氧化钛净化效率低，净化不持久等弊端。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种用于净化甲醛的硅藻泥装饰材料，按质量份数计，所述硅藻泥装饰材料由如下组分构成：

精制硅藻土10.0~25.0份；

粉体填料20.0~40.0份；

可再分散胶粉2.0~4.0份；

凝胶材料20.0~35.0份；

分散介质0.5~1.0份；

纳米二氧化钛3.0~8.0份；

改性剂1.0~4.0份；

抗裂纤维3.0~5.0份；

水20~80份。

上述技术方案中，所述精制硅藻土呈轻质多孔结构，色泽为白色、浅灰色或黄色，其中非晶态二氧化硅的含量为80%以上，并且优选粒径小于5μm的白色精制硅藻土、浅灰色精制硅藻土或其任意比例的混合物。

上述技术方案中，所述粉体填料为本领域中常规使用的任意填充成分，其作为填充成分而不参与整体反应，其包括（但不限于）石英砂、碳酸钙、沉淀硫酸钡等，并且优选通过化学合成或机械研磨生成的粒径在0.001mm~2mm之间的碳酸钙、通过机械研磨生成的粒径在0.001mm~3mm之间的石英砂或粒径在0.001mm~0.01mm之间的沉淀硫酸钡。

上述技术方案中，所述可再分散胶粉为水溶性可再分散粉末，可通过水进行再分散、溶解并形成乳液来使用，其包括（但不限于）聚丙烯酸酯胶粉、乙烯-醋酸乙烯酯胶粉、聚丁苯胶粉及其任意比例的混合物，并且优选玻璃化温度在-10℃~+20℃之间的上述胶粉。

上述技术方案中，所述凝胶材料为无机材料，在水的作用下发生化学反应，形成不溶不熔的凝胶体，其包括（但不限于）硅酸盐水泥、氧化钙、生石膏（二水合硫酸钙）及其任意比例的混合物。

上述技术方案中，所述分散介质为无机或有机材料，在水的作用下形成缔合结构，可充分降低颗粒摩擦，增加粉体润滑性能，其包括（但不限于）纤维素、聚丙烯酰胺、膨润土、硅酸镁铝及其任意比例的混合物；所述纤维素包括（但不限于）羟乙基纤维素（HEC）、羟乙基甲基纤维素（HEMC）、羟甲基纤维素（HMC）、羟丙基甲基纤维素（HPMC）及其任意比例的混合物，其粘度在10000mPa·s~300000mPa·s之间；所述聚丙烯酰胺的分子量在100万~3000万之间。

上述技术方案中，所述纳米二氧化钛以液体或粉体状态存在，其包括（但不限于）金红石型纳米二氧化钛及锐钛型纳米二氧化钛，并且优选粒径在5nm~100nm之间的锐钛型纳米二氧化钛。

上述技术方案中，所述改性剂为有机胺和有机金属盐的混合物，所述有机胺优选有机季铵盐，所述有机金属盐优选有机铂盐。

上述技术方案中，所述抗裂纤维包括（但不限于）木纤维、聚丙烯纤维、碳纤维及其任意比例的混合物，并且优选纤维长度在0.01mm~3mm之间的上述纤维,优选粒径介于0.01mm～0.1mm的上述纤维。

另一方面，本发明还提供一种上述用于净化甲醛的硅藻泥装饰材料的制备方法，其包括以下步骤：

1）将纳米二氧化钛加入到水中，超声分散至均匀，得到纳米二氧化钛溶液；

2）将改性剂加入到步骤1）中获得的所述纳米二氧化钛溶液中，机械分散后，得到改性纳米二氧化钛溶液；

3）将步骤2）中获得的所述改性纳米二氧化钛溶液加入到精制硅藻土中，机械分散至所述精制硅藻土完全吸附所述改性纳米二氧化钛溶液，得到改性硅藻土粉末；

4）将粉体填料、凝胶材料、可再分散胶粉、分散介质、抗裂纤维加入到步骤3）中获得的所述改性硅藻土粉末中，机械搅拌至均匀，最终得到用于净化甲醛的硅藻泥装饰材料。

由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

1.甲醛净化性能更佳：与未经改性的二氧化钛相比，改性纳米二氧化钛负载于硅藻土孔隙后充分改变了常规纳米二氧化钛的禁带能隙的光吸收区，可有效增加纳米二氧化钛的净化效率，经测试甲醛净化效率由76%提高到98%以上；

2.净化持久性更好：未经改性的纳米二氧化钛配制的硅藻泥装饰材料对环境甲醛净化持久性相对较差，而改性纳米二氧化钛配制的硅藻泥装饰材料对环境甲醛的净化持久性可达到96%以上，性能提升效果显著；

3.环境净化速度更快：与活性炭等物理吸附方式不同，改性纳米二氧化钛采用催化分解方式对环境内甲醛进行消除，避免物理吸附因饱和而失去吸附效果等弊端，可加速净化速度；

4.本发明的硅藻泥装饰材料具有良好的触变性，适宜造型，同时满足机械喷涂、刷涂和辊涂等工艺要求，同时具备耐水、耐碱、不粉化、不开裂等有益性质。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明做出进一步描述：

