CN107953424A - 一种具有甲醛净化功能的木质材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于空气净化技术领域，涉及一种具有甲醛净化功能的木质材料及其制备方法。该材料具有包含基层、甲醛净化层和表层的层状结构，并且通过高温热压制成，其中：基层为实木板、刨花板或纤维板；甲醛净化层为甲醛净化剂，由以重量份计的下列成分组成：2～10份聚乙烯吡咯烷酮、1～4.5份水溶性高分子化合物、3～10份水性聚氨酯、4～42份手性氨基醇、1～7份二氧化钛、1～7份二氧化锡、1～7份二氧化硅、2～6份氧化镁、1～13份活性炭、1～9份氯化钙、1～13份可溶性弱酸盐和500～800份溶剂；表层材料为具有防水透气微孔的饰面板。本发明的材料能够快速、高效地净化甲醛，原料廉价易得，工艺简便易行。

Description

一种具有甲醛净化功能的木质材料及其制备方法
技术领域
本发明属于空气净化技术领域，涉及一种具有甲醛净化功能的木质材料及其制备方法。
背景技术
甲醛具有较高毒性，世界卫生组织已将其确定为致癌和致畸性物质。随着各种板式家具以及木质装饰在现代家装中的大范围应用，人们越来越关注在家具、地板等木质材料制作过程中使用甲醛以及装修结束后室内空气中甲醛超标的问题。目前，由于技术和材料所限，在室内装修的过程中，还没有办法使用完全不含甲醛的材料，房屋在装修之后通常都会有甲醛残留。
中国发明专利CN 1743032 A中公开了低游离甲醛释放量地板和家具的生产方法，其中的甲醛清除触媒包含尿素、胺、铵盐、水合肼等具有刺激性气味的材料；中国发明专利CN 102066516 A中公开了甲醛捕捉剂以及使用该甲醛捕捉剂的木质材料，其中的甲醛捕捉剂包含尿素、第一磷酸铵(磷酸二氢铵)和第二磷酸铵(磷酸氢二胺)等材料。虽然这两种除醛材料能够起到清除甲醛的作用，但是会释放出引发人体不适感的其他刺激性气味，造成室内环境的二次污染。
中国发明专利CN 101804654 A中公开了除甲醛实木复合地板的生产工艺，其中的除甲醛剂为二氧化钛/硅藻土。中国实用新型专利CN 204850343 U中公开了一种除甲醛复合地板，也利用二氧化钛作为活性催化剂。上述除醛过程基于光催化氧化反应，对环境中光线强度的依赖度较高，在弱光或无光环境中则无法持续清除甲醛。
中国发明专利CN 101549198 A中公开了一种甲醛清除剂及其在制作地板中的应用，其中的除醛成分包括氨基酸、生物酶、柠檬酸、茶多酚等材料，这些材料有的容易失活，有的容易被氧化，因此大都无法在暴露于空气中的环境下长期稳定存在，制约了长效除醛效果的实现。
中国发明专利CN 102744757 A中公开了一种除甲醛地板生产方法，其中的除甲醛药液为多种中药材的水煎液，利用中草药含有的芳香味中和空气中的异味和臭味，但这仅仅是缓解了感官上的不适感，并没有实现吸附并清除有害物的目的。另外，并非所有消费者都能够接受室内环境中充斥中草药的气味，这也限制了该类产品的大范围推广应用。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明旨在提供一种具有甲醛净化功能的木质材料及其制备方法，通过在木质材料的制作过程加入甲醛净化剂，从源头上吸收和降解甲醛，净化室内空气。
具体而言，本发明采用如下技术方案：
一种具有甲醛净化功能的木质材料，所述木质材料具有包含基层、甲醛净化层和表层的层状结构，并且通过高温热压制成，其中：
所述基层的材料为实木板、刨花板或纤维板；
所述甲醛净化层的材料为甲醛净化剂，其由以重量份计的下列成分组成：2～10份聚乙烯吡咯烷酮、1～4.5份水溶性高分子化合物、3～10份水性聚氨酯、4～42份手性氨基醇、1～7份二氧化钛、1～7份二氧化锡、1～7份二氧化硅、2～6份氧化镁、1～13份活性炭、1～9份氯化钙、1～13份可溶性弱酸盐和500～800份溶剂；
