CN106565141A - 一种碳纤维增强抗静电型硅藻泥材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种碳纤维增强抗静电型硅藻泥材料及其制备方法，所述碳纤维增强抗静电型硅藻泥材料按照质量份数包括：15～35份硅藻土、20～40份重质碳酸钙、8～20份灰钙粉、8～20份石英砂、2～5份纳米二氧化钛、1～4份负离子粉、0.5～2.5份纤维素醚、0.1～0.5份预糊化淀粉和0.1～2份碳纤维。本发明不含有害的挥发性有机化合物及游离甲醛，利用生物可再生胶粘剂纤维素醚和预糊化淀粉相互配合，增强了粘结强度，并通过碳纤维提高了抗裂、抗静电及防尘性能，其综合性能优于现有的硅藻泥材料。

Description

一种碳纤维增强抗静电型硅藻泥材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种碳纤维增强抗静电型硅藻泥材料及其制备方法。
背景技术
传统的墙面装饰材料，存在着易燃、发霉、脱落等安全隐患，其甲醇、苯、重金属、氨等有毒害物质的含量也有存在超标的风险，所以逐渐为硅藻泥材料所代替。
公开号为CN104725901A的中国专利文献公开了一种硅藻泥及其生产方法，该硅藻泥材料由硅藻土、无机色粉、食品纤维素、无机胶和白砂制成，其采用的无机胶虽然具有无公害，毒性小，不燃烧、抗老化、耐高温的优点，但不耐酸、碱，耐水性也较差，不耐冲击，更不具备抗静电、防尘的功能。
公开号为CN 101704656A的中国专利文献公开了一种内墙涂料组合物，该内墙涂料组合物由硅藻土、固化材料、功能辅助材料、骨架材料、麻纤维和钛白粉制成，其中固化材料采用贝壳粉或贝壳粉与4A沸石粉的混合物；功能辅助材料透气性的干酪素和海藻胶粉的混合物；骨架材料为白云石砂，虽然完全由天然素材构成，但其耐久性差、粘接强度低，同时也不具备抗静电、防尘的功能。
因此，仍需要现有的硅藻泥材料做出进一步的改进，在环保无污染的前提下，进一步增强其耐碱性、粘接强度、耐久性及抗静电、防尘能力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种抗裂性强、粘接性高、耐久性强、不含有害物质及游离甲醛的碳纤维增强抗静电型硅藻泥材料及其制备方法，具有净化空气、调节湿度、耐碱性、粘接强度高、抗静电、防尘的功能，其性能指标满足JC/T 2177-2013《硅藻泥装饰壁材》的要求。
为实现上述目的，本发明提供了一种碳纤维增强抗静电型硅藻泥材料。具体地，所述碳纤维增强抗静电型硅藻泥材料按照质量份数包括：15～35份硅藻土、20～40份重质碳酸钙、8～20份灰钙粉、8～20份石英砂、2～5份纳米二氧化钛、1～4份负离子粉、0.5～2.5份纤维素醚、0.1～0.5份预糊化淀粉和0.1～2份碳纤维。
优选地，所述碳纤维增强抗静电型硅藻泥材料按照质量份数包括：20～30份硅藻土、25～35份重质碳酸钙、14～18份灰钙粉、14～16份石英砂、3～4份纳米二氧化钛、2～3份负离子粉、1～2份纤维素醚、0.2～0.4份预糊化淀粉和0.15～0.8份碳纤维。
优选地，所述碳纤维增强抗静电型硅藻泥材料按照质量份数包括：28份硅藻土、30份重质碳酸钙、18份灰钙粉、16份石英砂、3份纳米二氧化钛、3份负离子粉、1.5份纤维素醚、0.3份预糊化淀粉和0.15份碳纤维。
优选地，所述硅藻土中二氧化硅含量不少于90％。
