CN110981339B - 一种抗菌型软瓷装饰材料及其制备方法 - Google Patents

一种抗菌型软瓷装饰材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种抗菌型软瓷装饰材料及其制备方法，包含如下重量份的组分：水泥10‑20份，矿粉10‑30份，石英砂20‑40份，乳液5‑18份，聚乳酸5‑10份，石墨烯0.5‑1份，硅烷偶联剂1‑3份，无机颜料0.1‑1份，水10‑15份。本发明制备工艺简单，制备得到软瓷装饰材料不仅具有良好的柔韧性和抗拉伸性，而且选择石墨烯作为一种功能性添加剂加入聚乳酸中进行纺丝改性得到聚乳酸复合纤维，具有明显的抑菌效果，同时具有低温远红外功能，改善人们居住环境，预防疾病，是一种具有生态功能的建筑装饰材料。

Description

一种抗菌型软瓷装饰材料及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑装饰材料领域，具体涉及一种抗菌型软瓷装饰材料及其制备方法。
背景技术
软瓷是一种新型建筑装饰面状材料，外观酷似陶瓷，但完全不同于传统陶瓷材料坚硬、冰冷、沉重、易碎的质感，软瓷质轻、柔韧且富有弹性。这种新型材料具有牛皮的手感，天然的纹理，花纹繁多，立体感强，易裁剪、粘贴，施工便捷等特点，极大地丰富和美化了人们的生活和工作环境。
目前，市售的软瓷产品种类繁多，但功能性软瓷的品种较少，且很难将功能性与软瓷具有的优异综合性能实现有机融合。
中国专利公告号CN 103496913A公开了一种抗菌环保无机矿物内墙装饰材料，由以下重量百分比的原料组成：白水泥15％-25％、沸石粉5％-10％、煅烧硅藻土粉5％-10％、石英砂20％-35％、重钙粉5％-10％、纳米二氧化钛0.5％-3％、可分散乳胶粉1％-5％、膨润土1.5-3％、颜料0.5-5％和纤维素醚0.1-0.4％。该材料几乎全部为无机矿物材料，不含挥发性有机物，是生态环保型材料，具有吸附和自调湿作用，同时还具有一定的抗菌和净化空气作用，储存、运输和使用均十分方便。但是该发明方法制备得到的内墙装饰材料抗菌和净化空气作用较小，达不到人体健康需求，同时材料由无机矿物制备得到，耐久性低，不利于长期作装饰使用。
如今，聚乳酸纤维受到了越来越多的关注，原因在于其本身具有良好的生物可降解性，分解之后会生成二氧化碳和水，不会对环境造成污染，因此聚乳酸纤维被誉为新一代环保型聚酯合成纤维。石墨烯是由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体，它是一种非常薄的材料，具有优异的电学、热学和力学性能，作为一种新型纳米材料，石墨烯被称为黑金和新材料之王。为了能够扩大聚乳酸纤维在服装、无纺布、包装等领域的应用，选择将石墨烯作为一种功能性添加剂加入聚乳酸中进行纺丝，制备石墨烯聚乳酸功能化复合纤维，改性之后的聚乳酸复合纤维具有非常好的抑菌效果，同时具有低温远红外功能，提高人们健康水平，预防疾病。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明目的在于提供一种抗菌型软瓷装饰材料及其制备方法，通过制备得到生物质石墨烯改性聚乳酸复合纤维添加到混合物料中，不仅提高了软瓷装饰材料的机械性能，同时具有抗菌抑菌的效果。该方法制备得到的复合材料具有较高的经济效益和社会价值，有望用于大规模生产。
本发明的抗菌型软瓷装饰材料是包括以下重量份原料组成：
