CN104446133B - 一种含硅藻泥的环保材料及其制备方法与制备地板的用途 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种含硅藻泥的环保材料、制备方法及其在制备地板中的用途。所述材料含有硅藻泥组分，并复配以配合物、富勒烯衍生物助剂以及植物提取物等各种组分，其通过组分相互间的协作辅助作用而使得该材料表现出优良的环保、保湿、杀菌、除味性能，取得了意想不到的技术效果，充分地满足了现代室内装修的需求，具有广泛的工业化应用前景。

Description

一种含硅藻泥的环保材料及其制备方法与制备地板的用途

技术领域

本发明涉及一种环保材料及其制备方法与应用，更具体地涉及一种新型的含硅藻泥的环保材料及其制备方法与制备地板尤其是地板涂层中的用途，属于环保材料领域。

背景技术

随着时代的发展和科技的进步，人们对于居住环境的舒适度越来越关注，营造温馨和美的生活氛围以及维系健康环保的生活品质是众多人所梦寐以求的理想生活。室内装修是保证室内居住环境的关键要素，使得室内装修材料的研发越来越受到研发人员的普遍重视。

硅藻泥是一种以硅藻土为主要原材料的室内装饰壁材，由于其兼具健康环保、净化空气、控湿和释放负氧的多重功能性而成为近年来徐苏成长起来的新一代室内装饰材料。硅藻泥可用于室内各类涂料、涂层的复配，尤其适合公寓、家居、酒店等的室内装饰使用。

目前，现有技术中已有多种有关硅藻泥相关的涂层组合物见诸报道，例如：

CN101700965A的专利申请报道了环保型硅藻泥壁材粉，其以硅藻土粉、高岭土粉、海泡石粉、膨润土粉、云石英岩粉、凹凸棒石粉、蛭石粉、增粘剂和短纤维素为主要成分构成，具有价格低、净化空气、吸湿除臭等多个优点。

CN102153316A的专利申请公开了一种纯天然功能性硅藻泥、海贝泥水性印花材料，其包含一定重量份下列组分：硅藻土：3-100份，凹凸棒土：20-40份，贝壳粉：5-10份，颜料：1-40份。该材料能够消除室内污染、调节室内湿度、消除异味、隔离噪音，能够增加人们生活的舒适度。

CN102584113A的专利申请报道了一种硅藻泥环保内墙涂料及其制备工艺，其主要成分为硅藻土20份、胶粉8份、甲基纤维素0.6份、滑石粉7份、双飞粉15份、石英砂10份、高岭土10份、凹凸棒粉2份、钛白粉2份、灰钙10份、重钙14.7份、木纤维0.4份、短纤维0.3份。该材料具有零VOC、耐温防火、抗磨损、性能稳定的特点。

尽管现有技术已经存在多种含有硅藻泥组分的涂层组合物，但其性能仍然有待提升，功能也有待多样化。鉴于此，本发明旨在提供一种新型的含硅藻泥的环保材料及其制备方法，并研究了其在制备地板涂层中的应用。该材料具备环保、保湿、杀菌、除味等多种功能，能够充分地满足现代室内装修的需求，具有广泛的工业化应用前景。

发明内容

为了研发新型的含硅藻泥的环保材料及其制备方法与应用，本发明人对此进行了深入研究，在付出了大量的创造性劳动和经过深入研究探索后，从而完成了本发明。

具体而言，本发明主要涉及三个方面。

第一个方面，本发明涉及一种含硅藻泥的环保材料，所述环保材料包括硅藻泥、电气石粉、复合纳米粒子、配合物助剂、富勒烯胺加合物、2,2-双(辛氧甲基)-1,3-丙二醇焦硫酸钠、木质素、植物提取物、固化剂、γ-巯丙基三甲氧基硅烷、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、聚乙二醇400、丁二醇和去离子水。

