CN106396495B - 一种抗菌除臭仿生石英石及其制备方法 - Google Patents
一种抗菌除臭仿生石英石及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种抗菌除臭仿生石英石及其制备方法,该制备方法包括以下步骤:步骤A,制备改性树脂;步骤B,按重量百分比计,将80~90%石英、8~12%改性树脂、0.01~1%固化剂、0.01~1%偶联剂、3~8%除臭剂、1~3%氢氧化铝粉及0.1~2%色料搅拌均匀,得混合料;步骤C,将混合料进行第一次布料在模板上,振压成型,脱模,切割,按预设图案排列得半成品;再进行第二次布料,振压成型,烘干成型,然后进行后处理得成品。和现有仿生石英石相比,本发明制造的仿生石英石配料科学,制备合理,性能稳定,机械强度高、不易变形及不易老化;而且经过合理的搭配除臭剂和抗菌粉,两者协同作用,使得仿生石英石具有优异抗菌和除臭性能,进一步拓宽了仿生石英石的应用范围。
Description
技术领域
本发明涉及了石英石技术领域,特别是涉及了一种抗菌除臭仿生石英石及其制备方法。
背景技术
细菌,霉菌作为病原菌对人类和动植物有很大危害,影响人们的健康甚至危及生命,带来了重大的经济损失。因此抗菌材料及其制品的研究日益引起人们的关注,抗菌制品的需求将构成巨大的市场。
仿生石英石具有收缩低,制造成本低,易于加工且色泽丰富,制品性能突出,硬度高等优点,现已制成各种工业用和民用地板和装饰材料,且广泛应用于工业生产和人们的日常生活中,作为地板砖、墙面等的装饰用材料。
但是,目前也鲜有报道关于均匀性较好的稳定的抗菌功能的仿生石英石。而且现有仿生石英石一般是单一功能的产品,功能如抗菌、防静电等等,即一种产品不具备多项功能,这极大限制了其应用范围,还有待进一步提高。
发明内容
为了解决上述现有技术的不足,本发明提供了一种抗菌除臭仿生石英石及其制备方法。
本发明所要解决的技术问题通过以下技术方案予以实现:
一种抗菌除臭仿生石英石及其制备方法,该制备方法包括以下步骤:
步骤A,制备改性树脂:按重量百分比计,将85~90%树脂、5~10%抗菌粉及1~5%分散剂用高速搅拌机混合均匀后加温熔融,利用长径比为 1 :40 双螺杆挤出机挤出造粒,其熔融混合分散挤出温度为:100℃~ 280℃;所述树脂为环氧树脂、酚醛树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯树脂中的一种或多种;
步骤B,按重量百分比计,将80~90%石英、8~12%改性树脂、0.01~1%固化剂、0.01~1%偶联剂、3~8%除臭剂、1~3%氢氧化铝粉及0.1~2%色料搅拌均匀,得混合料;
步骤C,将混合料进行第一次布料在模板上,振压成型,脱模,切割,按预设图案排列得半成品;再进行第二次布料,振压成型,烘干成型,然后进行后处理得成品。
在本发明中,使用氢氧化铝粉使得石英石具有良好的阻燃防火性能,而且可以防止发烟、产生有毒气体,使用安全。
在本发明中,所述固化剂选自过氧化(2-乙基己酸)叔丁酯、过氧化甲乙酮、过氧化苯甲酸叔丁酯和脂肪多元胺中的一种或几种。所述硅烷偶联剂是γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、N-β(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷、N-β(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、苯胺甲基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷和γ-氯丙基三乙氧基硅烷中的一种或几种。所述色料为有色颜料。
在本发明中,所述除臭剂制备方法如下:混合以下重量百分比的原料:ZrO2 2~8%,TiO2 5~15%,SiO2 10~20%,V2O5 1~5%,K2O 1~5%,SnO2 1~5%,Cr2O3 1~5%,Al2O3 10~15%,Fe2O310~15%,MgO 10~20%,Na2O 1~10%,MnO2 1~10%,投入到PUHLER公司开发的大流量循环卧式砂磨机中进行研磨,控制粒径在10~300nm之间,得无机氧化物;将硅藻土分散在100~200ml的水溶液中,加入无机氧化物,其中所述硅藻土与无机氧化物的重量比为1:1~6,100~200W超声100~300rpm搅拌1~2h,让纳米材料充分进入硅藻土孔隙中,多次抽滤清洗;置于密闭空间内,进行抽真空→加热加压循环3~8次(抽真空时间为20~30min;加热加压为通入高温高压气体,气体加热温度为80~90℃,加压至0.3~0.6Mpa,保压20~30min),得除臭剂。
在本发明中,所述抗菌粉可通过以下方法制得:
(1)称取0.3~1gC60粉末,量取80~100ml质量分数为98%的浓硫酸,将C60粉末和浓硫酸在烧杯中混合,烧杯放在冰水浴中,同时以500~600rpm的速度搅拌,得混合液;称取1~3g高锰酸钾粉末,缓慢的加入上述混合液中;移去冰水浴,换成水浴,保持水浴温度30~40℃,反应3~5h;快速加入100~150ml纯水,过滤,然后用截留分子量为1000的透析袋透析3~5天,得石墨烯量子点(GQDs)悬浮液;100~150rpm速度搅拌GQDs悬浮液,同时激光辐照30~60min,激光辐照功率为0.5~2W;备用;
