CN111116158A - 类石墨烯与无机生态材料的复合粉料、复合材料、复合生态板及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于绿色生态环境新材料技术领域，具体涉及一种类石墨烯与无机生态材料的复合粉料、复合材料、复合生态板及制备方法。按重量份计，复合生态板由100份无机生态胶凝粉体、3～20份类石墨烯粉体、0.15～20份增强纤维、20～80份复配溶液，经混合、搅拌、成型、养化、表面处理而得。本发明基于类石墨烯具有高强度、大于1200㎡/g的比表面积、高强度、高储能，以及无机生态胶凝粉体的胶凝性及催化改性技术，形成兼具优异的呼吸调湿性、净化性、相变性的复合材料及生态板，其荷载强度≥840N、吸湿量≥80克g/㎡、放湿量≥68g/㎡、甲醛净化率为97％、净化效果持久性达95％、相变潜热≥870KJ/㎡。

Description

类石墨烯与无机生态材料的复合粉料、复合材料、复合生态板 及制备方法

技术领域

本发明属于绿色生态环境新材料技术领域，具体涉及一种类石墨烯与无机生态材料的复合粉料、复合材料、复合生态板及制备方法。

背景技术

石墨烯(Graphene)是一种由碳原子以sp2杂化方式形成的蜂窝状平面薄膜结构，是一种只有一个原子层厚度的准二维材料，其厚度仅为0.34纳米，由于其特殊的结构及各方面性能卓越，近年来研究越来越深入。在我国，石墨烯行业仍在量产摸索阶段，主要的制备方法有微机械剥离法、外延生长法、氧化石墨还原法和气相沉积法；其中氧化石墨还原法优于制备成本相对较低，是主要制备方法。但在已经产业化的制造方式中，单层石墨烯还是存在很多技术阻碍，多获得大量碳层数多于10层、厚度在5-100纳米范围内的超薄的石墨烯层状堆积体，称之为石墨烯微片，它保持了石墨原有的平面型碳六元环共轭晶体结构，类似的材料还有过渡金属硫族化物、过渡金属氧化物及硅烯类等具有二维尺度片状或类片状夹层材料，我们将其统称为类石墨烯材料。基于单层完整石墨烯具有2630平方米/克的比表面积，而常规的在10层内的氧化石墨烯或类石墨烯比表面积也达1000平方米/克，近约是普通活性炭的200倍，可以吸附各种原子和分子，吸附能力非常强。此外，石墨烯单原子层热力学性质稳定，不至于在常温下脱附。基于此，将石墨烯用在空气净化材料领域是一种超强的吸附材料，再协同催化剂将形成一类优异的空气净化材料。

现有技术CN102633450A“一种具有负离子仿生功能的复合材料及其生产方法”、CN102633482A“一种具有净化甲醛功能的复合材料及其生产方法”、CN102633483A“一种具有自调湿功能的复合材料及其生产方法”、CN102515678A“一种藻钙复合材料及装饰板材和生产方法”公开了一类无机类藻钙生态材料，其具有三大特点，其一，晶体结构大量含有呈类似于上、下壳层蘑菇状的圆盘筛，筛面自中心部位向圆盘边缘辐射状分布圆柱形通孔；其二，组成中含有二氧化钛催化酶及中价氧化物，能自向发生催化氧化及微电场；其三，宏观性能表现出显着的吸附性能、分解净化性能、负离子诱生性、抗菌防霉祛味性及环境友好性。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明提供了一种类石墨烯与无机生态材料的复合粉料、复合材料、复合生态板及制备方法。

本发明所提供的技术方案如下：

一种类石墨烯与无机生态材料的复合粉料，包括以下重量份的各组分：100份无机生态胶凝粉体，3～20份类石墨烯粉体。

上述技术方案所提供的类石墨烯与无机生态材料的复合粉料，可以直接作为建筑领域的无机胶凝材料、涂层粉料或者作为涂刷掺合料，形成具调湿、净化、相变一体的生态胶凝材料。

具体的，所述的无机生态胶凝粉体包括第一粉体和第二粉体任意比例的混合，所述第一粉体选自石膏、石灰、水泥、矿粉或石英砂中的任意一种或多种的混合，所述第二粉体选自硅藻土、蛭石粉、贝壳粉、电气石、海泡石、沸石、蒙脱石或凹凸棒粉中的任意一种或多种的混合。

