CN107365516A - 一种抗菌防污的家具板材及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及家具用板材，更确切的说是一种抗菌防污的家具板材及其制备工艺，所述的制备工艺包括以下步骤：(1)以多聚硅氧烷、水、溶剂和催化剂为原料混合搅拌1～3h制得湿凝胶；(2)向步骤(1)中的湿凝胶中加入银和二氧化钛，搅拌30～50min，得到二氧化硅掺杂银和二氧化钛凝胶；(3)将步骤(2)中的凝胶均匀的涂覆在板材基体的表面，然后在压力釜中进行干燥，干燥处理时间为3～5h，干燥处理后降温泄压，即得家具板材；采用在板材基体上附着掺杂了银和二氧化钛的二氧化硅凝胶，赋予板材基体抗菌防污的效果；板材基体表面附着的凝胶孔隙结构中含有二氧化钛，对板材基体成型过程中使用的胶黏剂中的有害气体进行净化处理，改善了家居环境中的空气质量。

Description

一种抗菌防污的家具板材及其制备工艺
技术领域
本发明涉及家具用板材，更确切的说是一种抗菌防污的家具板材及其制备工艺。
背景技术
随着时代的发展，用于制作家具的板材种类繁多令消费者眼花缭乱，比如常见的如实木板、胶合板(夹板、细芯板)、细木工板(大芯板)、密度板(纤维板)、刨花板(颗粒板)。实木板就是采用完整的木材制成的木板材，坚固耐用，拥有天然的魅力纹路，也是目前现有家具板材中最为天然环保的，但是其造价较高，对于工艺要求较为严格；胶合板是将原木蒸煮软化后，沿年轮方向旋切呈薄木片，加入胶水后用三层或三层以上的奇数单板，纵横交叉胶合热压而成，但是较少用于家具的整体材料；细木工板的竖向抗弯性交叉，含水率和甲醛含量过高，需要处理后才能使用，而且怕湿气；密度板是把木材或非木材植物加工成纤维(经过切削、浸泡、制浆)加入使用的胶黏剂经过高温、高压制成的人造板材，其不存在脱水问题，适用于各种机械加工，但是其耐潮性和再握钉能力差，不易再固定；刨花板是用木材采伐和加工过程中的废料或其它植物的刨花，加入胶料或其它辅料压制而成的板材，其具有良好的吸音和隔音性能，但是其握钉能力较差，不同产品之间质量差异较大，不易辨识。
不同种类的家具板材各显身手，满足消费者的不同消费需求，但是现有技术中用于家具的板材往往缺乏抗菌的能力，且木质家具容易产生脏污而滋生各种细菌，细菌附着在家具板材的表面，被消费者接触后易出现细菌的传播，特别是家里有儿童的时候，缺乏抗菌防污功能的家具板材容易造成儿童生病。而且，这种缺乏抗菌防污效果的家具板材往往会出现蛀虫的现象，严重影响了家具板材的使用寿命。
发明内容
针对现有技术中的问题，本发明的目的在于提供一种抗菌防污的家具板材，实现家具板材的防虫、抗菌的效果，提升家具板材的使用寿命。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：一种抗菌防污的家具板材的制备工艺，包括以下步骤：
(1)以多聚硅氧烷、水、溶剂和催化剂为原料混合搅拌1～3h制得湿凝胶，所述的多聚硅氧烷、水、溶剂和催化剂的室温体积比为1：5～20：0.3～1.5：0.01～0.1；
(2)向步骤(1)中的湿凝胶中加入银纳米粒子和二氧化钛，搅拌30～50min，得到二氧化硅掺杂银和二氧化钛凝胶，所述的银纳米粒子和二氧化钛的总体积为湿凝胶体积的0.3～0.8倍，且所述的银纳米粒子和二氧化钛的体积比为1：(0.2～1)；
(3)将步骤(2)中的二氧化硅掺杂银和二氧化钛凝胶均匀的涂覆在板材基体的表面，然后在压力釜中进行干燥，干燥处理时间为3～5h，干燥处理后降温泄压，即得家具板材。
本发明的技术要点在于：在板材基体表面形成的二氧化硅凝胶拥有多分支多孔三维网格结构，其富有极高的孔洞率，极低的密度和极高的比表面积，内部镶嵌的纳米银粒子具有优异的抗菌效果，显著的提高了家具板材的抗菌消毒效果；另外，所述的二氧化钛作为一种高效、无毒的光催化剂，在光照的作用下，二氧化钛对环境中的微生物具有极强的抑制和杀灭的作用，特别是对于绿脓杆菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等都具有很强的杀灭作用。其作用机理为：二氧化钛被紫外光激发后产生的活性超氧离子自由基和羟基自由基能穿透细菌的细胞壁，破坏细胞膜质，进入菌体，阻止成膜物质的运输，阻断细菌的呼吸系统和电子传输系统，彻底扑杀细菌，并抑制细菌分解有机物产生的臭味物质，因此，具有净化空气的效果。另外，本发明中的二氧化硅气凝胶表面光滑，不易积攒脏污，便于清洁。
