CN105731930B - 光触媒超耐水凹凸棒黏土空气净化灰泥 - Google Patents

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Abstract

本发明属于室内墙饰材料技术领域，具体地说是一种光触媒超耐水凹凸棒黏土空气净化灰泥，其由下述原料制备：凹凸棒黏土矿物10‑30份，白色硅酸盐水泥20‑40份，石粉40‑50份，氢化纳米TiO2粉体1‑5份，负离子粉20‑30份，醚化淀粉0.2‑1 份，憎水粉1‑2份，醚化纤维素0.2‑2份，聚乙烯醇0.1‑1份；将上述原料入分撒机釜中，在300转/分钟的速度下，搅拌30min至均匀，即得。本发明天然无机矿物质洁净环保，无有害有机化合物的释放，且富含多种元素，可释放负离子，具备达到净化空气，美化环境的功效。同时在有机硅烷活性物质的作用下可起到有效的防水作用，使其在建筑墙体应用上范围更加广泛。

Description

光触媒超耐水凹凸棒黏土空气净化灰泥
技术领域
本发明属于室内墙饰材料技术领域，具体地说是一种光触媒超耐水凹凸棒黏土空气净化灰泥。
背景技术
现代人70%以上的时间都在室内度过，随着人们对健康要求的不断提升，提高室内环境质量，降低装修污染已经被越来越多的人所重视。为了迎合这种市场需求，目前室内装饰材料的发展在原有装饰性的基础上，向着“功能化、环境协调”的方向发展。日本的改善室内空气的装饰装修材料研究较多，大量地应用了环境矿物材料。北京大学鲁安怀教授认为环境矿物具有天然自净化作用，可以很好地净化环境。
环境矿物材料是指由矿物及其改性产物所组成的与生态环境具有良好协调性或直接具有防治污染和修复环境功能的一类矿物材料。据统计，目前已发现的非金属矿种己达1500多种，其中被开发的有200多种。如具有独特物理、化学性能的非金属矿物如蒙脱石、沸石、硅灰石、电气石、硅藻土、海泡石、蛙石、凹凸棒黏土等，在治理水体、土壤、大气污染中已得到不同程度的开发和利用。其中，凹凸棒黏土是一种具有纤维状或链状结构的水合镁铝硅酸盐，因其独特的晶体结构、棒晶尺寸、内部孔道等因素，赋予其很高的比表面积，被广泛应用于吸附脱色领域。
在室内装饰材料中添加无机多孔矿物如凹凸棒黏土、硅藻土、沸石等，可以增加材料的吸附性，使甲醛等空气污染物得到一定程度的富集。以硅藻土为主要原材料的内墙环保装饰壁材，就具有吸附甲醛、净化空气、调节湿度、杀菌除臭等功能，但其作用有限，存在的主要问题有：一是无机矿物吸附材料一旦吸附饱和，就很难再发挥作用；而具有吸附功能的无机矿物材料和具有降解功能的纳米二氧化钛的组合应用于室内空气净化时，既能吸附空气中的污染物，又能使污染物完全降解，在紫外光下去除效果良好。但是，室内照明普遍以日光灯为主，日光灯的吸收光谱在400nm以上，因此如何拓展光催化剂的可见光响应范围，开发在可见光下具有较好光催化性能的催化剂是问题的关键所在；二是硅藻泥壁材不具备防水功能，墙面易脏难清洁，造成墙面浮灰、发花等现象，在受到漏水、用水擦洗或冲洗等情形时易脱落，破坏整体墙面效果。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于公开一种光响应区间范围广、耐水性好、室内环境净化效率高的光触媒超耐水凹凸棒黏土空气净化灰泥。
本发明解决上述技术问题采取的技术方案如下：一种光触媒超耐水凹凸棒黏土空气净化灰泥，其特征在于由下述原料制备：凹凸棒黏土矿物10-30份，白色硅酸盐水泥20-40份，石粉40-50份，氢化纳米TiO2粉体1-5份，负离子粉20-30份，醚化淀粉0.2-1 份，憎水粉1-2份，醚化纤维素0.2-2份，聚乙烯醇0.1-1份；将上述原料入分撒机釜中，在300转/分钟的速度下，搅拌30min至均匀，即得。
