CN109135306A - 一种高吸附性炭塑复合材料的制造工艺 - Google Patents

一种高吸附性炭塑复合材料的制造工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高吸附性炭塑复合材料的制造工艺，将竹炭颗粒、纳米二氧化钛，加入单层氧化石墨烯水相分散液浸泡、搅拌、干燥、锻烧，获得改性竹炭颗粒；将树脂粉、纳米纤维素、发泡剂，置于加热釜内115‑135℃下反应20‑26h，得到混合基料B；将改性竹炭颗粒和混合基料B的混合搅拌混炼，再进行热压挤出成型，冷却至室温得产物，通过竹炭颗粒负载二氧化钛和石墨烯改性处理，合成的炭塑复合材料成品，通过改性处理的竹炭颗粒能吸附甲醛等有害气体，并能催化分解，大大提高了吸附率和吸附持久时间。

Description

一种高吸附性炭塑复合材料的制造工艺
技术领域
本发明涉及炭塑复合材料领域，更具体的说是涉及一种高吸附性炭塑复合材料的制造工艺。
背景技术
目前，由于在室内装修中所选用的大多数家具、油漆、涂料、或者其他装饰材料都不同程度地向空气中挥发释放气体甲醛，有的甚至释放浓度很高，持续时间很长，使室内甲醛浓度严重超出相关标准限值，特别是在装修完成初期室内甲醛浓度居于峰值，甲醛是一种无色、具有强烈刺激性气味的气体，在室温下极易挥发，挥发量随着温度的升高而增大，对人的皮肤和粘膜具有强烈的刺激作用，在人体内可以转变成甲醛，对视神经产生不良影响。长期接触低剂量甲醛容易引起慢性呼吸道疾病、妊娠综合症及新生儿体质降低，情况严重者甚至引起鼻咽癌。高浓度甲醛对神经系统、免疫系统、肝脏等都有毒害作用，人们出于环保考虑尽可能选择含胶量比较少的装饰板，将木塑板替代传统的涂料或者复合板装饰面板，现有的木塑板其环保性能体现在其本身不会释放甲醛，但是在装修过程中还存在其他甲醛释放源，比如家具或者玻璃胶等，现有的木塑板不具备吸附或者分解甲醛的功能，在装修市场中的应用存在局限性。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种高吸附性炭塑复合材料的制造工艺，生产一种具备吸附能力强并且能够促进分解的炭塑复合材料。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种高吸附性炭塑复合材料的制造工艺，包括以下制备步骤：
1)按质量份数，取40-60份竹炭颗粒、2-4份纳米二氧化钛，0.1-1份单层氧化石墨烯水相分散液，将纳米二氧化钛和氧化石墨烯负载到竹炭颗粒上，制得改性竹炭颗粒；
2)按质量份数，取40-60份树脂粉、1-5份纳米纤维素、0.5-1.5份加工助剂、0.5-5份发泡剂，置于加热釜内115-135℃下反应20-26h，得到混合基料B；
3)将步骤1)中的改性竹炭颗粒和步骤2)中的混合基料B搅拌加入混炼机中，搅拌5-10分钟，搅拌温度为150-200℃，搅拌速率为500-600r/min，混炼均匀，得到母粒。；
4)将步骤3)中的母粒加入注塑或挤塑机中进行热压挤出成型得到高吸附性炭塑复合材料。
作为本发明的进一步改进，所述步骤1中的改性竹炭颗粒的制备方法为：按质量份数：取40-60份竹炭颗粒、2-4份二氧化钛、0.1-1份单层氧化石墨烯水相分散液，在室温下搅拌120min，在95～100℃真空干燥12～24小时，再经过500～600℃高温煅烧，之后得到改性竹炭颗粒。
作为本发明的进一步改进，所述步骤1)中的单层氧化石墨烯水相分散液的制备方法为：
包括质量组分为50-60份的氧化石墨烯、20-35份硅烷偶联剂和4-5份甲醛催化分解剂，将氧化石墨烯，在30-45HZ超声下分散均匀乙醇溶液中，在惰性气体的保护下加入硅烷偶联剂，80-85℃下热回流反应，得到硅烷偶联剂改性的氧化石墨烯。
