专利名称：一种具有负离子仿生功能的复合材料及其生产方法
技术领域：
本发明涉及一种负离子仿生材料，特别涉及建材材料领域以改善室内空气质量，通过藻类、无机环境矿物类组分中的变价原子和催化组分的持续作用稳定释放负离子的特性和钙质晶体技术复合的一种具有负离子仿生功能的复合材料，其胶凝粉体、粉状、颗粒状、板材及工艺品等系列化负离子仿生材料广泛应用于建筑材料、轻工等领域以改善空气质量。
背景技术：
人类生活在大气的海洋里，每人每天至少需要1000升空气用于维持生命，空气的物理和化学性质与人体健康有着密切关系，其中空气负离子被称为空气中的“维生素”，可降低血液中的5-羟色胺含量，增强神经抑制过程，有镇静、催眠、降低血压的作用，可提高基础代谢，促进蛋白代谢，加强免疫系统；空气负离子通过其所带电荷作用，可以有效抑制和杀菌，并且促进上皮生长，加速伤口愈合和促进机体修复，通过吸附、聚集、沉降，使得空气中的污染物得到有效的去除，可以有效净化、改善空气质量。负离子对人的健康和生态环境有重大作用，为改善空气质量增加负离子浓度，目前常用的方法局限于三种第一，采用负离子仪器设备，其中，空气负离子发生器原理是利用电晕放电或者紫外线照射引发，虽然产生的负离子浓度很高，但都伴随有副反应，由于采用高电压，会产生大量的异味、提高臭氧和氮氧化物的浓度；常见的水激式负离子发生器需定期加水，造价和费用高，操作实用性低。总体，采用负离子仪器设备都利用电能作动力，造成能源大量浪费，而且仪器寿命短；第二，提高自然城市及居住环境的绿化率，但难以满足对室内居住空间的改善，无法实现将负离子带回家的健康理念；第三，负离子光触媒涂层，尤其是纳米负离子生态环保涂料或健康漆，主要是作用于基材涂层表面，存在于基体材料的不统一性，同时涂料、油漆涂层内含有甲醛成分，相应产生负离子的同时引入空气污染源。
发明内容
空气负离子浓度与人体健康息息相关，针对现有负离子发生技术存在的不足，本发明的目的是秉承将负离子发生不受自然环境、设备仪器、二次污染的的健康理念，开发一种负离子自发的仿生材料。本发明提供一种具有负离子仿生功能的复合材料和生产方法，它由含钙无机类基体、藻类、无机环境矿物类、化学改性剂，经原料预处理，使呈柔性圆盘筛状的藻类晶体与刚性短柱状硫酸钙晶体活性深度激发，再与增强纤维或填充料、复配溶液混合搅拌，使其在液相介质下水化硬化，并再度聚合呈整体握裹连续的“硅藻一钙质微晶单元”与局部分散的“硅藻一钙质微孔”的无机网络结构材料。其负离子发生机理为通过藻类、无机环境矿物类组分中的变价原子发生氧化还原反应产生微电场，并在内部组分的催化作用下持续稳定进行，当空气中的水分子进入材料内部结构微孔时，水分子被电离成带正电的氢离子和带负电的氢氧根离子，带正电的氢离子相互结合成氢气，释放到空气中。带负电的氢氧根离子与水结合生成负离子水，以气态形式释放到空气中。本发明技术方案之一为一种具有负离子仿生功能的胶凝粉体，由含钙无机类基体、藻类、无机环境矿物、化学改性剂，按38飞5:6 16:(Γ6:1 2的重量份比例混合搅拌而制成的一种具有负离子仿生功能的胶凝粉体。所述的含钙无机类基体为半水硫酸钙、磷酸钙、或铝酸钙中的一种或多种；优选半水硫酸钙；优选的形式为天然形成的粉料、或化学合成的粉料、或工业副产脱硫形成的粉料、或工业副产脱磷形成再经高温煅烧后的粉料中的一种或多种。