其中：白色硅酸盐水泥强度为52.5级。凹凸棒黏土采用天然矿物质，不进行分离提纯，以保持黏土自身的吸附作用和交联性。憎水粉主要成分为含活性基团的有机硅烷物质，在水泥体系中释放出活性物质，与其中的羟基反应，结合成很好的网络结构；水泥固化后，有机硅中的疏水基团发挥降低表面能的作用，阻止水的侵入，从而降低涂膜的吸水率，增强涂层强度，大大提高耐水性能。作为光触媒活性材料的氢化纳米TiO2纳米粉体按重量份1-5添加，以保证涂膜表面催化剂的暴露度。氢化纳米TiO2粉体是以氢化还原改性的纳米TiO2粉体，拓展其光响应区间至可见光400～800nm，应用于室内装饰材料的制备，可显著降解室内空气中的甲醛。
本发明生产工艺简单，省时间，省工序，操作简便。本发明的实质性特点其一是采用凹凸棒黏土天然矿物质为主要成膜成分，利用凹凸棒黏土自身的交联作用，再配以硅酸盐水泥，通过水和作用，固化形成无机涂膜，同时，憎水粉在水泥体系中释放出活性物质，与水泥体系中的羟基反应，结合成很好的网络结构，产生防水性能，且增强成膜强度，增强涂层强度，有效提高了灰泥的耐水性能。其二是氢化TiO2粉体是一种高活性可见光光催化剂，在室内光线条件下亦可被激发，将其应用于内墙表面装饰材料中，同时配合凹凸棒黏土独特的强吸附作用，从而可以高效分解空气中的甲醛等有机化合物，达到净化室内空气的目的。
本发明产品的特点在于天然无机矿物质洁净环保，无有害有机化合物的释放，且富含多种元素，可释放负离子，凹凸棒黏土天然矿物因其网状多孔结构而具有较强吸附性，再通过光触媒活性材料有效分解空气中的甲醛等有机化合物，从而达到净化空气，美化环境的功效。同时在有机硅烷活性物质的作用下可起到有效的防水作用，使其在建筑墙体应用上范围更加广泛。
本发明所使用原料中的凹凸棒黏土矿物、白色硅酸盐水泥、石粉、负离子粉、醚化淀粉、憎水粉、醚化纤维素与聚乙烯醇均从商业途径得到；氢化纳米TiO2粉体的制备方法如下：
采用溶胶凝胶法制备纳米TiO2粉体：将摩尔比为1:2的的钛酸丁酯和无水乙醇混合，以500 r/min条件下搅拌约2-3h后，形成均相的A溶液；将摩尔比为1:10的乙酸和去离子水混合，，形成B溶液。在5℃冰水浴和500 r/min搅拌下，以1d/s的速度将A溶液滴入B溶液，滴完后继续搅拌约60 min，将所得溶胶在45℃陈化，在100℃下干燥24 h，在400℃下煅烧4h，冷却至25℃后用玛瑙研钵研磨，制得纳米TiO2粉体。将纳米TiO2粉体放于石英管式炉中，抽真空至300Torro以下，以5℃/min的升温速率升温至400℃，在400℃保持2h，然后打开管式炉仓门，迅速降至100℃以下停止通气，冷却至室温后用玛瑙研钵研磨，制得氢化纳米TiO2粉体。
氢化TiO2纳米粉体的性能指标：
1、图1为纳米TiO2粉体和氢化纳米TiO2粉体的紫外可见吸收光谱图（a：氢化纳米TiO2粉体，b：纳米TiO2粉体），由图1可知：纳米TiO2粉体仅在波长小于400nm范围内（紫外区）具有较强的吸收，而在波长大于400nm的可见光区没有任何的吸收。氢化纳米TiO2粉体在200-800nm之间均具有良好的吸收能力，尤其在可见光区的吸收能力明显高于纳米TiO2粉体。
