本發(fā)明公開了一種具有協(xié)調(diào)功能的凹凸棒石/硅藻土基環(huán)保室內(nèi)壁材，屬于室內(nèi)用建筑材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著人們生活水平的提高以及健康環(huán)保意識的增強，室內(nèi)生活環(huán)境質(zhì)量越來越受到重視。在室內(nèi)墻面裝修過程中，人們選擇壁材產(chǎn)品除了關(guān)注裝飾美觀外，也開始注重材料的無害化以及功能性，其中具有多種功能的天然礦物基環(huán)保室內(nèi)壁材越來越成為大家的首選。目前，天然礦物基環(huán)保室內(nèi)壁材的功能主要集中于調(diào)濕、空氣凈化、抗菌三大功能，同時也附帶一些其他功能，比如：防火阻燃、吸聲減噪、保溫隔熱、去除異味等。
調(diào)濕功能主要基于天然多孔礦物的強吸附性能。由于天然多孔礦物硅藻土、沸石、海泡石、凹凸棒石等具有發(fā)達(dá)的孔道結(jié)構(gòu)和大的比表面積，可以水分子進(jìn)行吸附、脫附作用，所以能夠自動調(diào)節(jié)室內(nèi)環(huán)境濕度，即當(dāng)室內(nèi)環(huán)境濕度較高時可以吸濕，以降低室內(nèi)環(huán)境濕度，當(dāng)室內(nèi)濕度較低時可以放濕，以提升室內(nèi)環(huán)境濕度。作為天然多孔礦物調(diào)濕材料，硅藻土和沸石具有三維的孔道結(jié)構(gòu)，屬于大孔或中孔；凹凸棒石和海泡石具有一維的纖維結(jié)構(gòu)，屬于中孔或微孔。單一多孔礦物的調(diào)濕性能極其有限，但是通過將不同孔道結(jié)構(gòu)或不同孔徑尺寸的多孔礦物按一定比例進(jìn)行組合，得到的組合材料的調(diào)濕性能明顯提高。另外需要注意的是，由于調(diào)濕材料的特性使其表面的相對濕度一般比較高，而潮濕的環(huán)境容易導(dǎo)致各種細(xì)菌、霉菌在其表面滋生和大量繁殖，為了避免這種不利情況，最好在調(diào)濕材料中添加一定量的抗菌材料。
空氣凈化功能主要基于光催化材料納米TiO2。納米TiO2在紫外光或太陽光照條件下可以產(chǎn)生高活性的光生電子-空穴對，光生電子可以與納米TiO2顆粒表面的O2發(fā)生還原反應(yīng)并生成H2O2及活性氧，光生空穴與納米TiO2顆粒表面的H2O和羥基發(fā)生氧化反應(yīng)并生成羥基自由基。H2O2、活性氧和羥基自由基可以將甲醛、甲苯等多種室內(nèi)空氣有機污染物徹底分解為CO2和H2O等無機小分子。此外，H2O2和活性氧還可以破壞細(xì)菌、霉菌的細(xì)胞膜，抑制細(xì)菌的活性，并分解細(xì)菌死亡后產(chǎn)生的內(nèi)毒素，還可以捕捉殺除空氣中的浮游細(xì)菌，所以納米TiO2同時也具有一定的抗菌功能。
抗菌功能主要基于無機抗菌劑納米ZnO。納米ZnO可以釋放鋅離子，鋅離子穿透細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部，使細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)變性和生理活性被破壞，從而導(dǎo)致細(xì)胞死亡。而且，當(dāng)菌體被殺滅后，鋅離子可以游離出來重新接觸和殺滅其他菌體，所以納米ZnO具有長效殺菌能力。另外，納米ZnO也是一種光催化材料，與上述納米TiO2的光催化原理相同，在紫外光或太陽光照下，同樣發(fā)生光催化氧化還原反應(yīng)，生成的H2O2和活性氧也可以殺死細(xì)菌，生成的多種活性基團(tuán)也可以降解多種室內(nèi)空氣有機污染物。
