CN107162546A - 一种具有抗菌功能的硅藻板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种具有抗菌功能的硅藻板，所述硅藻板具有夹芯结构，所述夹芯结构的芯层由料浆A制成，所述夹芯结构的表层由料浆B制成；所述料浆B中含有N‑TiO2/硅藻土载银复合材料。本申请提供的硅藻板具有优良的抗菌性能及可见光光催化性能，在可见光下，24h对金黄色葡萄球菌抗菌率可达到99％以上，还具有优良的室内污染物吸附降解特性、吸附调湿、隔热保温和轻质高强等特性，密度＜0.6g/cm3，导热系数＜0.18W/(m·K)、抗折强度为＞7.0Mpa，24h吸湿量＞80g/m2，48h甲醛净化率＞90％，可广泛应用室内装饰与装修、环保、节能以及日常生活用品等领域。

Description

一种具有抗菌功能的硅藻板及其制备方法
技术领域
本发明涉及矿物材料与应用及无机非金属材料领域，尤其涉及一种具有抗菌功能的硅藻板及其制备方法。
背景技术
硅藻土是一种古代硅藻遗骸经生物成因的硅质沉积岩，具有松散、质轻、多孔等特性，且具有三维孔道结构和纳米孔径分布，孔隙分布有规律，广泛应用于制备健康、环保、节能等功能材料。
早在上个世纪80年代，就有以硅藻土和石灰为主要原料、石棉为增强纤维，采用浇注和模压法成型，高温蒸汽养护的微孔硅酸钙板的生产和应用。但是，采用上述工艺生产的硅酸钙板强度较低、密度大而且功能单一(主要用于隔热保温)，不能满足市场的需求。近年来，该领域技术人员加大了硅藻板功能性的开发力度，现有的硅藻土功能板除了保温隔热功能外，还有吸附、调湿功能。硅藻板作为一种新型的室内装饰装修材料，由于其接触环境较为复杂，表面易滋生霉菌，而且室内是人类的主要生活、工作场所，伴随着人类的起居活动，这些霉菌会危害人类健康。但目前尚未见到具有高效抗菌功能的硅藻板的报道。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种具有抗菌功能的硅藻板，可广泛应用室内装饰与装修、环保、节能以及日常生活用品等领域，解决现有技术中硅藻板不具有抗菌功能的问题。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
一种具有抗菌功能的硅藻板，所述硅藻板具有夹芯结构，所述夹芯结构的芯层由料浆A制成，所述夹芯结构的表层由料浆B制成；所述料浆B中含有N-TiO2/硅藻土载银复合材料。
优选地，所述夹芯结构为14～18层，所述夹芯结构每层的厚度独立地为1～1.5mm。
优选地，所述料浆A包括以下质量份数的组分：硅藻土35～40份，熟石灰35～40份，矿物填料12～14份，矿物纤维5～8份，木质纤维5～10份，增稠剂0.5～1份，水按照液固质量比4～5:1取相应份数。
优选地，所述料浆B包括以下质量份数的组分：硅藻土35～40份，熟石灰35～40份，矿物填料12～14份，矿物纤维5～8份，木质纤维5～10份，增稠剂0.5～1份，N-TiO2/硅藻土载银复合材料1～2份，水按照液固质量比4～5:1取相应份数。
优选地，所述硅藻土中非晶质SiO2质量含量≥80％，所述硅藻土的粒度≤150μm。
优选地，所述矿物填料的粒度≤150μm。
优选地，所述矿物纤维包括硫酸钙晶须和/或凹凸棒石黏土。
优选地，所述增稠剂包括羟乙基纤维素、甲基羟乙基纤维素和乙基羟乙基纤维素中的一种或几种的混合物。
本发明还提供了上述技术方案所述的硅藻板的制备方法，包括以下步骤：
(1)分别按照料浆A和料浆B的配方经水热反应制得料浆A和料浆B；
(2)得到料浆后，依次按照料浆B、料浆A和料浆B的顺序，固液分离得到滤饼，在滤饼表面喷淋粘合剂后，叠卷成型，得到具有抗菌功能的硅藻板
优选地，所述步骤(2)叠卷成型后还依次包括干燥、蒸压养护处理。
