CN114873952B - 一种可固碳的无碱软瓷及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开一种可固碳的无碱软瓷及其制备方法，所述可固碳的无碱软瓷由基底层和表面层两部分组成，基底层的厚度2‑6mm，由40‑60份石英砂、10‑25份钙粉、5‑15份水性乳液、5‑15份水、1‑5份助剂组成；表面层的厚度0.5‑1.5mm，主要由30‑60份黏土、10‑20份膨润土、5‑10份乳胶粉、15‑25份水及10‑20份叶绿素沸石凝胶颗粒组成；本申请软瓷材料组成中不含水泥，不会引起建筑材料常见的返碱问题；通过软瓷表面层中活性叶绿素的光合作用，一定程度吸收大气中的二氧化碳并释放出氧气，实现固碳功能，在建筑表面形成一面会“呼吸”的墙，助力“碳达峰、碳中和”行动计划。

Description

一种可固碳的无碱软瓷及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑环保装饰材料技术领域，具体涉及一种可固碳的无碱软瓷及其制备方法，适用于高层外立面装饰。
背景技术
气候变化是人类面临的全球性问题。随着各国二氧化碳排放，温室气体猛增，对整个生态系统形成威胁。为了“碳达峰”和“碳中和”的实施，提升建筑业绿色制造水平，基于植物光合作用，在软瓷材料中引入二氧化碳固定技术，开发一种新型节能环保的绿色建筑材料，即在软瓷材料中植入叶绿素、生物酶等实现碳固定功能。这一新型材料不仅可以保留软瓷本身轻、薄、柔、密度低、绿色节能的优点，同时通过模拟光合作用将大气中的二氧化碳积累固定到建筑软瓷中实现自我转化和吸收，真正实现吃“碳”功能，在城市中建造一栋栋会呼吸的建筑，这具有重大现实意义。
软瓷作为一种新型材料，自身可以替代石材、瓷砖及大理石等材料，而且生产、使用、回收过程节能环保，是一种绿色环保的建筑材料，但目前市场上的软瓷产品多采用白水泥、石灰或粉煤灰作为填料，材料呈碱性，在使用中容易返碱、发白，并且活性物质对酸碱非常敏感，这些特点容易造成软瓷的生物相容性差。
本发明在传统软瓷中去除碱性物质，加入具有一定生物活性的叶绿素沸石凝胶材料吸收二氧化碳，通过膨润土、海藻凝胶等吸水材料为软瓷表面层补充水分及微量矿物质，为软瓷内部活性物质补充“食物”以保持持久活性，赋予墙体真正“生命”，实现“呼吸”。
中国专利CN202110782096.1公开了一种具有高耐候性的软瓷材料及其制备方法，原料包含按重量配比的如下组分：硅酸盐水泥5-15份、石英砂50-70份、重钙10-30份、改性剂2-8份、阻燃剂0.5-6份、固化剂2-5份，改性剂为水性聚氨酯改性丙烯酸乳液、环氧树脂改性丙烯酸乳液或两者的混合物，还提供了该软瓷的制备方法，包括备料、混合、成型三个步骤；本申请所述的软瓷，通过化学共聚的方式在丙烯酸乳液中引入水性聚氨酯或环氧树脂进行改性，通过二者的相互作用，使生成的乳液综合兼具有丙烯酸和水性聚氨酯/环氧树脂的优良性能，克服了丙烯酸乳液“热粘冷脆”的缺陷，生产出的软瓷具有不易断裂、弹性好以及优异的耐候性。
中国专利CN202110827453.1公开了一种用于耐候交联型软瓷的丙烯酸乳液及其制备方法，该制备方法是采用种子乳液聚合方式，称取丙烯酸酯单体、甲基丙烯酸单体、丙烯酸单体、含环氧基团的丙烯酸功能单体、硅烷偶联剂，混合搅拌均匀制备混合单体备用；将乳化剂、碳酸氢钠、去离子水和30～50％的引发剂置于三颈烧瓶中，取5～15％的混合单体滴加至烧瓶中，稳定5～20min后，得到种子乳液；将剩余的混合单体和引发剂在2～4h内滴加完成，经升温、熟化、降温、中和及保温后出料等到丙烯酸酯乳液；将上述环氧类硅丙乳液与填料、胺类固化剂混合制备耐候交联型软瓷，该软瓷具有优良的柔韧性、与基材的强附着力及优异的耐候性能。