(2)超声搅拌50~60mlGQDs悬浮液,滴加浓度为0.001~0.01mol/L硝酸银水溶液;逐滴加入浓度为0.1~0.5mol/L磷酸二氢铵溶液(磷酸二氢铵溶液与硝酸银水溶液体积比为2~3:1),超声搅拌10~20min;逐滴加入0.5~1mol/L氢氧化钠溶液,调节PH值至11,而后静置、离心,用去离子水和乙醇交替洗涤三次,真空干燥,得GQDs/Ag2O;
(3)取1~3gGQDs/Ag2O超声搅拌分散于80~120ml水溶液中;逐滴加入浓度为0.005~0.05mol/L硝酸铈水溶液,30~60min后逐滴加入浓度为0.005~0.05mol/L硝酸锌水溶液,GQDs/Ag2O水溶液、硝酸铈水溶液与硝酸锌水溶液体积比为1:0.1~0.2:0.2~0.4;继续超声搅拌,调节混合溶液PH值至7.0;边超声搅拌,边加入4~8mL质量分数为50%的水合肼,在30~40℃下还原反应0.5~1h;之后,再加入40~50mL质量分数为50%的水合肼,在85℃下还原反应30~48h后;过滤,用去离子水洗涤数次,真空干燥,得GQDs/Ag2O/Ag-Zn-Ce;
(4)将0.1~0.5gGQDs/Ag2O/Ag-Zn-Ce超声搅拌分散于水溶液中;之后加入体积比3~5:1的水和氨水,搅拌均匀后加入正硅酸乙酯(与GQDs/Ag2O/Ag-Zn-Ce的质量比为3:1~3),调节pH值为9~10,反应温度为20~25℃,反应30~60min;进行离心并依次用丙酮和去离子水清洗获得沉淀;将该沉淀在80~90℃下干燥2~4h,以得到GQDs/Ag2O/Ag-Zn-Ce/SiO2;将GQDs/Ag2O/Ag-Zn-Ce/SiO2置于氩气气氛下进行500~800℃热处理1~2h,冷却至室温后,浸没在氢氟酸中以超声功率100~150W进行超声10~15min,去除表面局部二氧化硅,离心并干燥,获得GQDs/Ag2O/Ag-Zn-Ce/SiO2;
(5)取三维海绵状石墨烯超声搅拌分散于水溶液中,逐滴加入GQDs/Ag2O/Ag-Zn-Ce/SiO2水溶液中,三维海绵状石墨烯与GQDs/Ag2O/Ag-Zn-Ce/SiO2的重量比为1:1~5;10~100W超声60~120min,静置,去离子水洗涤数次,离心,置于密闭空间内,进行抽真空→加热加压循环3~8次(抽真空时间为20~30min;加热加压为通入高温高压气体,气体加热温度为80~90℃,加压至0.3~0.6Mpa,保压20~30min),得GQDs/Ag2O/Ag-Zn-Ce/SiO2/石墨烯抗菌粉,即抗菌粉。
在本发明中,所述抗菌粉还可以通过以下方法制得:
(1)称取0.3~1gC60粉末,量取80~100ml质量分数为98%的浓硫酸,将C60粉末和浓硫酸在烧杯中混合,烧杯放在冰水浴中,同时以500~600rpm的速度搅拌,得混合液;称取1~3g高锰酸钾粉末,缓慢的加入上述混合液中;移去冰水浴,换成水浴,保持水浴温度30~40℃,反应3~5h;快速加入100~150ml纯水,过滤,然后用截留分子量为1000的透析袋透析3~5天,得石墨烯量子点(GQDs)悬浮液;100~150rpm速度搅拌GQDs悬浮液,同时激光辐照30~60min,激光辐照功率为0.5~2W;备用;
(2)超声搅拌50~60mlGQDs悬浮液,滴加浓度为0.001~0.01mol/L硝酸银水溶液;逐滴加入浓度为0.1~0.5mol/L磷酸二氢铵溶液(磷酸二氢铵溶液与硝酸银水溶液体积比为2~3:1),超声搅拌10~20min;逐滴加入0.5~1mol/L氢氧化钠溶液,调节PH值至11,而后静置、离心,用去离子水和乙醇交替洗涤三次,真空干燥,得GQDs/Ag2O;
(3)取1~3gGQDs/Ag2O超声搅拌分散于水溶液中;逐滴加入浓度为0.05~0.5g/100mlZnO量子点水溶液,超声功率搅拌速度各减半;60~90min后,静置,过滤,用去离子水洗涤数次,真空干燥,得GQDs/Ag2O/ZnO;
(4)取三维海绵状石墨烯超声搅拌分散于水溶液中,逐滴加入GQDs/Ag2O/ZnO水溶液中,三维海绵状石墨烯与GQDs/Ag2O/ZnO的重量比为1:1~5;10~100W超声60~120min,静置,去离子水洗涤数次,离心,置于密闭空间内,进行抽真空→加热加压循环3~8次(抽真空时间为20~30min;加热加压为通入高温高压气体,气体加热温度为80~90℃,加压至0.3~0.6Mpa,保压20~30min),得GQDs/Ag2O/ZnO/石墨烯抗菌粉,即抗菌粉。
其中,所述三维海绵状石墨烯制备方法如下:将3g 石墨粉,1g NaNO3在冰水浴中与250ml 98%浓硫酸混合均匀,缓慢加入6g KMnO4。然后升温至在35℃,搅拌40min 后,加入95ml 去离子水,升温至98℃反应20min;再加入270ml 水稀释,并用5ml 30% H2O2中和多余KMnO4,混合溶液的颜色为棕黄色,趁热过滤,用去离子水反复洗涤至中性,超声分散得到GO;取200ml 质量分数为5mg/ml的氧化石墨烯溶液倒入直径25cm,高2cm的圆盘状反应皿中,加入抗坏血酸(VC)0.5g搅拌使其充分混合;然后密闭反应皿并置于80℃水热反应15h,反应皿中的氧化石墨烯自发收缩交联成三维海绵结构,冷冻干燥,得到柔性的三维海绵状石墨烯。
本发明具有如下有益效果:
和现有仿生石英石相比,本发明制造的仿生石英石配料科学,制备合理,性能稳定,机械强度高、不易变形及不易老化;而且经过合理的搭配除臭剂和抗菌粉,两者协同作用,使得仿生石英石具有优异抗菌和除臭性能,进一步拓宽了仿生石英石的应用范围;
