CN110002800B - 一种用于阻隔人造板材voc释放的无机涂层的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于阻隔人造板材VOC释放的无机涂层的制备方法，属于环境保护领域。本发明首先将底层修饰剂与水混合液刮涂于人造板材表面，形成一层平整底层，然后在其上涂覆碱激发偏高岭土铝硅酸盐涂层。本发明可通过选择合适的底层修饰剂、调整体系中碱金属离子与铝离子的摩尔比、添加高活性无机填料、引入纳米粒子和增韧剂等方式，在人造板材上制备出微观结构致密、气体阻隔性能优异、附着力高的无机涂层，从而有效阻隔人造板材内部VOC释放，保护人体健康。

Description

一种用于阻隔人造板材VOC释放的无机涂层的制备方法
技术领域
本发明涉及一种用于阻隔人造板材VOC释放的无机涂层的制备方法，属于环境保护领域。
背景技术
人造板材具有节省木材、成本低廉等优点，是目前广泛使用的一种建筑材料。但人造板材大多使用由甲醛和尿素反应制得的脲醛树脂做胶黏剂，在其中会残留有一定量的游离甲醛。在人造板材使用过程中，这些游离甲醛、未完全固化的树脂分解的甲醛和其他VOC组分会不断释放出来，危害人体健康。因此，采用适当的方法阻隔人造板材内部VOC释放对保护人体健康至关重要。
在人造板材表面涂覆涂层以阻隔其内部有害气体释放是一种操作简单、适于大范围推广的方法。有机涂层虽能起到一定的阻隔效果，但其本身会释放VOC，会对环境造成二次污染。因此利用本身无任何VOC释放、高硬度的无机涂层作为阻隔层是一种更为有效的方法。
利用碱激发铝硅酸盐矿物制备的材料具有微观结构致密、耐腐蚀、耐久性能优异等优点。Zhang Z等人以偏高岭土、硅酸钠溶液为主要原料制备了反光隔热涂层(Zhang Z，Wang K，Mo B，et al.Preparation and characterization of a reflective and heatinsulative coating based on geopolymers.Energy&Buildings,2015,87:220-225)。中国专利CN106277980B报道了一种粉煤灰基地聚物防火涂料及其制备方法。由此表明利用碱激发铝硅酸盐矿物制备涂层材料的可行性。但目前碱激发涂层的应用领域仍主要集中在防火、保温隔热、防腐蚀领域，鲜有关于有害气体阻隔方面的报道。另外，碱激发涂层材料在制备过程中极易出现开裂现象。本发明通过选择合适的底层修饰剂、调整体系中碱金属离子与铝离子的摩尔比、添加高活性无机填料、引入纳米粒子和增韧剂等方式，制备了微观结构致密、气体阻隔性能优异、附着力高的无机涂层，解决了无机涂层的开裂和在人造板材表面稳定附着的问题，能够有效阻隔人造板材中VOC的释放，可实现显著的社会和经济效益。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足，提出了一种用于阻隔人造板材VOC释放的无机涂层的制备方法。本发明所采用的技术方案如下：
一种用于阻隔人造板材VOC释放的无机涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、将底层修饰剂与去离子水按一定比例混合，以500-1000rpm的转速搅拌0.5-2h，制得均匀的混合溶液1。
步骤二、将碱激发剂、偏高岭土、无机填料、纳米氧化锌分散液、增韧剂和水以700-2000rpm的转速共混5-20min，制得均匀的混合溶液2；
步骤三、将混合溶液1刮涂于人造板材上，湿膜厚度在50-300μm，待其室温干燥20min后，将混合溶液2刮涂至其表面，湿膜厚度在100-200μm，并将其在30-60℃下保温24h进行养护。
进一步地，步骤一中，所述底层修饰剂为KH550、KH560、KH570、聚乙二醇中的一种或几种组合。
进一步地，步骤一中，所述底层修饰剂与去离子水的质量比为0.01～0.1：1。
进一步地，步骤二中，所述碱激发剂为硅酸锂溶液、硅酸钠溶液、硅酸钾溶液、氢氧化锂、氢氧化钠和氢氧化钾中的一种或几种组合。