中国专利CN 202110228860.0公开了一种环保型硅藻泥外墙涂料，包括硅藻土粉末、纳米漆、膨润土、凝胶剂、抗氧化剂和消泡剂，纳米漆是新型的乳胶漆，具有环保无毒、防霉耐擦洗、耐化学侵蚀的特点，且纳米漆具有极强的粘结性和优良的高耐候性，适用于外墙结构，加入大量的膨润土，膨润土中除了黏土岩，还含少量的伊利石、高岭石、埃洛石、绿泥石、沸石、石英、长石、方解石等，增加涂料的可塑性，且在硅藻泥中还加入有抗氧化剂，增强涂料在外墙使用时的抗氧化能力，保证硅藻泥外墙涂料的稳定性，减少外墙涂料本身在涂抹后受外界风化影响造成的氧化。
本发明相比于对比专利，本申请主要有两点优点，一则是通过优化配方，去除了软瓷中的水泥成分，从而彻底解决了建筑材料常见的返碱问题；二则是不再局限于软瓷仅作为装饰材料，通过在软瓷表面层中添加叶绿素，并通过凝胶的保湿、沸石的多孔效果来保持叶绿体的活性，通过活性叶绿素的光合作用，一定程度吸收大气中的二氧化碳并释放出氧气，实现固碳功能，在建筑表面形成一面会“呼吸”的墙。
发明内容
本申请针对现有技术的不足，解决了目前二氧化碳排放，温室气体猛增等技术问题，提供了一种可固碳的无碱软瓷及其制备方法。
技术方案：
为实现上述目的，本申请通过以下技术方案予以实现：
一种可固碳的无碱软瓷，由基底层、增强层和表面层组成，其中，增强层为网格增强层，基底层厚度2-6mm，表面层厚度0.5-1.5mm，按质量份数配比所述可固碳的无碱软瓷的基底层原料由40-60份石英砂、10-25份钙粉、5-15份水性乳液、5-15份水、1-2份消泡剂、1-5份成膜助剂组成；所述可固碳的无碱软瓷的表面层原料由30-60份黏土、10-20份膨润土、5-10份乳胶粉、15-25份水及10-20份叶绿素沸石凝胶颗粒组成。
进一步地，所述叶绿素沸石凝胶颗粒的制备方法为：按质量份数配比将5-15份水、5-10份海藻酸钠、3-8份胶原酶潜酶活化剂(APMA)、3-8份葡萄糖氧化酶(GOD)和0.5-1份纳米氧化铈混合，在搅拌器中以1500r/min速度搅拌30min后降低转速至300r/min，然后加入15-30份海藻提取液和30-50份沸石粉，搅拌1h得到混合浆料，将1-3份氯化钙溶解在5-15份水中得氯化钙溶液，在混合浆料中逐滴滴入氯化钙溶液中，得到凝胶球体，经30-50目筛网过滤、15-25℃干燥得到叶绿素沸石凝胶颗粒。
本申请还公开了所述可固碳的无碱软瓷的制备方法，包括以下步骤：
第一步：将水性乳液、水及助剂在搅拌器中以1500r/min速度混合搅拌5min，然后加入石英砂、钙粉，以800r/min搅拌20min得混合浆料1，将浆料1均匀喷涂于平面软瓷模具表面，在80-120℃
烘箱中干燥2-6h脱模得到基底层；
第二步：按质量份数配比将5-15份水、5-10份海藻酸钠、3-8份胶原酶潜酶活化剂(APMA)、3-8份葡萄糖氧化酶(GOD)和0.5-1份纳米氧化铈混合，在搅拌器中以1500r/min速度搅拌30min后降低转速至300r/min，然后加入15-30份海藻提取液和30-50份沸石粉，搅拌1h得到混合浆料2，将1-3份氯化钙溶解在5-15份水中得到氯化钙溶液，在混合浆料2中逐滴滴入氯化钙溶液中，得到凝胶球体，经30-50目筛网过滤、15-25℃干燥得到叶绿素沸石凝胶颗粒；
