本發(fā)明公開了一種具有協(xié)調功能的海泡石/硅藻土基環(huán)保室內壁材，屬于室內用建筑材料技術領域。

背景技術：

隨著人們生活水平的提高以及健康環(huán)保意識的增強，室內環(huán)境質量越來越受到重視。在室內墻面裝修過程中，人們選擇壁材產品除了關注裝飾美觀外，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)保室內壁材越來越成為大家的首選。目前，天然礦物基環(huán)保室內壁材的功能主要集中于調濕、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。

調濕功能主要基于天然多孔礦物的強吸附性能。由于硅藻土、沸石、海泡石、凹凸棒石等天然多孔礦物具有發(fā)達的孔道結構和大的比表面積，對水分子具有吸附、脫附作用，所以能夠自動調節(jié)室內環(huán)境濕度，即當室內環(huán)境濕度較高時可以吸濕，以降低室內環(huán)境濕度，當室內濕度較低時可以放濕，以提升室內環(huán)境濕度。作為多孔礦物調濕材料，硅藻土和沸石具有三維孔道結構，屬于大孔或中孔；海泡石和凹凸棒石是一維柱狀或纖維狀結構，屬于中孔或微孔。單一多孔礦物的調濕性能極其有限，但是通過將不同孔道結構或不同孔徑尺寸的多孔礦物按一定比例進行組合，得到的組合材料的調濕性能可以明顯提高。另外需要注意的是，由于調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)境容易導致各種細菌、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菌、霉菌的細胞膜，抑制細菌的活性，并分解細菌死亡后產生的內毒素，還可以捕捉殺除空氣中的浮游細菌，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，鋅離子穿透細胞膜進入細胞內部，使細胞內的蛋白質變性和生理活性被破壞，從而導致細胞死亡。而且，當菌體被殺滅后，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，生成的H₂O₂和活性氧也可以殺死細菌，生成的多種活性基團也可以降解多種室內空氣有機污染物。

目前，環(huán)保室內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、相應的填料粉體和助劑進行干粉攪拌混合。其中，常見的納米功能粉體包括納米TiO₂粉體和納米ZnO粉體。由于這些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)，極容易二次團聚成大顆粒，從而影響其相應功能的正常發(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，存在大量的團聚現(xiàn)象，這不僅降低了環(huán)保室內壁材的功能性，而且還是對價格昂貴的納米功能粉體的嚴重浪費。通常為了達到一定程度的效果，往往需要加入超量的納米功能粉體，導致產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合，受到外力的刮擦以及風力作用，納米功能粉體極容易脫落下來，而納米粉體顆粒極細難以沉降，長時間漂浮在空氣中，如果吸入人體內對健康會產生一定的危害。

技術實現(xiàn)要素：

針對上述現(xiàn)有技術中存在的不足，本發(fā)明提供了一種具有協(xié)調功能的海泡石/硅藻土基環(huán)保室內壁材，采用水解沉淀法制備納米TiO₂、納米ZnO并同時將其牢固、均勻的負載在多孔礦物硅藻土和海泡石上，得到了ZnO/ TiO₂/海泡石/硅藻土復合材料，然后將復合功能材料與相應的填料、助劑進行攪拌混合制備環(huán)保室內壁材，有效的解決了納米TiO₂、納米ZnO在環(huán)保室內壁材中分散性差的問題。同時，本發(fā)明在組分的選取上充分考慮了環(huán)保室內壁材調濕、抗菌和空氣凈化功能之間的相互協(xié)調和相互促進，海泡石和硅藻土的組合提升了調濕性能，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，海泡石、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)明采用的技術方案：一種具有協(xié)調功能的海泡石/硅藻土基環(huán)保室內壁材，主要包括復合功能材料、填料和助劑，所述復合功能材料為ZnO/TiO₂/海泡石/硅藻土復合材料，采用如下工藝步驟制備：（1）按質量配比硅藻土20-40%、海泡石 20-40%、TiOSO₄粉末15-20%、ZnSO₄粉末15-20%制備混合粉體，按液固比40-50:1向混合粉體內加水并攪拌均勻；（2）向溶液內緩慢滴入質量濃度10%的稀氨水調節(jié)溶液pH并快速攪拌，直到溶液的pH值為5-7；（3）將得到的沉淀物進行過濾并用水洗滌，然后進行烘干；（4）將烘干后產物在450-550℃下煅燒2-3h，即得到所述復合功能材料；

