本發(fā)明屬于多功能建筑材料和建筑節(jié)能技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有調(diào)溫調(diào)濕光催化性能的石膏板材及其制備方法。
背景技術(shù)：
室內(nèi)環(huán)境作為人生80％時間活動的空間，其舒適度至關(guān)重要，長期以來為了滿足人們對室內(nèi)環(huán)境舒適度的要求，采用了大量裝飾材料和多種主動方式，如：人造板營造優(yōu)美的室內(nèi)空間、供暖和制冷設(shè)備調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度、加濕器控制室內(nèi)濕度等。然而依賴人工制熱、制冷及加濕等設(shè)備雖可提供較為舒適的室內(nèi)環(huán)境，但需要消耗大量的能源，而且設(shè)備在使用過程中需要對室內(nèi)環(huán)境的自然通風(fēng)條件進(jìn)行限制，易引起“室內(nèi)綜合癥”病害；此外設(shè)備運行期內(nèi)難以對其管道進(jìn)行有效的清潔，長期使用后容易造成微生物滋生，導(dǎo)致室內(nèi)環(huán)境二次污染的問題。
目前，圍繞室內(nèi)環(huán)境安全性、舒適度與建筑節(jié)能協(xié)同理論的研究已陸續(xù)展開并得到高度重視，其中建筑材料(具有“被動調(diào)節(jié)能力”)和n型半導(dǎo)體材料(具有“低溫深度氧化能力”)引起了建筑、材料、環(huán)境和安全領(lǐng)域的興趣，尤其是激發(fā)了對新型功能石膏板的探索，以滿足人們對建筑居住環(huán)境的要求。利用材料的“被動調(diào)節(jié)能力”或“低溫深度氧化能力”而開發(fā)的具有節(jié)能、環(huán)保性能的建筑石膏板有多種，將其應(yīng)用于建筑物可較好地發(fā)揮調(diào)節(jié)室內(nèi)溫濕度、凈化空氣的效果。以期為切實降低建筑能耗、提高室內(nèi)環(huán)境舒適度及改善室內(nèi)空氣品質(zhì)提供一定的技術(shù)支持和理論依據(jù)。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種具有調(diào)溫調(diào)濕光催化性能的石膏板材及其制備方法，以期得到生產(chǎn)成本低廉，可以光催化降解甲醛氣體和調(diào)節(jié)室內(nèi)溫濕度的石膏板材。
為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)的。
本發(fā)明一種具有調(diào)溫調(diào)濕光催化性能的石膏板材，該石膏板材按重量百分比配方如下：
所述熱-濕-光復(fù)合填料為棕櫚醇-棕櫚酸-月桂酸/sio2@tio2，其粒徑為300nm～500nm；所述建筑石膏為α半水石膏粉；所述凝結(jié)時間調(diào)節(jié)劑按重量百分比配方為三乙醇胺10％、元明粉20％、硫代硫酸鈉7.5％、尿素27.5％和水35.0％。
本發(fā)明同時提供了上述具有調(diào)溫調(diào)濕光催化性能石膏板材的制備方法，包括如下步驟：
(1)棕櫚醇-棕櫚酸-月桂酸/sio2溶膠的制備：將3g～6g的棕櫚醇-棕櫚酸-月桂酸、5ml～15ml的正硅酸四乙酯與75ml～125ml的無水乙醇進(jìn)行混合，調(diào)節(jié)ph值3～4，經(jīng)超聲分散20min～30min，獲得棕櫚醇-棕櫚酸-月桂酸/sio2溶膠。所述棕櫚醇-棕櫚酸-月桂酸中棕櫚醇、棕櫚酸和月桂酸按質(zhì)量分?jǐn)?shù)比30％:20％:50％。