第三步：将乳胶粉、水、黏土及膨润土在搅拌器中以1500r/min速度混合搅拌30min，然后降低转速至500r/min，加入绿素沸石凝胶颗粒搅拌10min得混合浆料3，将浆料3在软瓷模具上流平至厚度为第一步中基底层厚度的1/4，然后铺上网格增强层、基底层，在0-4℃冰箱中冷冻30min后脱模，然后放置于养护房中自然干燥得可固碳的无碱软瓷。
进一步地，所述水性乳液为丙烯酸酯乳液、聚氨酯乳液或苯丙乳液，玻璃化温度Tg为-20-0℃。
进一步地，所述乳胶粉为醋酸乙烯乳胶粉或丙烯酸酯乳胶粉。
进一步地，所述石英砂细度为80-120目。
进一步地，所述钙粉、黏土细度为800-1200目。
进一步地，所述膨润土为季铵盐改性膨润土，细度为800-1200目。
进一步地，所述第二步中沸石粉细度为325目。
上述一种可固碳的无碱软瓷及其制备方法的工作原理在于：本申请中软瓷材料去除水泥成分，在使用过程中消除了建筑材料常见的返碱问题；再者通过软瓷表面层中活性叶绿素的光合作用，一定程度吸收大气中的二氧化碳并释放出氧气，实现固碳功能，在建筑表面形成一面会“呼吸”的墙，同时采用凝胶与多孔沸石来提高叶绿体的生存能力，可以长效保持软瓷“活性”，使得墙面成为真正的会呼吸的墙。
本申请提供了一种可固碳的无碱软瓷及其制备方法，与现有技术相比，具备以下有益效果：
1.软瓷表面增加海藻提取液等活性物质，并结合生物酶、活化剂保持生物活性，可以在软瓷表面进行生物光合作用，赋予软瓷固碳转化功能，实现建筑在阳光下自由“呼吸”。
2.通过优化软瓷配方、工艺，去除传统软瓷内强碱性物质，实现组成无碱化，避免软瓷使用过程中产生返碱问题，提高室外持久装饰效果。
3.在软瓷组成中增加黏土、膨润土等天然物质用量，减少水性树脂比例，实现降低软瓷密度、提高保温性及生物降解性功能，达到高空安全和建筑节能的目的。
4、利用本申请提供的制备方法获得的可固碳的无碱软瓷与现有软瓷的性能对比见下表，由表可见，本申请无碱软瓷技术在节能，耐污，固碳等性能方面全面超越现有普通软瓷技术，填补了我国在固碳功能软瓷领域的空白。
Figure BDA0003671589440000041
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对本发明的具体实施方式做详细说明。在下面的描述中阐述具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
实施例1：
一种可固碳的无碱软瓷的制备方法，步骤为：
第一步：将10份水性丙烯酸酯乳液、10份水及5份成膜助剂在搅拌器中以1500r/min速度混合搅拌5min，然后加入50份石英砂、25份钙粉，以800r/min搅拌20min得混合浆料1，将浆料1均匀喷涂于平面软瓷模具表面，厚度6mm，在120℃烘箱中干燥6h脱模得到基底层；
第二步：按质量份数配比将10份水、10份海藻酸钠、8份胶原酶潜酶活化剂(APMA)、8份葡萄糖氧化酶(GOD)和1份纳米氧化铈混合，在搅拌器中以1500r/min速度搅拌30min后降低转速至300r/min，然后加入20份海藻提取液和30份沸石粉，搅拌1h得到混合浆料2，将3份氯化钙溶解在10份水中得到氯化钙溶液，在混合浆料2中逐滴滴入氯化钙溶液中，得到凝胶球体，经30目筛网过滤、15℃干燥得到叶绿素沸石凝胶颗粒。