本发明提供了一种具有抗菌功能的硅藻板，所述硅藻板具有夹芯结构，所述夹芯结构的芯层由料浆A制成，所述夹芯结构的表层由料浆B制成；所述料浆B中含有N-TiO2/硅藻土载银复合材料。本申请提供的硅藻板具有优良的抗菌性能及可见光光催化性能，在可见光下，24h对金黄色葡萄球菌抗菌率可达到99％以上，除高效抗菌功能外，还具有优良的室内污染物吸附降解特性、吸附调湿、隔热保温和轻质高强等特性，密度＜0.6g/cm3，导热系数＜0.18W/(m·K)、抗折强度为＞7.0Mpa，24h吸湿量＞80g/m2，48h甲醛净化率＞90％，可广泛应用室内装饰与装修、环保、节能以及日常生活用品等领域。
具体实施方式
本发明提供了一种具有抗菌功能的硅藻板，所述硅藻板具有夹芯结构，所述夹芯结构的芯层由料浆A制成，所述夹芯结构的表层由料浆B制成；所述料浆B中含有N-TiO2/硅藻土载银复合材料。
在本发明中，所述夹芯结构优选为14～18层，更优选为16～17层。在本发明中，所述表层优选包括一层上表层和一层下表层；所述芯层优选为12～16层，更优选为14～15层；所述芯层具体设置在所述上表层和下表层之间。
在本发明中，所述夹芯结构每层的厚度独立地优选为1～1.5mm，更优选为1.2～1.4mm。
在本发明中，所述料浆A包括以下质量份数的组分：硅藻土35～40份，熟石灰35～40份，矿物填料12～14份，矿物纤维5～8份，木质纤维5～10份，增稠剂0.5～1份，水按照液固质量比4～5:1取相应份数。
在本发明中，所述料浆B包括以下质量份数的组分：硅藻土35～40份，熟石灰35～40份，矿物填料12～14份，矿物纤维5～8份，木质纤维5～10份，增稠剂0.5～1份，N-TiO2/硅藻土载银复合材料1～2份，水按照液固质量比4～5:1取相应份数。
在本发明中，所述料浆A和浆料B独立地优选包括36～38份硅藻土。
在本发明中，所述硅藻土中非晶质SiO2质量含量优选为≥80％，更优选为≥90％；所述硅藻土的粒度优选为≤150μm，更优选为≤74μm，最优选为≤45μm。
本发明对所述硅藻土的来源没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可，例如硅藻原土、干燥分级的硅藻土、水选硅藻土或950℃以下煅烧的硅藻土。
在本发明中，所述料浆A和浆料B独立地优选包括36～38份熟石灰；本发明对所述熟石灰的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。
在本发明中，所述料浆A和浆料B独立地优选包括6～7份矿物纤维；所述矿物纤维的粒径优选为25μm～74μm，更优选为45μm～58μm。
本发明中，所述矿物纤维包括硫酸钙晶须和/或凹凸棒石黏土，当所述矿物纤维为硫酸钙晶须和凹凸棒石黏土的混合物时，本发明对所述硫酸钙晶须和凹凸棒石黏土的质量比没有特殊的限定，本领域技术人员可以根据实际需要选择任意质量比的混合物。
本发明多所述括硫酸钙晶须和凹凸棒石黏土的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。
在本发明中，所述料浆A和浆料B独立地优选包括6～8份木质纤维；所述木质纤维的纤维长度优选为1mm～3mm，更优选为2mm～2.5mm。
本发明多所述木质纤维的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。
在本发明中，所述料浆A和浆料B独立地优选包括13份矿物填料，所述矿物填料的粒度优选为25μm～150μm，更优选为45μm～74μm。
本发明对所述矿物填料的来源没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可，例如火山灰、石英粉、低温煅烧高岭土和偏高岭石粉。
在本发明中，所述增稠剂包括羟乙基纤维素、甲基羟乙基纤维素和乙基羟乙基纤维素中的一种或几种的混合物，当所述增稠剂为混合物时，本发明对所述增稠剂中各组分的质量比没有特殊的限定，本领域技术人员可以根据实际需要选择任意质量比的混合物。