在所述环保材料中，以重量份计，其具体组分含量如下：

在本发明的所述环保材料中，涉及组成的“包括”，既包含了开放式的“包括”、“包含”等及其类似含义，也包含了封闭式的“由…组成”等及其类似含义。

在本发明的所述环保材料中，所述硅藻泥的重量份数为18-22份，例如可为18份、19份、20份、21份或22份。

在本发明的所述环保材料中，所述电气石粉的重量份数为3-6份，例如可为3份、4份、5份或6份。

在本发明的所述环保材料中，所述活性炭的重量份数为4-7份，例如可为4份、5份、6份或7份。

在本发明的所述环保材料中，所述复合纳米粒子由纳米二氧化钛、纳米氧化钇、纳米氧化锌组成，其中纳米二氧化钛、纳米氧化钇、纳米氧化锌的重量比为1:0.4-0.6:0.4-0.6，优选为1:0.5:0.5；三者粒度范围均为200-400nm，例如可为200nm、220nm、240nm、260nm、280nm、300nm、320nm、340nm、360nm、380nm或400nm。

所述复合纳米粒子的重量份数为4-8份，例如可为4份、5份、6份、7份或8份。

在本发明的所述环保材料中，所述配合物助剂为乙酰丙酮缩异烟酰肼钼络合物，其是按照如下方法制备得到的，或者说其制备方法如下：向反应釜中加入异烟酰肼和吡啶，升温至70-80℃，搅拌溶解，再加入乙酰丙酮搅拌1-2小时，最后加入乙酰丙酮钼继续搅拌反应2-3小时，抽滤、洗涤、真空干燥即得所需的配合物助剂，其中异烟酰肼、吡啶、乙酰丙酮和乙酰丙酮钼的摩尔比为1:30:1.5:1。

所述配合物助剂的重量份数为2-4份，例如可为2份、3份或4份。

在本发明的所述环保材料中，所述富勒烯胺加合物是按照如下方法制备得到的，或者说其制备方法如下：在惰性气体氛围下，向反应器中加入甲苯，然后再按照摩尔比1:100-200加入C60富勒烯和N,N-二甲基-1,3-二氨基丙烷，搅拌溶解后，加热回流反应进行氮氢加成反应10-15小时，反应结束后，冷却至室温，真空浓缩，残余物加入正己烷沉析，过滤取沉淀即得所需富勒烯胺加合物。

所述富勒烯胺加合物的重量份数为0.02-0.08份，例如可为0.02份、0.04份、0.06份或0.08份。

在本发明的所述环保材料中，所述2,2-双(辛氧甲基)-1,3-丙二醇焦硫酸钠的重量份数为8-11份，例如可为8份、9份、10份或11份。

在本发明的所述环保材料中，所述木质素的重量份数为5-8份，例如可为5份、6份、7份或8份。

在本发明的所述环保材料中，所述植物提取物是按照如下方法制备得到的，或者说其制备方法如下：向工业提取釜中加入完全干燥的质量比为1:0.25-0.5的板栗花和薰衣草，然后加入占提取物(即板栗花和薰衣草)总重量8-10倍的复合提取剂，室温下在微波功率250-300W下提取20-30分钟，然后停止微波，继续加热至60-70℃提取40-50分钟，然后过滤、真空浓缩至体积的1/10，即得所述植物提取物。