(2)棕櫚醇-棕櫚酸-月桂酸/sio2@tio2的制備：將1g～2g的十六烷基氯化銨加入棕櫚醇-棕櫚酸-月桂酸/sio2溶膠，經(jīng)超聲分散5min～15min；再加入5ml～10ml的鈦酸丁酯與40ml～70ml的無水乙醇進(jìn)行混合，調(diào)節(jié)ph值2～3，經(jīng)超聲分散20min～30min，放置于60℃水浴中陳化2h，在80℃真空干燥箱烘干，獲得棕櫚醇-棕櫚酸-月桂酸/sio2@tio2。
(3)具有調(diào)溫調(diào)濕光催化性能石膏板材的制備：按照上述配方比例將建筑石膏粉、熱-濕-光復(fù)合填料攪拌均勻制成粉料；將凝結(jié)時間調(diào)節(jié)劑加入水中，攪拌制成溶液。將粉料與溶液混合均勻，凝結(jié)固化成型，形成具有調(diào)溫調(diào)濕光催化性能石膏板材。
本發(fā)明的科學(xué)原理：
(1)棕櫚醇-棕櫚酸-月桂酸/sio2溶膠制備機(jī)理：以正硅酸四乙酯、無水乙醇和去離子水作為前驅(qū)體、溶劑和分散劑，在超聲波的作用下均勻分散形成均相溶液。在酸的催化作用下，分散液中硅酸四乙酯既發(fā)生水解反應(yīng)式(a)，又發(fā)生縮合反應(yīng)式(b)，形成以si-oh基團(tuán)為主、交聯(lián)度比較低的溶膠態(tài)，能夠?qū)⒆貦按?棕櫚酸-月桂酸包裹在溶膠之中，形成棕櫚醇-棕櫚酸-月桂酸/sio2溶膠。
(2)棕櫚醇-棕櫚酸-月桂酸/sio2@tio2制備機(jī)理：鈦酸丁酯水解反應(yīng)迅速生成tio2，添加十六烷基氯化銨與超聲分散有利于tio2在棕櫚醇-棕櫚酸-月桂酸/sio2溶膠中均勻分散，并且附著在棕櫚醇-棕櫚酸-月桂酸/sio2的表面，同時酸性條件有助于tio2從無定形向銳鈦礦轉(zhuǎn)化，提高棕櫚醇-棕櫚酸-月桂酸/sio2@tio2的光催化性能。一方面棕櫚醇-棕櫚酸-月桂酸發(fā)生相變時需要吸收(或放出)大量熱量的性質(zhì)來儲存或放出熱能；另一方面利用sio2表面的大量微孔和羥基，對空氣中的水分進(jìn)行吸(放)濕；同時tio2發(fā)生光催化反應(yīng)降解甲醛氣體。
(3)光-濕協(xié)同機(jī)理：在tio2的作用下h2o產(chǎn)生的·oh－自由基能將甲醛氧化生成·cho自由基，生成的·cho進(jìn)一步反應(yīng)生成中間產(chǎn)物hcooh，而后hcooh與自由基活性氧(·o2－、·o2、·ho2)發(fā)生進(jìn)一步氧化反應(yīng)，使甲酸氧化成碳酸，從而分解成水和二氧化碳。該過程的反應(yīng)步驟可以概括為：
h2o→oh－+h+
h+vb+oh－→·oh
e－cb+o2→·o2－
hcho+·oh→·cho+h2o
·cho+·oh→hcooh
·cho+·o2－→hco3－+h+→hcoooh+hcho→2hcooh
其中e－cb為導(dǎo)帶電子，h+vb為價帶空穴。
在上述反應(yīng)步驟中h2o即是反應(yīng)物也是生成物，同時sio2與tio2因具有吸放濕性能，從而加速tio2的光催化性能。當(dāng)h2o作為反應(yīng)物，sio2與tio2表面局部的濕度降低，sio2與tio2的濕性能表現(xiàn)為放濕，推動h2o→oh－+h+向右反應(yīng)，有利于·oh－自由基的產(chǎn)生；當(dāng)h2o作為生成物，sio2與tio2表面局部的濕度升高，sio2與tio2的濕性能表現(xiàn)為吸濕，推動