按照表1中记载的原料组成及其质量分数制备用于净化甲醛的硅藻泥室内装饰材料。

表1.实施例中硅藻泥装饰材料的原料组成及其质量份数。

制备方法：

根据表1中的原料比例，将纳米二氧化钛溶解于水中，通过超声分散至均匀，得到纳米二氧化钛溶液；将改性剂加入到纳米二氧化钛溶液中，机械分散后，得到改性纳米二氧化钛溶液；将改性纳米二氧化钛溶液加入到精制硅藻土中，机械分散至精制硅藻土完全吸附改性纳米二氧化钛溶液，得到改性硅藻土粉末；将粉体填料、凝胶材料、可再分散胶粉、分散介质、抗裂纤维加入到改性硅藻土粉末中，机械搅拌至均匀，最终得到性质均匀稳定的硅藻泥装饰材料。

将上述硅藻泥装饰壁材加水调节成均匀的膏状体，按JC/T2177-2013《硅藻泥装饰壁材》行业标准测试，结果见表2、表3及表4。

表2.产物性能表征（一般技术要求）。

由表2可以看出，本发明提供的三个实施例均满足行业标准JC/T2177-2013行业标准规定的一般技术要求。随着各组分的变化，表干时间、粘结强度等也出现相应的变化，产生这种变化与凝胶材料及可再分散胶粉的添加量不同有关，一般来说，凝胶材料及可再分散胶粉添加量变大，粘结强度也有所增加。

表3.产物性能表征（功能技术要求）。

由表3可以看出，本发明提供的三个实施例均满足行业标准JC/T2177-2013行业标准规定的功能性技术要求。调湿性能、甲醛净化性能、甲醛净化持久性等各项性能变化与精制硅藻土用量、胶粉添量、纳米二氧化钛、改性剂的添量有一定关系，随着硅藻土添加量的增加，其调湿性能增加明显；而随着纳米二氧化钛、改性剂的增加，甲醛净化性能、甲醛净化持久性也有所增加。

表4.产物性能表征（有害物质限量技术要求）。

由表4可以看出，本发明选用的原料不含铅、镉、铬、汞等重金属可溶盐，这与选用材料有特定关系。本发明的硅藻泥室内装饰材料安全、环保，符合公共健康及绿色工业的要求。

Claims (10)

1.一种用于净化甲醛的硅藻泥装饰材料，其特征在于：按质量份数计，所述硅藻泥装饰材料由如下组分构成：

精制硅藻土10.0~30.0份；

粉体填料20.0~50.0份；

可再分散胶粉2.0~5.0份；

凝胶材料20.0~40.0份；

分散介质0.5~1.0份；

纳米二氧化钛3.0~8.0份；

改性剂1.0~4.0份；

抗裂纤维3.0~5.0份；

水20~80份；

其中：

所述精制硅藻土中非晶态二氧化硅的含量为80%以上；

所述可再分散胶粉为聚丙烯酸酯胶粉、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物胶粉、聚丁苯胶粉或其任意比例的混合物；

所述凝胶材料为硅酸盐水泥、氧化钙、二水合硫酸钙或其任意比例的混合物；

所述分散介质为纤维素、聚丙烯酰胺、膨润土、硅酸镁铝或其任意比例的混合物；

所述纳米二氧化钛为金红石型纳米二氧化钛或锐钛型纳米二氧化钛；

所述改性剂为有机胺和有机金属盐的混合物；

所述抗裂纤维为聚丙烯纤维、木纤维、碳纤维或其任意比例的混合物。

2.根据权利要求1所述的用于净化甲醛的硅藻泥装饰材料，其特征在于：所述精制硅藻土为粒径小于5μm的白色精制硅藻土、浅灰色精制硅藻土或其任意比例的混合物。

3.根据权利要求1所述的用于净化甲醛的硅藻泥装饰材料，其特征在于：所述粉体填料为石英砂、碳酸钙或沉淀硫酸钡。

4.根据权利要求1所述的用于净化甲醛的硅藻泥装饰材料，其特征在于：所述可再分散胶粉的玻璃化温度在-10℃~+20℃之间。

5.根据权利要求1所述的用于净化甲醛的硅藻泥装饰材料，其特征在于：所述纤维素为羟乙基纤维素、羟乙基甲基纤维素、羟甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素或其任意比例的混合物，其粘度在10000mPa·s~300000mPa·s之间。

6.根据权利要求1所述的用于净化甲醛的硅藻泥装饰材料，其特征在于：所述聚丙烯酰胺的分子量在100万~3000万之间。

7.根据权利要求1所述的用于净化甲醛的硅藻泥装饰材料，其特征在于：所述纳米二氧化钛为粒径在5nm~100nm之间的锐钛型纳米二氧化钛。

8.根据权利要求1所述的用于净化甲醛的硅藻泥装饰材料，其特征在于：所述有机胺为有机季铵盐，所述有机金属盐为有机铂盐。

9.根据权利要求1所述的用于净化甲醛的硅藻泥装饰材料，其特征在于：所述抗裂纤维的纤维长度在0.01mm~3mm之间。

10.一种权利要求1-9中任一项所述的用于净化甲醛的硅藻泥装饰材料的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括以下步骤：

1）将纳米二氧化钛加入到水中，超声分散至均匀，得到纳米二氧化钛溶液；

2）将改性剂加入到步骤1）中获得的所述纳米二氧化钛溶液中，机械分散后，得到改性纳米二氧化钛溶液；

3）将步骤2）中获得的所述改性纳米二氧化钛溶液加入到精制硅藻土中，机械分散至所述精制硅藻土完全吸附所述改性纳米二氧化钛溶液，得到改性硅藻土粉末；

4）将粉体填料、凝胶材料、可再分散胶粉、分散介质、抗裂纤维加入到步骤3）中获得的所述改性硅藻土粉末中，机械搅拌至均匀，最终得到用于净化甲醛的硅藻泥装饰材料。