其中，所述复合提取剂为质量比为1:1.5的N-丁基吡啶四氟硼酸盐和乙醇的混合溶剂。

所述植物提取物的重量份数为3-6份，例如可为3份、4份、5份或6份。

在本发明的所述环保材料中，所述固化剂为二乙烯三胺、3-二甲氨基丙胺、六亚甲基二胺中的任意一种。

所述固化剂的重量份数为10-14份，例如可为10份、11份、12份、13份或14份。

在本发明的所述环保材料中，所述γ-巯丙基三甲氧基硅烷的重量份数为3-5份，例如可为3份、4份或5份。

在本发明的所述环保材料中，所述三羟甲基丙烷三丙烯酸酯的重量份数为6-10份，例如可为6份、7份、8份、9份或10份。

在本发明的所述环保材料中，所述聚乙二醇400的重量份数为7-10份，例如可为7份、8份、9份或10份。

在本发明的所述环保材料中，所述丁二醇的重量份数为8-12份，例如可为8份、9份、10份、11份或12份。

在本发明的所述环保材料中，所述去离子水的重量份数为8-12份，例如可为8份、9份、10份、11份或12份。

第二个方面，本发明涉及上述环保材料的制备方法，具体如下：将各自重量份的硅藻泥、电气石粉、活性炭、复合纳米粒子、配合物助剂、富勒烯胺加合物、2,2-双(辛氧甲基)-1,3-丙二醇焦硫酸钠、木质素、植物提取物、固化剂、γ-巯丙基三甲氧基硅烷、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、聚乙二醇400、丁二醇和去离子水加入超声反应釜中，于室温下在功率180-220W下超声处理20-30分钟，然后将所得混合液转移至工业合成釜中升温至70-80℃，并搅拌混合反应30-40分钟；最后降至室温，并用分散机分散，即得本发明的所述含硅藻泥的环保材料。

第三个方面，本发明涉及上述含硅藻泥的环保材料在制备地板尤其是地板涂层中的用途。

本发明人发现，当将本发明所述含硅藻泥的环保材料涂覆在地板表面上，形成涂层后，所得到的带涂层的地板表面光滑、无褶皱、富有光泽，并且经过长时间使用后不龟裂、不脱落。此外，该环保材料中加入了天然植物提取成分，从而带有天然植物的芳香气味，有效避免了木质漆料和木屑的味道，宜人身心、尤其适合家居。

此外，除可用于地板外，还可使用常规方法如刷涂方法将本发明的环保材料施用到待保护物体上，如墙体、木质家具表面等上，从而实现对这些物品的优异保护和室内净化等功能，有效增加空间的舒适程度，益于身心健康。

与现有技术相比，本发明的含硅藻泥的环保材料通过纳米功能性复合离子与助剂的合适选择或特定组合，而取得了意想不到的协同效果，具有优异的环保、保湿、杀菌、除味性能，充分地满足现代室内装修的需求，具有广泛的工业化应用前景和实际价值。

具体实施方式

下面通过具体的实施例对本发明进行详细说明，但这些例举性实施方式的用途和目的仅用来例举本发明，并非对本发明的实际保护范围构成任何形式的任何限定，更非将本发明的保护范围局限于此。

其中，在所有的实施例中，除非另有规定，否则指代组分用量的“份”均为“重量份”。

制备例1：配合物助剂(乙酰丙酮缩异烟酰肼钼络合物)

向工业反应器中加入1mol异烟酰肼和30mol吡啶，升温至75℃，搅拌溶解，再加入1.5mol乙酰丙酮搅拌1.5小时，最后加入1mol乙酰丙酮钼继续搅拌反应2.5小时，抽滤、洗涤、真空干燥即得所需的配合物助剂乙酰丙酮缩异烟酰肼钼络合物，备用。

在下面所有实施例中，除非另有规定，否则所有的“配合物助剂”均为该制备例所制备的乙酰丙酮缩异烟酰肼钼络合物。

制备例2：富勒烯胺加合物

在氮气氛围下，向反应器中加入适量甲苯，然后加入10mmolC60富勒烯和150mmolN,N-二甲基-1,3-二氨基丙烷，搅拌溶解后，加热回流反应进行氮氢加成反应12小时，反应结束，冷却至室温，真空浓缩，残余物加入正己烷沉析，过滤取沉淀即得所需的富勒烯加合物，备用。

在下面所有实施例中，除非另有规定，否则所有的“富勒烯胺加合物”均为该制备例所制备的富勒烯胺加合物。

制备例3：植物提取物

向工业提取釜中加入完全干燥的质量比为1:0.4的板栗花和薰衣草共500g，然后加入4500g质量比为1:1.5的N-丁基吡啶四氟硼酸盐和乙醇的混合溶剂，室温下在微波功率280W下提取25分钟，然后微波，继续加热至65℃提取45分钟，然后过滤、真空浓缩至体积的1/10，即得所述植物提取物，备用。