所述填料包括重質碳酸鈣、灰鈣粉、煅燒高嶺土和硅砂；所述助劑包括增稠劑、木質纖維、可分散膠粉、觸變潤滑劑和減水劑；

各組分的質量配比為：復合功能材料30-50%、重質碳酸鈣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%。

進一步優(yōu)化，所述復合功能材料的具體制備工藝步驟為：（1）按質量配比硅藻土30%、海泡石40%、TiOSO₄粉末15%、ZnSO₄粉末15%制備混合粉體，按液固比50:1向混合粉體內加水并攪拌均勻；（2）向溶液內緩慢滴入質量濃度10%的稀氨水調節(jié)溶液pH并快速攪拌，直到溶液的pH值為5-7；（3）將得到的沉淀物進行過濾并用水洗滌，然后進行烘干；（4）將烘干后產物在550℃下煅燒2 h，即得到所述復合功能材料。

進一步優(yōu)化的，環(huán)保室內壁材中各組分的質量配比具體為：復合功能材料50%、重質碳酸鈣15%、灰鈣粉10%、煅燒高嶺土10%、硅砂5%、增稠劑2%、木質纖維2%、可分散膠粉5%、觸變潤滑劑0.5%、減水劑0.5%。

更進一步優(yōu)化的，所述海泡石為細絲纖維結構，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。

更進一步優(yōu)化的，所述重質碳酸鈣的粒度為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。

更進一步優(yōu)化的，實際施工過程中，環(huán)保室內壁材的各組份按質量配比加入分散機內以200-500r/min攪拌1-2h后得到混均的干粉；按混勻的干粉與水的質量比為1:0.8-1.2加水攪拌20-30min，攪拌速度控制在1000-1500 r/min，得到的漿體即可進行施工。

本發(fā)明的優(yōu)點：（1）通過TiOSO₄ 和ZnSO₄的水解沉淀分別制備納米TiO₂和納米ZnO，并同時將納米TiO₂顆粒、納米ZnO顆粒均勻、牢固的負載在硅藻土和海泡石上得到復合功能材料，從而在復合功能材料與相應的填料、助劑攪拌混合制備環(huán)保室內壁材的過程中，提高了納米TiO₂、納米ZnO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粉體進行干粉攪拌混合所造成的團聚現(xiàn)象嚴重、功能發(fā)揮受到抑制、加入量過大和成本高等問題。在煅燒過程中納米TiO₂、納米ZnO與硅藻土、海泡石的表面形成牢固結合，所以納米TiO₂、納米ZnO不會脫落。

（2）在復合功能材料中可以形成納米ZnO/TiO₂復合體，這種納米ZnO/TiO₂復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空氣有機污染物的效率和抗菌效率。具有強吸附性能的硅藻土和海泡石可以吸附室內低濃度的空氣有機污染物到納米TiO₂顆粒、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)，同樣也提高了光催化降解室內空氣有機污染物的效率。

（3）硅藻土具有獨特的三維孔道結構，屬于大孔和中孔；海泡石為一維的細絲纖維結構且表面具有獨特的內部孔道結構，屬于中孔和微孔。通過硅藻土與海泡石之間的組合，實現(xiàn)了不同孔道結構和不同尺寸孔之間的組合，得到的復合功能材料具有更強的調濕性能。另外，填料中的煅燒高嶺土為層狀結構且具有吸附性，所以也可以表現(xiàn)一定的調濕性能。

（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)保室內壁材表面上的細菌、霉菌，并可以捕殺空氣中浮游的細菌，有效防止了細菌、霉菌在環(huán)保室內壁材表面的滋生和繁殖。

（5）填料可以提高環(huán)保室內壁材的強度、耐擦洗性、耐久性、內部附著力、可塑性等性能，而且也可以降低產品的成本。助劑可以提升環(huán)保室內壁材的施工性能，增稠劑具有保水性，防止環(huán)保室內壁材干燥太快導致的龜裂現(xiàn)象；木質纖維具有導水保水的作用，還可以提升環(huán)保室內壁材的抗裂強度，防止涂層開裂；減水劑可以在加水攪拌過程中減少水的用量，改善流動性；可分散膠粉可以增加不同組分間的粘結力。