本方法在三维石墨烯上负载并固定抗菌剂,不仅防止其团聚,显著提高金属纳米粒子等抗菌剂的稳定性,使其能更好分散在仿生石英石内,且具有更长效的抗菌活性以及银离子不会溢出氧化变色;同时复合了多种抗菌剂的抗菌性能,相比于单一的银纳米抗菌剂有着更好的抗菌效果,抗菌持久;无机氧化物主要成分有镁、铝、铁等10 多种对人体有利的微量元素,由于它是一种结构特殊的极性结晶体,自身能长期产生电离子,并永久释放空气负离子,达到除臭净化空气的效果。
具体实施方式
下面通过具体的优选实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
一种抗菌除臭仿生石英石及其制备方法,该制备方法包括以下步骤:
步骤A,制备改性树脂:按重量百分比计,将85%树脂、10%抗菌粉及5%分散剂用高速搅拌机混合均匀后加温熔融,利用长径比为 1 :40 双螺杆挤出机挤出造粒,其熔融混合分散挤出温度为:100℃~280℃;所述树脂为环氧树脂、酚醛树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯树脂按重量比3:2:2:1混合;
步骤B,按重量百分比计,称取80%石英(石英砂与石英粉按3:1混合)、8%改性树脂、0.5%过氧化甲乙酮、0.5%乙烯基三乙氧基硅烷、8%除臭剂、2%氢氧化铝粉及1%色料;将石英砂、氢氧化铝粉、除臭剂置于第一搅拌机内搅拌均匀得预混合料,搅拌速度1000r/min,搅拌时间20min;将石英粉、改性树脂、固化剂、偶联剂及色料置于第二搅拌机内搅拌均匀,搅拌速度1000r/min,搅拌时间20min;将预混合料加入第二搅拌机内搅拌均匀,搅拌速度250r/min,搅拌时间30min,得混合料;
步骤C,C01、将混合料进行第一次布料在模板上,即通过布料机将混合料铺平在模板上;
C02、通过压机进行第一次振压成型,得到胚体;其中,振动频率为45Hz,振动时间200s;
C03、将所得胚体脱模并通过切割装置切割,按预设图案排列得到半成品;
C04、将所得半成品进行第二次布料;
C07、通过压机进行第二次振压成型,振动频率为50Hz,振动时间240s;
C08、第二次振压成型后,进行烘干成型,烘干温度为92℃,烘干时间1.5h;
C09、对烘干成型的半成品进行后处理,如定厚处理、抛光处理等,得成品。
其中,所述除臭剂的制备方法如下:混合以下重量百分比的原料:ZrO2 2%,TiO215%,SiO2 20%,V2O5 5%,K2O 1%,SnO2 5%,Cr2O3 2%,Al2O3 12%,Fe2O3 15%,MgO 12%,Na2O10%,MnO2 1%,投入到PUHLER公司开发的大流量循环卧式砂磨机中进行研磨,控制粒径在10~300nm之间,得无机氧化物;将硅藻土分散在100~200ml的水溶液中,加入无机氧化物,其中所述硅藻土与无机氧化物的重量比为1:1,150W超声150rpm搅拌2h,让纳米材料充分进入硅藻土孔隙中,多次抽滤清洗;置于密闭空间内,进行抽真空→加热加压循环5次(抽真空时间为30min;加热加压为通入高温高压气体,气体加热温度为80~90℃,加压至0.5Mpa,保压30min),得除臭剂。
其中,所述抗菌粉的制备方法如下:
(1)称取0.6gC60粉末,量取100ml质量分数为98%的浓硫酸,将C60粉末和浓硫酸在烧杯中混合,烧杯放在冰水浴中,同时以600rpm的速度搅拌,得混合液;称取1g高锰酸钾粉末,缓慢的加入上述混合液中;移去冰水浴,换成水浴,保持水浴温度30~40℃,反应4h;快速加入120ml纯水,过滤,然后用截留分子量为1000的透析袋透析4天,得石墨烯量子点(GQDs)悬浮液;100rpm速度搅拌GQDs悬浮液,同时激光辐照40min,激光辐照功率为1W;备用;
(2)超声搅拌60mlGQDs悬浮液,滴加浓度为0.001mol/L硝酸银水溶液;逐滴加入浓度为0.1mol/L磷酸二氢铵溶液(磷酸二氢铵溶液与硝酸银水溶液体积比为2:1),超声搅拌20min;逐滴加入1mol/L氢氧化钠溶液,调节PH值至11,而后静置、离心,用去离子水和乙醇交替洗涤三次,真空干燥,得GQDs/Ag2O;
(3)取1gGQDs/Ag2O超声搅拌分散于100ml水溶液中;逐滴加入浓度为0.05mol/L硝酸铈水溶液,30min后逐滴加入浓度为0.005mol/L硝酸锌水溶液,GQDs/Ag2O水溶液、硝酸铈水溶液与硝酸锌水溶液体积比为1:0.1:0.4;继续超声搅拌,调节混合溶液PH值至7.0;边超声搅拌,边加入6mL质量分数为50%的水合肼,在30℃下还原反应0.5h;之后,再加入45mL质量分数为50%的水合肼,在85℃下还原反应36h后;过滤,用去离子水洗涤数次,真空干燥,得GQDs/Ag2O/Ag-Zn-Ce;
(4)将0.5gGQDs/Ag2O/Ag-Zn-Ce超声搅拌分散于水溶液中;之后加入体积比4:1的水和氨水,搅拌均匀后加入正硅酸乙酯(与GQDs/Ag2O/Ag-Zn-Ce的质量比为3:2),调节pH值为9~10,反应温度为20~25℃,反应30min;进行离心并依次用丙酮和去离子水清洗获得沉淀;将该沉淀在90℃下干燥3h,以得到GQDs/Ag2O/Ag-Zn-Ce/SiO2;将GQDs/Ag2O/Ag-Zn-Ce/SiO2置于氩气气氛下进行600℃热处理1h,冷却至室温后,浸没在氢氟酸中以超声功率100W进行超声10min,去除表面局部二氧化硅,离心并干燥,获得GQDs/Ag2O/Ag-Zn-Ce/SiO2;