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：
1、本發(fā)明實現(xiàn)了光催化性能與調(diào)溫調(diào)濕性能一體化，豐富了石膏板材的功能性，全面提高產(chǎn)品市場競爭力，帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益；
2、本發(fā)明符合國家綠色生態(tài)建筑材料的政策要求，有效地提高了室內(nèi)環(huán)境舒適度及改了善室內(nèi)空氣品質(zhì)，減少了供暖和制冷設(shè)備、加濕器和空氣凈化設(shè)備的使用，降低了建筑能耗，開拓了新型功能石膏板材的途徑。
附圖說明
圖1為hjc-1型環(huán)境測試艙模擬紫外光源下室內(nèi)環(huán)境示意圖。
圖中：1、溫濕度傳感器；2、采樣口；3、風(fēng)扇；4、紫外光源；a、甲醛氣體；b、具有調(diào)溫調(diào)濕光催化性能石膏板材。
具體實施方式
以下結(jié)合具體實施例詳述本發(fā)明，但本發(fā)明不局限于下述實施例。
一、本發(fā)明具有調(diào)溫調(diào)濕光催化性能的石膏板材的制備
實施例1
以制備本發(fā)明產(chǎn)品100g為例所用的組分及其質(zhì)量配比為：
(1)將3g的棕櫚醇-棕櫚酸-月桂酸、5ml的正硅酸四乙酯與75ml的無水乙醇進(jìn)行混合，調(diào)節(jié)ph值3，經(jīng)超聲分散20min，獲得棕櫚醇-棕櫚酸-月桂酸/sio2溶膠。所述棕櫚醇-棕櫚酸-月桂酸中棕櫚醇、棕櫚酸和月桂酸按質(zhì)量分?jǐn)?shù)比30％:20％:50％。
(2)將1g的十六烷基氯化銨加入棕櫚醇-棕櫚酸-月桂酸/sio2溶膠，經(jīng)超聲分散5min；再加入10ml的鈦酸丁酯與40ml的無水乙醇進(jìn)行混合，調(diào)節(jié)ph值2，經(jīng)超聲分散20min，放置于60℃水浴中陳化2h，在80℃真空干燥箱烘干，獲得棕櫚醇-棕櫚酸-月桂酸/sio2@tio2。
(3)將建筑石膏粉、熱-濕-光復(fù)合填料攪拌均勻制成粉料；將凝結(jié)時間調(diào)節(jié)劑加入水中，攪拌制成溶液。將粉料與溶液混合均勻，凝結(jié)固化成型，形成具有調(diào)溫調(diào)濕光催化性能石膏板材。
實施例2
以制備本發(fā)明產(chǎn)品100g為例所用的組分及其質(zhì)量配比為：
(1)將6g的棕櫚醇-棕櫚酸-月桂酸、10ml的正硅酸四乙酯與125ml的無水乙醇進(jìn)行混合，調(diào)節(jié)ph值4，經(jīng)超聲分散25min，獲得棕櫚醇-棕櫚酸-月桂酸/sio2溶膠。所述棕櫚醇-棕櫚酸-月桂酸中棕櫚醇、棕櫚酸和月桂酸按質(zhì)量分?jǐn)?shù)比30％:20％:50％。
(2)將2g的十六烷基氯化銨加入棕櫚醇-棕櫚酸-月桂酸/sio2溶膠，經(jīng)超聲分散10min；再加入5ml的鈦酸丁酯與60ml的無水乙醇進(jìn)行混合，調(diào)節(jié)ph值3，經(jīng)超聲分散25min，放置于60℃水浴中陳化2h，在80℃真空干燥箱烘干，獲得棕櫚醇-棕櫚酸-月桂酸/sio2@tio2。
