韋華，童軍，朱躍鵬，溫發(fā)華（湖北格林森新型建材科技有限公司，湖北 武漢　430200）

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藻鈣生態(tài)板的制備及其凈化甲醛性能研究

韋華，童軍，朱躍鵬，溫發(fā)華
（湖北格林森新型建材科技有限公司，湖北 武漢430200）

以藻類及含鈣無機(jī)類基體在液相介質(zhì)以晶體轉(zhuǎn)晶、玻璃纖維增強(qiáng)，制成一種能凈化空氣的藻鈣生態(tài)板。以甲醛為去除對(duì)象，從原材料微觀結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)確定藻鈣復(fù)合材料優(yōu)化方案及表面處理，考察藻鈣生態(tài)板物理性能及凈化甲醛性能。研究結(jié)果表明：通過轉(zhuǎn)晶、復(fù)合增強(qiáng)可制備出斷裂荷載大于300 N，甲醛凈化率達(dá)95%的藻鈣生態(tài)板。

藻鈣生態(tài)板；微觀結(jié)構(gòu)；凈化甲醛

藻鈣生態(tài)板是以柔性圓盤篩狀的藻類晶體與剛性短柱狀無機(jī)鈣鹽晶體通過轉(zhuǎn)晶技術(shù)、復(fù)合技術(shù)、增強(qiáng)技術(shù)形成的一種生態(tài)型無機(jī)裝飾板。具有三大特點(diǎn)：其一，晶體結(jié)構(gòu)大量含有蘑菇圓盤篩狀微孔；其二，具有甲醛凈化分解性；其三，工藝上具有良好塑性，可任意成型各種肌理紋、浮雕、鏤空鏤花等生態(tài)性無機(jī)裝飾板，而廣泛用于各種建筑空間吊頂、背景墻集成系統(tǒng)等，具有優(yōu)異的物理性、裝飾性及生態(tài)性。

1　試驗(yàn)

1.1試驗(yàn)機(jī)理

（1）轉(zhuǎn)晶機(jī)理：以多元酸鹽的陰離子［RCOO-］n和陽離子Na+、K+、Ca2+或Al3+組成的水相介質(zhì)下，負(fù)吸附性極強(qiáng)的［RCOO-］n基團(tuán)能同時(shí)與Na+、K+、Ca2+或Al3+吸附配位，形成一層大分子吸附金屬離子構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)狀“緩沖薄膜”，進(jìn)而阻礙結(jié)晶基元在該晶面上的結(jié)合，使各方向的生長(zhǎng)速率接近平衡，使水化產(chǎn)物由纖維狀轉(zhuǎn)晶為六方短柱狀［1］。

（2）甲醛凈化機(jī)理：藻鈣組分中含TiO2，光催化降解形成·OH、·O2-而具有很強(qiáng)的氧化分解能力，再由比表面積極大的微孔吸附有害物質(zhì)及氣體，借助·OH、·O2-的氧化分解能力破壞有機(jī)物中的C—C、C—H、C—N、C—O、O—H、N—H，而最終被氧化為CO2和H2O［2］。

1.2試驗(yàn)原料

藻鈣粉：自制，TiO2含量＞0.26%，其基本性能見表1。

表1　藻鈣粉的基本性能

液態(tài)介質(zhì)：由市售以無機(jī)內(nèi)摻型硅醇鉀為防水劑，檸檬酸鈉、硫酸鋁鉀為轉(zhuǎn)晶劑，以控制凝結(jié)速度調(diào)節(jié)晶體大小及形貌，與水復(fù)配制成。

玻璃纖維：ARC1500無捻短切砂，短切長(zhǎng)度20 mm。

1.3儀器設(shè)備

XMQ-67型錐形球磨機(jī)；DKZ-5000型電動(dòng)抗折試驗(yàn)機(jī)；YES-300抗壓試驗(yàn)機(jī)；TYE-6B板材抗折試驗(yàn)機(jī)；101-3A電熱恒溫鼓風(fēng)干燥機(jī)；SX-4-10箱式電阻爐；20～200目標(biāo)準(zhǔn)篩；DJ-90W強(qiáng)力電動(dòng)攪拌機(jī)；600 mm×600 mm×11 mm軟塑模；ISO型稠度凝結(jié)時(shí)間測(cè)定儀；BYS-3型擾度養(yǎng)護(hù)室控制儀；Axios advanced X射線熒光光譜儀；D8Advance型X射線衍射儀；JMS-5610LV掃描電子顯微鏡。

1.4測(cè)試方法

將藻鈣粉與液態(tài)介質(zhì)按1∶0.68質(zhì)量比在水相條件下攪拌，并復(fù)摻增強(qiáng)玻璃纖維，采用澆注成型得到600 mm×600 mm×11 mm標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品樣，自然干燥后做噴涂、烤漆或噴繪表面處理方式得藻鈣生態(tài)板。