2、图2为纳米TiO2粉体和氢化纳米TiO2粉体的光催化性能测试曲线（a：氢化纳米TiO2粉体，b：纳米TiO2粉体），采用专利检测设备一种在线式挥发性有机化合物含量测定装置（ZL 2015 2 0054789.9）进行了在可见光下光催化降解甲醛的性能检测。测试对象为纳米TiO2粉体和氢化纳米TiO2粉体；实验条件为：光辐射强度1 mW/cm2±0.1 mW/cm2，波长400nm-760 nm，功率为8W的四只管状日光灯，每次注射量理论值为4.5 PPM，按理论涂覆量为1g / m2制板。由图2可知，氢化纳米TiO2粉体的均光催化活性明显高于纳米TiO2粉体，在光照6.5分钟时，即可将甲醛完全降解。
3、图3为氢化纳米TiO2粉体的重复使用性能测试（a:第一次，b:重复使用第2次，c:重复使用第3次），重复使用2次后，光催化降解时间延长至10分钟时，甲醛完全降解，重复使用3次后，光催化降解时间延长至21分钟时，甲醛完全降解。可见氢化纳米TiO2粉体具有较高的可见光催化活性及重复使用性能。
我们对本发明光触媒超耐水凹凸棒黏土空气净化灰泥的相关技术性能进行了下述测试：
1、涂膜的制备及测试方法
1.1水泥板样板：按照GB9271中6玻璃板的规定，进行板面清洗处理，采用刷涂法；按GB1727-92中，6.4.1腻子刮涂法的规定，制作样板并进行甲醛降解性能测试。
1.2石棉水泥板样板：按照GB9271中7石棉水泥板的规定，进行底材处理，采用线棒刮涂法；按GB1727-92中，6.4漆膜刮涂法的规定，制作样板并进行漆膜各项性能测试。
1.3 玻璃平板样板： 按照JC/T 1074-2008的规定，以硅藻泥标准进行制板，在25℃，50%环境下养护7d，然后进行空气净化效果持久性测试。
1.4 采用专利号为ZL 2015 2 0054789.9、专利名称为一种在线式挥发性有机化合物含量测定装置，进行甲醛降解检测。实验条件为：光辐射强度1 mW/cm2±0.1 mW/cm2，波长400 nm-760 nm，功率为8W的四只管状日光灯，每次注射量理论值为4.5 ppm。测试对象：光触媒超耐水凹凸棒黏土空气净化灰泥与市售硅藻泥产品。选择4组样板，分别是：a为25份凹土棒黏土+4.5份氢化纳米TiO2粉体用量的灰泥产品；b为25份凹土棒黏土；c:10份凹土棒黏土+2份氢化纳米TiO2粉体用量的灰泥产品；d: 市售硅藻泥产品，涂覆量均为1000 g /m2。保持温湿度不变，进行去除甲醛循环实验，每次注射量为30ul0.37%的甲醛溶液（理论容积20L下理论值为4.5 ppm），待前一次注入的甲醛为0 ppm后，继续注射，观察样板对甲醛的去除率，我们以第二次注入甲醛后的数据作图，见图4。
2、测试结果
2.1耐水性：按GB/T 1733-1993中甲法的规定进行。试板投试前除封边外，还需封背。将三块试板浸入GB/T 6682-2008规定的三级水中，如三块试板中有两块未出现起泡、掉粉、明显变色等涂膜病态现象，可评定为“无异常”。如出现以上涂膜病态现象，按GB/T 1766进行描述。耐水性168小时无异常。
2.2耐碱性：按GB/T 9265规定进行。如三块试板中有两块未出现起泡、掉粉、明显变色等涂膜病态现象，可评定为“无异常”。如出现以上涂膜病态现象，按GB/T 1766进行描述。耐碱性720小时无异常。
2.3耐洗刷性：按GB/T 9266的规定进行，耐洗刷性≥5000次。
2.4 甲醛去除效果的比较：如图4所示，同样条件下，添加光触媒超耐水凹凸棒黏土空气净化灰泥最快可在15min 内将甲醛全部去除，而硅藻泥则需6h以上。说明在本发明提供的光触媒超耐水凹凸棒黏土空气净化灰泥产品中，凹土棒黏土和氢化纳米TiO2粉体相互协同，发挥吸附和降解的作用，使室内空气净化效率明显提高。
附图说明