第三步：将10份丙烯酸酯乳胶粉、20份水、40份黏土及15份膨润土在搅拌器中以1500r/min速度混合搅拌30min，然后降低转速至500r/min，加入15份绿素沸石凝胶颗粒搅拌10min得混合浆料3，将浆料3在软瓷模具上流平至厚度为第一步中基底层厚度的1/4，然后铺上网格增强层、基底层，在0-4℃冰箱中冷冻30min后脱模，然后放置于养护房中自然干燥得可固碳的无碱软瓷；
第四步：将软瓷切割、分类、包装。
实施例2：
一种可固碳的无碱软瓷的制备方法，步骤为：
第一步：将13份丙烯酸酯乳液、13份水及4份成膜助剂1500r/min混合搅拌5min，加入50份石英砂、20份钙粉以800r/min搅拌20min得混合浆料1，将浆料1均匀喷涂于平面软瓷模具表面，厚度为5mm，在100℃烘箱中干燥5h脱模得到基底层；
第二步：将13份水、8份海藻酸钠、6.2份胶原酶潜酶活化剂APMA、6份葡萄糖氧化酶GOD及0.8份纳米氧化铈1500r/min混合，在搅拌器中以1500r/min速度搅拌30min后降低转速至300r/min，然后加入20份海藻提取液及35份沸石粉，搅拌1h得到混合浆料2，将2份氯化钙溶解在9份水中得到氯化钙溶液，将混合浆料2中逐滴滴入氯化钙溶液中，得到凝胶球体，经40目筛网过滤、20℃干燥得到叶绿素沸石凝胶颗粒。；
第三步：将8份丙烯酸酯乳胶粉、20份水、42份黏土及15份膨润土在搅拌器中以1500r/min速度混合搅拌30min，然后降低转速至500r/min，加入15份叶绿素沸石凝胶颗粒搅拌10min得混合浆料3，将浆料3在软瓷模具上流平至厚度为第一步中基底层厚度的1/4，然后铺上网格增强层、基底层，在0-4℃冰箱中冷冻30min后脱模，然后放置于养护房中自然干燥得可固碳的无碱软瓷；
第四步：将软瓷切割、分类、包装。
实施例3：
一种可固碳的无碱软瓷的制备方法，步骤为：
第一步：将12份聚氨酯乳液、15份水及3份成膜助剂1500r/min混合搅拌5min，加入50份石英砂、20份钙粉以800r/min搅拌20min得混合浆料1，将浆料1均匀喷涂于平面软瓷模具表面，厚度为4mm，在100℃烘箱中干燥4h脱模得到基底层；
第二步：将10份水、6份海藻酸钠、4.3份胶原酶潜酶活化剂APMA、6份葡萄糖氧化酶GOD及0.7份纳米氧化铈1500r/min混合，在搅拌器中以1500r/min速度搅拌30min后降低转速至300r/min，然后加入21份海藻提取液及40份沸石粉，搅拌1h得到混合浆料2，将2份氯化钙溶解在10份水中得到氯化钙溶液，将混合浆料2中逐滴滴入氯化钙溶液中，得到凝胶球体，经50目筛网过滤、25℃干燥得到叶绿素沸石凝胶颗粒。
第三步：将7份丙烯酸酯乳胶粉、19份水、45份黏土及15份膨润土在搅拌器中以1500r/min速度混合搅拌30min，然后降低转速至500r/min，加入14份叶绿素沸石凝胶颗粒搅拌10min得混合浆料3，将浆料3在软瓷模具上流平至厚度为第一步中基底层厚度的1/4，然后铺上网格增强层、基底层，在0-4℃冰箱中冷冻30min后脱模，然后放置于养护房中自然干燥得可固碳的无碱软瓷；
第四步：将软瓷切割、分类、包装。
实施例4：
一种可固碳的无碱软瓷的制备方法，步骤为：
第一步：将15份聚氨酯乳液、10份水及2份成膜助剂1500r/min混合搅拌5min，加入55份石英砂、18份钙粉以800r/min搅拌20min得混合浆料1，将浆料1均匀喷涂于平面软瓷模具表面，厚度为3mm，在90℃烘箱中干燥3h脱模得到基底层；
