CN108219551B - 一种用于人造板材表面的多功能涂层 - Google Patents

一种用于人造板材表面的多功能涂层 Download PDF

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Abstract

一种用于人造板材表面的多功能涂层，属于环境保护领域。多功能涂层具有三层结构，从人造板基材侧起依次为阻隔层、吸附层和净化层。阻隔层可有效阻隔人造板材VOC释放，吸附层为中间保险层，可进一步吸附释放的VOC。阻隔层和吸附层共同作用可达到优异的防VOC释放效果。最外净化层不仅可保护内部疏松多孔的吸附层，还可通过光催化作用降解室内VOC气体，改善室内环境。涂层采用多层结构复合，能有效阻隔人造板材内部VOC气体释放，还可降解室内空气中的VOC分子，从而显著降低室内VOC浓度，缓解VOC对人体健康造成的危害。

Description

一种用于人造板材表面的多功能涂层
技术领域
本发明涉及一种人造板材表面涂层，属于环境保护领域。所述涂层同时具有优异的阻隔、吸附人造板材VOC以及降解室内空气中VOC的性能。
背景技术
人造板材是以木材加工后的边角废料为原料，添加胶黏剂或其他添加剂后压制而成。大多数人造板材使用的脲醛树脂胶黏剂以甲醛和尿素为主要原料制备而成，会残余一定量的游离甲醛。在人造板材使用过程中，这些残留的甲醛、脲醛树脂可逆分解产生的甲醛以及其他VOC组分会释放出来，污染室内空气。挥发性有机化合物(Volatile organiccompound，简称VOC)是沸点低、在室温条件下易于挥发的一类有机化合物的统称。VOC会污染室内空气，轻则让人产生头痛、乏力、胸闷等不适感，重则损害肝脏、大脑、神经系统，诱发白血病等其他疾病，因此采用适当的方法阻隔人造板材VOC释放，降低室内VOC浓度，缓解其对人体健康造成的危害具有重大意义。
在人造板材表面涂覆有机漆膜是目前普遍使用的一种人造板材VOC有机阻隔技术。它具有由有机聚合物分子相互交联形成的三维网状结构。一般采用交联密度来描述其中聚合物交联键数量的多少。交联密度越大，单位体积内的交联键越多，聚合物间空隙越小。但不管交联密度如何增大，其内部始终存在大量的微观孔隙，难以实现完全致密。像甲醛这样的VOC气体小分子便可以从这些孔隙扩散出去。此外，水性漆膜存在硬度低、耐磨性差等缺点。
大多数无机物具有致密的晶体结构，原子间结合紧密，且较有机物具有更高的硬度和耐磨性，因此无机涂层也被用作气体阻隔层。中国专利CN 103764387 B公开了一种在高分子膜基材表面依次配置3个无机化合物层构成的气体阻隔性膜。但蒸镀、溅射工艺价格昂贵，不适用于涂层在人造板材领域的大面积推广，且该无机阻隔层涂覆于有机基材表面，若直接涂覆于粗糙的人造板材上，极易发生开裂，影响涂层的气体阻隔性。
发明内容
人造板材释放的VOC会污染室内空气，给人体健康造成巨大威胁。现有的有机漆膜阻隔效果有限，且存在硬度低，耐磨性差的缺点；无机涂层直接涂覆于粗糙的人造板材上，极易发生开裂，影响涂层的气体阻隔性。而单层的无机/有机复合涂层难以达到最为优异的VOC气体阻隔效果。
本发明鉴于上述课题而完成，目的在于提供一种多层结构复合，可阻隔、吸附人造板材VOC且兼具降解室内VOC分子、净化室内空气作用的涂层。
一种用于人造板材表面的多功能涂层，其可在人造板材表面阻隔、吸附人造板材释放的VOC，同时起到良好的净化效果。所述的人造板材表面的多功能涂层具有3层结构，从人造板材侧起依次为阻隔层、吸附层和净化层。
作为人造板材表面的多功能涂层结构中的阻隔层，其特征在于其中含有宽度：厚度为50～1000的薄片状填料，且薄片状填料的宽度不大于100μm。所述薄片状填料包括铝氧化物、硅氧化物和铝金属材料。阻隔层中还包括含羧基、氨基、氰基和酰基中的一种或几种基团的有机物作为粘结剂。且所述阻隔层中薄片状填料和有机物的密度比≥1.5。
进一步地，作为人造板材表面的多功能涂层结构中的吸附层，其特征在于所述吸附层以Al、Si、Ti、Ca、Mg、K、Na中的至少一种元素的化合物为主成分。且所述吸附层的孔隙率为50％～95％。
进一步地，作为人造板材表面的多功能涂层结构中的阻隔层与吸附层，其特征在于所述阻隔层与吸附层的厚度均为微米级，且两者厚度成反比，反比例系数为5000～10000。
进一步地，作为人造板材表面的多功能涂层结构中的净化层，其特征在于所述净化层由SiO2、Na2O和TiO2组成。所述净化层中SiO2、Na2O和TiO2的体积比为5:1:100。
因此，复合涂层更适用于人造板材表面气体阻隔。此外，为了使涂层降低室内VOC浓度的效果更为显著，本发明设计了多层结构复合涂层。其中最底层的阻隔层便采用薄片状填料与有机物复合技术，利用薄片状填料延长气体分子的透过路径，同时添加具有强极性基团的有机高分子，分子间相互作用力强，可进一步提高涂层的气体阻隔效果。此外，利用比表面积大、吸附作用强的多孔物质在阻隔层上设置了吸附层，起到中间保险层的作用。阻隔层和吸附层的共同作用可达到更为优异的防VOC释放效果。并且为了保护疏松多孔的吸附层、降解室内空气中的VOC分子，在吸附层上设置了具有催化作用的净化层。多层结构共同作用使涂层降低室内VOC浓度的效果更为显著，从而可极大地缓解室内VOC对人体健康造成的危害，为居民营造一个安全的室内环境。
本发明能够得到一种兼具阻隔、吸附人造板材VOC气体和降解室内空气中VOC气体的多层结构复合涂层。靠近人造板基材侧阻隔层可有效阻隔人造板材VOC释放，吸附层为中间保险层，阻隔层和吸附层的共同作用可达到更为优异的防VOC释放效果。同时，最外层净化层可保护内部疏松多孔的吸附层且具有降解室内空气VOC的效果。多层结构共同作用能显著降低室内VOC浓度，从而有效缓解室内VOC污染对人体健康造成的危害。
附图说明
图1是本发明多功能涂层的横截面的示意图。
具体实施方式
本发明的具体实施方式如下：
实施例1：(1)使用刮涂器按干燥后的(平均)膜厚为50μm在人造板材表面制备阻隔层。阻隔层中的有机组分为丙烯酸甲酯、甲基丙酸甲酯和三乙烯四胺，薄片状填料为高岭土和金属铝粉。阻隔层中薄片状填料的质量分数为10％。(2)使用刮涂器按干燥后的(平均)膜厚为100μm在干燥的阻隔层上制备吸附层，吸附层中Si原子浓度大于50％。(3)采用喷涂法按干燥后的(平均)膜厚为50μm在干燥的吸附层上制备净化层。净化层中二氧化钛晶型为锐钛矿型。
实施例2：(1)使用刮涂器按干燥后的(平均)膜厚为100μm在人造板材表面制备阻隔层。阻隔层中的有机组分为丙烯酸甲酯、三聚氰胺，薄片状填料为Al2O3、SiO2和金属铝粉。其中，Al2O3、SiO2和金属铝粉的质量比为3:1:1。(2)使用刮涂器按干燥后的(平均)膜厚为50μm在干燥的阻隔层上制备吸附层，吸附层中的化合物含有Al、Si、O、Mg四种元素。(3)采用喷涂法按干燥后的(平均)膜厚为80μm在干燥的吸附层上制备净化层。净化层中SiO2、Na2O和TiO2的体积比为5:1:100。
实施例3:(1)使用刮涂器按干燥后的(平均)膜厚为200μm在人造板材表面制备阻隔层。阻隔层中的有机组分为丙烯酸甲酯、甲基丙酸甲酯、甲苯二异氰酸酯和己二胺，薄片状填料为高岭土和Al2O3。(2)使用刮涂器按干燥后的(平均)膜厚为25μm在干燥的阻隔层上制备吸附层，吸附层中Si、O、Ti和Al的原子质量浓度分别为30.1％、50.3％、10.4％和9.2％。(3)采用喷涂法按干燥后的(平均)膜厚为50μm在干燥的吸附层上制备净化层。
实施例4：(1)使用刮涂器按干燥后的(平均)膜厚为50μm在人造板材表面制备阻隔层。阻隔层中的有机组分为丙烯酸甲酯、甲基丙酸甲酯和二苯基甲烷二异氰酸酯，薄片状填料为高岭土、蒙脱土和Al2O3。阻隔层中薄片状填料的体积分数为20％。(2)使用刮涂器按干燥后的(平均)膜厚为200μm在干燥的阻隔层上制备吸附层，吸附层中Al原子质量浓度不小于30％。(3)采用旋涂法按干燥后的(平均)膜厚为100μm在干燥的吸附层上制备净化层。
实施例5：(1)使用刮涂器按干燥后的(平均)膜厚为100μm在人造板材表面制备阻隔层。阻隔层中的有机组分为聚对苯二甲酸乙二醇酯、丙烯酸甲酯和甲苯二异氰酸酯，薄片状填料为Al2O3和金属铝粉。(2)使用刮涂器按干燥后的(平均)膜厚为100μm在干燥的阻隔层上制备吸附层。吸附层以铝元素化合物为主要成分。(3)采用旋涂法按干燥后的(平均)膜厚为100μm在干燥的吸附层上制备净化层。