目前，環(huán)保室內(nèi)壁材的主要制備方法是：將天然多孔礦物粉體、納米功能粉體、相應(yīng)的填料粉體和助劑進(jìn)行干粉攪拌混合。其中，常見的納米功能粉體包括納米TiO2粉體和納米ZnO粉體。由于納米功能粉體的比表面積極大和表面自由能高，處于能量不穩(wěn)定狀態(tài)，極容易二次團(tuán)聚成大顆粒，從而影響其相應(yīng)功能的正常發(fā)揮。在干粉攪拌混合過程，由于攪拌力度和深度有限，納米功能粉體的分散比較困難，存在大量的團(tuán)聚現(xiàn)象，這不僅降低了環(huán)保室內(nèi)壁材的功能性，而且還嚴(yán)重浪費了價格昂貴的納米功能粉體。通常為了達(dá)到一定程度的功能效果，往往需要加入超量的納米功能粉體，導(dǎo)致產(chǎn)品成本大幅度的增加。另外，還有一個需要注意的現(xiàn)象是，在環(huán)保室內(nèi)壁材使用過程中，由于納米功能粉體沒有和其他大顆粒組分牢固結(jié)合，受到外力的刮擦以及風(fēng)力作用，納米功能粉體極容易脫落下來，而納米功能粉體顆粒極細(xì)難以沉降，長時間漂浮在空氣中，如果吸入人體內(nèi)對健康會產(chǎn)生一定的危害。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供了一種具有協(xié)調(diào)功能的凹凸棒石/硅藻土基環(huán)保室內(nèi)壁材，采用水解沉淀法制備納米TiO2、納米ZnO并同時將其牢固、均勻的負(fù)載在凹凸棒石、硅藻土表面上，制得了復(fù)合功能材料，然后將復(fù)合功能材料與相應(yīng)的填料、助劑進(jìn)行攪拌混合制備環(huán)保室內(nèi)壁材，有效的解決了納米TiO2、納米ZnO在環(huán)保室內(nèi)壁材中團(tuán)聚現(xiàn)象嚴(yán)重的問題。同時，本發(fā)明在組分的選取上充分考慮了環(huán)保室內(nèi)壁材調(diào)濕、抗菌和空氣凈化功能之間的相互協(xié)調(diào)和相互促進(jìn)，比如：凹凸棒石和硅藻土的組合提升了調(diào)濕性能，納米TiO2與納米ZnO的組合提升了光催化性能，納米TiO2、納米ZnO的抗菌功能和灰鈣粉填料的抗菌除霉作用相互配合，凹凸棒石、硅藻土的吸附性能和納米TiO2、納米ZnO光催化降解空氣有機污染物功能的相互配合。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案：一種具有協(xié)調(diào)功能的凹凸棒石/硅藻土基環(huán)保室內(nèi)壁材，主要包括復(fù)合功能材料、填料和助劑，所述復(fù)合功能材料為ZnO/TiO2/凹凸棒石/硅藻土復(fù)合材料，采用如下方法制備：（1）按質(zhì)量配比凹凸棒石 20-50%、硅藻土20-50%、TiOSO4粉末10-15%、ZnSO4粉末10-15%配制混合粉體，按液固比30-40:1向混合粉體內(nèi)加水并攪拌均勻；（2）向溶液內(nèi)緩慢滴入質(zhì)量濃度10%的稀氨水調(diào)節(jié)溶液pH并快速攪拌，直到溶液的pH值為5-7；（3）將得到的沉淀物進(jìn)行過濾并用水洗滌，然后進(jìn)行烘干；（4）將烘干后產(chǎn)物在450-550℃下煅燒2-3h，即得到所述復(fù)合功能材料；
所述填料包括重質(zhì)碳酸鈣、灰鈣粉、煅燒高嶺土和硅砂；所述助劑包括增稠劑、木質(zhì)纖維、可分散膠粉、觸變潤滑劑和減水劑。
進(jìn)一步優(yōu)化的，所述復(fù)合功能材料的具體制備條件為：（1）按質(zhì)量配比凹凸棒石40%、硅藻土30%、TiOSO4粉末15%、ZnSO4粉末15%配制混合粉體，按液固比40:1向混合粉體內(nèi)加水并攪拌均勻；（2）向溶液內(nèi)緩慢滴入質(zhì)量濃度10%的稀氨水調(diào)節(jié)溶液pH并快速攪拌，直到溶液的pH值為5-7；（3）將得到的沉淀物進(jìn)行過濾并用水洗滌，然后進(jìn)行烘干；（4）將烘干后產(chǎn)物在550℃下煅燒2 h，即得到所述復(fù)合功能材料。
進(jìn)一步優(yōu)化的，環(huán)保室內(nèi)壁材中各組分的質(zhì)量配比為：復(fù)合功能材料30-50%、重質(zhì)碳酸鈣15-25%、灰鈣粉10-20%、煅燒高嶺土10-15%、硅砂5-10%、增稠劑1-2%、木質(zhì)纖維1-2%、可分散膠粉3-5%、觸變潤滑劑0.5-1%、減水劑0.5-1%。