作为本发明的进一步改进，所述甲醛催化分解剂为乙酰丙酮锰和六羟基合锰酸二乙醇铵中的一种或者两种混合物。
作为本发明的进一步改进，所述硅烷偶联剂为二异丙氧基化双三甲基硅氧基化钛酸酯。
作为本发明的进一步改进，所述加工助剂包括有30-40份硬脂酸钡、20-30份沸石、20-25份石蜡、5-30份二苯甲酰甲烷。
作为本发明的进一步改进，所述竹炭颗粒粒径为60-120目。
本发明的有益效果为：
1)炭塑复合材料的主原料由竹炭颗粒、纳米纤维素和塑粉混合制备而成，其用料环保，其中竹材经炭化后，使其具备明显的多孔性结构，再经改性处理，具备较强和较持久的吸附性，能够吸附目前装饰工程中的释放的有害物质。
2)通过采用树脂粉作为塑化粘合剂，其树脂可采用天然树脂或者改性树脂，通过添加发泡剂，使其轻质化，并使其形成的炭塑复合材料具备良好的尺寸稳定性和隔音效果。
3)通过石墨烯负载，石墨烯的比表面积大，并具有多孔性、高亲油性等优点，提高了富集效率，使甲醛催化分解剂均匀有序平铺在石墨烯表面，从而石墨烯的使用可以降低甲醛催化分解剂的使用量。
具体实施方式
下面所给出的实施例对本发明做进一步的详述。
实施例1公开的一种高吸附性炭塑复合材料的制造工艺，包括以下制备步骤：
1)按质量份数，取60份粒径为60目的竹炭颗粒，2份纳米二氧化钛，1份单层氧化石墨烯水相分散液，在室温下搅拌120min，在95～100℃真空干燥12～24小时，再经过500～600℃高温煅烧，之后得到改性竹炭颗粒；
其中单层氧化石墨烯水相分散液的制备方法为：
按质量组分为60份的氧化石墨烯、20份硅烷偶联剂和4份甲醛催化分解剂，其中甲醛催化分解剂为乙酰丙酮锰，硅烷偶联剂为二异丙氧基化双三甲基硅氧基化钛酸酯，将氧化石墨烯，在30-45HZ超声下分散均匀乙醇溶液中，在惰性气体的保护下加入二异丙氧基化双三甲基硅氧基化钛酸酯，80-85℃下热回流反应，得到二异丙氧基化双三甲基硅氧基化钛酸酯改性的氧化石墨烯。
2)按质量份数，取60份的树脂粉、1份纳米纤维素、0.1份加工助剂、0.5份发泡剂，置于加热釜内115-135℃下反应24h，其中每份加工助剂包括20份硬脂酸钡、30份沸石、20份石蜡、30份二苯甲酰甲烷，得到混合基料B；
3)将步骤1)中的混合基料A和步骤2)中的混合基料B的混合搅拌，搅拌10分钟，搅拌温度为150-200℃，搅拌速率为500-600r/min，混炼均匀，得到母粒。
4)将步骤3)中的母粒加入注塑或挤塑机中进行热压挤出成型，冷却至室温得到高吸附性炭塑复合材料。
实施例2公开的一种高吸附性炭塑复合材料的制造工艺，包括以下制备步骤：
1)按质量份数，取40份粒径为60目的竹炭颗粒，2份纳米二氧化钛，0.5份单层氧化石墨烯水相分散液，在室温下搅拌120min，在95～100℃真空干燥12～24小时，再经过500～600℃高温煅烧，之后得到改性竹炭颗粒；
其中单层氧化石墨烯水相分散液的制备方法为：
按质量组分为50份的氧化石墨烯、20份硅烷偶联剂和4份甲醛催化分解剂，其中甲醛催化分解剂为乙酰丙酮锰，硅烷偶联剂为二异丙氧基化双三甲基硅氧基化钛酸酯，将氧化石墨烯，在30-45HZ超声下分散均匀乙醇溶液中，在惰性气体的保护下加入二异丙氧基化双三甲基硅氧基化钛酸酯，80-85℃下热回流反应，得到二异丙氧基化双三甲基硅氧基化钛酸酯改性的氧化石墨烯。
2)按质量份数，取60份的树脂粉、1份纳米纤维素、0.1份加工助剂、0.5份发泡剂，置于加热釜内115-135℃下反应24h，其中每份加工助剂包括20份硬脂酸钡、30份沸石、20份石蜡、30份二苯甲酰甲烷，得到混合基料B；