Claims (1)

1.一种用于人造板材表面的多功能涂层，其特征在于所述的人造板材表面的多功能涂层具有3层结构，从人造板材侧起依次为阻隔层、吸附层和净化层；
所述多功能涂层为兼具阻隔、吸附人造板材VOC气体和降解室内空气中VOC气体的多层结构复合涂层，靠近人造板基材侧阻隔层为有效阻隔人造板材VOC释放的涂层，吸附层为中间保险层，与阻隔层共同为优异的防VOC释放效果的复合涂层；最外层为保护内部疏松多孔的吸附层且具有降解室内空气VOC的效果的净化层；
所述阻隔层含有宽度：厚度为50～1000的薄片状填料，且薄片状填料的宽度不大于100μm；所述薄片状填料包括铝氧化物、硅氧化物和铝金属材料；阻隔层中还包括含羧基、氨基、氰基和酰基中的一种或几种基团的有机物作为粘结剂，且所述阻隔层中薄片状填料和有机物的密度比≥1.5；
所述吸附层以Al、Si、Ti、Ca、Mg、K、Na中的至少一种元素的化合物为主成分；
所述吸附层的孔隙率为50％～95％；
所述阻隔层与吸附层的厚度均为微米级，且两者厚度成反比，反比例系数为5000～10000；
所述净化层由SiO2、Na2O和TiO2组成；
所述净化层中SiO2、Na2O和TiO2的体积比为5:1:100。
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