图1是纳米TiO2粉体和氢化纳米TiO2粉体的紫外可见吸收光谱图；
图2是纳米TiO2粉体和氢化纳米TiO2粉体在可见光下光催化降解甲醛的性能比较图；
图3是氢化纳米TiO2粉体光催化降解甲醛的重复使用性能图；
图4是本发明产品与凹土棒黏土、市售硅藻泥产品对甲醛去除率的比较图,其中a为25份凹土棒黏土+4.5份氢化纳米TiO2粉体用量的灰泥产品；b为25份凹土棒黏土；c为10份凹土棒黏土+2份氢化纳米TiO2粉体用量的灰泥产品；d为市售硅藻泥产品。
具体实施方式
实施例1，称取：凹凸棒黏土矿物10公斤，白色硅酸盐水泥20公斤，石粉50公斤，氢化纳米TiO2粉体2公斤，负离子粉20公斤，醚化淀粉0.2 公斤，憎水粉1.5公斤，醚化纤维素0.5公斤，聚乙烯醇0.2公斤；将上述原料入分撒机釜中，在300转/分钟的速度下，搅拌30min至均匀，制得本发明产品即光触媒超耐水凹凸棒黏土空气净化灰泥。
上述氢化纳米TiO2粉体的制备方法是：
1、纳米TiO2粉体的制备方法为：将摩尔比为1:2的的钛酸丁酯和无水乙醇混合，以500 r/min条件下搅拌约2.5h后，形成均相的A溶液；将摩尔比为1:10的乙酸和去离子水混合，，形成B溶液。在5℃冰水浴和500 r/min搅拌下，以1d/s的速度将A溶液滴入B溶液，滴完后继续搅拌约60 min，将所得溶胶在45℃陈化，在100℃下干燥24 h，在400℃下煅烧4h，冷却至25℃后用玛瑙研钵研磨，制得纳米TiO2粉体。
2、将纳米TiO2粉体放于石英管式炉中，抽真空至300Torro以下，以5℃/min的升温速率升温至400℃，在400℃保持2h，然后打开管式炉仓门，迅速降至100℃以下停止通气，冷却至室温后用玛瑙研钵研磨，制得氢化纳米TiO2粉体。
该实施例制作产品的测试结果：
耐水性：按照 GB/T 1733-1993漆膜耐水性测定法进行测试，168h无异常；
甲醛净化性能：按照JC/T 1074-2008 室内空气净化功能涂覆材料净化性能进行测试，甲醛去除率达到90.2%，甲醛净化效果持久性达到80.1%。
实施例2，称取：凹凸棒黏土矿物18公斤，白色硅酸盐水泥20公斤，石粉42公斤，氢化纳米TiO2粉体）3公斤，负离子粉23公斤，醚化淀粉0.2 公斤，憎水粉1.6公斤，醚化纤维素0.8公斤，聚乙烯醇0.4公斤。将上述原料入分撒机釜中，在300转/分钟的速度下，搅拌30min至均匀，制得光触媒超耐水凹凸棒黏土空气净化灰泥。
上述氢化纳米TiO2粉体的制备方法是：将摩尔比为1:2的的钛酸丁酯和无水乙醇混合，以500 r/min条件下搅拌约2h后，形成均相的A溶液；其余同实施例1。
该实施例制作产品的测试结果：
耐水性：按照 GB/T 1733-1993漆膜耐水性测定法进行测试，168h无异常；
甲醛净化性能：按照JC/T 1074-2008 室内空气净化功能涂覆材料净化性能进行测试，甲醛去除率达到91.6%以上，甲醛净化效果持久性达到82.0%以上。
实施例3，称取：凹凸棒黏土矿物30公斤，白色硅酸盐水泥40公斤，石粉500公斤，氢化纳米TiO2粉体5公斤，负离子粉30公斤，醚化淀粉0.6公斤，憎水粉2公斤，醚化纤维素2公斤，聚乙烯醇1公斤。将上述原料入分撒机釜中，在300转/分钟的速度下，搅拌30min至均匀，制得光触媒超耐水凹凸棒黏土空气净化灰泥。
上述氢化纳米TiO2粉体的制备方法是：将摩尔比为1:2的的钛酸丁酯和无水乙醇混合，以500 r/min条件下搅拌约3h后，形成均相的A溶液；其余同实施例1。
该实施例制作产品的测试结果：