(5)取三维海绵状石墨烯超声搅拌分散于水溶液中,逐滴加入GQDs/Ag2O/Ag-Zn-Ce/SiO2水溶液中,三维海绵状石墨烯与GQDs/Ag2O/Ag-Zn-Ce/SiO2的重量比为1:5;50W超声100min,静置,去离子水洗涤数次,离心,置于密闭空间内,进行抽真空→加热加压循环3次(抽真空时间为25min;加热加压为通入高温高压气体,气体加热温度为80~90℃,加压至0.5Mpa,保压30min),得GQDs/Ag2O/Ag-Zn-Ce/SiO2/石墨烯抗菌粉,即抗菌粉。
实施例2
一种抗菌除臭仿生石英石及其制备方法,该制备方法包括以下步骤:
步骤A,制备改性树脂:按重量百分比计,将88%树脂、8%抗菌粉及4%分散剂用高速搅拌机混合均匀后加温熔融,利用长径比为 1 :40 双螺杆挤出机挤出造粒,其熔融混合分散挤出温度为:100℃~280℃;所述树脂为环氧树脂、酚醛树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯树脂按重量比3:2:2:1混合;
步骤B,按重量百分比计,称取80%石英(石英砂与石英粉按3:1混合)、10%改性树脂、0.5%过氧化甲乙酮、0.5%乙烯基三乙氧基硅烷、5%除臭剂、3%氢氧化铝粉及1%色料;将石英砂、氢氧化铝粉、除臭剂置于第一搅拌机内搅拌均匀得预混合料,搅拌速度1000r/min,搅拌时间20min;将石英粉、改性树脂、固化剂、偶联剂及色料置于第二搅拌机内搅拌均匀,搅拌速度1000r/min,搅拌时间20min;将预混合料加入第二搅拌机内搅拌均匀,搅拌速度250r/min,搅拌时间30min,得混合料;
步骤C,C01、将混合料进行第一次布料在模板上,即通过布料机将混合料铺平在模板上;
C02、通过压机进行第一次振压成型,得到胚体;其中,振动频率为45Hz,振动时间200s;
C03、将所得胚体脱模并通过切割装置切割,按预设图案排列得到半成品;
C04、将所得半成品进行第二次布料;
C07、通过压机进行第二次振压成型,振动频率为50Hz,振动时间240s;
C08、第二次振压成型后,进行烘干成型,烘干温度为92℃,烘干时间1.5h;
C09、对烘干成型的半成品进行后处理,如定厚处理、抛光处理等,得成品。
其中,所述除臭剂的制备方法如下:混合以下重量百分比的原料:ZrO2 6%,TiO28%,SiO2 15%,V2O5 3%,K2O 2%,SnO2 3%,Cr2O3 4%,Al2O3 15%,Fe2O3 10%,MgO 20%,Na2O 6%,MnO2 8%,投入到PUHLER公司开发的大流量循环卧式砂磨机中进行研磨,控制粒径在10~300nm之间,得无机氧化物;将硅藻土分散在100~200ml的水溶液中,加入无机氧化物,其中所述硅藻土与无机氧化物的重量比为1:3,150W超声150rpm搅拌2h,让纳米材料充分进入硅藻土孔隙中,多次抽滤清洗;置于密闭空间内,进行抽真空→加热加压循环5次(抽真空时间为30min;加热加压为通入高温高压气体,气体加热温度为80~90℃,加压至0.5Mpa,保压30min),得除臭剂。
其中,所述抗菌粉的制备方法如下:
(1)称取0.6gC60粉末,量取100ml质量分数为98%的浓硫酸,将C60粉末和浓硫酸在烧杯中混合,烧杯放在冰水浴中,同时以600rpm的速度搅拌,得混合液;称取1g高锰酸钾粉末,缓慢的加入上述混合液中;移去冰水浴,换成水浴,保持水浴温度30~40℃,反应4h;快速加入120ml纯水,过滤,然后用截留分子量为1000的透析袋透析4天,得石墨烯量子点(GQDs)悬浮液;100rpm速度搅拌GQDs悬浮液,同时激光辐照40min,激光辐照功率为1W;备用;
(2)超声搅拌60mlGQDs悬浮液,滴加浓度为0.005mol/L硝酸银水溶液;逐滴加入浓度为0.2mol/L磷酸二氢铵溶液(磷酸二氢铵溶液与硝酸银水溶液体积比为2:1),超声搅拌20min;逐滴加入1mol/L氢氧化钠溶液,调节PH值至11,而后静置、离心,用去离子水和乙醇交替洗涤三次,真空干燥,得GQDs/Ag2O;
(3)取2gGQDs/Ag2O超声搅拌分散于100ml水溶液中;逐滴加入浓度为0.03mol/L硝酸铈水溶液,30min后逐滴加入浓度为0.03mol/L硝酸锌水溶液,GQDs/Ag2O水溶液、硝酸铈水溶液与硝酸锌水溶液体积比为1:0.2:0.3;继续超声搅拌,调节混合溶液PH值至7.0;边超声搅拌,边加入6mL质量分数为50%的水合肼,在30℃下还原反应0.5h;之后,再加入45mL质量分数为50%的水合肼,在85℃下还原反应36h后;过滤,用去离子水洗涤数次,真空干燥,得GQDs/Ag2O/Ag-Zn-Ce;
(4)将0.3gGQDs/Ag2O/Ag-Zn-Ce超声搅拌分散于水溶液中;之后加入体积比4:1的水和氨水,搅拌均匀后加入正硅酸乙酯(与GQDs/Ag2O/Ag-Zn-Ce的质量比为3:2),调节pH值为9~10,反应温度为20~25℃,反应45min;进行离心并依次用丙酮和去离子水清洗获得沉淀;将该沉淀在90℃下干燥3h,以得到GQDs/Ag2O/Ag-Zn-Ce/SiO2;将GQDs/Ag2O/Ag-Zn-Ce/SiO2置于氩气气氛下进行600℃热处理1h,冷却至室温后,浸没在氢氟酸中以超声功率100W进行超声12min,去除表面局部二氧化硅,离心并干燥,获得GQDs/Ag2O/Ag-Zn-Ce/SiO2;