进一步地，步骤二中，所述碱激发剂的PH≥11。
进一步地，步骤二中，所述无机填料为结晶度小于20％、目数大于2000目的硅灰、白炭黑和非晶氧化铝中的一种或几种组合。
进一步地，步骤二中，所述碱激发剂、偏高岭土、无机填料、纳米氧化锌分散液、增韧剂和水按照如下重量份数混合：
碱激发剂 30～60份；偏高岭土 30～50份；
无机填料 5～20份；纳米氧化锌分散液 1～15份；
增韧剂 0.1～5份；水 5～40份。
进一步地，步骤二中，所述混合溶液2中碱金属离子与铝离子的摩尔比小于0.9。
进一步地，步骤二中，所述增韧剂为碳酸钙晶须、碳酸镁晶须和硼酸镁晶须中的一种或几种组合。
本发明的有益效果为：
1、通过将底层修饰剂与去离子水混合后预先刮涂于人造板材表面，可形成一层较为平整的底层，缓解了由于人造板材表面凹凸不平造成的碱激发涂层的开裂现象，提高了阻隔效果；
2、通过将含有羟基基团、未完全干燥的底层修饰剂与碱激发涂层复合，利用两层羟基基团的反应，提高了层间附着力和碱激发涂层底部的固化速度；
3、通过控制碱激发涂层中碱金属离子与铝离子的摩尔比，防止了涂层由于碱含量过高而出现的反应过快开裂和泛碱等现象。
4、通过高活性的非晶态硅铝无机填料、增韧剂、纳米氧化锌分散液等的加入，制备出了聚合程度高、无裂纹、微观结构致密的无机阻隔层。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1：
一种用于阻隔人造板材VOC释放的无机涂层的制备方法，包括以下步骤：(1)将KH550与去离子水按质量比为0.01：1混合，在磁力搅拌器600rpm转速下搅拌2h，制得均匀的混合溶液1；(2)在市售硅酸钠溶液(模数为3.3，固含量为34％)中加入氢氧化钠颗粒，将硅酸钠溶液的模数调为1.8，制备碱激发剂。按照重量份数称取30份碱激发剂、30份偏高岭土(4000目)、5份硅灰、5份纳米氧化锌分散液(粒径≤50nm，固含量50％)、3份碳酸钙晶须和20份水，以1000rpm的转速在机械搅拌器下搅拌共混5min，制得均匀的混合溶液2；(3)使用刮涂器将混合溶液1涂覆于人造板材上，湿膜厚度为50μm。待其室温干燥20min后，将混合溶液2刮涂至其表面，湿膜厚度为150μm，并将其在30℃下保温24h进行养护。
实施例2：
一种用于阻隔人造板材VOC释放的无机涂层的制备方法，包括以下步骤：(1)将KH560与去离子水按质量比为0.05：1混合，在磁力搅拌器800rpm转速下搅拌1h，制得均匀的混合溶液1；(2)在市售硅酸钠溶液(模数为3.3，固含量为34％)中加入氢氧化钠颗粒，将硅酸钠溶液的模数调为1.6，制备碱激发剂。按照重量份数称取40份碱激发剂、30份偏高岭土(4000目)、5份硅灰、5份白炭黑(3000目)、15份纳米氧化锌分散液(粒径≤50nm，固含量50％)、2份碳酸钙晶须和10份水，以700rpm的转速在机械搅拌器下搅拌共混10min，制得均匀的混合溶液2；(3)使用刮涂器将混合溶液1涂覆于人造板材上，湿膜厚度为100μm。待其室温干燥20min后，将混合溶液2刮涂至其表面，湿膜厚度为100μm，并将其在40℃下保温24h进行养护。
实施例3：
一种用于阻隔人造板材VOC释放的无机涂层的制备方法，包括以下步骤：(1)将KH570与去离子水按质量比为0.1：1混合，在磁力搅拌器1000rpm下搅拌2h，制得均匀的混合溶液1；(2)在市售硅酸钾溶液(模数为3.3，固含量为40％)中加入氢氧化钾颗粒，将硅酸钾溶液的模数调为1.8，制备碱激发剂。按照重量份数称取50份碱激发剂、40份偏高岭土(4000目)、15份白炭黑(3000目)、15份纳米氧化锌分散液(粒径≤50nm，固含量50％)、5份碳酸镁晶须和30份水，以1000rpm的转速在机械搅拌器下搅拌共混5min，制得均匀的混合溶液2；(3)使用刮涂器将混合溶液1涂覆于人造板材上，湿膜厚度为300μm。待其室温干燥20min后，将混合溶液2刮涂至其表面，湿膜厚度为150μm，并将其在30℃下保温24h进行养护。
实施例4：