3)将步骤1)中的混合基料A和步骤2)中的混合基料B的混合搅拌，搅拌10分钟，搅拌温度为150-200℃，搅拌速率为500-600r/min，混炼均匀，得到母粒。
5)将步骤3)中的母粒加入注塑或挤塑机中进行热压挤出成型，冷却至室温得到高吸附性炭塑复合材料。
实施例3公开的一种高吸附性炭塑复合材料的制造工艺，包括以下制备步骤：
1)按质量份数，取40份粒径为60目的竹炭颗粒，2份纳米二氧化钛，0.1份单层氧化石墨烯水相分散液，在室温下搅拌120min，在95～100℃真空干燥12～24小时，再经过500～600℃高温煅烧，之后得到改性竹炭颗粒；
其中单层氧化石墨烯水相分散液的制备方法为：
按质量组分为50份的氧化石墨烯、20份硅烷偶联剂和4份甲醛催化分解剂，其中甲醛催化分解剂为乙酰丙酮锰，硅烷偶联剂为二异丙氧基化双三甲基硅氧基化钛酸酯，将氧化石墨烯，在30-45HZ超声下分散均匀乙醇溶液中，在惰性气体的保护下加入二异丙氧基化双三甲基硅氧基化钛酸酯，80-85℃下热回流反应，得到二异丙氧基化双三甲基硅氧基化钛酸酯改性的氧化石墨烯。
2)按质量份数，取60份的树脂粉、1份纳米纤维素、0.1份加工助剂、0.5份发泡剂，置于加热釜内115-135℃下反应24h，其中每份加工助剂包括20份硬脂酸钡、30份沸石、20份石蜡、30份二苯甲酰甲烷，得到混合基料B；
3)将步骤1)中的混合基料A和步骤2)中的混合基料B的混合搅拌，搅拌10分钟，搅拌温度为150-200℃，搅拌速率为500-600r/min，混炼均匀，得到母粒。
6)将步骤3)中的母粒加入注塑或挤塑机中进行热压挤出成型，冷却至室温得到高吸附性炭塑复合材料。
对比例1一种高吸附性炭塑复合材料的制造工艺，包括以下制备步骤：
1)按质量份数，取60份的树脂粉，加入1份纳米纤维素、0.1份加工助剂、0.5份发泡剂，置于加热釜内115-135℃下反应24h，其中每份加工助剂包括20份硬脂酸钡、30份沸石、20份石蜡、30份二苯甲酰甲烷，得到混合基料B，在混合基料B中加入60份竹粉混合搅拌，搅拌10分钟，搅拌温度为150-200℃，搅拌速率为500-600r/min，混炼均匀，得到母粒。
对比例2一种高吸附性炭塑复合材料的制造工艺，包括以下制备步骤：
1)按质量份数，取60份的树脂粉，加入1份纳米纤维素、0.1份加工助剂、0.5份发泡剂，置于加热釜内115-135℃下反应24h，其中每份加工助剂包括20份硬脂酸钡、30份沸石、20份石蜡、30份二苯甲酰甲烷，得到混合基料B，在混合基料B中加入60份粒径为60目的竹炭颗粒混合搅拌，搅拌10分钟，搅拌温度为150-200℃，搅拌速率为500-600r/min，混炼均匀，得到母粒。
对比例3一种高吸附性炭塑复合材料的制造工艺，包括以下制备步骤：
1)按质量份数，取60份的树脂粉，加入1份纳米纤维素、0.1份加工助剂、0.5份发泡剂、4份甲醛催化分解剂，置于加热釜内115-135℃下反应24h，其中每份加工助剂包括20份硬脂酸钡、30份沸石、20份石蜡、30份二苯甲酰甲烷，得到混合基料B，在混合基料B中加入60份粒径为60目的竹炭颗粒混合搅拌，搅拌10分钟，搅拌温度为150-200℃，搅拌速率为500-600r/min，混炼均匀，得到母粒。
对实施例1-3和对比例1-3进行甲醛吸附分解性能测试，在一密闭实验室内模拟装修后的室内环境，在密闭实验室内放置甲醛溶液，将甲醛溶液加热，加快蒸发，使其到达1-1.5mg/m3，停止加热，取10平米炭塑复合材料为标准测试样，试验时间为7d。分别测试在放置测试标准样前的实验室空气甲醛浓度，和实验过程中每天的实验室空气甲醛浓度，如下表1所示；