含水率、吸水率、斷裂荷載、受潮擾度、單位面積質(zhì)量按JC/T 799—2007《裝飾石膏板》進(jìn)行測(cè)試，甲醛凈化性能按JC/T 1074—2008《室內(nèi)空氣凈化功能涂覆材料凈化性能》進(jìn)行測(cè)試。

2　試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1藻類基體微觀結(jié)構(gòu)與甲醛凈化性能

將3種不同預(yù)處理（煅燒、漂白、陳化）藻類基體制樣，并進(jìn)行SEM測(cè)試，自然干燥后測(cè)試甲醛凈化率，結(jié)果見圖1和表2。

圖1　不同預(yù)處理藻類基體的SEM照片

表2　不同預(yù)處理藻類基體的甲醛凈化性能

由圖1和表2可看出，煅燒樣在800～950℃下圓盤表面有機(jī)質(zhì)燃盡，殼體表面逐漸熔化，部分微孔被堵塞，孔徑減小；通過堿液漂白樣，圓盤邊緣呈不規(guī)則拉伸或者溶蝕，較大微孔被溶蝕覆蓋。其甲醛凈化性因微孔形貌及孔徑直接關(guān)聯(lián)，形貌越完整、微孔越多、孔徑分布越均勻，其甲醛凈化率越好。其原因?yàn)槌Ｒ?guī)的甲醛、苯、甲苯、二甲苯等有害氣體直徑為0.3～0.6nm，對(duì)于陳化樣，形貌完整、微孔孔徑為0.05～0.5μm、表面微孔自中心部位向圓盤邊緣作輻射狀均勻分布，具有30倍吸附通道數(shù)量級(jí)，最大脫附通道數(shù)量級(jí)為1.2倍，吸附-脫附通道數(shù)量比為25。

2.2正交試驗(yàn)

在探索試驗(yàn)基礎(chǔ)上，采用4因素3水平，即L9（34）方案進(jìn)行正交分析。正交試驗(yàn)因素水平見表3（各原材料摻量均按占粉體的質(zhì)量計(jì)），正交試驗(yàn)結(jié)果和極差分析見表4。

表3　正交試驗(yàn)因素水平

表4　正交試驗(yàn)結(jié)果和極差分析

從表4可以得出：玻璃纖維、檸檬酸鈉和硫酸鋁鉀為主要因素，斷裂荷載強(qiáng)度的最優(yōu)方案為A2B2C3D3，甲醛凈化率的最優(yōu)方案為A1B3C3D3。總體上，各因素、優(yōu)化方案相差不大，從應(yīng)用和防水的角度綜合考慮，以A2B2C3D3為最佳方案，并進(jìn)行重復(fù)試驗(yàn)，結(jié)果見表5。

表5　優(yōu)化方案驗(yàn)證結(jié)果

2.3硅醇鉀對(duì)藻鈣生態(tài)板性能的影響

硅醇鉀的作用是在藻鈣生態(tài)板晶體結(jié)構(gòu)中形成憎水的毛細(xì)網(wǎng)防止水分子遷移，它是通過與空氣中的二氧化碳發(fā)生聚合反應(yīng)形成［3］。表4結(jié)果表明，相對(duì)于吸水率及受潮擾度指標(biāo)，其對(duì)斷裂荷載與甲醛凈化率的影響較小。硅醇鉀摻量過大，液相介質(zhì)的pH值增大，不利于水化反應(yīng)以及對(duì)藻類微孔具有侵蝕性，故而斷裂荷載與甲醛凈化率有略微損失。

2.4轉(zhuǎn)晶劑對(duì)藻鈣生態(tài)板性能的影響

轉(zhuǎn)晶劑中檸檬酸鈉起緩凝、硫酸鋁鉀起促凝作用，兩者復(fù)配協(xié)同使含鈣無機(jī)類基體晶體形貌由纖維針狀轉(zhuǎn)為短柱狀及扁平化板狀形貌，晶體長(zhǎng)徑比逐漸減小［4-5］。從表4可知，隨檸檬酸鈉、硫酸鋁鉀摻量提高，其甲醛凈化率增大。

圖2為A1B1C1D1組放大3000倍的SEM照片，圖3為A2B2C3D3組放大3000倍的SEM照片。

圖2A1B1C1D1組放大3000倍的SEM照片

圖3A2B2C3D3組放大3000倍的SEM照片

從圖2、圖3的對(duì)比可以看出，A1B1C1D1組晶體長(zhǎng)徑比為7.5，A2B2C3D3組晶體長(zhǎng)徑比更?。?.2），纖維狀晶體更趨向于短柱狀或板狀，相應(yīng)的晶體單元之間的孔隙增大，吸附-脫附通道數(shù)量比相應(yīng)增大，宏觀上表現(xiàn)出甲醛凈化率增加。