在下面所有实施例中，除非另有规定，否则所有的“植物提取物”均为该制备例所制备的植物提取物。

实施例1

将20份硅藻泥、3份电气石粉、5份活性炭、6份复合纳米粒子、2份配合物助剂、0.05份富勒烯胺加合物、10份2,2-双(辛氧甲基)-1,3-丙二醇焦硫酸钠、5份木质素、6份植物提取物、10份二乙烯三胺、4份γ-巯丙基三甲氧基硅烷、8份三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、8份聚乙二醇400、10份丁二醇和10份去离子水加入超声反应釜中，于室温下在功率200W下超声处理30分钟，然后将混合液转移至工业合成釜中升温至70℃，并搅拌混合反应40分钟；最后降至室温，并用分散机分散，即得本发明的所述含硅藻泥的环保材料，命名为GZ-1。

其中，复合纳米粒子为重量比为1:0.5:0.5的纳米二氧化钛、纳米氧化钇、纳米氧化锌，其粒度均为200nm。

实施例2

将22份硅藻泥、4份电气石粉、7份活性炭、4份复合纳米粒子、4份配合物助剂、0.03份富勒烯胺加合物、8份2,2-双(辛氧甲基)-1,3-丙二醇焦硫酸钠、8份木质素、5份植物提取物、14份3-二甲氨基丙胺、5份γ-巯丙基三甲氧基硅烷、6份三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、10份聚乙二醇400、12份丁二醇和8份去离子水加入超声反应釜中，于室温下在功率180W下超声处理30分钟，然后将混合液转移至工业合成釜中升温至80℃，并搅拌混合反应40分钟；降至室温，并用分散机分散，即得本发明的所述含硅藻泥的环保材料，命名为GZ-2。

其中，复合纳米粒子为重量比为1:0.5:0.5的纳米二氧化钛、纳米氧化钇、纳米氧化锌，其粒度均为300nm。

实施例3

将18份硅藻泥、6份电气石粉、4份活性炭、8份复合纳米粒子、3份配合物助剂、0.07份富勒烯胺加合物、11份2,2-双(辛氧甲基)-1,3-丙二醇焦硫酸钠、6份木质素、3份植物提取物、12份六亚甲基二胺、3份γ-巯丙基三甲氧基硅烷、10份三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、7份聚乙二醇400、8份丁二醇和12份去离子水加入超声反应釜中于室温下在220W下超声处理30min，然后将混合液转移至工业合成釜中升温至70℃，搅拌混合反应40min，降至室温后用分散机进一步分散后得到匀质物料进行包装，即得本发明的所述含硅藻泥的环保材料，命名为GZ-3。

其中，复合纳米粒子为重量比为1:0.5:0.5的纳米二氧化钛、纳米氧化钇、纳米氧化锌，其粒度均为400nm。

对比例1

除未加入配合物助剂，分别以与实施例1的相同方式而实施了对比例1，将得到的材料命名为D1。

对比例2

除未加入富勒烯胺加合物外，分别以与实施例1的相同方式而实施了对比例2，将得到的材料命名为D2。

对比例3

除未加入纳米氧化钇外，分别以与实施例1的相同方式而实施了对比例3，将得到的材料命名为D3。

对比例4-6

除未加入2,2-双(辛氧甲基)-1,3-丙二醇焦硫酸钠、分别使用十二烷基苯磺酸钠、十二烷基二甲基溴化铵代替实施例1中的2,2-双(辛氧甲基)-1,3-丙二醇焦硫酸钠外，以与实施例1的相同方式而分别实施了对比例4-6，将得到的材料命名为顺次命名为D4、D5和D6。