一种用于阻隔人造板材VOC释放的无机涂层的制备方法，包括以下步骤：(1)将KH550与去离子水按质量比为0.05：1混合，在磁力搅拌器1000rpm转速下搅拌2h，制得均匀的混合溶液1；(2)将市售硅酸钠溶液(模数为3.3，固含量为34％)和市售硅酸钾溶液(模数为3.3，固含量为40％)按质量比为2：1进行混合，制备碱激发剂。按照重量份数称取50份碱激发剂、30份偏高岭土(4000目)、15份硅灰、5份纳米氧化锌分散液(粒径≤50nm，固含量50％)、3份硼酸镁晶须和5份水，以1000rpm的转速在机械搅拌器下搅拌共混5min，制得均匀的混合溶液2；(3)使用刮涂器将混合溶液1涂覆于人造板材上，湿膜厚度为100μm。待其室温干燥20min后，将混合溶液2刮涂至其表面，湿膜厚度为100μm，并将其在30℃下保温24h进行养护。
实施例5：
一种用于阻隔人造板材VOC释放的无机涂层的制备方法，包括以下步骤：(1)将KH550与去离子水按质量比为0.01：1混合，在磁力搅拌器1000rpm转速下搅拌2h，制得均匀的混合溶液1；(2)在市售硅酸钠溶液(模数为3.3，固含量为34％)中加入氢氧化钠颗粒，将硅酸钠溶液的模数调为1.8，制备碱激发剂。按照重量份数称取35份碱激发剂、30份偏高岭土(4000目)、10份硅灰、5份非晶氧化铝、10份纳米氧化锌分散液(粒径≤50nm，固含量50％)、5份碳酸钙晶须和30份水，以2000rpm的转速在机械搅拌器下搅拌共混5min，制得均匀的混合溶液2；(3)使用刮涂器将混合溶液1涂覆于人造板材上，湿膜厚度为200μm。待其室温干燥20min后，将混合溶液2刮涂至其表面，湿膜厚度为150μm，并将其在60℃下保温24h进行养护。
以上对本发明的较佳实施例进行了描述，需要指出的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (5)

1.一种用于阻隔人造板材VOC释放的无机涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、将底层修饰剂与去离子水按一定比例混合，以500-1000rpm的转速搅拌0.5-2h，制得均匀的混合溶液1；
步骤二、将碱激发剂、偏高岭土、无机填料、纳米氧化锌分散液、增韧剂和水以700-2000rpm的转速共混5-20min，制得均匀的混合溶液2；
步骤三、将混合溶液1刮涂于人造板材上，湿膜厚度在50-300μm，待其室温干燥20min后，将混合溶液2刮涂至其表面，湿膜厚度在100-200μm，并将其在30-60℃下保温24h进行养护；
步骤一中，所述底层修饰剂为KH550、KH560、KH570、聚乙二醇中的一种或几种组合；
步骤一中，所述底层修饰剂与去离子水的质量比为0.01～0.1：1；
步骤二中，所述碱激发剂、偏高岭土、无机填料、纳米氧化锌分散液、增韧剂和水按照如下重量份数混合：
碱激发剂30～60份；偏高岭土30～50份；
无机填料5～20份；纳米氧化锌分散液1～15份；
增韧剂0.1～5份；水5～40份；
步骤二中，所述混合溶液2中碱金属离子与铝离子的摩尔比小于0.9。
2.如权利要求1所述的一种用于阻隔人造板材VOC释放的无机涂层的制备方法，其特征在于，步骤二中，所述碱激发剂为硅酸锂溶液、硅酸钠溶液、硅酸钾溶液、氢氧化锂、氢氧化钠和氢氧化钾中的一种或几种组合。
3.如权利要求1所述的一种用于阻隔人造板材VOC释放的无机涂层的制备方法，其特征在于，步骤二中，所述碱激发剂的pH≥11。
4.如权利要求1所述的一种用于阻隔人造板材VOC释放的无机涂层的制备方法，其特征在于，步骤二中，所述无机填料为结晶度小于20％、目数大于2000目的硅灰、白炭黑和非晶氧化铝中的一种或几种组合。
5.如权利要求1所述的一种用于阻隔人造板材VOC释放的无机涂层的制备方法，其特征在于，步骤二中，所述增韧剂为碳酸钙晶须、碳酸镁晶须和硼酸镁晶须中的一种或几种组合。
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