CN109776904A - 一种具有清除甲醛气体功效的砂塑复合材料和其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种具有清除甲醛气体功效的砂塑复合材料，将负离子激发材料分散在砂塑复合材料中，解决了现有技术中负离子发生材料设置在材料表面容易脱落以及被磨损、污染，导致材料丧失激发负离子的功效的问题。另外，本发明的具有清除甲醛气体功效的砂塑复合材料，扩展了现有砂塑复合材料的功能，扩大了砂塑复合材料的使用范围；本申请中还加入由环氧树脂胶粘剂、羧甲基纤维素钠和铝溶胶组成的胶胶黏剂，上述成分与石英砂、聚丙烯树脂和聚乙烯树脂复配使用，能有效的增砂塑复合材料的硬度。
Description
技术领域
本发明涉及复合材料领域，属于一种通过产生负离子实现净化甲醛气体的砂塑复合材料。
背景技术
众所周知，在房屋的装修的过程中会使用大量的涂料和胶黏剂，而涂料和胶黏剂中常常会含有大量的甲醛。这样会导致室内空气甲醛含量超标，从而造成对人体的损害。目前常用的清除室内甲醛有害气体的方法主要是物理方法和化学方法。其中物理方法是采用活性炭等多孔材料，对室内的甲醛气体进行吸附，以实现降低室内有害气体含量的作用。但是这样方法，由于活性炭的吸附能力有限，所以对甲醛的清除并不是很理想。化学方法主要是通过使用甲醛清除剂等化学试剂，已达到清除室内甲醛等有害物质的作用。但是该种方法虽然能够及时的清除室内空气中的甲醛，但是对吸附在建筑材料中的甲醛无法清除。
由于上述清除室内甲醛的方式都存在有较大的缺陷，进而人们将研究清除室内甲醛的方向转向了装修材料上。例如，中国专利文献CN104895285A公开了一种PVC木塑复合地板，该方法是在PVC木塑复合板上由上至下依次涂覆了耐刮抗菌漆面层和负离子反应漆面层和纳米防水密封剂层。空气或水蒸气穿过耐刮抗菌漆面层的微孔或孔隙，与负离子反应漆面层中负离子粉等负离子激发材料接触，在这些负离子激发材料的作用下产生负离子，之后通过负离子分解空气中甲醛，从而实现清除室内甲醛的功能。由于负离子反应漆面层设置于PVC木塑复合板的表面，随着使用时间的延长，容易造成漆面的磨损、污染以及脱落，从而丧失清除甲醛的功能。
砂塑复合材料是一种新兴的材料，其是以砂石和树脂、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等混合，再经挤压、模压、注塑成型等塑料加工工艺制备而成。砂塑复合材料其不仅具有外表美观大方的特点，而且还具有硬度高、阻燃性好，并且还具有良好的防腐、抗菌和防蛀等性能。但是目前对砂塑复合材料的研究多是集中在对其弯曲强度、保温隔热性能上的研究，对其在净化气体上研究较少。如果能制备一种具有清除甲醛气体的复合砂塑材料，必将会使得砂塑复合材料得到更广泛的使用。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中负离子激发材料多涂覆于装修材料表面，因涂覆层的磨损、脱落，使装修材料丧失清除甲醛的功能的缺陷，从而提供一种具有清除甲醛气体功效的砂塑复合材料，并进一步的提供该砂塑复合材料制备方法。
一种具有清除甲醛气体功效的砂塑复合材料，包括如下重量份数的原料：
石英砂25-35份、负离子激发材料1-3份、聚丙烯树脂15-20份、聚乙烯树脂17-25份、偶联剂2-5份、胶黏剂10-15和表面活性剂2-3份；
所述胶黏剂由环氧树脂胶粘剂、羧甲基纤维素钠和铝溶胶组成。