即：在对比例4中，未加入2,2-双(辛氧甲基)-1,3-丙二醇焦硫酸钠。

在对比例5中，使用十二烷基苯磺酸钠代替2,2-双(辛氧甲基)-1,3-丙二醇焦硫酸钠。

在对比例6中，使用十二烷基二甲基溴化铵代替2,2-双(辛氧甲基)-1,3-丙二醇焦硫酸钠。

对比例7

除将富勒烯胺加合物替换为N,N-二甲基-1,3-二氨基丙烷外，以与实施例1的相同方式而实施了对比例7，将得到的材料命名为D7。

性能测试试验

(1)分别按照国标标准规定的方法对实施例和对比例的所得材料进行放射性和有害物质等的检测，结果见下表1。

表1

由上表中的实验结果证明，本发明的新型环保材料具有健康、环保的优点，适宜于家装等装饰工艺中的使用，对人体无害且安全系数高。同时，该环保材料于容器中无结块存在，状态均匀而不存在刮涂难的问题，低温存储和高温存储各六个月后，未发现结块、凝聚、霉变的情况发生。

此外，本发明的环保材料还具备一定的降噪功能，研究发现组分的缺失或替代主要影响了材料降噪的物理属性(见D1-D7数据)，这种材料能够有效减轻对地板踩踏等所造成的声响，保障人们的正常生活和休息。

(2)采用JC/T2082-2011《调湿功能室内建筑装饰材料》规定的方法来对本发明的环保材料涂层进行吸湿性/放湿性的性能测试，涂层厚度均为0.8mm，结果如下表2。

表2

根据JC/T2082-2011《调湿功能室内建筑装饰材料》规定：涂层厚度小于1mm的建筑材料具有调湿功能的要求是3h吸湿量≥10kg/m²；6h吸湿量≥15kg/m²；12h吸湿量≥20kg/m²；12h放湿量≥70％12h吸湿量。

根据该规定，由上表中的实验结果可见，本发明的环保材料符合国家标准，具有调湿功能，其可有效减少除湿机和加湿器的运作负担，并且合适的湿度范围，能够抑制尘螨、霉菌的繁殖，对尘螨、霉菌导致的鼻炎有良好的改善作用。而D1-D7在各个指标上均要显著弱于GZ-1—GZ-3，由此证明了其中某些组分的必要性和相互协同性。

(3)本发明的环保材料在制备地板尤其是地板涂层中的用途

采用涂覆工艺，喷枪压力为0.28MPa，将实施例1-3制得的环保材料GZ-1—GZ-3分别涂布在木质地板上，厚度为0.2mm，50℃预干燥30分钟后，在60℃的烘箱中干燥固化，冷却后即得涂覆有环保涂层的木质地板。

实验结果显示，放置200小时后，使用实施例1-3材料而得到带有涂层地板的表面均光滑、无褶皱、富有光泽；放置2年后不龟裂、不脱落。

此外，由于其加入了天然植物提取成分而带有天然植物的芳香气味，可有效避免木质漆料和木屑的味道，宜人身心、尤其适合家居。本发明的环保材料也可适于刷涂(如滚刷等)的方式，具有施工简便、材料表面平整、粘结牢固的特点；如需辅以颜色，可依据喜好适当添加有色颜料，以增强美感。

(4)采用JC/T1074-2008《室内空气净化材料功能涂覆材料净化性能》规定的方式对所制备得到的环保材料的净化效果进行测试，涂覆相同厚度、相同面积的涂层，通过测定密闭空间实验前和24小时后的甲醛浓度计算得出，结果如下表3。

表3

由上表中的实验结果证明，本发明的新型环保材料具有优异的空气净化功能，尤其对于室内装修所残存的甲醛、甲苯都有害气体取得了极高的净化率，这完全归因于组分间复配所产生的协同增效和助催化、助吸附作用。

与之相对比的是，当缺少某种组分或者对组分进行替换时，则表现出技术效果有着显著降低，例如配合物、富勒烯衍生物对甲醛净化和甲苯净化具有明显的助催化净化的作用，其它组分也存在着互相密切协作的关系，可见组分的选择是十分重要和正确的。尽管对比例的材料也能符合一定测试标准，但其较实施例的环保材料性能尚有较大的差距，并不是最优选的技术方案。