具体的，所述无机生态胶凝粉体的细度为130目～160目。

具体的，所述类石墨烯粉体为碳层数在10层以上、厚度在5～100nm范围内的石墨烯层状堆积体。

具体的，无机生态胶凝粉体包括33.3～90wt％的第一粉体和10～66.7wt％的第二粉体。

本发明还提供了类石墨烯与无机生态材料的复合粉料的制备方法，包括以下步骤：按照重量份计，将100份的无机生态胶凝粉体和3～20份的类石墨烯粉体通过球磨获得细度为180～220目的均匀的混合粉料，即得所述类石墨烯与无机生态材料的复合粉料。

本发明还提供了一种类石墨烯与无机生态材料的复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1)采用上述方法制备所述类石墨烯与无机生态材料的复合粉料；

2)以重量为基准，将步骤1)得到的所述类石墨烯与无机生态材料的复合粉料与0.15～20份的增强纤维和20～80份的复配溶液混合并搅拌，得到膏状或浆状的混合浆料；

3)将步骤2)得到的所述混合浆料进行成型，得到待干燥的半成品；

4)将步骤3)得到的所述待干燥的半成品进行干燥，干燥至物料的含水量小于3.5％，得到所述类石墨烯与无机生态材料的复合材料。

各步骤均以相同的单位重量份为基准。

上述技术方案将类石墨烯与藻钙材料进行创新结合，依托于类石墨烯材料优异的物理强度、比表面积、热稳定性、相变性，结合藻钙材料已在实际应用中获得了优异的净化性能、负氧离子仿生、自调湿、抗菌防霉等生态功能性应用，以期在空气净化材料、生态环境材料、绿色建筑材料等领域获得一种类石墨烯/无机生态复合材料，使其甲醛净化性、自调湿性、抗菌防霉性等生态功能更高、更快，并进一步获得良好的相变功能。

具体的，所述的增强纤维选自玻璃纤维、植物纤维、矿物纤维或纸纤维中的任意一种或多种的混合。

具体的，所述复配溶液由清水、0～1.5wt％清水重量的甲基硅醇钠防水剂和0～0.8wt％清水重量的无机消泡剂复配得到。

进一步的，步骤3)中：将步骤2)得到的所述混合浆料通过造粒机造粒，再经过步骤4)的干燥，得到不同等级大小的球形颗粒状的类石墨烯与无机生态材料的复合材料。

球状半成品经过打磨后再经球磨机研磨至所需粒度后形成所述的类石墨烯与无机生态材料的复合材料的粉粒状系列产品。

进一步的，步骤3)中：将步骤2)得到的所述混合浆料通过定型颗粒挤出机挤出成型，再经过步骤4)的干燥，得到不同形状的颗粒状的类石墨烯与无机生态材料的复合材料。

颗粒状半成品经过干燥后经滚筒式打磨设备将表面打磨平整形成所述类石墨烯与无机生态材料的复合材料中的定型颗粒状系列产品。

进一步的，步骤3)中：将步骤2)得到的所述混合浆料通过挤压浇注的方式注入成型模具，待混合浆料终凝后脱模，再经过步骤4)的干燥，得到板材状或者异型状的类石墨烯与无机生态材料的复合材料。