水泥10-20份，矿粉10-30份，石英砂20-40份，乳液5-18份，聚乳酸5-10份，石墨烯0.5-1份，硅烷偶联剂1-3份，无机颜料0.1-1份，水10-15份。
所述石墨烯与聚乳酸的质量比为0.25-1.5:100-200。
所述石墨烯与聚乳酸制备成了石墨烯改性聚乳酸纤维作为软瓷原料使用。
所述的石墨烯改性聚乳酸纤维是短纤形式存在。
所述的水泥、矿粉、石英砂等无机粉体的尺寸粒径和组分用量会直接影响到抗菌型软瓷装饰材料的最终性能，尤其是表观和机械性能。
上述的水泥为白色硅酸盐水泥。
上述的矿粉为高岭土、火山灰、粉煤灰或钙粉中的一种。
可以根据软瓷的使用环境以及对机械性能的要求，选择不同种类的无机矿粉。
上述石英砂粒径为50-500目。
选用粒径50-500目的石英砂，既能保证制备的软瓷材料表面光滑性和美观性，也能在粉料的混合工序中，不会因为石英砂粒径过大而造成共混不均匀，最终影响软瓷材料的力学性能。
上述乳液为有机硅改性丙烯酸酯乳液和氟改性丙烯酸酯乳液中的一种。
选用有机硅改性丙烯酸酯乳液和氟改性丙烯酸酯乳液中的一种，能够改善无机粉体在搅拌过程中的分散情况，增加无机粉体之间的连接，提高软瓷材料的机械性能，特别是能提供软瓷材料的防水和耐污性。
硅烷偶联剂的添加量较少，但是可以调节无机粉体和乳液之间的相互作用，提高无机粉体在乳液中的分散性能，其对抗菌型软瓷材料的表观性能以及机械性能有较大的影响，同时硅烷偶联剂的加入还能改善搅拌后浆料中的气泡，减少成品中气泡产生率，使得最终软瓷的表面致密，少气泡孔。
本发明的抗菌型软瓷装饰材料的制备方法为：
(1)石墨烯改性聚乳酸纤维的制备：首先利用粉碎机将聚乳酸切片粉碎成粉末状，然后将生物质石墨烯粉末按照1:10的质量比添加到聚乳酸粉末中，充分混合均匀，通过造粒机熔融造粒，得到生物质石墨烯聚乳酸母粒。将生物质石墨烯聚乳酸母粒和聚乳酸切片按照0.25-1.5:10-20的比例加入纺丝机中，制备得到生物质石墨烯改性聚乳酸复合纤维，将石墨烯改性聚乳酸纤维切短。
聚乳酸纤维因其本身具有良好的生物可降解性，分解之后会生成二氧化碳和水，不会对环境造成污染，受到越来越多的关注，将聚乳酸纤维作为增强纤维加入到软瓷复合材料体系中，使得软瓷具有更好的刚柔并济的材料性能。采用石墨烯改性聚乳酸纤维，可提高聚乳酸分子链的运动能力，从而降低因取向引起的中间相的含量，提高结晶相含量，同时可以与聚乳酸分子之间形成氢键作用力，增大分子之间的范德华力，改善聚乳酸纤维的结晶性能和韧性，使纤维的断裂强度增大，提高软瓷材料的柔韧性。生物质石墨烯与细菌作用时表现出优异的抗菌性能，与聚乳酸纤维结合，增大了其抗菌性能，通过石墨烯吸附细菌细胞膜磷分子的原理，物理破坏细菌结构，达到消灭细菌的目的。
(2)混合物料的制备：将水泥、矿粉、石英砂、无机颜料搅拌混合，得到均匀粉料，再向其中加入步骤(1)得到的石墨烯改性聚乳酸复合纤维，边加边搅拌，混合均匀后加入乳液、硅烷偶联剂和水，先低速搅拌10-20min，搅拌机转速为100-300转每分钟，再调至高速搅拌，搅拌机转速为500-1000转每分钟，搅拌0.5-2h，得到混合物料。
(3)制模：将混合物料注入到模具中压实成型，将模具送入烘箱，固化，成型，干燥，脱模，得到抗菌型软瓷装饰材料。
上述步骤(3)中所述的固化条件为50-90℃，干燥3-6h。
本阀门使用石墨烯改性聚乳酸纤维短纤作为原料添加，通过搅拌，石墨烯改性聚乳酸纤维短纤能够很好的分散在浆料中，避免了直接加入石墨烯，由于石墨烯的添加量少，并且容易吸附团聚而造成的分散不均匀问题。