第二步：将12份水、6.5份海藻酸钠、4份胶原酶潜酶活化剂APMA、5份葡萄糖氧化酶GOD及0.5份纳米氧化铈1500r/min混合，在搅拌器中以1500r/min速度搅拌30min后降低转速至300r/min，然后加入22份海藻提取液及40份沸石粉，搅拌1h得到混合浆料2，将1份氯化钙溶解在9份水中得到氯化钙溶液，将混合浆料2中逐滴滴入氯化钙溶液中，得到凝胶球体，经50目筛网过滤、25℃干燥得到叶绿素沸石凝胶颗粒。
第三步：将6份丙烯酸酯乳胶粉、17份水、45份黏土及14份膨润土在搅拌器中以1500r/min速度混合搅拌30min，然后降低转速至500r/min，加入18份叶绿素沸石凝胶颗粒搅拌10min得混合浆料3，将浆料3在软瓷模具上流平至厚度为第一步中基底层厚度的1/4，然后铺上网格增强层、基底层，在0-4℃冰箱中冷冻30min后脱模，然后放置于养护房中自然干燥得可固碳的无碱软瓷；
第四步：将软瓷切割、分类、包装。
实施例5：
一种可固碳的无碱软瓷的制备方法，步骤为：
第一步：将9份苯丙乳液、15份水及3份成膜助剂1500r/min混合搅拌5min，加入51份石英砂、22份钙粉以800r/min搅拌20min得混合浆料1，将浆料1均匀喷涂于平面软瓷模具表面，厚度为2mm，在90℃烘箱中干燥2h脱模得到基底层；
第二步：将10份水、10份海藻酸钠、5.5份胶原酶潜酶活化剂APMA、5份葡萄糖氧化酶GOD及0.5份纳米氧化铈1500r/min混合，在搅拌器中以1500r/min速度搅拌30min后降低转速至300r/min，然后加入15份海藻提取液及36份沸石粉，搅拌1h得到混合浆料2，将3份氯化钙溶解在15份水中得到氯化钙溶液，将混合浆料2中逐滴滴入氯化钙溶液中，得到凝胶球体，经40目筛网过滤、15℃干燥得到叶绿素沸石凝胶颗粒。
第三步：将10份丙烯酸酯乳胶粉、24份水、38份黏土及14份膨润土在搅拌器中以1500r/min速度混合搅拌30min，然后降低转速至500r/min，加入14份叶绿素沸石凝胶颗粒搅拌10min得混合浆料3，将浆料3在软瓷模具上流平至厚度为第一步中基底层厚度的1/4，然后铺上网格增强层、基底层，在0-4℃冰箱中冷冻30min后脱模，然后放置于养护房中自然干燥得可固碳的无碱软瓷；
第四步：将软瓷切割、分类、包装。
实施例6：
一种可固碳的无碱软瓷的制备方法，步骤为：
第一步：将12份苯丙乳液、15份水及4份成膜助剂1500r/min混合搅拌5min，加入50份石英砂、19份钙粉以800r/min搅拌20min得混合浆料1，将浆料1均匀喷涂于平面软瓷模具表面，厚度为3mm，在90℃烘箱中干燥3h脱模得到基底层；
第二步：将12份水、7份海藻酸钠、4份胶原酶潜酶活化剂APMA、4份葡萄糖氧化酶GOD及1份纳米氧化铈1500r/min混合，在搅拌器中以1500r/min速度搅拌30min后降低转速至300r/min，然后加入16份海藻提取液及42份沸石粉，搅拌1h得到混合浆料2，将2份氯化钙溶解在12份水中得到氯化钙溶液，将混合浆料2中逐滴滴入氯化钙溶液中，得到凝胶球体，经50目筛网过滤、15-25℃干燥得到叶绿素沸石凝胶颗粒。
第三步：将5份丙烯酸酯乳胶粉、25份水、35份黏土及16份膨润土在搅拌器中以1500r/min速度混合搅拌30min，然后降低转速至500r/min，加入19份叶绿素沸石凝胶颗粒搅拌10min得混合浆料3，将浆料3在软瓷模具上流平至厚度为第一步中基底层厚度的1/4，然后铺上网格增强层、基底层，在0-4℃冰箱中冷冻30min后脱模，然后放置于养护房中自然干燥得可固碳的无碱软瓷；