所述表层的材料为具有防水透气微孔的饰面板。
优选的，当所述基层的材料为纤维板时，优选中密度纤维板和高密度纤维板。
优选的，所述甲醛净化层的厚度为1微米～1厘米。
优选的，所述甲醛净化剂由以重量份计的下列成分组成：4～8份聚乙烯吡咯烷酮、2～4份水溶性高分子化合物、4～8份水性聚氨酯、10～30份手性氨基醇、1～4份二氧化钛、1～4份二氧化锡、1～4份二氧化硅、3～5份氧化镁、3～10份活性炭、2～6份氯化钙、3～10份可溶性弱酸盐和550～700份溶剂。
更优选的，所述甲醛净化剂由以重量份计的下列成分组成：6份聚乙烯吡咯烷酮、4份水溶性高分子化合物、6份水性聚氨酯、20份手性氨基醇、1份二氧化钛、1份二氧化锡、1份二氧化硅、4份氧化镁、6份活性炭、4份氯化钙、6份可溶性弱酸盐和600份溶剂。
在上述甲醛净化剂中，所述水溶性高分子化合物选自聚乙二醇(PEG)、聚丙烯酰胺(PAM)、聚丙烯酸(PAA)、羧甲基纤维素(CMC)、聚氧化乙烯(PEO)、聚乙烯醇(PVA)、聚甲基丙烯酸(PMAA)中的任意一种或其任意比例的混合物。
在上述甲醛净化剂中，所述手性氨基醇为两种对映异构体分子等摩尔混合后的外消旋体，选自1,2-二甲氨基乙醇、2,3-二甲氨基丙醇、1,2-二乙氨基乙醇、1,2-二苯氨基乙醇、1,2,2-三苯基-1,2-二氨基乙醇、2,2-二乙基-1,2-二氨基乙醇、N-甲基-N-乙基氨基三丁醇中的任意一种或其任意比例的混合物，结构式如下所示。
在上述甲醛净化剂中，所述可溶性弱酸盐在电离后显碱性，选自碳酸盐、碳酸氢盐、亚硫酸盐、硅酸盐、饱和一元羧酸盐中的任意一种或其任意比例的混合物。
在上述甲醛净化剂中，所述溶剂既可以是无机溶剂，也可以是有机溶剂。当所述溶剂为无机溶剂时，优选水；当所述溶剂为有机溶剂时，优选乙醇。
优选的，所述饰面板的表面具有图案，优选木纹图案。
上述具有甲醛净化功能的木质材料包括地板、装饰板、门板、百叶窗、家具(例如桌、椅、床、柜)等。当所述木质材料为地板时，为了满足防潮、防霉的需要，上述木质材料的层状结构中还包含防潮层，所述防潮层的材料为防潮薄膜。
一种具有甲醛净化功能的木质材料的制备方法，其包括如下步骤：
1)将配方量的聚乙烯吡咯烷酮、水溶性高分子化合物和水性聚氨酯加入到配方量的溶剂中，于20～85℃搅拌溶解，得到溶液A；
2)将配方量的二氧化钛、二氧化锡、二氧化硅、氧化镁、活性炭、氯化钙、可溶性弱酸盐和手性氨基醇混合，得到混合物B；
3)将步骤2)中得到的混合物B加入到步骤1)中得到的溶液A中，通过搅拌或超声震动的方式分散均匀，得到混合物C，经过200～300目滤网过滤，得到甲醛净化剂；
4)在基层材料的表面喷涂或刷涂甲醛净化剂，形成甲醛净化层，然后在甲醛净化层上覆盖表层材料，在温度为120～130℃，压力为1.5～2.0MPa的条件下高温热压0.5～3分钟，再按照具体的尺寸和形状要求进行裁切，得到具有甲醛净化功能的木质材料。
在上述制备方法中，所述搅拌通过机械搅拌装置或磁力搅拌装置完成。
在本发明的具有甲醛净化功能的木质材料中，活性炭因其具有较高的化学稳定性、较大的比表面积而被用作甲醛净化剂中的吸附载体；手性氨基醇在碱性和/或催化条件下能够与甲醛发生羟醛缩合反应，从而达到净化甲醛的作用；氧化镁能够吸收空气中的水和二氧化碳，进而生成碱式碳酸镁，为羟醛缩合反应提供碱性环境，并且氧化镁吸潮后不会影响复合材料的固体状态；可溶性弱酸盐能够保证甲醛净化剂长期处于碱性条件下，有利于羟醛反应的持续进行；二氧化钛、二氧化锡、二氧化硅等因其自身具有催化性能而被用作催化剂，提高羟醛缩合反应的效率，增强复合材料去除甲醛的能力；作为粘结剂，聚乙烯吡咯烷酮和水溶性高分子能够以均一稳定的形式将上述组分结合在一起，促进甲醛净化剂与甲醛的高效反应。