优选地，所述重质碳酸钙粒径为23～150μm、所述灰钙粉粒径为23～150μm；所述石英砂粒径为150～830μm；所述负离子粉粒径为3.3～13μm；所述预糊化淀粉粒径小于160μm；所述纤维素醚粘度为20000～200000；所述碳纤维直径为10～50μm，长度为2～20mm。
优选地，所述纳米二氧化钛为金红石型或锐钛型，以粉体或液体形式存在。
优选地，所述碳纤维为聚丙烯腈基碳纤维、沥青基碳纤维或粘胶基碳纤维中的一种。
优选地，所述纤维素醚为羧甲基淀粉钠、羧甲基纤维素钠、羟丙基甲基纤维素中的一种或几种。
优选地，所述预糊化淀粉为马铃薯淀粉、玉米淀粉或木薯预糊化淀粉中的一种。
本发明第二方面提供了一种碳纤维增强抗静电型硅藻泥材料的制备方法。具体地，所述方法包括以下步骤：
步骤一、制备混合粉末：将硅藻土、重质碳酸钙、灰钙粉、石英砂、负离子粉、纤维素醚、和预糊化淀粉充分均匀，制得混合粉末；
步骤二、制备纳米二氧化钛混合溶液：将纳米二氧化钛和水混合后，在30～60KHz超声分散至均匀；
步骤三、制备混合浆料：将步骤一中的混合粉末边搅拌边加至步骤二制得的纳米二氧化钛混合溶液中，充分混匀，制得混合浆料；
步骤四、将碳纤维单丝分散开，加入混合浆料中搅拌1～5min，即制得碳纤维增强抗静电型硅藻泥材料；
其中，所述步骤二中水与步骤三中混合粉末的质量比为1：1～2。
本发明采用预糊化淀粉这种冷水速溶、粘结强度高、价廉物美的纯天然植物绿色胶粘剂，与纤维素醚复配得到新型无机胶凝体系；同时选取碳纤维作为增强纤维，碳纤维作为增强纤维，具有质轻、耐腐蚀、耐老化和良好的吸能减震性能，将碳纤维添加到硅藻泥中，形成均匀分布的三维支撑拉力体系，能有效提高硅藻泥的抗拉强度，减少裂缝产生，达到增强、增韧的效果，碳纤维优良的耐腐蚀性特别适合于高碱含量的硅藻泥制备中，提高材料的耐久性；另外，碳纤维强的导电性也赋予了硅藻泥出色的抗静电、防尘效果。
本发明具有如下优点：
1、本发明的碳纤维增强抗静电型硅藻泥材料，不含有任何有毒物质，通过加入碳纤维提高了抗拉强度和抗裂性，并进一步增强了碳纤维增强抗静电型硅藻泥材料的抗静电及防尘能力。
2、本发明利用生物可再生胶粘剂纤维素醚和预糊化淀粉相互配合，增强了胶粘剂保水保湿效果，大幅度提高了胶粘剂粘结强度，增强了碳纤维增强抗静电型硅藻泥材料的耐碱性、耐水性。
3、本发明不含有害的挥发性有机化合物及游离甲醛，生产工艺简单，具有阻燃和绿色环保的优点，并通过碳纤维提高了抗裂、抗静电及防尘性能，其综合性能优于现有的硅藻泥材料。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
本实施例的碳纤维增强抗静电型硅藻泥材料的制备方法，按以下步骤制备：
步骤一、制备混合粉末：将28份硅含量为95％的硅藻土、30份粒径23μm的重质碳酸钙、18份粒径60μm的灰钙粉、16份粒径700μm的石英砂、3份粒径8μm的负离子粉、0.5份粘度为30000的羧甲基淀粉钠、1份粘度为60000的羧甲基纤维素钠和0.3份粒径110μm的木薯预糊化淀粉充分均匀，制得混合粉末；
步骤二、制备纳米二氧化钛混合溶液：将3份金红石型纳米二氧化钛粉体和水混合后，在55KHz超声分散至均匀；
步骤三、制备混合浆料：将步骤一中的混合粉末边搅拌边加至步骤二制得的纳米二氧化钛混合溶液中，充分混匀，制得混合浆料；
步骤四、将0.15份直径为20μm，长度为6mm的沥青基碳纤维单丝分散开，加入混合浆料中搅拌3min，即制得碳纤维增强抗静电型硅藻泥材料；