进一步的，步骤3)中：将步骤2)得到的所述混合浆料压制成型，待混合浆料终凝后脱模，再经过步骤4)的干燥，形成板材状或者异型状的类石墨烯与无机生态材料的复合材料。

进一步的，步骤3)中：将步骤2)得到的所述混合浆料流浆成型，再裁切形成板状，再经过步骤4)的干燥，形成板材状的类石墨烯与无机生态材料的复合材料。

进一步的，步骤2)中的所述增强纤维为长度0.7～1.5mm硅灰石或玄武石矿物纤维，制备得到不同等级大小的球形颗粒状的类石墨烯与无机生态材料的复合材料或不同形状的颗粒状的类石墨烯与无机生态材料的复合材料。

进一步的，步骤2)中的所述增强纤维为纤维长度在15～20mm的玻璃纤维，制备得到用作天花板、墙板或仿生态石材的板材状的类石墨烯与无机生态材料的复合材料。

进一步的，步骤2)中的所述增强纤维为5～30mm的植物纤维，制备得到用作地板或仿木板的板材状的类石墨烯与无机生态材料的复合材料。

进一步的，步骤2)中的所述增强纤维为3～5mm植物纤维，制备得到用作日常工艺品的异型状的类石墨烯与无机生态材料的复合材料。

本发明还提供了根据上述制备方法制备得到的类石墨烯与无机生态材料的复合材料。

本发明还提供了一种复合生态板的制作方法，包括以下步骤:将板材状的类石墨烯与无机生态材料的复合材料进行表面处理，待表面固化后，得到所述复合生态板。

常规的天花吊顶、墙板(幕墙)、地板、仿生态石、仿生态木等统称生态板，可经生态涂料、水性漆、水性UV喷绘、丝印、烫金或其他材质贴面中的一种或多种表面处理方式中任意一种或几种方式结合进行饰面处理，待其表面固化后形成所述类石墨烯/无机生态复合材料中的板材。

本发明还提供了根据上述复合生态板的制作方法制作得到的复合生态板。

本发明所提供的类石墨烯与无机生态材料的复合粉料及复合生态板与现有技术相比具有如下优点：

1)相比较现有的粉料，本发明所提供的类石墨烯与无机生态材料的复合粉料具有根伟优异的净化性能、负氧离子仿生、自调湿、抗菌防霉等生态功能；

2)相比较现有的生态板，本发明所提供的复合生态板，可作为空气净化材料、生态环境材料、绿色建筑材料，且具有更高、更快的甲醛净化性、自调湿性、抗菌防霉性等生态功能，并具有良好的相变功能，具有隔热保温的功能；

3)整体上，本发明基于类石墨烯具有高强度、大于1200㎡/g的比表面积、高强度、高储能，以及无机生态胶凝粉体的胶凝性及催化改性技术，形成一类兼具优异的呼吸调湿性、净化性、相变的复合材料及生态板，其荷载强度≥840N、吸湿量≥80克g/㎡、放湿量≥68g/㎡、甲醛净化率为97％、净化效果持久性达95％、相变潜热≥870KJ/㎡。与常规生态复合材料及生态板相比，强度富余470％、调湿性富余100％、甲醛净化快速持久，并具有显著的相变潜热性。

附图说明

图1是本发明所提供的复合生态板的一个工艺流程图。

图2是本发明实施例2所提供的复合材料的电镜扫描图。

具体实施方式

以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1：

一种类石墨烯/无机生态复合材料功能粉体

1、配方组成(物质计量单位均为重量份)：

(1)无机胶凝材料：石膏80份、硅藻土20份；

(2)类石墨烯：6份；

2、生产制备工艺：

石膏80份、硅藻土20份、类石墨烯6份，通过球磨25min获得细度达200目均匀的类石墨烯/无机生态复合功能粉料。

实施例2：

一种类石墨烯/无机生态天花板

1、配方组成(物质计量单位均为重量份)：

(1)无机胶凝材料：石膏85份、硅藻土10份、白水泥5份

(2)类石墨烯：3份；

(3)增强纤维：长度在19mm左右的玻璃纤维1.5份；

(4)复配溶液：清水、甲基硅醇钠防水剂、消泡剂按其质量比为100：0.5：0.5复配搅拌形成均匀的复配溶液65份。

2、生产制备工艺：

(1)原材料预处理：将石膏85份、硅藻土10份、白水泥5份、类石墨烯3份分别精确计量，通过球磨22min获得200目类石墨烯/无机生态复合功能粉料；

(2)混合料搅拌：将103份类石墨烯/无机生态复合功能粉料、1.5份玻璃纤维、65份复配溶液单独准确计量后，通过强制搅拌，搅拌转速为280转/分，搅拌时间为25秒形成具有一定流动性的料浆；

