CN114349378A

CN114349378A - 一种复合纳米材料及其制备方法

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Publication number: CN114349378A
Application number: CN202111558360.XA
Authority: CN
Inventors: 杨灿敏
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2021-12-16
Filing date: 2021-12-16
Publication date: 2022-04-15

Abstract

本发明公开了一种复合纳米材料，包括100质量份微米级的硅藻土、10‑20质量份纳米级的塑料粒子和0.01‑0.1质量份纳米级的银。本发明以微米级的硅藻土为基体，保留的硅藻土的微孔结构，以塑料粒子和银为分散相，形成复合纳米材料。利用硅藻泥独具的“分子筛”结构，结合“纳米塑料”和纳米银，回收再利用塑料及塑料内含的各种添加剂，材料的综合性能，提高结构稳定，轻量化，缓解硅藻土的应力开裂现象，同时保留其韧性；利用单质银的无毒，小粒径、超强渗透性，实现长期稳定的抑菌、杀菌效果；同时利用单质银良好的导电性，有效导除室内机空气中的静电，具有很强的实用性和广泛的适用性。

Description

一种复合纳米材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种复合纳米材料，具体涉及一种复合纳米材料及其制备方法。

背景技术

硅藻土是一种硅质岩石，主要成分是硅酸质，近年来作为新型材料，尤其是功能型内墙饰面材料广泛应用，用它生产的室内外涂料、壁材具有超纤维、多孔质等特性，其超微细孔比木炭还要多出5000到6000倍。在室内的湿度上升时，硅藻土壁材上的超微细孔能够自动吸收空气中的水份，将其储存起来。如果室内空气中的水份减少、湿度下降，硅藻土壁材就能够将储存在超微细孔中的水份释放出来。因此，可以起到自动调节室内湿度的作用；孔隙还具有消除异味的功能，保持室内清洁的效果。

传统的“纳米塑料”是指基体为高分子聚合物，通过纳米粒子在塑料树脂中的充分分散，有效地提高了塑料的耐热、耐候、耐磨等性能。“纳米塑料”能使普通塑料具有像陶瓷材料一样的刚性和耐热性，同时又保留了塑料本身所具备的韧性、耐冲击性和易加工性。此为塑料产品的新型加工工艺，而随着塑料制品消费量不断增大，废弃塑料也不断增多，使用后的塑料废弃物已成为了环境和社会的公害，一些发达国家先后制定了限制或禁止某些场合使用非降解塑料，部分地区要求使用可降解塑料的规定。

因此，塑料的回收再利用，尤其结合硅藻土，绿色环保的同时实现变废为宝很有环保价值和经济价值。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种具有刚性大、耐热性高、强度较高、耐磨、电性能优良等优点的复合纳米材料的及其制备方法与应用。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种复合纳米材料，包括100质量份微米级的硅藻土、10-20质量份纳米级的塑料粒子和0.01-0.1质量份纳米级的银。

上述硅藻土的粒径小于15μm，银的粒径为25-50nm，塑料粒子的粒径小于100nm。

上述塑料粒子为回收塑料，包括聚酯、聚烯烃、尼龙。

上述塑料粒子的制备包括以下步骤：

A1、将清洗后的塑料，烘干、冷却后，用塑料粉碎机制得塑料颗粒；

A2、冷凝上述塑料颗粒后，置入预冷冻的球磨罐中，球磨后，制得纳米级的塑料粒子。

进一步的，上述冷凝温度为零下30-40℃，预冷冻温度为零下30-40℃。

进一步的，上述球磨罐外设有内通入冷媒气体的冷却罩，罩内温度为零下30-40℃。冷媒气体包括液氮。

上述复合纳米材料的制备，包括：利用振动磨分散法分散混合的硅藻土、塑料粒子和银。

一种复合壁材，包括上述的复合纳米材料、及以下重量份的原料：锐钛型纳米二氧化钛0.5-2.5份，钛白粉5-20份，轻质碳酸钙10-60份，胶粉8-35份，纤维素醚0.5-1.5份，消泡剂0.1-0.3份，颜料0.1-5份。