根据本发明，二氧化钛是一种偏酸性的两性氧化物，在光照的作用下，二氧化钛可以发生连续的氧化还原反应，具有光化学活性，在紫外光照射下，锐钛型二氧化钛尤为明显，这一性质使得二氧化钛成为一种光敏氧化催化剂，鉴于此，优选的，本发明的步骤(2)中，所述的二氧化钛为锐钛型，进一步的，根据本发明，所述的二氧化钛的平均粒径为10～30nm。
根据本发明，本发明中所述的多聚硅氧烷为正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、工业级原料E40、E32或E28中的一种。
根据本发明，本发明中所述的催化剂为硫酸、硝酸、氢氟酸、盐酸、草酸或氨水。
根据本发明，本发明对于溶剂的种类没有特殊要求，可以为本领域技术人员所常知，如乙醇、异丙醇、丙酮、丁酮或乙腈。
为了对涂覆在板材基体表面的凝胶去除水分，在步骤(3)中，涂覆有湿凝胶的板材基体的干燥工艺为：先将压力釜抽真空至0.1～0.45Mpa，在40～55℃下保持1～2h，然后增大压力至3～8Mpa，升温至200～230℃并保持2～3h，然后关闭温度，待温度降低至常温后泄去压力；先用真空低温的条件促使凝胶中的大部分水分进行脱除，然后在增大压力和干燥温度，达到凝胶中的溶剂的临界温度和压力状态，确保凝胶中的溶剂充分的脱除，如上干燥处理工序，先后脱除水分和溶剂，极大的节省了能耗。
本发明还提供了一种具有抗菌防污功能的家具板材，通过以上所述的制备工艺制得。
进一步的，根据本发明，所述的家具板材包括板材基体及覆盖在基体上的二氧化硅掺杂银和二氧化钛凝胶；所述的板材基体与二氧化硅掺杂银和二氧化钛凝胶的厚度比为1：(0.02～0.1)。凝胶的厚度过低，则无法充分附着在板材基体上，而厚度过高则不利于成本控制。
本发明的技术效果为：
1、采用在板材基体上附着掺杂了银和二氧化钛的二氧化硅凝胶，赋予板材基体抗菌防污的效果，由该板材制备的家具板材可以有效的防止其在使用过程中抗菌的效果，防止出现虫蛀和细菌传播的问题；
2、板材基体表面附着的凝胶孔隙结构中含有二氧化钛，对板材基体成型过程中使用的胶黏剂中的有害气体进行净化处理，改善了家居环境中的空气质量；
3、本发明提供的抗菌防污的家具板材，制备工艺简单，便于操作，利于大规模推广使用。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐明本发明。
实施例1
(1)湿凝胶采用正硅酸甲酯、水、乙醇和硫酸的室温体积比为1：15：0.9：0.05混合，搅拌2h；
(2)向步骤(1)中的混合物中添加银纳米粒子和平均粒径为20nm的锐钛型二氧化钛；所述的银纳米粒子和二氧化钛的总体积为湿凝胶体积的0.5倍，且所述的银纳米粒子和二氧化钛的体积比为1：0.8；
(3)将步骤(2)中的二氧化硅掺杂银和二氧化钛凝胶均匀的涂覆在板材基体的表面，然后先将压力釜抽真空至0.25Mpa，在45℃下保持1.5h，然后增大压力至5Mpa，升温至215℃并保持2.5h，然后关闭温度，待温度降低至常温后泄去压力，即得家具板材。
实施例2
(1)湿凝胶采用正硅酸乙酯、水、异丙醇和硝酸的室温体积比为1：8：0.5：0.03混合，搅拌1.2h；
(2)向步骤(1)中的混合物中添加银纳米粒子和平均粒径为25nm的锐钛型二氧化钛；所述的银纳米粒子和二氧化钛的总体积为湿凝胶体积的0.4倍，且所述的银纳米粒子和二氧化钛的体积比为1：0.4；
(3)将步骤(2)中的二氧化硅掺杂银和二氧化钛凝胶均匀的涂覆在板材基体的表面，然后先将压力釜抽真空至0.25Mpa，在42℃下保持1h，然后增大压力至4Mpa，升温至210℃并保持2h，然后关闭温度，待温度降低至常温后泄去压力，即得家具板材。
实施例3
(1)湿凝胶采用工业级原料E40、水、丙酮和氢氟酸的室温体积比为1：18：1.2：0.08混合，搅拌2h；
(2)向步骤(1)中的混合物中添加银纳米粒子和平均粒径为15nm的锐钛型二氧化钛；所述的银纳米粒子和二氧化钛的总体积为湿凝胶体积的0.6倍，且所述的银纳米粒子和二氧化钛的体积比为1：0.8；
(3)将步骤(2)中的二氧化硅掺杂银和二氧化钛凝胶均匀的涂覆在板材基体的表面，然后先将压力釜抽真空至0.35Mpa，在52℃下保持2h，然后增大压力至6Mpa，升温至225℃并保持3h，然后关闭温度，待温度降低至常温后泄去压力，即得家具板材。
实施例4
(1)湿凝胶采用工业级原料E32、水、丁酮和盐酸的室温体积比为1：5：0.3：0.01混合，搅拌1h；