在本发明中，所述N-TiO2/硅藻土载银复合材料是根据CN104001537A公开的方法制得的。
本发明还提供了上述技术方案所述的硅藻板的制备方法，包括以下步骤：
(1)分别按照料浆A和料浆B的配方经水热反应制得料浆A和料浆B；
(2)得到料浆后，依次按照料浆B、料浆A和料浆B的顺序，固液分离得到滤饼，在滤饼表面喷淋粘合剂后，叠卷成型，得到具有抗菌功能的硅藻板。
本发明分别按照料浆A和料浆B的配方经水热反应制得料浆A和料浆B。在本发明中，所述水热反应的温度优选为180～200℃，更优选为185～195℃；所述水热反应的时间优选为8～16h，更优选为12～14h。
本发明对所述水热反应的装置没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的水热反应装置即可，在本发明实施例中优选在高压反应釜中进行。
得到料浆A和料浆B后，本发明依次按照料浆B、料浆A和料浆B的顺序，固液分离得到滤饼。本发明对所述固液分离的方式没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的能够使浆料分离的方式即可；在本发明实施例中优选采用具有固液分离功能的分布流浆机过滤浆料得到滤饼，本发明对所述分布流浆机的流速、过滤真空度等参数没有特殊的限定，能够使浆料固液分离即可。
得到滤饼后，本发明在滤饼表面喷淋粘合剂后，叠卷成型，得到具有抗菌功能的硅藻板。在本发明中，所述粘合剂优选包括聚乙烯醇、聚乙二醇和聚氧化乙烯中的一种或几种的混合物；当所述粘合剂为混合物时，本发明对所述混合物中各组分的用量没有特殊的限定，本领域技术人员可以根据需要选择任意质量比的混合物。
在本发明中，所述粘合剂与硅藻板的质量比优选为1.2～1.6：100，更优选为1.4：100。
本发明对所述喷淋粘合剂的具体方式没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的常规手段即可。
本发明对所述叠卷成型的方式或所采用的设备没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的叠卷成型的技术方案即可。本发明优选采用成型机进行所述叠卷成型；更优选为转筒式成型机。本发明对所述转筒式成型机的转速没有特殊的限定，能够使滤饼逐层卷到旋转筒即可。
所述叠卷成型完成后，本发明优选依次包括干燥、蒸压养护处理。
在本发明中，所述干燥的温度优选为室温；所述干燥的时间优选为24～48h，更优选为36～40h。
在本发明中，所述蒸压养护处理的压力优选为1.0～1.5MPa，更优选为1.2MPa；所述蒸压养护处理的温度优选为150～200℃，更优选为180～190℃；所述蒸压养护处理的时间优选为8～16h，更优选为10～14h。
所述蒸压养护完成后，本发明优选依次包括干燥、切割整理步骤。本发明对所述干燥和切割整理的具体过程没有特殊的限定，采用本领域常规技术手段即可。
本发明提供了一种具有抗菌功能的硅藻板，所述硅藻板具有夹芯结构，所述夹芯结构的芯层由料浆A制成，所述夹芯结构的表层由料浆B制成；所述料浆B中含有N-TiO2/硅藻土载银复合材料。本申请提供的硅藻板具有优良的抗菌性能及可见光光催化性能，在可见光下，24h对金黄色葡萄球菌抗菌率可达到99％以上，除高效抗菌功能外，还具有优良的室内污染物吸附降解特性、吸附调湿、隔热保温和轻质高强等特性，密度＜0.6g/cm3，导热系数＜0.18W/(m·K)、抗折强度为＞7.0Mpa，24h吸湿量＞80g/m2，48h甲醛净化率＞90％，可广泛应用室内装饰与装修、环保、节能以及日常生活用品等领域。
下面结合实施例对本发明提供的具有抗菌功能的硅藻板及其制备方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