(3)浇注成型：将流动性料浆充填到成型模具，借助振动流平成型，待其终凝后脱模；

(4)养护干燥：脱模后采用自然干燥或者干燥窑烘干方式中的一种或两种，自然干燥4天，干燥窑干燥温度为58℃，干燥11小时，当含水重量小于3.5％时成为半成品；

(5)后处理：将干燥后的成型板材打磨除尘，采用涂料、烤漆、UV镀膜、丝印、烫金或其他材质贴面中的一种或多种表面处理方式，待其表面固化后形成一种类石墨烯/无机生态天花板。

实施例3：

一种类石墨烯/无机生态墙板

1、配方组成(物质计量单位均为重量份)：

(1)无机胶凝材料：白水泥18份、石英砂12份、硅藻土40份、凹凸棒土20份

(2)类石墨烯：5份；

(3)增强纤维：长度在1.1mm左右的硅灰石矿物纤维18份；

(4)复配溶液：清水、甲基硅醇钠防水剂、消泡剂按其质量比为100：1.5：0.8复配搅拌形成均匀的复配溶液22份。

2、生产制备工艺：

(1)原材料预处理：将白水泥18份、石英砂12份、硅藻土40份、凹凸棒土20份、类石墨烯5份分别精确计量，通过球磨30min获得200目类石墨烯/无机生态复合功能粉料；

(2)混合料搅拌：将105份类石墨烯/无机生态复合功能粉料、18份硅灰石矿物纤维、22份复配溶液单独准确计量后，通过强制搅拌，搅拌转速为280转/分，搅拌时间为25秒形成半干半湿状；

(3)压制成型：将半干半湿状搅拌料充填到成型模具压制成型，成型压力6MPa；

(4)养护干燥：脱模后采用自然干燥或者干燥窑烘干方式中的一种或两种，自然干燥4天，干燥窑干燥温度为58℃，干燥11小时，当含水重量小于3.5％时成为半成品；

(5)后处理：将干燥后的成型板材打磨除尘，采用涂料、烤漆、UV镀膜、丝印、烫金或其他材质贴面中的一种或多种表面处理方式，待其表面固化后形成一种类石墨烯/无机生态墙板。

效果例1

1.将实施例2制备的复合材料进行电镜扫描，结果显示其结构如图2所示，在50倍电镜下呈现连续分散的“硅藻--钙质微孔”，在5000倍下整体握裹连续的“硅藻--钙质微晶单元”与的无机网络结构材料。

2.净化甲醛功能测试结果：

测试结果见表1。

表1实施例2制备的具有甲醛净化功能的复合材料的净化结果

3.其他性能的测定：

测试结果见表2。

表2实施例2制备的类石墨烯/无机生态天花板

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种类石墨烯与无机生态材料的复合粉料，其特征在于，包括以下重量份的各组分：100份无机生态胶凝粉体，3～20份类石墨烯粉体。

2.根据权利要求1所述的类石墨烯与无机生态材料的复合粉料，其特征在于：

所述的无机生态胶凝粉体包括第一粉体和第二粉体任意比例的混合，所述第一粉体选自石膏、石灰、水泥、矿粉或石英砂中的任意一种或多种的混合，所述第二粉体选自硅藻土、蛭石粉、贝壳粉、电气石、海泡石、沸石、蒙脱石或凹凸棒粉中的任意一种或多种的混合；