其中，所述步骤二中水与步骤三中混合粉末的质量比为1：1。
实施例2
本实施例的碳纤维增强抗静电型硅藻泥材料的制备方法，按以下步骤制备：
步骤一、制备混合粉末：将20份硅含量为90％的硅藻土、40份粒径100μm的重质碳酸钙、8份粒径80μm的灰钙粉、18份粒径830μm的石英砂、4份粒径5.5μm的负离子粉、0.5份粘度为20000的羟丙基甲基纤维素和0.3份粒径160μm的玉米淀粉充分均匀，制得混合粉末；
步骤二、制备纳米二氧化钛混合溶液：将4份金红石型纳米二氧化钛粉体和水混合后，在45KHz超声分散至均匀；
步骤三、制备混合浆料：将步骤一中的混合粉末边搅拌边加至步骤二制得的纳米二氧化钛混合溶液中，充分混匀，制得混合浆料；
步骤四、将2份直径为30μm，长度为12mm的聚丙烯腈基碳纤维单丝分散开，加入混合浆料中搅拌2min，即制得碳纤维增强抗静电型硅藻泥材料；
其中，所述步骤二中水与步骤三中混合粉末的质量比为1：2。
实施例3
本实施例的碳纤维增强抗静电型硅藻泥材料的制备方法，按以下步骤制备：
步骤一、制备混合粉末：将25份硅含量为92％的硅藻土、20份粒径90μm的重质碳酸钙、12份粒径23μm的灰钙粉、8份粒径600μm的石英砂、2份粒径3.3μm的负离子粉、0.6份粘度为100000的羧甲基淀粉钠、0.6份粘度为140000的羧甲基纤维素钠、0.6份粘度为50000的羟丙基甲基纤维素和0.1份粒径90μm的木薯预糊化淀粉充分均匀，制得混合粉末；
步骤二、制备纳米二氧化钛混合溶液：将5份锐钛型纳米二氧化钛粉体和水混合后，在30KHz超声分散至均匀；
步骤三、制备混合浆料：将步骤一中的混合粉末边搅拌边加至步骤二制得的纳米二氧化钛混合溶液中，充分混匀，制得混合浆料；
步骤四、将1.2份直径为10μm，长度为2mm的粘胶基碳纤维单丝分散开，加入混合浆料中搅拌5min，即制得碳纤维增强抗静电型硅藻泥材料；
其中，所述步骤二中水与步骤三中混合粉末的质量比为1：1.6。
实施例4
本实施例的碳纤维增强抗静电型硅藻泥材料的制备方法，按以下步骤制备：
步骤一、制备混合粉末：将35份硅含量为94％的硅藻土、35份粒径150μm的重质碳酸钙、20份粒径120μm的灰钙粉、13份粒径150μm的石英砂、2份粒径13μm的负离子粉、2份粘度为80000的羧甲基淀粉钠和0.4份粒径140μm玉米淀粉充分均匀，制得混合粉末；
步骤二、制备纳米二氧化钛混合溶液：将2份金红石型纳米二氧化钛粉体和水混合后，在60KHz超声分散至均匀；
步骤三、制备混合浆料：将步骤一中的混合粉末边搅拌边加至步骤二制得的纳米二氧化钛混合溶液中，充分混匀，制得混合浆料；
步骤四、将0.1份直径为50μm，长度为20mm的聚丙烯腈基碳纤维单丝分散开，加入混合浆料中搅拌1min，即制得碳纤维增强抗静电型硅藻泥材料；
其中，所述步骤二中水与步骤三中混合粉末的质量比为1：1.4。
实施例5
本实施例的碳纤维增强抗静电型硅藻泥材料的制备方法，按以下步骤制备：
步骤一、制备混合粉末：将15份硅含量为91％的硅藻土、25份粒径40μm的重质碳酸钙、14份粒径150μm的灰钙粉、20份粒径200μm石英砂、1份粒径9μm的负离子粉、1.5份粘度为20000的羧甲基淀粉钠、1份粘度为200000羟丙基甲基纤维素和0.5份粒径120μm的马铃薯淀粉充分均匀，制得混合粉末；
步骤二、制备纳米二氧化钛混合溶液：将4份锐钛型纳米二氧化钛粉体和水混合后，在50KHz超声分散至均匀；