胶粉可选为醋酸乙烯酯胶粉、聚丙烯酸酯胶粉、醋酸乙烯酯胶粉的改性物或复合物、聚丙烯酸酯胶粉的改性物或复合物中的至少一种。

纤维素醚为羟丙基甲基纤维素、或羟乙基纤维素，粘度在3500-4500mPa.s之间。

消泡剂为固体粉状有机硅消泡剂。

颜料为氧化铁颜料或酞青颜料，颜料颗粒的粒径小于28μm。

一种复合板材，包括上述的复合纳米材料、及以下重量份的原料：纤维丝网、去离子水25-35份、保湿剂2-8份、填料10-18份、分散剂0.5-1份、胶粉2-8份、消泡剂0.5-3份、缓凝剂1-3份。

分散剂包括多聚磷酸钠。

保湿剂包括聚氧乙烯烷基酚醚或聚乙氧基壬基酚。

消泡剂为磷酸三丁酯、二甲基硅油、玉米油、硅氧烷-聚酯共聚物中的一种或几种。

缓凝剂为氯化锌、硼酸钠、木质素磺酸钠中的一种或几种。

胶粉为采用废旧轮胎加工而成的活化胶粉，其细度为40-80目。

本发明的有益之处在于：

本发明的复合纳米材料以微米级的硅藻土为基体，保留的硅藻土的微孔结构，以塑料粒子和银为分散相，通过振动磨分散法形成一相含有纳米尺寸材料的复合体系材料。

利用硅藻泥独具的“分子筛”结构，具有极强的物理吸附和离子交换功能，能将空气中游离的甲醛、苯、放射性物质，并吸收异味并分解成无味气体，从而净化空气。其独特的“分子筛”结构，对水分的吸收和分解，并适时释放，可自动调节湿度，且隔热降噪效果显著；同时，其不燃烧、耐高温，火灾时不产生任何有害气体。

“纳米塑料”为高分子聚合物，通过回收再利用塑料及塑料内含的各种添加剂，包括热安定剂、抗氧化剂、抗静电剂、耐燃剂等，通过纳米粒子在硅藻泥的“分子筛”中的充分分散，有效提高复合纳米材料的综合性能，提高结构稳定性，降低硅藻土的用量，减轻整体重量，提高其耐冲击、耐撞、耐磨及耐候性，缓解硅藻土的应力开裂现象，同时保留其韧性，使其具有更广泛的应用领域。

利用单质银的投放量易操控、零价无氧化还原反应、无毒，纳米银的粒径越小，杀菌性能越强，其具有超强的渗透性，分散入硅藻土的微孔内，实现长期稳定的抑菌、杀菌效果；同时，单质银具有良好的导电性，可有效导除室内空气中的静电，尤其适用于我国北方干燥的室内环境，具有很强的实用性和广泛的适用性。

具体实施方式

以下具体实施例对本发明作具体的介绍。

本实施例中的原料来源均为市购。塑料粒子为回收塑料，包括聚酯、聚烯烃、尼龙。

实施例1

一种复合纳米材料，由100质量份微米级的硅藻土、10-20质量份纳米级的塑料粒子和0.01-0.1质量份纳米级的银组成。其中，硅藻土的粒径小于15μm，银的粒径为25-50nm，塑料粒子的粒径小于100nm。

复合纳米材料的制备，利用振动磨分散法分散混合的硅藻土、塑料粒子和银。使得塑料和银的纳米粒子在硅藻土基体中均匀分散，基本不产生团聚，形成纳米级分散。

其中，塑料粒子的制备，包括以下步骤：

A1、将回收的塑料清洗干净，烘干、冷却后，用粉碎机制成塑料颗粒；

A2、冷凝塑料颗粒至零下30-40℃后，置入预冷冻温度为零下30-40℃的球磨罐中，球磨后，制得粒径小于100nm塑料粒子。

磨罐外可设有内通入液氮的冷却罩，罩内温度为零下30-40℃，使球磨罐处于持续低温的环境中，由于球磨罐周围温度较低，罐体内产生的热量会慢慢散发出去，从而达到罐体内降温的效果。

为解决罐壁厚而影响降温效果的问题，优选使用东方天净控温型球磨罐。

通过降低温度脆化磨罐内的塑料颗粒，增加其硬度，降低韧性，进而可被研磨为纳米颗粒。

实施例2

利用实施例1制得的复合纳米材料，与2重量份的锐钛型纳米二氧化钛，10重量份的钛白粉，30质量份的轻质碳酸钙，25质量份的聚丙烯酸酯胶粉，1质量份的羟丙基甲基纤维素，0.2质量份的有机硅消泡剂，2质量份粒径小于28μm的酞青，制备可用于室内的复合壁材。