与现有技术相比，本发明中的具有甲醛净化功能的木质材料不仅能够实现甲醛的快速吸附，而且能够通过化学反应将其消除，整个净化过程表现出快速、稳定、高效的特点。同时，本发明中的具有甲醛净化功能的木质材料不仅能够从源头上吸附并分解自身产生的游离甲醛，而且能够进一步净化空气中的甲醛(例如室内家具、地板、门板等木质材料释放的甲醛)。产品本身不会释放具有刺激性气味的其他物质，无二次污染的风险，同时不受环境中光线条件的制约，能够在弱光或无光条件下持续消除甲醛。另外，用于制备木质材料的生产原料廉价易得，制备过程简便易行，适合于大规模推广应用，极具市场前景。
附图说明
图1为实施例1中的木质地板的层状结构示意图，其中1表示基层，2表示甲醛净化层，3表示表层，31表示透气防水微孔，4表示防潮层。
图2为实施例2中的木质装饰板的层状结构示意图，其中1表示基层，2表示甲醛净化层，3表示表层，31表示透气防水微孔。
图3为实施例3中的木质百叶窗片的层状结构示意图，其中1表示基层，2表示甲醛净化层，3表示表层，31表示透气防水微孔。
图4为应用本发明的木质材料净化空气中的甲醛的效果示意图。
具体实施方式
下面将结合附图和具体的实施例对本发明中的技术方案做出进一步的描述。除非另有说明，下列实施例中所使用的仪器、材料、试剂等均可通过常规商业手段获得。
实施例1：具有甲醛净化功能的木质地板的制备。
1)将2g聚乙烯吡咯烷酮、1g聚丙烯酰胺和3g水性聚氨酯加入到500g去离子水中，于85℃机械搅拌溶解，得到溶液A；
2)将1g二氧化钛、1g二氧化锡、1g二氧化硅、2g氧化镁、1g活性炭、1g氯化钙、1g碳酸钠和4g 1,2-二甲氨基乙醇混合，得到混合物B；
3)将步骤2)中得到的混合物B加入到步骤1)中得到的溶液A中，通过机械搅拌的方式分散均匀，得到混合物C，经过200目滤网过滤，得到甲醛净化剂；
4)采用旋切机将松木旋切成厚度为1mm的均匀单层薄板，采用干燥机对单层薄板进行干燥，干燥温度为150℃，直至含水率达到10度以下，将干燥后的单层薄板进行涂胶和组胚排板，热压后得到基层材料，以此作为基层1(厚度为1cm)；
5)在步骤4)中得到的基层材料的下表面覆盖防潮薄膜，以此作为防潮层4；
6)在步骤4)中得到的基层材料的上表面刷涂步骤3)中得到的甲醛净化剂，以此作为甲醛净化层2(厚度为0.5cm)；
7)在甲醛净化层2上覆盖具有防水透气微孔并且带有松木纹图案的饰面板，以此作为表层3(厚度为0.3cm)；
8)将上述层叠组件在温度为120℃，压力为1.5MPa的条件下高温热压2分钟，再按照具体的尺寸和形状要求进行裁切，得到具有甲醛净化功能的木质地板。
实施例2：具有甲醛净化功能的木质装饰板的制备。
1)将10g聚乙烯吡咯烷酮、4.5g聚甲基丙烯酸和10g水性聚氨酯加入到800g无水乙醇中，于60℃磁力搅拌溶解，得到溶液A；
2)将7g二氧化钛、7g二氧化锡、7g二氧化硅、6g氧化镁、13g活性炭、9g氯化钙、13g亚硫酸钠和42g 1,2,2-三苯基-1,2-二氨基乙醇混合，得到混合物B；
3)将步骤2)中得到的混合物B加入到步骤1)中得到的溶液A中，通过磁力搅拌的方式分散均匀，得到混合物C，经过300目滤网过滤，得到甲醛净化剂；
4)取高密度木质纤维板，作为基层1(厚度为1cm)；在其上表面刷涂步骤3)中得到的甲醛净化剂，作为甲醛净化层2(厚度为0.5cm)；在甲醛净化层2上覆盖具有防水透气微孔并且带有黄花梨木纹图案的饰面板，作为表层3(厚度为0.3cm)；
5)将上述层叠组件在温度为120℃，压力为1.5MPa的条件下高温热压2分钟，再按照具体的尺寸和形状要求进行裁切，得到具有甲醛净化功能的木质装饰板。
实施例3：具有甲醛净化功能的木质百叶窗片的制备。
1)将6g聚乙烯吡咯烷酮、4g羧甲基纤维素和6g水性聚氨酯加入到600g去离子水中，于70℃机械搅拌溶解，得到溶液A；
2)将4g二氧化钛、4g二氧化锡、4g二氧化硅、4g氧化镁、6g活性炭、4g氯化钙、6g乙酸钠和20g 1,2-二苯氨基乙醇混合，得到混合物B；