2.5玻璃纖維對(duì)藻鈣生態(tài)板性能的影響

玻璃纖維借助強(qiáng)制攪拌產(chǎn)生擴(kuò)散作用，與膠凝基體主要依靠固化收縮的握裹力、物理吸附、電荷引力及擴(kuò)散的作用而產(chǎn)生粘接力，起到物理結(jié)構(gòu)增強(qiáng)的作用［6］。玻璃纖維在0.8%～1.5%摻量范圍內(nèi)，隨摻量提高，斷裂荷載不斷增加，同時(shí)由于在物理結(jié)構(gòu)層面增加了孔隙率，宏觀上表現(xiàn)出甲醛凈化率增大。

2.6不同表面處理方式對(duì)藻鈣生態(tài)板甲醛凈化性能的影響

表面處理的目的是提高藻鈣生態(tài)板表面的裝飾性。采用4種表面處理方式來考察：（1）生物水性涂料；（2）乳液涂料；（3）乳液涂料+1.5%TiO2；（4）溶劑型涂料。不同表面處理方式對(duì)藻鈣生態(tài)板甲醛凈化性能的影響如圖4所示。

圖4　不同表面處理方式對(duì)藻鈣生態(tài)板甲醛凈化性能的影響

從圖4可見，溶劑型涂料對(duì)藻鈣生態(tài)板的甲醛凈化性有影響，其有機(jī)溶劑形成的成膜物對(duì)藻鈣生態(tài)板表面的微孔有一定的封閉功能性，其甲醛凈化率較未處理的藻鈣生態(tài)板降低5.8個(gè)百分點(diǎn)。而生物水性涂料及摻1.5%的乳液涂料，分別因涂料填充料具有多孔性以及光催化強(qiáng)化作用，使其甲醛凈化性能略有提高，增長(zhǎng)空間為0.85個(gè)百分點(diǎn)?？傮w，不同的表面處理方式對(duì)甲醛凈化性能影響較小。

3　藻鈣生態(tài)板性能與甲醛凈化模型

3.1藻鈣生態(tài)板的生態(tài)環(huán)境性

藻鈣生態(tài)板更具有其優(yōu)異的甲醛凈化性能及其負(fù)離子釋放、自調(diào)濕、抗菌防霉、耐酸堿、不燃、吸聲降噪等環(huán)境友好性能（見表6）。

表6　藻鈣生態(tài)板的生態(tài)環(huán)境性能

3.2藻鈣生態(tài)板甲醛凈化模型

通過對(duì)初始濃度、藻鈣生態(tài)板應(yīng)用數(shù)量、凈化速率、凈化時(shí)間為函變量的測(cè)試跟蹤，擬得藻鈣生態(tài)板的甲醛凈化數(shù)學(xué)模型：

式中：Ci——初始濃度，%；

L藻鈣——藻鈣生態(tài)板裝填系數(shù)；

t——時(shí)間，min。

4　結(jié)語

（1）藻鈣生態(tài)板因具有呈圓盤微孔徑為0.05～0.5 μm的篩狀晶體而具有甲醛凈化性能。

（2）影響藻鈣生態(tài)板物理力學(xué)性能及甲醛凈化性能的主要因素為藻類基體的預(yù)處理方式，液態(tài)介質(zhì)與玻璃纖維的配比。在對(duì)藻類基體進(jìn)行陳化及A2B2C3D3方案下，可以制備出斷裂荷載大于300 N、甲醛凈化率達(dá)95%的藻鈣生態(tài)板。

（3）不同表面處理方式對(duì)藻鈣生態(tài)板甲醛凈化性能影響較小。

［1］韋華.高強(qiáng)晶體裝飾石膏板及制備方法：中國(guó)，CN102408218B［P］. 2012-04-01.

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Research on the preparation of calcium alginate ecological plate and its performance of purifying for maldehyde

WEI Hua，TONG Jun，ZHU Yuepeng，WEN Fahua
（Hubei Greens New Building Materials Science Technology Co.Ltd.，Wuhan 430200，China）

The present study prepared a calcium alginate ecological plate that is able to purify air through crystal-to-crystal transformation and glass-fiber reinforcement by using algae and calcium-containing inorganic matrix in liquid-phase medium.The effects of physical properties and formaldehyde purification performance of the calcium alginate ecological plate were investigated with formaldehyde regarded as removal target，as well as calcium alginate composite material optimization strategy and surface treatment confirmed by the microstructure of raw materials and orthogonal test design.Research results demonstrated that a calcium alginate ecological plate，with a flexural strength more than 300 N and a formaldehyde purification rate reaching 95%，was prepared through crystal-to-crystal transformation and composite reinforcement.

calcium alginate，microstructure，purify formaldehyde

TU52

A

1001-702X（2016）06-0064-03

2015-11-27；

2016-01-09

韋華，男，1983年生，云南麗江人，碩士，主要研究方向：生態(tài)環(huán)境材料。地址：武漢市江夏區(qū)文化大道聯(lián)投大廈6樓，E-mail：wosil119@163.com。