(5)取三维海绵状石墨烯超声搅拌分散于水溶液中,逐滴加入GQDs/Ag2O/Ag-Zn-Ce/SiO2水溶液中,三维海绵状石墨烯与GQDs/Ag2O/Ag-Zn-Ce/SiO2的重量比为1:3;50W超声100min,静置,去离子水洗涤数次,离心,置于密闭空间内,进行抽真空→加热加压循环5次(抽真空时间为25min;加热加压为通入高温高压气体,气体加热温度为80~90℃,加压至0.5Mpa,保压30min),得GQDs/Ag2O/Ag-Zn-Ce/SiO2/石墨烯抗菌粉,即抗菌粉。
实施例3
一种抗菌除臭仿生石英石及其制备方法,该制备方法包括以下步骤:
步骤A,制备改性树脂:按重量百分比计,将90%树脂、5%抗菌粉及5%分散剂用高速搅拌机混合均匀后加温熔融,利用长径比为 1 :40 双螺杆挤出机挤出造粒,其熔融混合分散挤出温度为:100℃~280℃;所述树脂为环氧树脂、酚醛树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯树脂按重量比3:2:2:1混合;
步骤B,按重量百分比计,称取82%石英(石英砂与石英粉按3:1混合)、12%改性树脂、0.5%过氧化甲乙酮、0.5%乙烯基三乙氧基硅烷、3%除臭剂、1%氢氧化铝粉及1%色料;将石英砂、氢氧化铝粉、除臭剂置于第一搅拌机内搅拌均匀得预混合料,搅拌速度1000r/min,搅拌时间20min;将石英粉、改性树脂、固化剂、偶联剂及色料置于第二搅拌机内搅拌均匀,搅拌速度1000r/min,搅拌时间20min;将预混合料加入第二搅拌机内搅拌均匀,搅拌速度250r/min,搅拌时间30min,得混合料;
步骤C,C01、将混合料进行第一次布料在模板上,即通过布料机将混合料铺平在模板上;
C02、通过压机进行第一次振压成型,得到胚体;其中,振动频率为45Hz,振动时间200s;
C03、将所得胚体脱模并通过切割装置切割,按预设图案排列得到半成品;
C04、将所得半成品进行第二次布料;
C07、通过压机进行第二次振压成型,振动频率为50Hz,振动时间240s;
C08、第二次振压成型后,进行烘干成型,烘干温度为92℃,烘干时间1.5h;
C09、对烘干成型的半成品进行后处理,如定厚处理、抛光处理等,得成品。
其中,所述除臭剂的制备方法如下:混合以下重量百分比的原料:ZrO2 8%,TiO210%,SiO2 18%,V2O5 2%,K2O 5%,SnO2 1%,Cr2O3 5%,Al2O3 10%,Fe2O3 12%,MgO 16%,Na2O 3%,MnO2 10%,投入到PUHLER公司开发的大流量循环卧式砂磨机中进行研磨,控制粒径在10~300nm之间,得无机氧化物;将硅藻土分散在100~200ml的水溶液中,加入无机氧化物,其中所述硅藻土与无机氧化物的重量比为1:6,150W超声150rpm搅拌2h,让纳米材料充分进入硅藻土孔隙中,多次抽滤清洗;置于密闭空间内,进行抽真空→加热加压循环5次(抽真空时间为30min;加热加压为通入高温高压气体,气体加热温度为80~90℃,加压至0.5Mpa,保压30min),得除臭剂。
其中,所述抗菌粉的制备方法如下:
(1)称取0.6gC60粉末,量取100ml质量分数为98%的浓硫酸,将C60粉末和浓硫酸在烧杯中混合,烧杯放在冰水浴中,同时以600rpm的速度搅拌,得混合液;称取1g高锰酸钾粉末,缓慢的加入上述混合液中;移去冰水浴,换成水浴,保持水浴温度30~40℃,反应4h;快速加入120ml纯水,过滤,然后用截留分子量为1000的透析袋透析4天,得石墨烯量子点(GQDs)悬浮液;100rpm速度搅拌GQDs悬浮液,同时激光辐照40min,激光辐照功率为1W;备用;
(2)超声搅拌60mlGQDs悬浮液,滴加浓度为0.01mol/L硝酸银水溶液;逐滴加入浓度为0.5mol/L磷酸二氢铵溶液(磷酸二氢铵溶液与硝酸银水溶液体积比为2:1),超声搅拌20min;逐滴加入1mol/L氢氧化钠溶液,调节PH值至11,而后静置、离心,用去离子水和乙醇交替洗涤三次,真空干燥,得GQDs/Ag2O;
(3)取3gGQDs/Ag2O超声搅拌分散于100ml水溶液中;逐滴加入浓度为0.005mol/L硝酸铈水溶液,30min后逐滴加入浓度为0.05mol/L硝酸锌水溶液,GQDs/Ag2O水溶液、硝酸铈水溶液与硝酸锌水溶液体积比为1:0.2:0.4;继续超声搅拌,调节混合溶液PH值至7.0;边超声搅拌,边加入6mL质量分数为50%的水合肼,在30℃下还原反应0.5h;之后,再加入45mL质量分数为50%的水合肼,在85℃下还原反应36h后;过滤,用去离子水洗涤数次,真空干燥,得GQDs/Ag2O/Ag-Zn-Ce;
(4)将0.1gGQDs/Ag2O/Ag-Zn-Ce超声搅拌分散于水溶液中;之后加入体积比4:1的水和氨水,搅拌均匀后加入正硅酸乙酯(与GQDs/Ag2O/Ag-Zn-Ce的质量比为3:2),调节pH值为9~10,反应温度为20~25℃,反应60min;进行离心并依次用丙酮和去离子水清洗获得沉淀;将该沉淀在90℃下干燥3h,以得到GQDs/Ag2O/Ag-Zn-Ce/SiO2;将GQDs/Ag2O/Ag-Zn-Ce/SiO2置于氩气气氛下进行600℃热处理1h,冷却至室温后,浸没在氢氟酸中以超声功率100W进行超声15min,去除表面局部二氧化硅,离心并干燥,获得GQDs/Ag2O/Ag-Zn-Ce/SiO2;