進(jìn)一步優(yōu)化的，環(huán)保室內(nèi)壁材中各組分的質(zhì)量配比具體為：復(fù)合功能材料40%、重質(zhì)碳酸鈣20%、灰鈣粉15%、煅燒高嶺土10%、硅砂5%、增稠劑2%、木質(zhì)纖維2%、可分散膠粉5%、觸變潤滑劑0.5%、減水劑0.5%。
更進(jìn)一步優(yōu)化的，所述凹凸棒石為棒狀或針狀纖維結(jié)構(gòu)，純度超過90%，粒度為325-500目；所述硅藻土為硅藻精土，純度超過90%，粒度為325-500目。
更進(jìn)一步優(yōu)化的，所述重質(zhì)碳酸鈣的粒度為500-800目，白度不低于90%；所述灰鈣粉的粒度為500-800目，白度不低于90%；所述煅燒高嶺土的粒度為800-1250目，白度不低于90%；所述硅砂的粒度為80-200目，SiO2含量超過95%。
更進(jìn)一步優(yōu)化的，所述增稠劑為羥丙基甲基纖維素、羥乙基纖維素、羧甲基纖維素中的任意一種；所述木質(zhì)纖維的直徑為5-25um，長度為3-6mm；所述可分散膠粉為乙烯/醋酸乙烯酯共聚物和/或丙烯酸共聚物；所述減水劑為聚羧酸類減水劑；所述觸變潤滑劑為聚酰胺蠟。
更進(jìn)一步優(yōu)化的，實際施工過程中，環(huán)保室內(nèi)壁材的各組份按質(zhì)量配比加入高速分散機內(nèi)以200-500 r/min攪拌1-2h后得到混均的干粉；按混勻的干粉與水的質(zhì)量比為1:0.8-1.2加水?dāng)嚢?0-30min，攪拌速度控制在1000-1500 r/min，得到的漿體即可進(jìn)行施工。
本發(fā)明的優(yōu)點：（1）采用水解沉淀法制備納米TiO2和納米ZnO并將其均勻、牢固的負(fù)載在凹凸棒石和硅藻土上，得到了復(fù)合功能材料，然后將復(fù)合功能材料與相應(yīng)的填料、助劑進(jìn)行攪拌混合制備環(huán)保室內(nèi)壁材，從而提高了納米TiO2、納米ZnO在環(huán)保室內(nèi)壁材中的分散性，使納米TiO2、納米ZnO具有的光催化降解空氣有機污染物以及抗菌功能能夠充分發(fā)揮，避免了單獨加入納米TiO2粉體、納米ZnO粉體進(jìn)行干粉攪拌混合所造成的團(tuán)聚現(xiàn)象嚴(yán)重、功能發(fā)揮受到抑制、加入量過大和成本高等問題。
（2）在復(fù)合功能材料中可以形成納米ZnO/TiO2復(fù)合體，這種納米ZnO/TiO2復(fù)合體的光催化性能顯著提高，明顯優(yōu)于單一的納米ZnO或者納米TiO2，從而可以提高光催化降解室內(nèi)空氣有機污染物的效率以及抗菌的效率。具有強吸附性能的硅藻土和凹凸棒石可以吸附室內(nèi)低濃度的空氣有機污染物到納米TiO2、納米ZnO顆粒表面供其光催化降解，形成吸附-降解-再吸附的良性循環(huán)，同樣也提高了降解室內(nèi)空氣有機污染物的效率。
（3）硅藻土具有獨特的三維孔道結(jié)構(gòu)，屬于大孔和中孔；凹凸棒石為一維的棒狀或針狀纖維結(jié)構(gòu)，屬于中孔和微孔。通過硅藻土與凹凸棒石之間的組合，實現(xiàn)了不同孔道結(jié)構(gòu)和不同尺寸孔之間的組合，得到的復(fù)合功能材料具有更強的調(diào)濕性能。另外，填料中的煅燒高嶺土為層狀結(jié)構(gòu)且具有吸附性，所以也可以表現(xiàn)一定的調(diào)濕性能。
（4）納米TiO2、納米ZnO都具有一定的抗菌功能，而且填料中加入的灰鈣粉也具有防霉抗菌的作用，可以殺滅環(huán)保室內(nèi)壁材表面上的細(xì)菌、霉菌，并可以捕殺空氣中浮游的細(xì)菌，有效防止了細(xì)菌、霉菌在環(huán)保室內(nèi)壁材表面的滋生和繁殖。
（5）填料可以提高環(huán)保室內(nèi)壁材的強度、耐擦洗性、耐久性、內(nèi)部附著力、可塑性等性能，而且也可以降低產(chǎn)品的成本。助劑可以提升環(huán)保室內(nèi)壁材的施工性能，增稠劑具有保水性，防止環(huán)保室內(nèi)壁材干燥太快導(dǎo)致的龜裂現(xiàn)象；木質(zhì)纖維具有導(dǎo)水保水的作用，還可以提升室內(nèi)壁材的抗裂強度，防止涂層開裂；減水劑可以在加水?dāng)嚢柽^程中減少水的用量，改善流動性；可分散膠粉可以增加不同組分間的粘結(jié)力。