优选的是，所述的具有清除甲醛气体功效的砂塑复合材料中，所述胶黏剂中，所述环氧树脂胶粘剂、所述羧甲基纤维素钠和所述铝溶胶的质量比为(3-5):(1-2):(1-3)。
优选的是，所述的具有清除甲醛气体功效的砂塑复合材料中，还包括造孔剂0.5-2份；
所述造孔剂由无水乙醇与乙二醇按照质量比为(5-7)：(1-3)混合形成。
优选的是，所述的具有清除甲醛气体功效的砂塑复合材料中，还包括抗污剂3-5份；
所述抗污剂为乙酸与抗污助剂的混合物，所述抗污助剂为二硫化钼和失水山梨醇脂肪酸酯。
优选的是，所述的具有清除甲醛气体功效的砂塑复合材料中，所述乙酸和所述抗污助剂的质量比为(7-10):(1-3)。
优选的是，所述的具有清除甲醛气体功效的砂塑复合材料中，所述二硫化钼和所述失水山梨醇脂肪酸酯的质量比为(2-4):(9-13)。
优选的是，所述的具有清除甲醛气体功效的砂塑复合材料中，所述负离子激发材料为纳米电气石。
优选的是，所述的具有清除甲醛气体功效的砂塑复合材料中，所述偶联剂为硅烷偶联剂；所述表面活性剂为吐温-80。
一种制备所述的具有清除甲醛气体功效的砂塑复合材料的方法，包括如下步骤：
(1)将石英砂、聚丙烯树脂、聚乙烯树脂、胶黏剂、表面活性剂和偶联剂混合，在惰性气体保护下，加热到270-350℃，得到第一浆液；
(2)将负离子激发材料浆液加入至所述第一浆液中，得到第二浆液；
(3)将所述第二浆液置于模具中，压模，冷却至室温，脱模，得到所述砂塑复合材料。
优选的是，所述的制备方法中，
将造孔剂、抗污剂、负离子激发材料和水混合，水浴超声，得到负离子激发生材料浆液；
所述步骤(3)中的所述冷却过程为：
降温至220-250℃，保温30-50min，然后降温至180-200℃，保温30-50min,之后降温至70-90℃，保温10-30min，冷却至室温。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供了一种具有清除甲醛气体功效的砂塑复合材料，将负离子激发材料分散在砂塑复合材料中，解决了现有技术中负离子发生材料设置在材料表面容易脱落以及被磨损、污染，导致材料丧失激发负离子的功效的问题。另外，本发明的砂塑复合材料，扩展了现有砂塑复合材料的功能，扩大了砂塑复合材料的使用范围；
本申请中还加入由环氧树脂胶粘剂、羧甲基纤维素钠和铝溶胶组成的胶胶黏剂，上述成分与石英砂、聚丙烯树脂和聚乙烯树脂复配使用，能有效的增砂塑复合材料的硬度。
2、本发明提供的具有清除甲醛气体功效的砂塑复合材料，还添加有造孔剂，在制备复合材料时，造孔剂在冷却成型过程中，逐渐从砂塑复合材料中挥发，从而形成若干微孔，确保了砂塑复合材料中的纳米电气石与空气、水蒸气的接触，进而保证了纳米电气石激发负离子的量；
3、本发明提供的具有清除甲醛气体功效的砂塑复合材料，采用乙酸与二硫化钼和失水山梨醇脂肪酸酯复配形成的抗污剂，能有效降低复合材料上微孔内壁上产生的静电量，提高微孔内壁光滑度，降低了尘埃、微粉以及油污对微孔的附着和堵塞，从而保证了纳米电气石与空气回、水蒸气的接触，进而使复合材料能长期稳定的激发出负离子，进而确保了起分解甲醛的能力；经检测甲醛捕收率可以达到93.27％；
4.本发明提供的具有清除甲醛气体功效的砂塑复合材料，选用纳米电气石作为负离子激发材料，在保证了负离子的产生的量的同时，该由于纳米电气石为纳米级别，其与石英砂、聚丙烯树脂、聚乙烯树脂、胶黏剂复配使用，确保了砂塑复合材料硬度(维氏硬度)、弯曲强度和冲击强度；经检测强度可以达到119，弯曲强度可以达到204MPa，冲击强度可以达到50KJ/m2。