步骤三、制备混合浆料：将步骤一中的混合粉末边搅拌边加至步骤二制得的纳米二氧化钛混合溶液中，充分混匀，制得混合浆料；
步骤四、将1份直径为25μm，长度为8mm的沥青基碳纤维单丝分散开，加入混合浆料中搅拌4min，即制得碳纤维增强抗静电型硅藻泥材料；
其中，所述步骤二中水与步骤三中混合粉末的质量比为1：1。
现有技术为保证粘结强度通常加入了有毒害的有机类乳胶粉，本发明所用的胶粘剂为生物可再生的纤维素醚和预糊化淀粉，安全环保，且复配后结合二者的优点，达到保水保湿，大幅度提高粘结强度的效果；另外，选取碳纤维作为增强纤维，碳纤维作为增强纤维，具有质轻、耐腐蚀、耐老化和良好的吸能减震性能，将碳纤维添加到硅藻泥中，形成均匀分布的三维支撑拉力体系，能有效提高硅藻泥的抗拉强度，减少裂缝产生，达到增强、增韧的效果，碳纤维优良的耐腐蚀性特别适合于高碱含量的硅藻泥制备中，提高材料的耐久性；另外，碳纤维强的导电性也赋予了硅藻泥出色的抗静电、防尘效果。
按实施例1～5中的各组分配比和方法制备的碳纤维增强抗静电型硅藻泥材料，按国家JC/T 2177-2013《硅藻泥装饰壁材》标准要求对其容器中状态、施工性、初期干燥抗裂性(6h)、表干时间、耐碱性(48h)、粘接强度、耐温湿性能、硅藻成份、调湿性能、甲醛净化性能、甲醛净化效果持久性、防霉菌性能、防霉菌耐久性能、挥发性有机化合物总量、苯类含量、游离甲醛含量、可溶性重金属含量等进行测试，结果见表1、表2和表3。
表1碳纤维增强抗静电型硅藻泥材料各项技术指标
从表1中可以看出，本发明碳纤维增强抗静电型硅藻泥材料各项技术指标均达到了JC/T 2177-2013《硅藻泥装饰壁材》的规定。经测试未添加纤维的某配方硅藻泥在耐碱性(48h)测试中出现裂痕、脱落和溶出的现象，而添加碳纤维后，表面无起泡、裂纹、剥落，无明显变色，从而满足JC/T 2177-2013《硅藻泥装饰壁材》对耐碱性的要求。经测试添加预糊化淀粉的某配方硅藻泥的粘接强度标准态由0.40MPa提高到了0.66MPa，浸水后由0.23MPa提高到了0.45MPa，从而满足JC/T 2177-2013《硅藻泥装饰壁材》对粘接强度的要求。
表2为碳纤维增强抗静电型硅藻泥材料各项功能性指标
从表2中可以看出，碳纤维增强抗静电型硅藻泥材料各项功能性指标均达到了JC/T 2177-2013《硅藻泥装饰壁材》的规定，性能远超现有产品。
表3为碳纤维增强抗静电型硅藻泥材料有害物质释放指标
注：挥发性有机化合物含量的检出限值为1g/kg；苯、甲苯、乙苯、二甲苯总和的检出限值为50mg/kg；游离甲醛的检出限值为5mg/kg；可溶性重金属的检出限值为10mg/kg。
从表3中可以看出，碳纤维增强抗静电型硅藻泥材料，其挥发性有机化合物含量、游离甲醛、可溶性重金属及苯、甲苯、乙苯等含量，均符合国家强制性标准JC/T 2177-2013《硅藻泥装饰壁材》规定的各项指标，是合格的硅藻泥装饰壁材。
表4为实施例1～5制备得到的碳纤维增强抗静电型硅藻泥材料施表面电阻率及防尘等级测试结果