耐水性：按照 GB/T 1733-1993漆膜耐水性测定法进行测试，168h无异常；
甲醛净化性能：按照JC/T 1074-2008 室内空气净化功能涂覆材料净化性能进行测试，甲醛去除率达到92.8%，甲醛净化效果持久性达到84.3%。
实施例4，称取：凹凸棒黏土矿物25公斤，白色硅酸盐水泥30公斤，石粉45公斤，氢化纳米TiO2粉体4.5公斤，负离子粉20公斤，醚化淀粉0.8 公斤，憎水粉2公斤，醚化纤维素2公斤，聚乙烯醇0.8公斤。其余同实施例1。
该实施例制作产品的测试结果：
耐水性：按照 GB/T 1733-1993漆膜耐水性测定法进行测试，168h无异常；
甲醛净化性能：按照JC/T 1074-2008 室内空气净化功能涂覆材料净化性能进行测试，甲醛去除率达到93.3%以上，甲醛净化效果持久性达到85.1%以上。
实施例5，称取：凹凸棒黏土矿物20公斤，白色硅酸盐水泥40公斤，石粉40公斤，氢化纳米TiO2粉体1.8公斤，负离子粉20公斤，醚化淀粉1 公斤，憎水粉1公斤，醚化纤维素0.5公斤，聚乙烯醇0.2公斤。其余同实施例1。
该实施例制作产品的测试结果：
耐水性：按照 GB/T 1733-1993漆膜耐水性测定法进行测试，168h无异常
甲醛净化性能：按照JC/T 1074-2008 室内空气净化功能涂覆材料净化性能进行测试，甲醛去除率达到92.3%以上，甲醛净化效果持久性达到82.7%以上。
实施例6，称取：凹凸棒黏土矿物15公斤，白色硅酸盐水泥25公斤，石粉40公斤，氢化纳米TiO2粉体0.5公斤，负离子粉22公斤，醚化淀粉0.3公斤，憎水粉1.2公斤，醚化纤维素0.6公斤，聚乙烯醇0.6公斤。其余同实施例1。
该实施例制作产品的测试结果：
耐水性：按照 GB/T 1733-1993漆膜耐水性测定法进行测试，168h无异常
甲醛净化性能：按照JC/T 1074-2008 室内空气净化功能涂覆材料净化性能进行测试，甲醛去除率达到90.3%以上，甲醛净化效果持久性达到80.7%以上。

Claims (2)

1.一种光触媒超耐水凹凸棒黏土空气净化灰泥，其特征在于由下述原料制备：凹凸棒黏土矿物10-30份，白色硅酸盐水泥20-40份，石粉40-50份，氢化纳米TiO2粉体1-5份，负离子粉20-30份，醚化淀粉0.2-1 份，憎水粉1-2份，醚化纤维素0.2-2份，聚乙烯醇0.1-1份；将上述原料入分散机釜中，在300转/分钟的速度下，搅拌30min至均匀，即得；
其中氢化纳米TiO2粉体是氢化还原改性的纳米TiO2粉体，制备方法如下：
（1）采用溶胶凝胶法制备纳米TiO2粉体：将摩尔比为1:2的的钛酸丁酯和无水乙醇混合，以500 r/min条件下搅拌2-3h后，形成均相的A溶液；将摩尔比为1:10的乙酸和去离子水混合，形成B溶液；在5℃冰水浴和500 r/min搅拌下，以1d/s的速度将A溶液滴入B溶液，滴完后继续搅拌60 min，将所得溶胶在45℃陈化，在100℃下干燥24 h，在400℃下煅烧4h，冷却至25℃后用玛瑙研钵研磨，制得纳米TiO2粉体；
（2）将纳米TiO2粉体放于石英管式炉中，抽真空至300Torro以下，以5℃/min的升温速率升温至400℃，在400℃保持2h，然后打开管式炉仓门，迅速降至100℃以下停止通气，冷却至室温后用玛瑙研钵研磨，制得氢化纳米TiO2粉体。
2.如权利要求1所述一种光触媒超耐水凹凸棒黏土空气净化灰泥，其特征在于白色硅酸盐水泥强度为52.5级。
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