3)将步骤2)中得到的混合物B加入到步骤1)中得到的溶液A中，通过超声震动的方式分散均匀，得到混合物C，经过200目滤网过滤，得到甲醛净化剂；
4)取中密度木质纤维板，作为基层1(厚度为1cm)；在其上下表面分别刷涂步骤3)中得到的甲醛净化剂，作为甲醛净化层2(厚度为0.5cm)；在两侧的甲醛净化层2上分别覆盖具有防水透气微孔并且带有椴木纹图案的饰面板，作为表层3(厚度为0.3cm)；
5)将上述层叠组件在温度为120℃，压力为1.5MPa的条件下高温热压2分钟，再按照具体的尺寸和形状要求进行裁切，得到具有甲醛净化功能的木质百叶窗片。
实施例4：具有甲醛净化功能的木质门板的制备。
1)将6g聚乙烯吡咯烷酮、4g聚乙二醇和6g水性聚氨酯加入到600g去离子水中，于70℃机械搅拌溶解，得到溶液A；
2)将1g二氧化钛、3g二氧化锡、5g二氧化硅、4g氧化镁、6g活性炭、4g氯化钙、6g硅酸钠和20g 1,2-二苯氨基乙醇混合，得到混合物B；
3)将步骤2)中得到的混合物B加入到步骤1)中得到的溶液A中，通过超声震动的方式分散均匀，得到混合物C，经过200目滤网过滤，得到甲醛净化剂；
4)取中密度木质纤维板，作为基层1(厚度为3cm)；在其上下表面分别刷涂步骤3)中得到的甲醛净化剂，作为甲醛净化层2(厚度为0.5cm)；在两侧的甲醛净化层2上分别覆盖具有防水透气微孔并且带有椴木纹图案的饰面板，作为表层3(厚度为0.3cm)；
5)将上述层叠组件在温度为120℃，压力为1.5MPa的条件下高温热压2分钟，再按照具体的尺寸和形状要求进行裁切，得到具有甲醛净化功能的木质门板。
实施例5：具有甲醛净化功能的木质家具用板的制备。
1)将6g聚乙烯吡咯烷酮、4g聚乙二醇和6g水性聚氨酯加入到600g去离子水中，于70℃机械搅拌溶解，得到溶液A；
2)将2g二氧化钛、2g二氧化锡、2g二氧化硅、4g氧化镁、6g活性炭、4g氯化钙、6g硅酸钠和20g 1,2-二苯氨基乙醇混合，得到混合物B；
3)将步骤2)中得到的混合物B加入到步骤1)中得到的溶液A中，通过超声震动的方式分散均匀，得到混合物C，经过200目滤网过滤，得到甲醛净化剂；
4)取中密度木质纤维板，作为基层1(厚度为2cm)；在其上下表面分别刷涂步骤3)中得到的甲醛净化剂，作为甲醛净化层2(厚度为0.5cm)；在两侧的甲醛净化层2上分别覆盖具有防水透气微孔并且带有椴木纹图案的饰面板，作为表层3(厚度为0.3cm)；
5)将上述层叠组件在温度为120℃，压力为1.5MPa的条件下高温热压2分钟，再按照具体的尺寸和形状要求进行裁切，得到具有甲醛净化功能的木质家具用板。
实施例6：本发明中的木质材料的甲醛净化效果实验。
按照实施例1～5中的制备方法分别制备5份30cm×30cm的测试样品，同时按照CN1743032 A中记载的方法制备30cm×30cm的平行对照品。
将上述除甲醛木质材料分别置于封闭实验装置的中心位置，加入3.3μl的30％甲醛液体后立即关闭装置门，打开加热台，开启风扇搅拌，使得甲醛气体均匀分布于整个实验装置中，同时使用甲醛传感器实时记录实验装置中的甲醛气体浓度，并按照下式计算甲醛去除率(％)：甲醛去除率＝(C0-Ct)/C0×100％，其中：C0为初始含量，Ct为某时刻的实时含量，相应的实验结果如图4所示。
如图4可知，现有木质材料去除甲醛的曲线基本上呈线性，随着时间的推移呈现出匀速去除的态势，实验时间为50分钟时，甲醛去除率可达到55％左右。与之相比，本发明的木质材料在实验最初的8～10分钟内就能够达到90％以上的甲醛去除率。由此可见，本发明的木质材料确实具备快速、高效净化甲醛的功能。

Claims (10)

1.一种具有甲醛净化功能的木质材料，所述木质材料具有包含基层、甲醛净化层和表层的层状结构，并且通过高温热压制成，其中：
所述基层的材料为实木板、刨花板或纤维板；