本发明所采用的生产工艺，炭塑复合材料的主原料由竹炭颗粒、塑粉和纳米纤维素混合制备而成，其用料环保，其中将竹材炭化后，使其具备明显的多孔性结构，具备较强的吸附性，能够吸附目前装饰工程中的释放的有害物质，其起到主要吸附作用的为改性竹炭颗粒，通过负载二氧化钛和石墨烯改性处理，大大提高了吸附负载量和吸附持久性，竹炭颗粒吸附甲醛后可催化降解，加速室内的甲醛分解速率，通过石墨烯负载，石墨烯的比表面积大，并具有一定的三维空间结构，提高了富集效率，使甲醛催化分解剂均匀有序平铺在石墨烯表面，从而石墨烯的使用可以降低甲醛催化分解剂的使用量；通过在基料中加入纳米纤维素，使得炭塑复合材料整体强度加强；通过采用发泡树脂作为塑化粘合剂，使其轻质化，并使其形成的炭塑复合具备良好的尺寸稳定性和隔音效果。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。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前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种高吸附性炭塑复合材料的制造工艺，其特征在于：包括以下制备步骤：
1)按质量份数，取40-60份竹炭颗粒、2-4份纳米二氧化钛，0.1-1份单层氧化石墨烯水相分散液，将纳米二氧化钛和氧化石墨烯负载到竹炭颗粒上，制得改性竹炭颗粒；
2)按质量份数，取40-60份树脂粉、1-5份纳米纤维素、0.5-1.5份加工助剂、0.5-5份发泡剂，置于加热釜内115-135℃下反应20-26h，得到混合基料B；
3)将步骤1)中的改性竹炭颗粒和步骤2)中的混合基料B搅拌加入混炼机中，搅拌5-10分钟，搅拌温度为150-200℃，搅拌速率为500-600r/min，混炼均匀，得到母粒；
4)将步骤3)中的母粒加入注塑或挤塑机中进行热压挤出成型得到高吸附性炭塑复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种高吸附性炭塑复合材料的制造工艺，其特征在于：所述步骤1中的改性竹炭颗粒的制备方法为：
按质量份数：取40-60份竹炭颗粒、2-4份二氧化钛、0.1-1份单层氧化石墨烯水相分散液，在室温下搅拌120min，在95～100℃真空干燥12～24小时，在经过500～600℃高温煅烧，之后得到改性竹炭颗粒。
3.根据权利要求1所述的一种高吸附性炭塑复合材料的制造工艺，其特征在于：所述步骤1)中的单层氧化石墨烯水相分散液的制备方法为：
包括质量组分为50-60份的氧化石墨烯、20-35份硅烷偶联剂和4-5份甲醛催化分解剂，将氧化石墨烯，在30-45HZ超声下分散均匀乙醇溶液中，在惰性气体的保护下加入硅烷偶联剂，80-85℃下热回流反应，得到硅烷偶联剂改性的氧化石墨烯。
4.根据权利要求3所述的一种高吸附性炭塑复合材料的制造工艺，其特征在于：所述甲醛催化分解剂为乙酰丙酮锰和六羟基合锰酸二乙醇铵中的一种或者两种混合物。
5.根据权利要求3所述的一种高吸附性炭塑复合材料的制造工艺，其特征在于：所述硅烷偶联剂为二异丙氧基化双三甲基硅氧基化钛酸酯。
6.根据权利要求3所述的一种高吸附性炭塑复合材料的制造工艺，其特征在于：所述加工助剂包括有30-40份硬脂酸钡、20-30份沸石、20-25份石蜡、5-30份二苯甲酰甲烷。
7.根据权利要求1所述的一种高吸附性炭塑复合材料的制造工艺，其特征在于：所述竹炭颗粒粒径为60-120目。
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