制备方法，按重量份称取各原料，混合均匀后，加入实施例1的复合纳米材料，搅拌均匀；再加入适量的水，搅拌15-20分钟，制得可用于室内的复合壁材涂料。

施工方法，包括：清理墙面，通过图钉或者按钉把纤维丝网固定于墙面基层上，保持固定平整，防止其有褶皱或者翘起；把复合壁材涂料喷涂于纤维丝网网孔内和墙面基层上，使其完全覆盖纤维丝网。

纤维丝网与墙面基层和硅藻泥涂料复合，形成一种纤维丝网与墙面基层和硅藻泥涂料复合层结构，可提高硅藻泥涂料复合层整体结构强度，而且硅藻泥涂料分布于纤维丝网网孔内，粘连复合于纤维丝网和墙面基层上，提高了其柔韧性。

实施例3

利用实施例1制得的复合纳米材料，与20质量份的去离子水，6质量份的聚乙氧基壬基酚、15质量份的填料、0.8质量份的多聚磷酸钠、6质量份的胶粉、2质量份的二甲基硅油、2质量份的硼酸钠，及纤维丝网，制备复合板材。

胶粉采用废旧轮胎加工而成的活化胶粉，其细度为40-80目。

制备方法，按重量份称取各原料，混合均匀后，加入实施例1的复合纳米材料，搅拌均匀；得到的混合物料铺装在模板上作为底料层；在底料层上方铺设纤维丝网作为增强纤维层；在增强纤维层上面再依次铺设混合物料作为中料层、面料层；经过湿板切割，固化成型；将制备好的板材放置于标准养护条件下12-24h，完全硬化脱模后，再放置于标准养护条件下养护7天。

固化成型为控制固化窑温度25-35℃，湿度≥85％，固化6-8h。

标准养护条件为：温度为20±2℃，相对湿度≥90％。

下表1为性能测定：

下表2为环保性能测定：

下表3为参照行业标准测试方法的甲醛净化测定：

项目	实施例2	实施例3
			吸湿量(6h)	30.5％	32.1％
吸湿量(24h)	41.2％	40.8％
			保湿性能	无气泡、无裂纹	无气泡、无裂纹
甲醛净化性能	93.4％	92.8％
			甲醛净化效果持久性	90.5％	92.3％
防霉菌性能	0级	0级
			释放负离子量(ions/s.m<sup>2</sup>)	2310*10<sup>5</sup>	2240*10<sup>5</sup>

本发明的复合纳米材料，根据使用需求与其他的添加剂混合使用，可制成适用于室内外的绿色环保地面、地板及墙面、饰面。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种复合纳米材料，其特征在于，包括100质量份微米级的硅藻土、10-20质量份纳米级的塑料粒子和0.01-0.1质量份纳米级的银。

2.根据权利要求1所述的一种复合纳米材料，其特征在于，所述硅藻土的粒径小于15μm，银的粒径为25-50nm，塑料粒子的粒径小于100nm。

3.根据权利要求1所述的一种复合纳米材料，其特征在于，所述塑料粒子为回收塑料，包括聚酯、聚烯烃、尼龙。

4.根据权利要求1所述的复合纳米材料，其特征在于，所述塑料粒子的制备包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的复合纳米材料，其特征在于，所述冷凝温度为零下30-40℃，预冷冻温度为零下30-40℃。

6.根据权利要求4所述的复合纳米材料，其特征在于，所述球磨罐外设有内通入冷媒气体的冷却罩，罩内温度为零下30-40℃。

7.根据权利要求1所述的复合纳米材料，其特征在于，所述复合纳米材料的制备，包括：利用振动磨分散法分散混合的硅藻土、塑料粒子和银。

8.一种复合壁材，其特征在于，包括权利要求1所述的复合纳米材料、及以下重量份的原料：锐钛型纳米二氧化钛0.5-2.5份，钛白粉5-20份，轻质碳酸钙10-60份，胶粉8-35份，纤维素醚0.5-1.5份，消泡剂0.1-0.3份，颜料0.1-5份。

9.一种复合板材，其特征在于，包括权利要求1所述的复合纳米材料、及以下重量份的原料：纤维丝网、去离子水25-35份、保湿剂2-8份、填料10-18份、分散剂0.5-1份、胶粉2-8份、消泡剂0.5-3份、缓凝剂1-3份。