具體實施方式

以下結合具體實施例對本發(fā)明的技術方案和技術效果進行詳細的說明，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：海泡石為細絲纖維結構，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%；所述硅砂的粒度為80-200目，SiO₂含量超過95%；增稠劑為羥丙基甲基纖維素；木質纖維的直徑為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，制備硅藻土含量高于海泡石含量的復合功能材料供實施例1-3使用，具體制備工藝步驟為：（1）按質量配比硅藻土40%、海泡石30%、TiOSO₄粉末15%、ZnSO₄粉末15%制備混合粉體，按液固比40:1向混合粉體內加水并攪拌均勻；（2）向溶液內緩慢滴入質量濃度10%的稀氨水調節(jié)溶液pH并快速攪拌，直到溶液的pH值為5-7；（3）將得到的沉淀物進行過濾并用水洗滌，然后進行烘干；最后將烘干后產物在450℃下煅燒3 h，即得到供實施例1-3使用的復合功能材料。

實施例1：以總重量1kg為準，按以下確定的質量配比稱取各組分：復合功能材料30%、重質碳酸鈣25%、灰鈣粉15%、煅燒高嶺土15%、硅砂5%、增稠劑2%、木質纖維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量比為1:0.8加水攪拌30 min，攪拌速度控制在1000 r/min，得到的漿體即可進行施工。

實施例2：以總重量1kg為準，按以下確定的質量配比稱取各組分：復合功能材料40%、重質碳酸鈣20%、灰鈣粉15%、煅燒高嶺土10%、硅砂5%、增稠劑2%、木質纖維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量比為1:1加水攪拌25 min，攪拌速度控制在1200 r/min，得到的漿體即可進行施工。

實施例3：以總重量1kg為準，按以下確定的質量配比稱取各組分：復合功能材料50%、重質碳酸鈣15%、灰鈣粉10%、煅燒高嶺土10%、硅砂5%、增稠劑2%、木質纖維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量比為1:1.2加水攪拌20 min，攪拌速度控制在1500 r/min，得到的漿體即可進行施工。

然后，制備海泡石含量高于硅藻土含量的復合功能材料供實施例4-6使用，具體制備工藝步驟為：（1）按質量配比硅藻土30%、海泡石40%、TiOSO₄粉末15%、ZnSO₄粉末15%制備混合粉體，按液固比50:1向混合粉體內加水并攪拌均勻；（2）向溶液內緩慢滴入質量濃度10%的稀氨水調節(jié)溶液pH并快速攪拌，直到溶液的pH值為5-7；（3）將得到的沉淀物進行過濾并用水洗滌，然后進行烘干；最后將烘干后產物在550℃下煅燒2 h，即得到供實施例4-6使用的復合功能材料。

實施例4：以總重量1kg為準，按以下確定的質量配比稱取各組分：復合功能材料30%、重質碳酸鈣25%、灰鈣粉15%、煅燒高嶺土15%、硅砂5%、增稠劑2%、木質纖維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量比為1:0.8加水攪拌30 min，攪拌速度控制在1000 r/min，得到的漿體即可進行施工。

實施例5：以總重量1kg為準，按以下確定的質量配比稱取各組分：復合功能材料40%、重質碳酸鈣20%、灰鈣粉15%、煅燒高嶺土10%、硅砂5%、增稠劑2%、木質纖維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量比為1:1加水攪拌25 min，攪拌速度控制在1200 r/min，得到的漿體即可進行施工。

實施例6：以總重量1kg為準，按以下確定的質量配比稱取各組分：復合功能材料50%、重質碳酸鈣15%、灰鈣粉10%、煅燒高嶺土10%、硅砂5%、增稠劑2%、木質纖維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量比為1:1.2加水攪拌20 min，攪拌速度控制在1500 r/min，得到的漿體即可進行施工。

對實施例1-6中制備的環(huán)保室內壁材分別進行以下檢測：

（1）依據標準JC/T1074-2008《室內空氣凈化功能墻面涂覆材料凈化性能》，進行甲醛凈化效率檢測和甲醛凈化效果持久性檢測；

（2）依據標準JC/T2002-2009《建筑材料吸放濕性能測試方法》，進行吸濕性、放濕性檢測；

（3）依據標準GB18582-2008《室內裝飾裝修材料內墻涂料中有害物質限量》，進行揮發(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）依據標準GB/T21866-2008《抗菌涂料（漆膜）抗菌性測定法和抗菌效果》，進行抗菌性能測試。

檢測結果顯示實施例1-6中制備的環(huán)保室內壁材的各項指標均達到甚至優(yōu)于國家標準要求，在甲醛凈化效率和甲醛凈化效果持久性上均達到了國家II類產品標準，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)質環(huán)保的室內壁材產品。

上述實施例并非是對本發(fā)明的限制，本領域相關的普通技術人員，在不脫離本發(fā)明的基本發(fā)明構思和范圍的情況內，還可以想的多種變型或替代，所有等同的技術方案也應該包含在本發(fā)明的保護范圍內。