本发明实施例1～5制备得到的抗静电型硅藻泥材料分别通过静电检测器检测抗静电型硅藻泥材料表面电阻率；通过国际IEC529标准检测其防尘等级。从表4中可以看出，本发明实施例1～5制备得到的抗静电型硅藻泥材料的表面电阻率均在0.5×109～6.5×109Ω左右，小于现有产品的电阻率，抗静电能力明显高于现有产品；本发明实施例1～5制备得到的抗静电型硅藻泥材料的防尘等级也均高于现有产品，具有优越的防尘能力。此外，本发明制备方法操作简单，原料价廉环保，易于实现工业化。制得的碳纤维增强抗静电型硅藻泥材料具有调节湿度、隔音降噪、防火阻燃、净化空气、有益健康等作用。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种碳纤维增强抗静电型硅藻泥材料，其特征在于：所述碳纤维增强抗静电型硅藻泥材料按照质量份数包括：15～35份硅藻土、20～40份重质碳酸钙、8～20份灰钙粉、8～20份石英砂、2～5份纳米二氧化钛、1～4份负离子粉、0.5～2.5份纤维素醚、0.1～0.5份预糊化淀粉和0.1～2份碳纤维。
2.根据权利要求1所述的碳纤维增强抗静电型硅藻泥材料，其特征在于：所述碳纤维增强抗静电型硅藻泥材料按照质量份数包括：20～30份硅藻土、25～35份重质碳酸钙、14～18份灰钙粉、14～16份石英砂、3～4份纳米二氧化钛、2～3份负离子粉、1～2份纤维素醚、0.2～0.4份预糊化淀粉和0.15～0.8份碳纤维。
3.根据权利要求2所述的碳纤维增强抗静电型硅藻泥材料，其特征在于：所述碳纤维增强抗静电型硅藻泥材料按照质量份数包括：28份硅藻土、30份重质碳酸钙、18份灰钙粉、16份石英砂、3份纳米二氧化钛、3份负离子粉、1.5份纤维素醚、0.3份预糊化淀粉和0.15份碳纤维。
4.根据权利要求1所述的碳纤维增强抗静电型硅藻泥材料，其特征在于：所述硅藻土中二氧化硅含量不少于90％。
5.根据权利要求1所述的碳纤维增强抗静电型硅藻泥材料，其特征在于：所述重质碳酸钙粒径为23～150μm、所述灰钙粉粒径为23～150μm；所述石英砂粒径为150～830μm；所述负离子粉粒径为3.3～13μm；所述预糊化淀粉粒径小于160μm；所述纤维素醚粘度为20000～200000；所述碳纤维直径为10～50μm，长度为2～20mm。
6.根据权利要求1所述的碳纤维增强抗静电型硅藻泥材料，其特征在于：所述纳米二氧化钛为金红石型或锐钛型，以粉体或液体形式存在。
7.根据权利要求1所述的碳纤维增强抗静电型硅藻泥材料，其特征在于：所述碳纤维为聚丙烯腈基碳纤维、沥青基碳纤维或粘胶基碳纤维中的一种。
8.根据权利要求1所述的碳纤维增强抗静电型硅藻泥材料，其特征在于：所述纤维素醚为羧甲基淀粉钠、羧甲基纤维素钠或羟丙基甲基纤维素中的一种或几种。
9.根据权利要求1所述的碳纤维增强抗静电型硅藻泥材料，其特征在于：所述预糊化淀粉为马铃薯淀粉、玉米淀粉或木薯预糊化淀粉中的一种。
10.一种如权利要求1-9任一项所述的碳纤维增强抗静电型硅藻泥材料的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括以下步骤：
步骤一、制备混合粉末：将硅藻土、重质碳酸钙、灰钙粉、石英砂、负离子粉、纤维素醚和预糊化淀粉充分均匀，制得混合粉末；
步骤二、制备纳米二氧化钛混合溶液：将纳米二氧化钛和水混合后，在30～60KHz超声分散至均匀；
步骤三、制备混合浆料：将步骤一中的混合粉末边搅拌边加至步骤二制得的纳米二氧化钛混合溶液中，充分混匀，制得混合浆料；
步骤四、将碳纤维单丝分散开，加入混合浆料中搅拌1～5min，即制得碳纤维增强抗静电型硅藻泥材料；
其中，所述步骤二中水与步骤三中混合粉末的质量比为1：1～2。
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