(3)將建筑石膏粉、熱-濕-光復(fù)合填料攪拌均勻制成粉料；將凝結(jié)時間調(diào)節(jié)劑加入水中，攪拌制成溶液。將粉料與溶液混合均勻，凝結(jié)固化成型，形成具有調(diào)溫調(diào)濕光催化性能石膏板材。
實施例3
以制備本發(fā)明產(chǎn)品100g為例所用的組分及其質(zhì)量配比為：
(1)將4g的棕櫚醇-棕櫚酸-月桂酸、15ml的正硅酸四乙酯與100ml的無水乙醇進(jìn)行混合，調(diào)節(jié)ph值3，經(jīng)超聲分散30min，獲得棕櫚醇-棕櫚酸-月桂酸/sio2溶膠。所述棕櫚醇-棕櫚酸-月桂酸中棕櫚醇、棕櫚酸和月桂酸按質(zhì)量分?jǐn)?shù)比30％:20％:50％。
(2)將1.5g的十六烷基氯化銨加入棕櫚醇-棕櫚酸-月桂酸/sio2溶膠，經(jīng)超聲分散15min；再加入5ml的鈦酸丁酯與50ml的無水乙醇進(jìn)行混合，調(diào)節(jié)ph值2，經(jīng)超聲分散30min，放置于60℃水浴中陳化2h，在80℃真空干燥箱烘干，獲得棕櫚醇-棕櫚酸-月桂酸/sio2@tio2。
(3)將建筑石膏粉、熱-濕-光復(fù)合填料攪拌均勻制成粉料；將凝結(jié)時間調(diào)節(jié)劑加入水中，攪拌制成溶液。將粉料與溶液混合均勻，凝結(jié)固化成型，形成具有調(diào)溫調(diào)濕光催化性能石膏板材。
實施例4
以制備本發(fā)明產(chǎn)品100g為例所用的組分及其質(zhì)量配比為：
(1)將5g的棕櫚醇-棕櫚酸-月桂酸、5ml的正硅酸四乙酯與100ml的無水乙醇進(jìn)行混合，調(diào)節(jié)ph值4，經(jīng)超聲分散20min，獲得棕櫚醇-棕櫚酸-月桂酸/sio2溶膠。所述棕櫚醇-棕櫚酸-月桂酸中棕櫚醇、棕櫚酸和月桂酸按質(zhì)量分?jǐn)?shù)比30％:20％:50％。
(2)將1g的十六烷基氯化銨加入棕櫚醇-棕櫚酸-月桂酸/sio2溶膠，經(jīng)超聲分散15min；再加入10ml的鈦酸丁酯與70ml的無水乙醇進(jìn)行混合，調(diào)節(jié)ph值3，經(jīng)超聲分散20min，放置于60℃水浴中陳化2h，在80℃真空干燥箱烘干，獲得棕櫚醇-棕櫚酸-月桂酸/sio2@tio2。
(3)將建筑石膏粉、熱-濕-光復(fù)合填料攪拌均勻制成粉料；將凝結(jié)時間調(diào)節(jié)劑加入水中，攪拌制成溶液。將粉料與溶液混合均勻，凝結(jié)固化成型，形成具有調(diào)溫調(diào)濕光催化性能石膏板材。
對比例1
以制備本發(fā)明產(chǎn)品100g為例所用的組分及其質(zhì)量配比為：
熱-濕-光復(fù)合填料19％
建筑石膏粉46％
水35％
(1)將5g的棕櫚醇-棕櫚酸-月桂酸、5ml的正硅酸四乙酯與100ml的無水乙醇進(jìn)行混合，調(diào)節(jié)ph值4，經(jīng)超聲分散20min，獲得棕櫚醇-棕櫚酸-月桂酸/sio2溶膠。所述棕櫚醇-棕櫚酸-月桂酸中棕櫚醇、棕櫚酸和月桂酸按質(zhì)量分?jǐn)?shù)比30％:20％:50％。
(2)將1g的十六烷基氯化銨加入棕櫚醇-棕櫚酸-月桂酸/sio2溶膠，經(jīng)超聲分散15min；再加入10ml的鈦酸丁酯與70ml的無水乙醇進(jìn)行混合，調(diào)節(jié)ph值3，經(jīng)超聲分散20min，放置于60℃水浴中陳化2h，在80℃真空干燥箱烘干，獲得棕櫚醇-棕櫚酸-月桂酸/sio2@tio2。
(3)將建筑石膏粉、熱-濕-光復(fù)合填料攪拌均勻制成粉料；將粉料與水混合均勻，凝結(jié)固化成型，形成具有調(diào)溫調(diào)濕光催化性能石膏板材。