所述无机生态胶凝粉体的细度为130目～160目；

所述类石墨烯粉体为碳层数在10层以上、厚度在5～100nm范围内的石墨烯层状堆积体。

3.一种根据权利要求1或2所述的类石墨烯与无机生态材料的复合粉料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：按照重量份计，将100份的无机生态胶凝粉体和3～20份的类石墨烯粉体通过球磨获得细度为180～220目的均匀的混合粉料，即得所述类石墨烯与无机生态材料的复合粉料。

4.一种类石墨烯与无机生态材料的复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)取权利要求1或2所述的类石墨烯与无机生态材料的复合粉料，或采用权利要求3所述的方法制备所述类石墨烯与无机生态材料的复合粉料；

2)以重量份计，将步骤1)得到的所述类石墨烯与无机生态材料的复合粉料与0.15～20份的增强纤维和20～80份的复配溶液混合并搅拌，得到膏状或浆状的混合浆料；

3)将步骤2)得到的所述混合浆料进行成型，得到待干燥的半成品；

4)将步骤3)得到的所述待干燥的半成品进行干燥，干燥至物料的含水量小于3.5％，得到所述类石墨烯与无机生态材料的复合材料。

5.根据权利要求4所述的类石墨烯与无机生态材料的复合材料的制备方法，其特征在于：

所述的增强纤维选自玻璃纤维、植物纤维、矿物纤维或纸纤维中的任意一种或多种的混合；

所述复配溶液由清水、0～1.5wt％清水重量的甲基硅醇钠防水剂和0～0.8wt％清水重量的无机消泡剂。

6.根据权利要求5所述的类石墨烯与无机生态材料的复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤3)具体为：

将步骤2)得到的所述混合浆料通过造粒机造粒，再经过步骤4)的干燥，得到不同等级大小的球形颗粒状的类石墨烯与无机生态材料的复合材料；

或者，将步骤2)得到的所述混合浆料通过定型颗粒挤出机挤出成型，再经过步骤4)的干燥，得到不同形状的颗粒状的类石墨烯与无机生态材料的复合材料；

或者，将步骤2)得到的所述混合浆料通过挤压浇注的方式注入成型模具，待混合浆料终凝后脱模，再经过步骤4)的干燥，得到板材状或者异型状的类石墨烯与无机生态材料的复合材料；

或者，将步骤2)得到的所述混合浆料压制成型，待混合浆料终凝后脱模，再经过步骤4)的干燥，形成板材状或者异型状的类石墨烯与无机生态材料的复合材料；

或者，将步骤2)得到的所述混合浆料流浆成型，再裁切形成板状，再经过步骤4)的干燥，形成板材状的类石墨烯与无机生态材料的复合材料。

7.根据权利要求6所述的类石墨烯与无机生态材料的复合材料的制备方法，其特征在于：

步骤2)中的所述增强纤维采用长度0.7～1.5mm硅灰石或玄武石矿物纤维，制备得到不同等级大小的球形颗粒状的类石墨烯与无机生态材料的复合材料或不同形状的颗粒状的类石墨烯与无机生态材料的复合材料；

或者，步骤2)中的所述增强纤维采用纤维长度在15～20mm的玻璃纤维，制备得到用作天花板、墙板或仿生态石材的板材状的类石墨烯与无机生态材料的复合材料；

或者，步骤2)中的所述增强纤维采用5～30mm的植物纤维，制备得到用作地板或仿木板的板材状的类石墨烯与无机生态材料的复合材料；

或者，步骤2)中的所述增强纤维采用3～5mm植物纤维，制备得到用作日常工艺品的异型状的类石墨烯与无机生态材料的复合材料。

8.一种根据权利要求6或7所述的制备方法制备得到的类石墨烯与无机生态材料的复合材料。

9.一种复合生态板的制作方法，其特征在于，包括以下步骤:将板材状的所述权利要求8的类石墨烯与无机生态材料的复合材料进行表面处理，待表面固化后，得到所述复合生态板。

10.一种根据权利要求9所述的复合生态板的制作方法制作得到的复合生态板。

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