所述甲醛净化层的材料为甲醛净化剂，其由以重量份计的下列成分组成：2～10份聚乙烯吡咯烷酮、1～4.5份水溶性高分子化合物、3～10份水性聚氨酯、4～42份手性氨基醇、1～7份二氧化钛、1～7份二氧化锡、1～7份二氧化硅、2～6份氧化镁、1～13份活性炭、1～9份氯化钙、1～13份可溶性弱酸盐和500～800份溶剂；
所述表层的材料为具有防水透气微孔的饰面板。
2.根据权利要求1所述的具有甲醛净化功能的木质材料，其特征在于：
所述甲醛净化剂由以重量份计的下列成分组成：4～8份聚乙烯吡咯烷酮、2～4份水溶性高分子化合物、4～8份水性聚氨酯、10～30份手性氨基醇、1～4份二氧化钛、1～4份二氧化锡、1～4份二氧化硅、3～5份氧化镁、3～10份活性炭、2～6份氯化钙、3～10份可溶性弱酸盐和550～700份溶剂。
3.根据权利要求1所述的具有甲醛净化功能的木质材料，其特征在于：
所述甲醛净化剂由以重量份计的下列成分组成：6份聚乙烯吡咯烷酮、4份水溶性高分子化合物、6份水性聚氨酯、20份手性氨基醇、1份二氧化钛、1份二氧化锡、1份二氧化硅、4份氧化镁、6份活性炭、4份氯化钙、6份可溶性弱酸盐和600份溶剂。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的具有甲醛净化功能的木质材料，其特征在于：
所述水溶性高分子化合物选自聚乙二醇、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、羧甲基纤维素、聚氧化乙烯、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸中的任意一种或其任意比例的混合物。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的具有甲醛净化功能的木质材料，其特征在于：
所述手性氨基醇选自1,2-二甲氨基乙醇、2,3-二甲氨基丙醇、1,2-二乙氨基乙醇、1,2-二苯氨基乙醇、1,2,2-三苯基-1,2-二氨基乙醇、2,2-二乙基-1,2-二氨基乙醇、N-甲基-N-乙基氨基三丁醇中的任意一种或其任意比例的混合物。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的具有甲醛净化功能的木质材料，其特征在于：
所述可溶性弱酸盐选自碳酸盐、碳酸氢盐、亚硫酸盐、硅酸盐、饱和一元羧酸盐中的任意一种或其任意比例的混合物。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的具有甲醛净化功能的木质材料，其特征在于：
所述溶剂既为水或乙醇。
8.根据权利要求1所述的具有甲醛净化功能的木质材料，其特征在于：
所述饰面板的表面具有木纹图案。
9.根据权利要求1所述的具有甲醛净化功能的木质材料，其特征在于：
所述具有甲醛净化功能的木质材料的层状结构中还包含防潮层，所述防潮层的材料为防潮薄膜。
10.一种根据权利要求1至8中任一项所述的具有甲醛净化功能的木质材料的制备方法，其包括如下步骤：
1)将配方量的聚乙烯吡咯烷酮、水溶性高分子化合物和水性聚氨酯加入到配方量的溶剂中，于20～85℃搅拌溶解，得到溶液A；
2)将配方量的二氧化钛、二氧化锡、二氧化硅、氧化镁、活性炭、氯化钙、可溶性弱酸盐和手性氨基醇混合，得到混合物B；
3)将步骤2)中得到的混合物B加入到步骤1)中得到的溶液A中，通过搅拌或超声震动的方式分散均匀，得到混合物C，经过200～300目滤网过滤，得到甲醛净化剂；
4)在基层材料的表面喷涂或刷涂甲醛净化剂，形成甲醛净化层，然后在甲醛净化层上覆盖表层材料，在温度为120～130℃，压力为1.5～2.0MPa的条件下高温热压0.5～3分钟，再按照具体的尺寸和形状要求进行裁切，得到具有甲醛净化功能的木质材料。
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