5.本发明提供了一种具有清除甲醛气体功效的砂塑复合材料的制备方法，现将石英砂、聚丙烯树脂、聚乙烯树脂和偶联剂混合形成的第一浆液，之后在加入负离子激发材料，不仅可以使得负离子激发材料均匀的分散到材料中，而且能有效的保证石英砂与聚丙烯树脂和聚乙烯树脂的均匀的混合度。
6.本发明提供了一种具有清除甲醛气体功效的砂塑复合材料的制备方法中，该方法中通过逐步降温，使得砂塑复合材料形成良好的内部结构，有效的保证了砂塑复合材料的硬度和弯曲强度，以及微孔的分布的均匀度。
具体实施方式
下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为例便于比较，
实施例1-5和对比例中所用的硅烷偶联剂均购买自美国联碳公司，型号为A-1100的硅烷偶联剂KH550。但是本发明所使用的偶联剂并不限于上述。
实施例3-5和对比例中所用的纳米电气石购买自灵寿县鸿展矿产品加工厂，产品名称为纳米电气石粉。但是本发明所使用的纳米电气石并不限于上述。
实施例1和2中所用的负离子粉购买自灵寿县信德矿业加工厂，产品名称为负离子粉。但是本发明所使用的负离子粉并不限于上述。
实施例1
本实施例提供了一种具有清除甲醛气体功效的砂塑复合材料的制备方法，包括：
(1)称取石英砂25Kg、负离子粉3Kg、聚丙烯树脂15Kg、聚乙烯树脂25Kg、硅烷偶联剂KH550 5Kg、胶黏剂10Kg和吐温-80 2Kg；
胶黏剂由环氧树脂胶粘剂、羧甲基纤维素钠和铝溶胶组成；环氧树脂胶粘剂、羧甲基纤维素钠和铝溶胶的质量比为：3:2:1；
(2)将石英砂、聚丙烯树脂、聚乙烯树脂、胶黏剂、吐温-80和硅烷偶联剂KH550混合，在氮气保护下，加热到270℃，得到第一浆液；
(3)将水和负离子粉的按照质量比为10:1混合，在水浴温度为40℃下，水浴超声20min,得到负离子激发材料浆液；
在搅拌状态下，将负离子激发材料浆液加入到第一浆液中，得到第二浆液；
(4)将所述第二浆液置于模具中，冷却至室温(25℃)，脱模，得到砂塑复合材料A。
实施例2
本实施例提供了一种具有清除甲醛气体功效的砂塑复合材料的制备方法，包括：
(1)称取石英砂35Kg、负离子粉1Kg、聚丙烯树脂20Kg、聚乙烯树脂17Kg、硅烷偶联剂KH550 2Kg、胶黏剂15Kg、吐温-80 3Kg和造孔剂0.5Kg；
其中，造孔剂为无水乙醇和乙二醇的混合物，无水乙醇与乙二醇的质量比为5:1；
胶黏剂由环氧树脂胶粘剂、羧甲基纤维素钠和铝溶胶组成；环氧树脂胶粘剂、羧甲基纤维素钠和铝溶胶的质量比为：5:1:3；
(2)将石英砂、聚丙烯树脂、聚乙烯树脂、胶黏剂、吐温-80和硅烷偶联剂KH550混合，在氮气保护下，加热到350℃，得到第一浆液；
(3)将无水乙醇、乙二醇、负离子粉和水混合，在水浴温度为50℃下，水浴超声20min,得到负离子激发材料浆液；水的加入的量为负离子粉质量的1倍；
在搅拌状态下，将负离子激发材料浆液加入到第一浆液中，得到第二浆液；
(4)将所述第二浆液置于模具中，降温至220℃，保温30min，然后降温至200℃，保温50min,之后降温至70℃，保温10min，冷却至室温(25℃)，脱模，得到砂塑复合材料B。
实施例3
本实施例提供了一种具有清除甲醛气体功效的砂塑复合材料的制备方法，包括：