按配方A称取硅藻土36kg，石灰36kg，火山灰12kg，木质纤维6kg，硫酸钙晶须5kg，羟乙基纤维素0.7kg，水400kg加入搅拌机中进行分散调浆，得料浆A；按配方B称取硅藻土36kg、石灰36kg、火山灰8kg、石英粉5kg、木质纤维5.5kg、凹凸棒石5kg、甲基羟乙基纤维素0.7kg、N-TiO2/硅藻土载银复合材料1.5kg、水400kg加入搅拌机中进行分散调浆，得料浆B；
将混合均匀的料浆B经流浆机过滤，在得到的料浆B滤饼表面均匀喷淋粘合剂聚乙烯醇，喷淋量为料浆B滤饼质量的0.7％，将喷淋有粘合剂的料浆B滤饼输送至转筒式成型机，叠卷成型；卷1层后，流浆机自动换成过滤料浆A，在得到的料浆A滤饼表面均匀喷淋料浆A滤饼质量0.5％的粘合剂聚乙烯醇，叠卷成型；连续叠卷成型16层后，流浆机自动换成过滤料浆B，在得到的料浆B滤饼表面均匀喷淋料浆B滤饼质量0.7％的粘合剂聚乙烯醇，叠卷成型，卷1层后完成整张叠层湿硅藻板的成型；
将成型的湿硅藻板在室温下干燥24h后再在150℃、1.0MPa压力条件下蒸压养护16h；
将蒸压养护后的硅藻板烘干，切割整理成具有抗菌功能的硅藻板。
实施例2
按配方A称取硅藻土37kg、石灰37kg、石英粉13kg、木质纤维8kg、硫酸钙晶须7kg、羟乙基纤维素0.8kg，水400kg加入搅拌机中进行分散调浆，得料浆A；料浆B配方同实施例1；
将混合均匀的料浆B经流浆机过滤，在得到的料浆B滤饼表面均匀喷淋粘合剂聚乙二醇，喷淋量为料浆B滤饼质量的0.8％；将喷淋有粘合剂的料浆B滤饼输送至转筒式成型机，叠卷成型；卷1层后，流浆机自动换成过滤并输送料浆A，并喷淋料浆A滤饼质量0.8％的粘合剂聚乙二醇，料浆A连续卷12层后，再自动换成料浆B，料浆B卷1层后完成整张叠层湿硅藻板的成型；
将成型的湿硅藻板在室温下干燥24h后再在200℃、1.5MPa压力条件下蒸压养护8h；
其余同实施例1，得到具有抗菌功能的硅藻板。
实施例3
按配方A同实施例1；料浆B配方称取硅藻土38kg、石灰39kg、火山灰5kg、石英粉8kg、木质纤维8kg、硫酸钙晶须6kg、甲基羟乙基纤维素0.7kg、N-TiO2/硅藻土载银复合材料1.2kg、水400kg加入搅拌机中进行分散调浆，得料浆B；
将混合均匀的料浆B经流浆机过滤，在得到的料浆B滤饼表面均匀喷淋粘合剂聚乙烯醇，喷淋量为料浆B滤饼质量的0.8％；将喷淋有粘合剂的料浆B滤饼输送至转筒式成型机，叠卷成型；卷1层后，流浆机自动换成过滤并输送料浆A，并喷淋料浆A滤饼质量0.6％的粘合剂聚乙烯醇，料浆A连续卷15层后，再自动换成料浆B，料浆B卷1层后完成整张叠层湿硅藻板的成型；
将成型的湿硅藻板在室温下干燥24h后再在180℃、1.0MPa压力条件下蒸压养护14h；
其余同实施例1，得到具有抗菌功能的硅藻板。
实施例4
按配方A同实施例1；料浆B配方称取硅藻土40kg、石灰38kg、石英粉12kg、木质纤维7.5kg、硫酸钙晶须6.5kg、甲基羟乙基纤维素0.7kg、N-TiO2/硅藻土载银复合材料1.8kg、水400kg加入搅拌机中进行分散调浆，得料浆B；
将混合均匀的料浆B经流浆机过滤，在得到的料浆B滤饼表面均匀喷淋粘合剂聚氧化乙烯，喷淋量为料浆B滤饼质量的0.6％；将喷淋有粘合剂的料浆B滤饼输送至转筒式成型机，叠卷成型；卷1层后，流浆机自动换成过滤并输送料浆A，并喷淋料浆A滤饼质量0.6％的粘合剂聚氧化乙烯，料浆A连续卷14层后，再自动换成料浆B，料浆B卷1层后完成整张叠层湿硅藻板的成型；
将成型的湿硅藻板在室温下干燥24h后再在190℃、1.2MPa压力条件下蒸压养护12h；
其余同实施例1，得到具有抗菌功能的硅藻板。
采用JC/T 1074-2008《纤维增强硅酸钙板第1部分：无石棉硅酸钙板》标准推荐的方法测试硅藻板的密度、强度、导热系数(导热性能)。实施例1～4制备的硅藻板的检测结果列于表1。