(5)取三维海绵状石墨烯超声搅拌分散于水溶液中,逐滴加入GQDs/Ag2O/Ag-Zn-Ce/SiO2水溶液中,三维海绵状石墨烯与GQDs/Ag2O/Ag-Zn-Ce/SiO2的重量比为1:1;50W超声100min,静置,去离子水洗涤数次,离心,置于密闭空间内,进行抽真空→加热加压循环8次(抽真空时间为25min;加热加压为通入高温高压气体,气体加热温度为80~90℃,加压至0.5Mpa,保压30min),得GQDs/Ag2O/Ag-Zn-Ce/SiO2/石墨烯抗菌粉,即抗菌粉。
实施例4
基于实施例1的制备方法,其不同之处仅在于:所述抗菌粉通过如下方法制得:
(1)称取0.6gC60粉末,量取100ml质量分数为98%的浓硫酸,将C60粉末和浓硫酸在烧杯中混合,烧杯放在冰水浴中,同时以600rpm的速度搅拌,得混合液;称取1g高锰酸钾粉末,缓慢的加入上述混合液中;移去冰水浴,换成水浴,保持水浴温度30~40℃,反应4h;快速加入120ml纯水,过滤,然后用截留分子量为1000的透析袋透析4天,得石墨烯量子点(GQDs)悬浮液;100rpm速度搅拌GQDs悬浮液,同时激光辐照40min,激光辐照功率为1W;备用;
(2)超声搅拌60mlGQDs悬浮液,滴加浓度为0.001mol/L硝酸银水溶液;逐滴加入浓度为0.1mol/L磷酸二氢铵溶液(磷酸二氢铵溶液与硝酸银水溶液体积比为2:1),超声搅拌20min;逐滴加入1mol/L氢氧化钠溶液,调节PH值至11,而后静置、离心,用去离子水和乙醇交替洗涤三次,真空干燥,得GQDs/Ag2O;
(3)取1gGQDs/Ag2O超声搅拌分散于水溶液中;逐滴加入浓度为0.5g/100mlZnO量子点水溶液,超声功率搅拌速度各减半;60min后,静置,过滤,用去离子水洗涤数次,真空干燥,得GQDs/Ag2O/ZnO;
(4)取三维海绵状石墨烯超声搅拌分散于水溶液中,逐滴加入GQDs/Ag2O/ZnO水溶液中,三维海绵状石墨烯与GQDs/Ag2O/ZnO的重量比为1:5;50W超声100min,静置,去离子水洗涤数次,离心,置于密闭空间内,进行抽真空→加热加压循环3次(抽真空时间为25min;加热加压为通入高温高压气体,气体加热温度为80~90℃,加压至0.5Mpa,保压30min),得GQDs/Ag2O/ZnO/石墨烯抗菌粉,即抗菌粉。
实施例5
基于实施例2的制备方法,其不同之处仅在于:所述抗菌粉通过如下方法制得:
(1)称取0.6gC60粉末,量取100ml质量分数为98%的浓硫酸,将C60粉末和浓硫酸在烧杯中混合,烧杯放在冰水浴中,同时以600rpm的速度搅拌,得混合液;称取1g高锰酸钾粉末,缓慢的加入上述混合液中;移去冰水浴,换成水浴,保持水浴温度30~40℃,反应4h;快速加入120ml纯水,过滤,然后用截留分子量为1000的透析袋透析4天,得石墨烯量子点(GQDs)悬浮液;100rpm速度搅拌GQDs悬浮液,同时激光辐照40min,激光辐照功率为1W;备用;
(2)超声搅拌60mlGQDs悬浮液,滴加浓度为0.005mol/L硝酸银水溶液;逐滴加入浓度为0.2mol/L磷酸二氢铵溶液(磷酸二氢铵溶液与硝酸银水溶液体积比为2:1),超声搅拌20min;逐滴加入1mol/L氢氧化钠溶液,调节PH值至11,而后静置、离心,用去离子水和乙醇交替洗涤三次,真空干燥,得GQDs/Ag2O;
(3)取2gGQDs/Ag2O超声搅拌分散于水溶液中;逐滴加入浓度为0.2g/100mlZnO量子点水溶液,超声功率搅拌速度各减半;80min后,静置,过滤,用去离子水洗涤数次,真空干燥,得GQDs/Ag2O/ZnO;
(4)取三维海绵状石墨烯超声搅拌分散于水溶液中,逐滴加入GQDs/Ag2O/ZnO水溶液中,三维海绵状石墨烯与GQDs/Ag2O/ZnO的重量比为1:3;50W超声100min,静置,去离子水洗涤数次,离心,置于密闭空间内,进行抽真空→加热加压循环5次(抽真空时间为25min;加热加压为通入高温高压气体,气体加热温度为80~90℃,加压至0.5Mpa,保压30min),得GQDs/Ag2O/ZnO/石墨烯抗菌粉,即抗菌粉。
实施例6
基于实施例3的制备方法,其不同之处仅在于:所述抗菌粉通过如下方法制得:
(1)称取0.6gC60粉末,量取100ml质量分数为98%的浓硫酸,将C60粉末和浓硫酸在烧杯中混合,烧杯放在冰水浴中,同时以600rpm的速度搅拌,得混合液;称取1g高锰酸钾粉末,缓慢的加入上述混合液中;移去冰水浴,换成水浴,保持水浴温度30~40℃,反应4h;快速加入120ml纯水,过滤,然后用截留分子量为1000的透析袋透析4天,得石墨烯量子点(GQDs)悬浮液;100rpm速度搅拌GQDs悬浮液,同时激光辐照40min,激光辐照功率为1W;备用;
(2)超声搅拌60mlGQDs悬浮液,滴加浓度为0.01mol/L硝酸银水溶液;逐滴加入浓度为0.5mol/L磷酸二氢铵溶液(磷酸二氢铵溶液与硝酸银水溶液体积比为2:1),超声搅拌20min;逐滴加入1mol/L氢氧化钠溶液,调节PH值至11,而后静置、离心,用去离子水和乙醇交替洗涤三次,真空干燥,得GQDs/Ag2O;
(3)取3gGQDs/Ag2O超声搅拌分散于水溶液中;逐滴加入浓度为0.05g/100mlZnO量子点水溶液,超声功率搅拌速度各减半;90min后,静置,过滤,用去离子水洗涤数次,真空干燥,得GQDs/Ag2O/ZnO;