第四步：将软瓷切割、分类、包装。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种可固碳的无碱软瓷，其特征在于，由基底层、增强层和表面层组成，其中，增强层为网格增强层，基底层厚度2-6mm，表面层厚度0.5-1.5mm，按质量份数配比所述可固碳的无碱软瓷的基底层原料由40-60份石英砂、10-25份钙粉、5-15份水性乳液、5-15份水、1-2份消泡剂、1-5份成膜助剂组成；所述可固碳的无碱软瓷的表面层原料由30-60份黏土、10-20份膨润土、5-10份乳胶粉、15-25份水及10-20份叶绿素沸石凝胶颗粒组成；所述叶绿素沸石凝胶颗粒的制备方法为：按质量份数配比将5-15份水、5-10份海藻酸钠、3-8份胶原酶潜酶活化剂、3-8份葡萄糖氧化酶和0.5-1份纳米氧化铈混合，在搅拌器中以1500r/min速度搅拌30min后降低转速至300r/min，然后加入15-30份海藻提取液和30-50份沸石粉，搅拌1h得到混合浆料，将1-3份氯化钙溶解在5-15份水中得氯化钙溶液，在混合浆料中逐滴滴入氯化钙溶液中，得到凝胶球体，经30-50目筛网过滤、15-25℃干燥得到叶绿素沸石凝胶颗粒；所述可固碳的无碱软瓷的制备方法，包括以下步骤：
第一步：将水性乳液、水及助剂在搅拌器中以1500r/min速度混合搅拌5min，然后加入石英砂、钙粉，以800r/min搅拌20min得混合浆料1，将混合浆料1均匀喷涂于平面软瓷模具表面，在80-120℃烘箱中干燥2-6h脱模得到基底层；
第二步：按质量份数配比将5-15份水、5-10份海藻酸钠、3-8份胶原酶潜酶活化剂、3-8份葡萄糖氧化酶和0.5-1份纳米氧化铈混合，在搅拌器中以1500r/min速度搅拌30min后降低转速至300r/min，然后加入15-30份海藻提取液和30-50份沸石粉，搅拌1h得到混合浆料2，将1-3份氯化钙溶解在5-15份水中得到氯化钙溶液，在混合浆料2中逐滴滴入氯化钙溶液中，得到凝胶球体，经30-50目筛网过滤、15-25℃干燥得到叶绿素沸石凝胶颗粒；
第三步：将乳胶粉、水、黏土及膨润土在搅拌器中以1500r/min速度混合搅拌30min，然后降低转速至500r/min，加入绿素沸石凝胶颗粒搅拌10min得混合浆料3，将混合浆料3在软瓷模具上流平至厚度为第一步中基底层厚度的1/4，然后铺上网格增强层、基底层，在0-4℃冰箱中冷冻30min后脱模，然后放置于养护房中自然干燥得可固碳的无碱软瓷。
2.根据权利要求1所述一种可固碳的无碱软瓷，其特征在于：所述水性乳液为丙烯酸酯乳液、聚氨酯乳液或苯丙乳液，玻璃化温度Tg为-20-0℃。
3.根据权利要求1所述一种可固碳的无碱软瓷，其特征在于：所述乳胶粉为醋酸乙烯乳胶粉或丙烯酸酯乳胶粉。
4.根据权利要求1所述一种可固碳的无碱软瓷，其特征在于：所述石英砂细度为80-120目。
5.根据权利要求1所述一种可固碳的无碱软瓷，其特征在于：所述钙粉、黏土细度为800-120。
6.根据权利要求1所述一种可固碳的无碱软瓷，其特征在于：所述膨润土为季铵盐改性膨润土，细度为800-1200目。
7.根据权利要求1所述一种可固碳的无碱软瓷，其特征在于：所述第二步中沸石粉细度为325目。
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