對比例2
以制備本發(fā)明產(chǎn)品100g為例所用的組分及其質(zhì)量配比為：
建筑石膏粉64.9％
水35％
凝結(jié)時間調(diào)節(jié)劑0.1％
將建筑石膏粉攪拌均勻制成粉料；將凝結(jié)時間調(diào)節(jié)劑加入水中，攪拌制成溶液。將粉料與溶液混合均勻，凝結(jié)固化成型，形成普通石膏板材。
二、本發(fā)明具有調(diào)溫調(diào)濕光催化性能的石膏板材的性能測試
將實施例1～4和對比例1的具有調(diào)溫調(diào)濕光催化性能的石膏板材，以及對比例2的普通石膏板材進(jìn)行調(diào)溫性能、調(diào)濕性能和空氣凈化性能檢測，其過程如下：
1、本發(fā)明石膏板材的調(diào)溫性能測試
采用美國ta2910型差示掃描量熱儀測試具有調(diào)溫調(diào)濕光催化性能的石膏板材的相變溫度和相變焓。實施例1～4以及對比例1、2產(chǎn)物的相變溫度和相變焓列入表1。
表1具有調(diào)溫調(diào)濕光催化性能的石膏板材的相變溫度和相變焓
2、本發(fā)明石膏板材的調(diào)濕性能測試
將具有調(diào)溫調(diào)濕光催化性能的石膏板材制成尺寸為50mm×50mm×5mm的試樣，放入經(jīng)干燥處理并稱量的稱量杯中(不蓋杯蓋)，放入真空干燥箱中干燥。在干燥器內(nèi)盛入合適的飽和鹽溶液(見表2)，使干燥器內(nèi)維持所需的濕度，然后將干燥至恒重的試樣稱重記錄，把稱量杯(不蓋杯蓋)分別放入不同相對濕度的干燥器內(nèi)。定期稱量直至試樣質(zhì)量前后變化滿足要求(質(zhì)量前后之差不大于0.01％)為止。同理，按照濕度遞減進(jìn)行了放濕過程的試驗，直到放濕過程結(jié)束。試樣的平衡含濕量為u，其計算見式：
式中：m0為干燥狀態(tài)下試樣的質(zhì)量，g；m為吸放濕后的試樣質(zhì)量，g。
表2不同相對濕度飽和溶液配制表(25℃)
實施例1～4以及對比例1、2產(chǎn)物的平衡含濕量列入表3。
表3具有調(diào)溫調(diào)濕光催化性能的石膏板材的平衡含濕量
3、本發(fā)明石膏板材的空氣凈化性能測試
利用歐盟普遍采用的hjc-1型環(huán)境測試艙模擬紫外光源下室內(nèi)環(huán)境(如圖1所示)。利用溫濕度傳感器1，溫度設(shè)置在23±0.5℃，濕度設(shè)置在45±3％。把2.5μl濃度為37％～40％的甲醛分析純?nèi)芤旱渭釉谂囵B(yǎng)皿上，放入環(huán)境測試艙，使其在環(huán)境測試艙中充分揮發(fā)，利用風(fēng)扇3使整個環(huán)境測試艙中的甲醛氣體a濃度為1mg/m3。將30cm×30cm×3cm的具有調(diào)溫調(diào)濕光催化性能的石膏板材b負(fù)載到0.1m2的玻璃上，利用紫外光源4進(jìn)行激發(fā)，使其產(chǎn)生光催化作用。采用乙酰丙酮分光光度法(gb/t15516－1995)，利用采樣口2，選擇每隔60min采樣10l艙內(nèi)的氣體，檢測環(huán)境測試艙中甲醛氣體的濃度變化,從而可以計算出具有調(diào)溫調(diào)濕光催化性能的石膏板材光催化降解甲醛氣體的效率。
實施例1～4以及對比例1、2產(chǎn)物的光催化降解甲醛氣體效率列入表4。
表4.具有調(diào)溫調(diào)濕光催化性能的石膏板材的光催化降解甲醛氣體效率(％)