(1)称取石英砂30Kg、纳米电气石2Kg、聚丙烯树脂19Kg、聚乙烯树脂20Kg、硅烷偶联剂KH550 3Kg、造孔剂2Kg、胶黏剂12Kg、吐温-80 3Kg和抗污剂3Kg；
其中，造孔剂为无水乙醇和乙二醇的混合物，无水乙醇与乙二醇的质量比为7:3；
抗污剂为乙酸与抗污助剂的混合物，所述抗污助剂为二硫化钼和失水山梨醇脂肪酸酯；乙酸与抗污助剂的质量比为：7:1；二硫化钼与失水山梨醇脂肪酸酯的质量比为2:9；
胶黏剂由环氧树脂胶粘剂、羧甲基纤维素钠和铝溶胶组成；环氧树脂胶粘剂、羧甲基纤维素钠和铝溶胶的质量比为：3:1:3；
(2)将石英砂、聚丙烯树脂、聚乙烯树脂、胶黏剂、吐温-80和硅烷偶联剂KH550混合，在氮气保护下，加热到300℃，得到第一浆液；
(3)将无水乙醇、乙二醇、纳米电气石、乙酸、二硫化钼、失水山梨醇脂肪酸酯和水混合，在水浴温度为50℃下，水浴超声20min,得到负离子激发材料浆液；水的加入的量为纳米电气石质量的1倍；
在搅拌状态下，将负离子激发材料浆液加入到第一浆液中，得到第二浆液；
(4)将所述第二浆液置于模具中，降温至250℃，保温50min，然后降温至180℃，保温30min,之后降温至90℃，保温10min，冷却至室温(25℃)，脱模，得到砂塑复合材料C。
实施例4
本实施例提供了一种具有清除甲醛气体功效的砂塑复合材料的制备方法，包括：
(1)称取石英砂31Kg、纳米电气石3Kg、聚丙烯树脂16Kg、聚乙烯树脂22Kg、硅烷偶联剂KH550 4Kg、造孔剂1Kg、胶黏剂14Kg、吐温-80 2Kg和抗污剂5Kg；
其中，造孔剂为无水乙醇和乙二醇的混合物，无水乙醇与乙二醇的质量比为7:1；
抗污剂为乙酸与抗污助剂的混合物，所述抗污助剂为二硫化钼和失水山梨醇脂肪酸酯；乙酸与抗污助剂的质量比为：7:3；二硫化钼与失水山梨醇脂肪酸酯的质量比为2:13；
胶黏剂由环氧树脂胶粘剂、羧甲基纤维素钠和铝溶胶组成；环氧树脂胶粘剂、羧甲基纤维素钠和铝溶胶的质量比为：4:1:2；
(2)将石英砂、聚丙烯树脂、聚乙烯树脂、胶黏剂、吐温-80和硅烷偶联剂KH550混合，在氮气保护下，加热到320℃，得到第一浆液；
(3)将无水乙醇、乙二醇、纳米电气石、乙酸、二硫化钼、失水山梨醇脂肪酸酯和水混合，在水浴温度为50℃下，水浴超声20min,得到负离子激发材料浆液；水的加入的量为纳米电气石质量的1倍；
在搅拌状态下，将负离子激发材料浆液加入到第一浆液中，得到第二浆液；
(4)将所述第二浆液置于模具中，降温至240℃，保温40min，然后降温至200℃，保温40min,之后降温至80℃，保温20min，冷却至室温(25℃)，脱模，得到砂塑复合材料D。
实施例5
本实施例提供了一种具有清除甲醛气体功效的砂塑复合材料的制备方法，包括：
(1)称取石英砂33Kg、纳米电气石3Kg、聚丙烯树脂20Kg、聚乙烯树脂18Kg、硅烷偶联剂KH550 4Kg、造孔剂1.5Kg、胶黏剂15Kg、吐温-80 3Kg和抗污剂4Kg；
其中，造孔剂为无水乙醇和乙二醇的混合物，无水乙醇与乙二醇的质量比为6:1；
抗污剂为乙酸与抗污助剂的混合物，所述抗污助剂为二硫化钼和失水山梨醇脂肪酸酯；乙酸与抗污助剂的质量比为：9:2；二硫化钼与失水山梨醇脂肪酸酯的质量比为3:11；
胶黏剂由环氧树脂胶粘剂、羧甲基纤维素钠和铝溶胶组成；环氧树脂胶粘剂、羧甲基纤维素钠和铝溶胶的质量比为：5:2:1；
(2)将石英砂、聚丙烯树脂、聚乙烯树脂、胶黏剂、吐温-80和硅烷偶联剂KH550混合，在氮气保护下，加热到300℃，得到第一浆液；