综合上述，本发明采用所述的硅藻泥、电气石粉、复合纳米粒子、配合物助剂、富勒烯胺加合物、2,2-双(辛氧甲基)-1,3-丙二醇焦硫酸钠、木质素、植物提取物、固化剂、γ-巯丙基三甲氧基硅烷、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、聚乙二醇400、丁二醇和去离子水制备得到新型环保材料，其具有优异的空气净化、保湿、降噪等功效。组分种类的改变会导致性能的降低，这显而易见地证实了各组分间的创造性选择和复配而取得了良好的协同作用，效果出人意料。

应当理解，这些实施例的用途仅用于说明本发明而非意欲限制本发明的保护范围。此外，也应理解，在阅读了本发明的技术内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动、修改和/或变型，所有的这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种含硅藻泥的环保材料，所述环保材料包括硅藻泥、电气石粉、复合纳米粒子、配合物助剂、富勒烯胺加合物、2,2-双(辛氧甲基)-1,3-丙二醇焦硫酸钠、木质素、植物提取物、固化剂、γ-巯丙基三甲氧基硅烷、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、聚乙二醇400、丁二醇和去离子水；

以重量份计，其具体组分含量如下：

所述复合纳米粒子由纳米二氧化钛、纳米氧化钇、纳米氧化锌组成，其中纳米二氧化钛、纳米氧化钇、纳米氧化锌的重量比为1:0.4-0.6:0.4-0.6；

所述配合物助剂为乙酰丙酮缩异烟酰肼钼络合物，其是按照如下方法制备得到的，或者说其制备方法如下：向反应釜中加入异烟酰肼和吡啶，升温至70-80℃，搅拌溶解，再加入乙酰丙酮搅拌1-2小时，最后加入乙酰丙酮钼继续搅拌反应2-3小时，抽滤、洗涤、真空干燥即得所需的配合物助剂，其中异烟酰肼、吡啶、乙酰丙酮和乙酰丙酮钼的摩尔比为1:30:1.5:1；

所述富勒烯胺加合物是按照如下方法制备得到的，或者说其制备方法如下：在惰性气体氛围下，向反应器中加入甲苯，然后再按照摩尔比1:100-200加入C60富勒烯和N,N-二甲基-1,3-二氨基丙烷，搅拌溶解后，加热回流反应进行氮氢加成反应10-15小时，反应结束后，冷却至室温，真空浓缩，残余物加入正己烷沉析，过滤取沉淀即得所需富勒烯胺加合物；

所述植物提取物是按照如下方法制备得到的，或者说其制备方法如下：向工业提取釜中加入完全干燥的质量比为1:0.25-0.5的板栗花和薰衣草，然后加入占提取物总重量8-10倍的复合提取剂，室温下在微波功率250-300W下提取20-30分钟，然后停止微波，继续加热至60-70℃提取40-50分钟，然后过滤、真空浓缩至体积的1/10，即得所述植物提取物。

2.如权利要求1所述的环保材料，其特征在于：所述复合提取剂为质量比为1:1.5的N-丁基吡啶四氟硼酸盐和乙醇的混合溶剂。

3.如权利要求1或2所述的环保材料，其特征在于：所述固化剂为二乙烯三胺、3-二甲氨基丙胺、六亚甲基二胺中的任意一种。

4.权利要求1-3任一项所述环保材料的制备方法，其特征在于：将各自重量份的硅藻泥、电气石粉、活性炭、复合纳米粒子、配合物助剂、富勒烯胺加合物、2,2-双(辛氧甲基)-1,3-丙二醇焦硫酸钠、木质素、植物提取物、固化剂、γ-巯丙基三甲氧基硅烷、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、聚乙二醇400、丁二醇和去离子水加入超声反应釜中，于室温下在功率180-220W下超声处理20-30分钟，然后将所得混合液转移至工业合成釜中升温至70-80℃，并搅拌混合反应30-40分钟；最后降至室温，并用分散机分散，即得本发明的所述含硅藻泥的环保材料。

5.如权利要求1-3任一项所述的环保材料在制作地板涂层中的用途。