硅藻板抗菌性能的检测是以金黄色葡萄球菌为试验菌种，定量接种细菌于检验样板上，用贴膜的方法使细菌均匀接触样板，培养一段时间后，检测样板中的活菌数，并计算出样板的抗菌率；具体试验过程如下：将营养琼脂培养基上的菌种用接种杯在酒精灯旁取少量(刮1～2环)，加入到NB培养基中培养8h，之后取0.5ml菌液与无菌生理盐水(50ml)混合震荡，显微镜下观察所得菌液的初始浓度，将所得菌液的浓度调节至5.0～10.0×105cfu/mL，作为试验用菌液。分别取0.5ml试验用菌液滴加到空白玻璃板、实施例1～4制备的硅藻功能板上。用灭菌镊子夹起灭菌覆盖膜分别覆盖上述样品，铺平且无气泡，使菌均匀接触样品，置于灭菌平皿中，在(37±1)℃、相对湿度RH大于90％条件下培养24h，每个样品做3个平行样。之后取出培养24h的样品，分别加入20ml洗液，反复冲洗，充分摇匀后，取0.1ml洗液接种于营养琼脂平板上，用涂布棒均匀涂布，在(37±1)℃培养24h，然后活菌计数，结果如表1所示。
表1实施例1～4制备的硅藻板检测结果
实施例 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
密度/(g/cm3) 0.52 0.57 0.56 0.58
抗折强度/MPa 7.51 7.75 7.70 7.88
导热系数/W/(m·K) 0.17 0.16 0.16 0.16
抗菌率/％ 99.83 99.75 99.38 99.92
由表1可以看出，本申请提供的硅藻板具有优良的抗菌性能及可见光光催化性能，在可见光下，24h对金黄色葡萄球菌抗菌率可达到99％以上，除高效抗菌功能外，还具有优良的室内污染物吸附降解特性、吸附调湿、隔热保温和轻质高强等特性，密度＜0.6g/cm3，导热系数＜0.18W/(m·K)、抗折强度为＞7.0Mpa，24h吸湿量＞80g/m2，48h甲醛净化率＞90％，可广泛应用室内装饰与装修、环保、节能以及日常生活用品等领域。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种具有抗菌功能的硅藻板，其特征在于，所述硅藻板具有夹芯结构，所述夹芯结构的芯层由料浆A制成，所述夹芯结构的表层由料浆B制成；所述料浆B中含有N-TiO2/硅藻土载银复合材料。
2.根据权利要求1所述的硅藻板，其特征在于，所述夹芯结构为14～18层，所述夹芯结构每层的厚度独立地为1～1.5mm。
3.根据权利要求1所述的硅藻板，其特征在于，所述料浆A包括以下质量份数的组分：硅藻土35～40份，熟石灰35～40份，矿物填料12～14份，矿物纤维5～8份，木质纤维5～10份，增稠剂0.5～1份，水按照液固质量比4～5:1取相应份数。
4.根据权利要求1所述的硅藻板，其特征在于，所述料浆B包括以下质量份数的组分：硅藻土35～40份，熟石灰35～40份，矿物填料12～14份，矿物纤维5～8份，木质纤维5～10份，增稠剂0.5～1份，N-TiO2/硅藻土载银复合材料1～2份，水按照液固质量比4～5:1取相应份数。
5.根据权利要求3或4所述的硅藻板，其特征在于，所述料浆A和料浆B中硅藻土中非晶质SiO2质量含量≥80％，所述硅藻土的粒度≤150μm。
6.根据权利要求3或4所述的硅藻板，其特征在于，所述矿物填料的粒度≤150μm。
7.根据权利要求3或4所述的硅藻板，其特征在于，所述矿物纤维包括硫酸钙晶须和/或凹凸棒石黏土。
8.根据权利要求3或4所述的硅藻板，其特征在于，所述增稠剂包括羟乙基纤维素、甲基羟乙基纤维素和乙基羟乙基纤维素中的一种或几种的混合物。
9.权利要求1～8任意一项所述的硅藻板的制备方法，包括以下步骤：
(1)分别按照料浆A和料浆B的配方经水热反应制得料浆A和料浆B；
(2)得到料浆后，依次按照料浆B、料浆A和料浆B的顺序，固液分离得到滤饼，在滤饼表面喷淋粘合剂后，叠卷成型，得到具有抗菌功能的硅藻板。
10.权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)叠卷成型后还依次包括干燥、蒸压养护处理。
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