(3)将无水乙醇、乙二醇、纳米电气石、乙酸、二硫化钼、失水山梨醇脂肪酸酯和水混合，在水浴温度为50℃下，水浴超声20min,得到负离子激发材料浆液；水的加入的量为纳米电气石质量的1倍；
在搅拌状态下，将负离子激发材料浆液加入到第一浆液中，得到第二浆液；
(4)将所述第二浆液置于模具中，降温至250℃，保温30min，然后降温至200℃，保温30min,之后降温至90℃，保温30min，冷却至室温(25℃)，脱模，得到砂塑复合材料E。
对比例
本对比例提供了一种砂塑复合材料的制备方法，包括：
1)称取石英砂33Kg、纳米电气石3Kg、聚丙烯树脂20Kg、聚乙烯树脂18Kg、硅烷偶联剂KH550 4Kg、造孔剂1.5Kg、胶黏剂15Kg、吐温-80 3Kg和抗污剂4Kg；
其中，造孔剂为无水乙醇和乙二醇的混合物，无水乙醇与乙二醇的质量比为6:1；抗污剂为二甲基十八胺；
胶黏剂由环氧树脂胶粘剂、羧甲基纤维素钠和铝溶胶组成；环氧树脂胶粘剂、羧甲基纤维素钠和铝溶胶的质量比为：5:2:1；
(2)将石英砂、聚丙烯树脂、聚乙烯树脂、胶黏剂、吐温-80和硅烷偶联剂KH550混合，在氮气保护下，加热到300℃，得到第一浆液；
(3)将无水乙醇、乙二醇、纳米电气石、二甲基十八胺和水混合，在水浴温度为50℃下，水浴超声20min,得到负离子激发材料浆液；水的加入的量为纳米电气石质量的1倍；
在搅拌状态下，将负离子激发材料浆液加入到第一浆液中，得到第二浆液；
(4)将所述第二浆液置于模具中，降温至250℃，保温30min，然后降温至200℃，保温30min,之后降温至90℃，保温30min，冷却至室温(25℃)，脱模，得到砂塑复合材料F。
效果验证
1.对砂塑复合材料A-E进行性能测试，结果如表1所示：
表1
| 硬度/HV | 弯曲强度(MPa) | 冲击强度(KJ/m<sup>2</sup>) | |
| 砂塑复合材料A | 116 | 198 | 46 |
| 砂塑复合材料B | 111 | 192 | 42 |
| 砂塑复合材料C | 117 | 200 | 45 |
| 砂塑复合材料D | 117 | 199 | 47 |
| 砂塑复合材料E | 119 | 204 | 50 |
2.采用《JCT 2040-2010负离子功能建筑室内装饰材料》标准，对砂塑复合材料A-F进行空气负离子诱生量测试，测试数据见表2。
表2
| 空气负离子诱生量，个/s.cm<sup>2</sup> | |
| 砂塑复合材料A | 940 |
| 砂塑复合材料B | 1010 |
| 砂塑复合材料C | 1155 |
| 砂塑复合材料D | 1120 |
| 砂塑复合材料E | 1185 |
| 砂塑复合材料F | 690 |
3.对砂塑复合材料A-F清除甲醛以及抗污的能力测试，测试数据见表3。
测试方法：将砂塑复合材料A-F切割成5cm×5cm×3cm薄板，将该薄板置于室外3天后，擦拭干净薄板表面，之后置于5L的容器中，对容器抽真空，之后向容器充入含有甲醛浓度15mg/m3的初始测试气体，至容器中气压恢复至1个大气压，在温度25℃下，静置48h。之后从容器中抽取1L气体，抽取的气体命名为终止测试气体，检测终止气体中甲醛浓度的变化值。
甲醛浓度根据标准GB-13197-91中的规定方法来测试，即用一定量的纯水吸收气体中的甲醛，之后用分光光度计测定水中的甲醛。甲醛捕收率按照下述公式计算：
其中，A0和Ax分别为初始测试气体和终止测试气体的吸光度。