(4)取三维海绵状石墨烯超声搅拌分散于水溶液中,逐滴加入GQDs/Ag2O/ZnO水溶液中,三维海绵状石墨烯与GQDs/Ag2O/ZnO的重量比为1:1;50W超声100min,静置,去离子水洗涤数次,离心,置于密闭空间内,进行抽真空→加热加压循环8次(抽真空时间为25min;加热加压为通入高温高压气体,气体加热温度为80~90℃,加压至0.5Mpa,保压30min),得GQDs/Ag2O/ZnO/石墨烯抗菌粉,即抗菌粉。
对比例1
基于实施例1的制备方法,不同之处在于:所述抗菌粉为金属抗菌剂;所述除臭剂由ZrO2 8%,TiO2 10%,SiO2 18%,V2O5 2%,K2O 5%,SnO2 1%,Cr2O3 5%,Al2O3 10%,Fe2O3 12%,MgO 16%,Na2O 3%,MnO2 10%(重量百分比)混合而成。
对比例2
基于实施例4的制备方法,不同之处在于:所述抗菌粉为氧化锌抗菌剂;不添加除臭剂。
对实施例1~6、对比例1~2进行性能测试,测试结果如下:
磨损测试:选用莫氏硬度为3~4的磨料,在仿生石英石上摩擦1000次来模仿铺贴使用2年后的效果,测试其灭菌率。
热稳定性测试:将仿生石英石置于电炉中,自室温升到200℃,保温20min,迅速投入25℃水中,10min后取出擦干,测试其灭菌率。
灭菌均匀性评价:在同一仿生石英石上选取100个区域进行灭菌测试,对测得的数据进行均匀度分析,通过均匀度=100*(1-标准偏差/平均值)。当均匀度大于97%,则标记为▲;当均匀度大于90%且小于97%,则标记为☆;当均匀度低于90%,则标记为╳。
除臭试验:准备两个51PVF 树脂气囊,在一个气囊中放入一块试样样片,另一个树脂气囊不放样片。然后在两个气囊中分别吹入500ppmNH3-空气混合气体并密封,120min使用气体检测管测量气囊中NH3的浓度,计算除臭率。
放射性能:经检测表明,本发明制备的石英石均符合GB6566-2001《建筑材料放射性核素限量》中A类装修材料要求。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制,但凡采用等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案,均应落在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种抗菌除臭仿生石英石的制备方法,其包括以下步骤:
步骤A,制备改性树脂:按重量百分比计,将85~90%树脂、5~10%抗菌粉及1~5%分散剂用高速搅拌机混合均匀后加温熔融,利用双螺杆挤出机挤出造粒,其熔融混合分散挤出温度为:100℃~ 280℃;所述抗菌粉为GQDs/Ag2O/Ag-Zn-Ce/SiO2/石墨烯抗菌粉;
步骤B,按重量百分比计,将80~90%石英、8~12%改性树脂、0.01~1%固化剂、0.01~1%偶联剂、3~8%除臭剂、1~3%氢氧化铝粉及0.1~2%色料搅拌均匀,得混合料,上述各原料用量之和为100%;
步骤C,将混合料进行第一次布料在模板上,振压成型,脱模,切割,按预设图案排列得半成品;再进行第二次布料,振压成型,烘干成型,然后进行后处理得成品;
其中,
所述除臭剂制备方法如下:混合以下重量百分比的原料:ZrO2 2~8%,TiO2 5~15%,SiO210~20%,V2O5 1~5%,K2O 1~5%,SnO2 1~5%,Cr2O3 1~5%,Al2O3 10~15%,Fe2O3 10~15%,MgO 10~20%,Na2O 1~10%,MnO2 1~10%,投入到PUHLER公司开发的大流量循环卧式砂磨机中进行研磨,控制粒径在10~300nm之间,得无机氧化物;将硅藻土分散在100~200ml的水溶液中,加入无机氧化物,其中所述硅藻土与无机氧化物的重量比为1:1~6,100~200W超声100~300rpm搅拌1~2h,让纳米材料充分进入硅藻土孔隙中,多次抽滤清洗;置于密闭空间内,进行抽真空→加热加压循环3~8次,得除臭剂;
所述抗菌粉的制备方法如下:
(1)称取0.3~1gC60粉末,量取80~100ml质量分数为98%的浓硫酸,将C60粉末和浓硫酸在烧杯中混合,烧杯放在冰水浴中,同时以500~600rpm的速度搅拌,得混合液;称取1~3g高锰酸钾粉末,缓慢的加入上述混合液中;移去冰水浴,换成水浴,保持水浴温度30~40℃,反应3~5h;快速加入100~150ml纯水,过滤,然后用截留分子量为1000的透析袋透析3~5天,得GQDs悬浮液;100~150rpm速度搅拌GQDs悬浮液,同时激光辐照30~60min,激光辐照功率为0.5~2W;备用;
(2)超声搅拌50~60mlGQDs悬浮液,滴加浓度为0.001~0.01mol/L硝酸银水溶液;逐滴加入浓度为0.1~0.5mol/L磷酸二氢铵溶液,超声搅拌10~20min;逐滴加入0.5~1mol/L氢氧化钠溶液,调节pH值至11,而后静置、离心,用去离子水和乙醇交替洗涤三次,真空干燥,得GQDs/Ag2O;
(3)取1~3gGQDs/Ag2O超声搅拌分散于80~120ml水溶液中;逐滴加入浓度为0.005~0.05mol/L硝酸铈水溶液,30~60min后逐滴加入浓度为0.005~0.05mol/L硝酸锌水溶液;继续超声搅拌,调节混合溶液pH值至7.0;边超声搅拌,边加入4~8mL质量分数为50%的水合肼,在30~40℃下还原反应0.5~1h;之后,再加入40~50mL质量分数为50%的水合肼,在85℃下还原反应30~48h后;过滤,用去离子水洗涤数次,真空干燥,得GQDs/Ag2O/Ag-Zn-Ce;