另外石墨烯改性聚乳酸纤维中聚乳酸容易发生降解，在长期的使用过程中，适量的聚乳酸纤维会发生降解，使得软瓷中间能产生极细微的空隙，并且释放出石墨烯，将石墨烯裸露到纤维的表面，而石墨烯的裸露有能进一步的对细菌进行吸附，达到有效的抗菌效果，通过这种改性石墨烯聚乳酸纤维的复合添加，能够显著的提高软瓷的杀菌灭菌耐久性。
本发明制备得到的抗菌型软瓷装饰材料，采用聚乳酸纤维作为增强纤维，提高软瓷材料的柔韧性，绿色环保，同时利用石墨烯改性聚乳酸纤维，增强其机械性能，同时赋予其抗菌抑菌性，且原料耗材较少，制备工艺方法简单，适用于批量生产。
附图说明
图1：实施例1制备得到的软瓷外观图
具体实施方式
下面的实施例是对本发明的进一步描述。
实施例1
一种抗菌型软瓷装饰材料，其制备方法包括以下步骤：
(1)石墨烯改性聚乳酸纤维的制备：首先利用粉碎机将聚乳酸切片粉碎成粉末状，然后将生物质石墨烯粉末按照1:10的质量比添加到聚乳酸粉末中，充分混合均匀，通过造粒机熔融造粒，得到生物质石墨烯聚乳酸母粒。将生物质石墨烯聚乳酸母粒和聚乳酸切片按照0.25:10的比例加入纺丝机中，制备得到生物质石墨烯改性聚乳酸复合纤维，将石墨烯改性聚乳酸纤维切短。
(2)混合物料的制备：将10份白色硅酸盐水泥、10份高岭土、20份粒径为100目的石英砂、0.1份无机颜料搅拌混合，得到均匀粉料，再向其中加入步骤(1)得到的石墨烯改性聚乳酸复合纤维5份，边加边搅拌，混合均匀后加入6份有机硅改性丙烯酸酯乳液、1份硅烷偶联剂和10份水，先低速搅拌15min，搅拌机转速为100转每分钟，再调至高速搅拌，搅拌机转速为500转每分钟，搅拌0.5h，得到混合物料。
(3)制模：将混合物料注入到模具中压实成型，将模具送入烘箱，在60℃下固化4h，成型，干燥，脱模，得到抗菌型软瓷装饰材料。
实施例2
一种抗菌型软瓷装饰材料，其制备方法包括以下步骤：
(1)石墨烯改性聚乳酸纤维的制备：首先利用粉碎机将聚乳酸切片粉碎成粉末状，然后将生物质石墨烯粉末按照1:10的质量比添加到聚乳酸粉末中，充分混合均匀，通过造粒机熔融造粒，得到生物质石墨烯聚乳酸母粒。将生物质石墨烯聚乳酸母粒和聚乳酸切片按照0.3:12的比例加入纺丝机中，制备得到生物质石墨烯改性聚乳酸复合纤维。
(2)混合物料的制备：将12份白色硅酸盐水泥、15份粉煤灰、21份粒径为100目的石英砂、0.15份无机颜料搅拌混合，得到均匀粉料，再向其中加入步骤(1)得到的石墨烯改性聚乳酸复合纤维7份，边加边搅拌，混合均匀后加入7份有机硅改性丙烯酸酯乳液、2份硅烷偶联剂和13份水，先低速搅拌20min，搅拌机转速为300转每分钟，再调至高速搅拌，搅拌机转速为800转每分钟，搅拌0.5h，得到混合物料。
(3)制模：将混合物料注入到模具中压实成型，将模具送入烘箱，在70℃下固化4h，成型，干燥，脱模，得到抗菌型软瓷装饰材料。
实施例3
一种抗菌型软瓷装饰材料，其制备方法包括以下步骤：
(1)石墨烯改性聚乳酸纤维的制备：首先利用粉碎机将聚乳酸切片粉碎成粉末状，然后将生物质石墨烯粉末按照1:10的质量比添加到聚乳酸粉末中，充分混合均匀，通过造粒机熔融造粒，得到生物质石墨烯聚乳酸母粒。将生物质石墨烯聚乳酸母粒和聚乳酸切片按照0.3:15的比例加入纺丝机中，制备得到生物质石墨烯改性聚乳酸复合纤维。