具體實施方式
以下結(jié)合具體實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案和技術(shù)效果進(jìn)行詳細(xì)的說明，但本發(fā)明的范圍并不限制于以下具體實施例。
實施例1-6中所用的各種原料滿足以下條件：凹凸棒石為棒狀或針狀纖維結(jié)構(gòu)，純度超過90%，粒度為325-500目；硅藻土為硅藻精土，純度超過90%，粒度為325-500目；重質(zhì)碳酸鈣的粒度為500-800目，白度不低于90%；灰鈣粉的粒度為500-800目，白度不低于90%；煅燒高嶺土的粒度為800-1250目，白度不低于90%；硅砂的粒度為80-200目，SiO2含量超過95%；所述增稠劑為羥丙基甲基纖維素；木質(zhì)纖維的直徑為5-25um，長度為3-6mm；可分散膠粉為乙烯/醋酸乙烯酯共聚物；減水劑為聚羧酸類減水劑；觸變潤滑劑為聚酰胺蠟。
首先，制備凹凸棒石含量高于硅藻土含量的復(fù)合功能材料供實施例1-3使用，具體制備條件為：（1）按質(zhì)量配比凹凸棒石40%、硅藻土30%、TiOSO4粉末15%、ZnSO4粉末15%配制混合粉體，按液固比40:1向混合粉體內(nèi)加水并攪拌均勻；（2）向溶液內(nèi)緩慢滴入質(zhì)量濃度10%的稀氨水調(diào)節(jié)溶液pH并快速攪拌，直到溶液的pH值為5-7；（3）將得到的沉淀物進(jìn)行過濾并用水洗滌，然后進(jìn)行烘干；（4）將烘干后產(chǎn)物在550℃下煅燒2h，即得到供實施例1-3使用的復(fù)合功能材料。
實施例1：以總重量10kg為準(zhǔn)，按以下確定的質(zhì)量配比稱取各組分：復(fù)合功能材料30%、重質(zhì)碳酸鈣25%、灰鈣粉15%、煅燒高嶺土15%、硅砂5%、增稠劑2%、木質(zhì)纖維2%、可分散膠粉5%、觸變潤滑劑0.5%、減水劑0.5%。將稱取的各組分加入高速分散機內(nèi)并以250 r/min攪拌2h后得到混均的干粉；按混勻的干粉與水的質(zhì)量比為1:0.8加水?dāng)嚢?0 min，攪拌速度控制在1000 r/min，得到的漿體即可進(jìn)行施工。
實施例2：以總重量10kg為準(zhǔn)，按以下確定的質(zhì)量配比稱取各組分：復(fù)合功能材料40%、重質(zhì)碳酸鈣20%、灰鈣粉15%、煅燒高嶺土10%、硅砂5%、增稠劑2%、木質(zhì)纖維2%、可分散膠粉5%、觸變潤滑劑0.5%、減水劑0.5%。將稱取的各組分加入高速分散機內(nèi)并以300 r/min攪拌2h后得到混均的干粉；按混勻的干粉與水的質(zhì)量比為1:1加水?dāng)嚢?5 min，攪拌速度控制在1200 r/min，得到的漿體即可進(jìn)行施工。
實施例3：以總重量10kg為準(zhǔn)，按以下確定的質(zhì)量配比稱取各組分：復(fù)合功能材料50%、重質(zhì)碳酸鈣15%、灰鈣粉10%、煅燒高嶺土10%、硅砂5%、增稠劑2%、木質(zhì)纖維2%、可分散膠粉5%、觸變潤滑劑0.5%、減水劑0.5%。將稱取的各組分加入高速分散機內(nèi)并以400 r/min攪拌1.5 h后得到混均的干粉；按混勻的干粉與水的質(zhì)量比為1:1.2加水?dāng)嚢?0 min，攪拌速度控制在1500 r/min，得到的漿體即可進(jìn)行施工。
然后，制備硅藻土含量高于凹凸棒石含量的復(fù)合功能材料供實施例4-6使用，具體制備條件為：（1）按質(zhì)量配比凹凸棒石30%、硅藻土40%、TiOSO4粉末15%、ZnSO4粉末15%配制混合粉體，按液固比30:1向混合粉體內(nèi)加水并攪拌均勻；（2）向溶液內(nèi)緩慢滴入質(zhì)量濃度10%的稀氨水調(diào)節(jié)溶液pH并快速攪拌，直到溶液的pH值為5-7；（3）將得到的沉淀物進(jìn)行過濾并用水洗滌，然后進(jìn)行烘干；（4）將烘干后產(chǎn)物在450℃下煅燒3h，即得到供實施例4-6使用的復(fù)合功能材料。