表3
| 甲醛捕收率，％ | |
| 砂塑复合材料A | 89.03％ |
| 砂塑复合材料B | 90.89％ |
| 砂塑复合材料C | 91.99％ |
| 砂塑复合材料D | 92.14％ |
| 砂塑复合材料E | 93.27％ |
| 砂塑复合材料F | 70.13％ |
测试薄板在室外放置3天后，没有抗污剂的砂塑复合材料B清除甲醛的能力明显不如加有抗污剂的砂塑复合材料C-E清除甲醛的能力；
砂塑复合材料F由于采用了不同的抗污剂，反而导致砂塑复合材料的清除甲醛的能力下降。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种具有清除甲醛气体功效的砂塑复合材料，其特征在于，包括如下重量份数的原料：
石英砂25-35份、负离子激发材料1-3份、聚丙烯树脂15-20份、聚乙烯树脂17-25份、偶联剂2-5份、胶黏剂10-15和表面活性剂2-3份；
所述胶黏剂由环氧树脂胶粘剂、羧甲基纤维素钠和铝溶胶组成。
2.根据权利要求1所述的具有清除甲醛气体功效的砂塑复合材料，其特征在于，所述胶黏剂中，所述环氧树脂胶粘剂、所述羧甲基纤维素钠和所述铝溶胶的质量比为(3-5):(1-2):(1-3)。
3.根据权利要求1或2所述的具有清除甲醛气体功效的砂塑复合材料，其特征在于，还包括造孔剂0.5-2份；
所述造孔剂由无水乙醇与乙二醇按照质量比为(5-7)：(1-3)混合形成。
4.根据权利要求1-3任一所述的具有清除甲醛气体功效的砂塑复合材料，其特征在于，还包括抗污剂3-5份；
所述抗污剂为乙酸与抗污助剂的混合物，所述抗污助剂为二硫化钼和失水山梨醇脂肪酸酯。
5.根据权利要求4所述的具有清除甲醛气体功效的砂塑复合材料，其特征在于，所述乙酸和所述抗污助剂的质量比为(7-10):(1-3)。
6.根据权利要求4或5所述的具有清除甲醛气体功效的砂塑复合材料，其特征在于，所述二硫化钼和所述失水山梨醇脂肪酸酯的质量比为(2-4):(9-13)。
7.根据权利要求1-6任一所述的具有清除甲醛气体功效的砂塑复合材料，其特征在于，所述负离子激发材料为纳米电气石。
8.根据权利要求1-7任一所述的具有清除甲醛气体功效的砂塑复合材料，其特征在于，所述偶联剂为硅烷偶联剂；所述表面活性剂为吐温-80。
9.一种制备权利要求1-8任一所述的具有清除甲醛气体功效的砂塑复合材料的方法，包括如下步骤：
(1)将石英砂、聚丙烯树脂、聚乙烯树脂、胶黏剂、表面活性剂和偶联剂混合，在惰性气体保护下，加热到270-350℃，得到第一浆液；
(2)将负离子激发材料浆液加入至所述第一浆液中，得到第二浆液；
(3)将所述第二浆液置于模具中，压模，冷却至室温，脱模，得到所述砂塑复合材料。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，
将造孔剂、抗污剂、负离子激发材料和水混合，水浴超声，得到负离子激发生材料浆液；
所述步骤(3)中的所述冷却过程为：
降温至220-250℃，保温30-50min，然后降温至180-200℃，保温30-50min,之后降温至70-90℃，保温10-30min，冷却至室温。
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2017
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