(2)向步骤(1)中的混合物中添加银纳米粒子和平均粒径为10nm的锐钛型二氧化钛；所述的银纳米粒子和二氧化钛的总体积为湿凝胶体积的0.3倍，且所述的银纳米粒子和二氧化钛的体积比为1：0.2；
(3)将步骤(2)中的二氧化硅掺杂银和二氧化钛凝胶均匀的涂覆在板材基体的表面，然后先将压力釜抽真空至0.1Mpa，在40℃下保持1h，然后增大压力至3Mpa，升温至200℃并保持3h，然后关闭温度，待温度降低至常温后泄去压力，即得家具板材。
实施例5
(1)湿凝胶采用工业级原料E28、水、乙腈和草酸的室温体积比为1：20：1.5：0.1混合，搅拌3h；
(2)向步骤(1)中的混合物中添加银纳米粒子和平均粒径为30nm的锐钛型二氧化钛；所述的银纳米粒子和二氧化钛的总体积为湿凝胶体积的0.8倍，且所述的银纳米粒子和二氧化钛的体积比为1：1；
(3)将步骤(2)中的二氧化硅掺杂银和二氧化钛凝胶均匀的涂覆在板材基体的表面，然后先将压力釜抽真空至0.45Mpa，在55℃下保持2h，然后增大压力至8Mpa，升温至230℃并保持3h，然后关闭温度，待温度降低至常温后泄去压力，即得家具板材。
对比例1
本对比例的家具板材的制备方法与实施例1相同，不同的是去除实施例1中的银纳米粒子，其余不变。
对比例2
本对比例的家具板材的制备方法与实施例1相同，不同的是去除实施例1中的锐钛型二氧化钛，其余不变。
对比例3
本对比例的家具板材的制备方法与实施例1相同，不同的是去除实施例1中的银纳米粒子和锐钛型二氧化钛，其余不变。
按照日本工业标准JISZ2801“抗菌加工制品——抗菌性能试验方法之抗菌效果”检验抗菌性能，试验选择接种细菌为：(1)大肠杆菌，(2)金黄色葡萄酒菌，(3)绿脓杆菌。在同一环境下培养24h，然后以显微镜观察病菌并得出病菌杀灭率，详细结果记录到表1中。
表1实施例1～5、对比例1～3的家具板材的抗菌性能
由以上数据可以看出，本发明提供的家具板材具有优异的抗菌效果。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的特点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种抗菌防污的家具板材的制备工艺，其特征在于：包括以下步骤：
(1)以多聚硅氧烷、水、溶剂和催化剂为原料混合搅拌1～3h制得湿凝胶，所述的多聚硅氧烷、水、溶剂和催化剂的室温体积比为1：5～20：0.3～1.5：0.01～0.1；
(2)向步骤(1)中的湿凝胶中加入银纳米粒子和二氧化钛，搅拌30～50min，得到二氧化硅掺杂银和二氧化钛凝胶，所述的银纳米粒子和二氧化钛的总体积为湿凝胶体积的0.3～0.8倍，且所述的银纳米粒子和二氧化钛的体积比为1：(0.2～1)；
(3)将步骤(2)中的二氧化硅掺杂银和二氧化钛凝胶均匀的涂覆在板材基体的表面，然后在压力釜中进行干燥，干燥处理时间为3～5h，干燥处理后降温泄压，即得家具板材。
2.根据权利要求1所述的抗菌防污的家具板材的制备工艺，其特征在于：在步骤(2)中，所述的二氧化钛为锐钛型；和/或，
所述的二氧化钛的平均粒径为10～30nm。
3.根据权利要求1所述的抗菌防污的家具板材的制备工艺，其特征在于：在步骤(1)中，所述的多聚硅氧烷为正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、工业级原料E40、E32或E28中的一种。
4.根据权利要求1所述的抗菌防污的家具板材的制备工艺，其特征在于：在步骤(1)中，所述的催化剂为硫酸、硝酸、氢氟酸、盐酸、草酸或氨水。
5.根据权利要求1所述的抗菌防污的家具板材的制备工艺，其特征在于：在步骤(3)中，涂覆有湿凝胶的板材基体的干燥工艺为：先将压力釜抽真空至0.1～0.45Mpa，在40～55℃下保持1～2h，然后增大压力至3～8Mpa，升温至200～230℃并保持2～3h，然后关闭温度，待温度降低至常温后泄去压力。
6.一种抗菌防污的家具板材，其特征在于：所述的家具板材由权利要求1～5任意一项所述的抗菌防污的家具板材的制备工艺制得。
7.根据权利要求6所述的抗菌防污的家具板材，其特征在于：所述的家具板材包括板材基体及覆盖在基体上的二氧化硅掺杂银和二氧化钛凝胶；和/或，
所述的板材基体与二氧化硅掺杂银和二氧化钛凝胶的厚度比为1：(0.02～0.1)。
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