實施例4：以總重量1kg為準(zhǔn)，按以下確定的質(zhì)量配比稱取各組分：復(fù)合功能材料30%、重質(zhì)碳酸鈣25%、灰鈣粉15%、煅燒高嶺土15%、硅砂5%、增稠劑2%、木質(zhì)纖維2%、可分散膠粉5%、觸變潤滑劑0.5%、減水劑0.5%。將稱取的各組分加入高速分散機內(nèi)并以250 r/min攪拌2h后得到混均的干粉；按混勻的干粉與水的質(zhì)量比為1:0.8加水?dāng)嚢?0 min，攪拌速度控制在1000 r/min，得到的漿體即可進(jìn)行施工。
實施例5：以總重量1kg為準(zhǔn)，按以下確定的質(zhì)量配比稱取各組分：復(fù)合功能材料40%、重質(zhì)碳酸鈣20%、灰鈣粉15%、煅燒高嶺土10%、硅砂5%、增稠劑2%、木質(zhì)纖維2%、可分散膠粉5%、觸變潤滑劑0.5%、減水劑0.5%。將稱取的各組分加入高速分散機內(nèi)并以300 r/min攪拌2h后得到混均的干粉；按混勻的干粉與水的質(zhì)量比為1:1加水?dāng)嚢?5 min，攪拌速度控制在1200 r/min，得到的漿體即可進(jìn)行施工。
實施例6：以總重量1kg為準(zhǔn)，按以下確定的質(zhì)量配比稱取各組分：復(fù)合功能材料50%、重質(zhì)碳酸鈣15%、灰鈣粉10%、煅燒高嶺土10%、硅砂5%、增稠劑2%、木質(zhì)纖維2%、可分散膠粉5%、觸變潤滑劑0.5%、減水劑0.5%。將稱取的各組分加入高速分散機內(nèi)并以400 r/min攪拌1.5 h后得到混均的干粉；按混勻的干粉與水的質(zhì)量比為1:1.2加水?dāng)嚢?0 min，攪拌速度控制在1500 r/min，得到的漿體即可進(jìn)行施工。
對實施例1-6中制備的環(huán)保室內(nèi)壁材分別進(jìn)行以下檢測：
（1）依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)JC/T1074-2008《室內(nèi)空氣凈化功能墻面涂覆材料凈化性能》，進(jìn)行甲醛凈化效率檢測和甲醛凈化效果持久性檢測；
（2）依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)JC/T2002-2009《建筑材料吸放濕性能測試方法》，進(jìn)行吸濕性、放濕性檢測；
（3）依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB18582-2008《室內(nèi)裝飾裝修材料內(nèi)墻涂料中有害物質(zhì)限量》，進(jìn)行揮發(fā)性有機化合物含量、游離甲醛含量、可溶性重金屬含量的檢測；
（4）依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T21866-2008《抗菌涂料（漆膜）抗菌性測定法和抗菌效果》，進(jìn)行抗菌性能測試。
檢測結(jié)果顯示實施例1-6中制備的環(huán)保室內(nèi)壁材的各項指標(biāo)均達(dá)到甚至優(yōu)于國家標(biāo)準(zhǔn)要求，在甲醛凈化效率和甲醛凈化效果持久性上均達(dá)到了國家II類產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，而且施工性上刮涂無障礙，抗裂性上干燥后無裂紋，在耐水性上無氣泡、無開裂、無掉粉，是一種優(yōu)質(zhì)環(huán)保的室內(nèi)壁材產(chǎn)品。
上述實施例并非是對本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域相關(guān)的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的基本發(fā)明構(gòu)思和范圍的情況內(nèi)，還可以想的多種變型或替代，所有等同的技術(shù)方案也應(yīng)該包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。本發(fā)明的專利保護(hù)范圍以權(quán)利要求的限定為準(zhǔn)。