(4)将0.1~0.5gGQDs/Ag2O/Ag-Zn-Ce超声搅拌分散于水溶液中;之后加入体积比3~5:1的水和氨水,搅拌均匀后加入正硅酸乙酯,调节pH值为9~10,反应温度为20~25℃,反应30~60min;进行离心并依次用丙酮和去离子水清洗获得沉淀;将该沉淀在80~90℃下干燥2~4h,以得到GQDs/Ag2O/Ag-Zn-Ce/SiO2;将GQDs/Ag2O/Ag-Zn-Ce/SiO2置于氩气气氛下进行500~800℃热处理1~2h,冷却至室温后,浸没在氢氟酸中以超声功率100~150W进行超声10~15min,去除表面局部二氧化硅,离心并干燥,获得GQDs/Ag2O/Ag-Zn-Ce/SiO2;
(5)取三维海绵状石墨烯超声搅拌分散于水溶液中,逐滴加入GQDs/Ag2O/Ag-Zn-Ce/SiO2水溶液中;10~100W超声60~120min,静置,去离子水洗涤数次,离心,置于密闭空间内,进行抽真空→加热加压循环3~8次,得GQDs/Ag2O/Ag-Zn-Ce/SiO2/石墨烯抗菌粉,即抗菌粉。
2.一种抗菌除臭仿生石英石的制备方法,其包括以下步骤:
步骤A,制备改性树脂:按重量百分比计,将85~90%树脂、5~10%抗菌粉及1~5%分散剂用高速搅拌机混合均匀后加温熔融,利用双螺杆挤出机挤出造粒,其熔融混合分散挤出温度为:100℃~ 280℃;所述抗菌粉为GQDs/Ag2O/ZnO/石墨烯抗菌粉;
步骤B,按重量百分比计,将80~90%石英、8~12%改性树脂、0.01~1%固化剂、0.01~1%偶联剂、3~8%除臭剂、1~3%氢氧化铝粉及0.1~2%色料搅拌均匀,得混合料,上述各原料用量之和为100%;
步骤C,将混合料进行第一次布料在模板上,振压成型,脱模,切割,按预设图案排列得半成品;再进行第二次布料,振压成型,烘干成型,然后进行后处理得成品;
其中,
所述除臭剂制备方法如下:混合以下重量百分比的原料:ZrO2 2~8%,TiO2 5~15%,SiO210~20%,V2O5 1~5%,K2O 1~5%,SnO2 1~5%,Cr2O3 1~5%,Al2O3 10~15%,Fe2O3 10~15%,MgO 10~20%,Na2O 1~10%,MnO2 1~10%,投入到PUHLER公司开发的大流量循环卧式砂磨机中进行研磨,控制粒径在10~300nm之间,得无机氧化物;将硅藻土分散在100~200ml的水溶液中,加入无机氧化物,其中所述硅藻土与无机氧化物的重量比为1:1~6,100~200W超声100~300rpm搅拌1~2h,让纳米材料充分进入硅藻土孔隙中,多次抽滤清洗;置于密闭空间内,进行抽真空→加热加压循环3~8次,得除臭剂;
所述抗菌粉的制备方法如下:
(1)称取0.3~1gC60粉末,量取80~100ml质量分数为98%的浓硫酸,将C60粉末和浓硫酸在烧杯中混合,烧杯放在冰水浴中,同时以500~600rpm的速度搅拌,得混合液;称取1~3g高锰酸钾粉末,缓慢的加入上述混合液中;移去冰水浴,换成水浴,保持水浴温度30~40℃,反应3~5h;快速加入100~150ml纯水,过滤,然后用截留分子量为1000的透析袋透析3~5天,得GQDs悬浮液;100~150rpm速度搅拌GQDs悬浮液,同时激光辐照30~60min,激光辐照功率为0.5~2W;备用;
(2)超声搅拌50~60mlGQDs悬浮液,滴加浓度为0.001~0.01mol/L硝酸银水溶液;逐滴加入浓度为0.1~0.5mol/L磷酸二氢铵溶液,超声搅拌10~20min;逐滴加入0.5~1mol/L氢氧化钠溶液,调节pH值至11,而后静置、离心,用去离子水和乙醇交替洗涤三次,真空干燥,得GQDs/Ag2O;
(3)取1~3gGQDs/Ag2O超声搅拌分散于水溶液中;逐滴加入浓度为0.05~0.5g/100mlZnO量子点水溶液,超声功率搅拌速度各减半;60~90min后,静置,过滤,用去离子水洗涤数次,真空干燥,得GQDs/Ag2O/ZnO;
(4)取三维海绵状石墨烯超声搅拌分散于水溶液中,逐滴加入GQDs/Ag2O/ZnO水溶液中;10~100W超声60~120min,静置,去离子水洗涤数次,离心,置于密闭空间内,进行抽真空→加热加压循环3~8次,得GQDs/Ag2O/ZnO/石墨烯抗菌粉,即抗菌粉。
3.根据权利要求1或2所述的抗菌除臭仿生石英石的制备方法,其特征在于,所述三维海绵状石墨烯制备方法如下:将3g 石墨粉,1g NaNO3在冰水浴中与250ml 98%浓硫酸混合均匀,缓慢加入6g KMnO4;然后升温至在35℃,搅拌40min 后,加入95ml 去离子水,升温至98℃反应20min;再加入270ml 水稀释,并用5ml 30% H2O2中和多余KMnO4,混合溶液的颜色为棕黄色,趁热过滤,用去离子水反复洗涤至中性,超声分散得到GO;取200ml 质量分数为5mg/ml的氧化石墨烯溶液倒入直径25cm,高2cm的圆盘状反应皿中,加入抗坏血酸0.5g搅拌使其充分混合;然后密闭反应皿并置于80℃水热反应15h,反应皿中的氧化石墨烯自发收缩交联成三维海绵结构,冷冻干燥,得到柔性的三维海绵状石墨烯。
4.一种抗菌除臭仿生石英石,其特征在于,由如权利要求1或2所述的制备方法制得。
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