(2)混合物料的制备：将15份白色硅酸盐水泥、15份钙粉、25份粒径为100目的石英砂、0.15份无机颜料搅拌混合，得到均匀粉料，再向其中加入步骤(1)得到的石墨烯改性聚乳酸复合纤维8份，边加边搅拌，混合均匀后加入8份有机硅改性丙烯酸酯乳液、2份硅烷偶联剂和18份水，先低速搅拌20min，搅拌机转速为300转每分钟，再调至高速搅拌，搅拌机转速为800转每分钟，搅拌0.5h，得到混合物料。
(3)制模：将混合物料注入到模具中压实成型，将模具送入烘箱，在70℃下固化4h，成型，干燥，脱模，得到抗菌型软瓷装饰材料。
实施例4
一种抗菌型软瓷装饰材料，其制备方法包括以下步骤：
(1)石墨烯改性聚乳酸纤维的制备：首先利用粉碎机将聚乳酸切片粉碎成粉末状，然后将生物质石墨烯粉末按照1:10的质量比添加到聚乳酸粉末中，充分混合均匀，通过造粒机熔融造粒，得到生物质石墨烯聚乳酸母粒。将生物质石墨烯聚乳酸母粒和聚乳酸切片按照0.3:15的比例加入纺丝机中，制备得到生物质石墨烯改性聚乳酸复合纤维。
(2)混合物料的制备：将15份白色硅酸盐水泥、20份高岭土、25份粒径为100目的石英砂、0.15份无机颜料搅拌混合，得到均匀粉料，再向其中加入步骤(1)得到的石墨烯改性聚乳酸复合纤维10份，边加边搅拌，混合均匀后加入8份有机硅改性丙烯酸酯乳液、2份硅烷偶联剂和20份水，先低速搅拌20min，搅拌机转速为300转每分钟，再调至高速搅拌，搅拌机转速为800转每分钟，搅拌0.5h，得到混合物料。
(3)制模：将混合物料注入到模具中压实成型，将模具送入烘箱，在70℃下固化4h，成型，干燥，脱模，得到抗菌型软瓷装饰材料。
对比例1
一种抗菌型软瓷装饰材料，其制备方法包括以下步骤：
(1)聚乳酸纤维的制备：将聚乳酸切片加入纺丝机中，制备得到聚乳酸纤维。
(2)混合物料的制备：将15份白色硅酸盐水泥、15份钙粉、25份粒径为100目的石英砂、0.15份无机颜料搅拌混合，得到均匀粉料，再向其中加入步骤(1)得到的聚乳酸纤维8份，边加边搅拌，混合均匀后加入8份有机硅改性丙烯酸酯乳液、2份硅烷偶联剂和18份水，先低速搅拌20min，搅拌机转速为300转每分钟，再调至高速搅拌，搅拌机转速为800转每分钟，搅拌0.5h，得到混合物料。
(3)制模：将混合物料注入到模具中压实成型，将模具送入烘箱，在70℃下固化4h，成型，干燥，脱模，得到抗菌型软瓷装饰材料。
对比例2
一种抗菌型软瓷装饰材料，其制备方法包括以下步骤：
(1)混合物料的制备：将15份白色硅酸盐水泥、15份钙粉、25份粒径为100目的石英砂、0.15份无机颜料搅拌混合，得到均匀粉料，再向其中加入0.5份石墨烯，边加边搅拌，混合均匀后加入8份有机硅改性丙烯酸酯乳液、2份硅烷偶联剂和18份水，先低速搅拌20min，搅拌机转速为300转每分钟，再调至高速搅拌，搅拌机转速为800转每分钟，搅拌0.5h，得到混合物料。
(2)制模：将混合物料注入到模具中压实成型，将模具送入烘箱，在70℃下固化4h，成型，干燥，脱模，得到抗菌型软瓷装饰材料。
对比例3
一种抗菌型软瓷装饰材料，其制备方法包括以下步骤：
(1)混合物料的制备：将15份白色硅酸盐水泥、15份钙粉、25份粒径为100目的石英砂、0.15份无机颜料搅拌混合，得到均匀粉料，混合均匀后加入8份有机硅改性丙烯酸酯乳液、2份硅烷偶联剂和18份水，先低速搅拌20min，搅拌机转速为300转每分钟，再调至高速搅拌，搅拌机转速为800转每分钟，搅拌0.5h，得到混合物料。
(2)制模：将混合物料注入到模具中压实成型，将模具送入烘箱，在70℃下固化4h，成型，干燥，脱模，得到抗菌型软瓷装饰材料。
对实施例1-4和对比例1-3得到的样品进行测试，测试结果如表1所示，其中，采用拉伸强度测试仪测试拉伸强度、断裂伸长率和抗弯强度，采用JC/T 897-2014改进方法测试抗菌性能。
表1
Figure BDA0002314161520000071
由表1可知，实施例1-4制备得到的抗菌型软瓷装饰材料具有较好的机械性能和抗菌性，最高抗菌性可达到88％，材料柔韧性较好。同时对比例1-3可知，当只加入聚乳酸纤维作为增强纤维时，材料的机械性能均有所下降，同时不具备抗菌性。当只加入石墨烯制备得到的软瓷装饰材料机械性能比只加入聚乳酸纤维时要低，说明聚乳酸纤维对软瓷材料的机械性能有一定的增强，抗菌效果一般。当没有加入石墨烯和聚乳酸纤维时制备得到的软瓷装饰材料机械性能较差，且不具备抗菌性。

Claims (8)

1.一种抗菌型软瓷装饰材料，其特征在于：由以下重量份的原料组成：水泥10-20份，矿粉10-30份，石英砂20-40份，乳液5-18份，聚乳酸5-10份，石墨烯0.5-1份，硅烷偶联剂1-3份，无机颜料0.1-1份，水10-15份；
所述材料的制备方法包括：
石墨烯改性聚乳酸纤维的制备：首先利用粉碎机将聚乳酸切片粉碎成粉末状，然后将生物质石墨烯粉末按照1:10的质量比添加到聚乳酸粉末中，充分混合均匀，通过造粒机熔融造粒，得到生物质石墨烯聚乳酸母粒；将生物质石墨烯聚乳酸母粒和聚乳酸切片按照0.25-1.5:10-20的比例加入纺丝机中，制备得到生物质石墨烯改性聚乳酸复合纤维。
2.一种如权利要求1所述的抗菌型软瓷装饰材料，其特征在于：所述的水泥为白色硅酸盐水泥。
3.一种如权利要求1所述的抗菌型软瓷装饰材料，其特征在于：所述的矿粉为高岭土、火山灰、粉煤灰或钙粉中的一种。
4.一种如权利要求1所述的抗菌型软瓷装饰材料，其特征在于：石英砂的粒径为50-500目。
5.一种如权利要求1所述的抗菌型软瓷装饰材料，其特征在于：所述的乳液为有机硅改性丙烯酸酯乳液和氟改性丙烯酸酯乳液中的一种。
6.一种如权利要求1所述的抗菌型软瓷装饰材料，其特征在于：所述的石墨烯为生物质石墨烯，石墨烯粒径为50-500nm。
7.一种如权利要求1-6任一项所述的抗菌型软瓷装饰材料的制备方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
(1)石墨烯改性聚乳酸纤维的制备：首先利用粉碎机将聚乳酸切片粉碎成粉末状，然后将生物质石墨烯粉末按照1:10的质量比添加到聚乳酸粉末中，充分混合均匀，通过造粒机熔融造粒，得到生物质石墨烯聚乳酸母粒；将生物质石墨烯聚乳酸母粒和聚乳酸切片按照0.25-1.5:10-20的比例加入纺丝机中，制备得到生物质石墨烯改性聚乳酸复合纤维；
(2)混合物料的制备：将水泥、矿粉、石英砂、无机颜料搅拌混合，得到均匀粉料，再向其中加入步骤(1)得到的石墨烯改性聚乳酸复合纤维，边加边搅拌，混合均匀后加入乳液、硅烷偶联剂和水，先低速搅拌10-20min，搅拌机转速为100-300转每分钟，再调至高速搅拌，搅拌机转速为500-1000转每分钟，搅拌0.5-2h，得到混合物料；
(3)制模：将混合物料注入到模具中压实成型，将模具送入烘箱，固化，成型，干燥，脱模，得到抗菌型软瓷装饰材料。
8.一种如权利要求7所述的抗菌型软瓷装饰材料的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述的固化条件为50-90℃，干燥3-6h。
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