所述的藻类为硅藻土或海藻土中的一种或两种；优选粉状市售硅藻土，其粒度达到400 800目。所述的无机环境矿物为海鸥石、电气石、六环石或蛋白石中的一种或几种；优选海鸥石；通过选矿后破碎粉磨为120 200目粉体。所述的化学改性剂是由氧化钙、氧化硅和聚乙烯醇以54飞0 32^36 8^12的重量份比例复配形成的粉状改性剂；其中的氧化钙、氧化硅组分可以由硅酸盐水泥提供。本发明所述的具有负离子仿生功能的胶凝粉体的制备方法是将含钙无机类基体、藻类、无机环境矿物、化学改性剂按所述比例预混合后在陈化仓中陈化3 15天即得。本发明方案之一的具有负离子仿生功能的胶凝粉体可以直接作为建筑领域的涂层粉料或者作为涂刷掺合料，也可以再与其他组分一起制备成具有负离子仿生功能的复合材料。本发明技术方案之二为一种具有负离子仿生功能的复合材料，按重量份计，它是由45 73份所述的具有负离子仿生功能的胶凝粉体与O. 15^1. 2份增强纤维或15 20份填充料中的一种或者两种在2(Γ40份复配溶液中制备得到的；所述的复配溶液按重量份计由100份清水、I. 5^2. O份转晶剂、O. 4^0. 5份防水剂、O. 4^0. 5份消泡剂复配得到。所述的增强纤维为植物纤维、玻璃纤维或矿物纤维中的一种或多种；粉状系列产品时，优选长度在3 5mm的植物纤维；颗粒状系列产品时，优选纤维长度为8 12mm的矿物纤维；板材及日常工艺品系列产品时，优选纤维长度在15 18mm的玻璃纤维。所述的填充料为各种轻质、多孔的无机颗粒。所述的转晶剂为柠檬酸钠、硫酸铝或硫酸铝钾中的一种或多种；所述的防水剂是甲基硅醇钠或硅氧烷中的一种或两种；所述的消泡剂是磷酸三丁酯、正丁醇或异戊醇的一种或多种。本发明优选的具有负离子仿生功能的复合材料的原料配方包括以下几种含钙无机类基体、藻类、无机环境矿物、化学改性剂、增强纤维和复配溶液的重量份比例为38 55 :6 16 :0 6 Γ2 :0. 15 I. 2 :20 40 ；含钙无机类基体、藻类、无机环境矿物、化学改性剂、填充料、复配溶液的重量份比例为38 55 :6 16 :0 6 Γ2 :15 20 :20 40 ；或者含钙无机类基体、藻类、无机环境矿物、化学改性剂、增强纤维、填充料、复配溶液的重量份比例为38 55 :6 16 :0 6 Γ2 :0. 15 I. 2 :15 20 :20 40。本发明技术方案之三为所述的具有负离子仿生功能的复合材料的生产方法，生产、方法按如下步骤完成(I)原材料预处理将含钙无机类基体、藻类、无机环境矿物、化学改性剂按所述比例预混合后在陈化仓中陈化3 15天，制备成一种具有负离子仿生功能的胶凝粉体；(2)混(2)混合料搅拌按所述比例将步骤I)制备的胶凝粉体与增强纤维或者填充料中的一种或两种缓慢加入复配溶液，待其液相介质充分浸润粉料后强制搅拌，搅拌转速为28(Γ400转/分，搅拌时间为15 32秒；使混合料浆形成膏状或浆状物料；(3)将步骤(2)得到的物料经常规的水化成型、干燥养护及表面处理制备得到工业上可接受的各种性状的复合材料。步骤(3)所述的成型，优选下列五种方式中的任意一种第一种将搅拌均匀的混合料浆通过造粒机制成不同等级大小的球状颗粒；第二种将搅拌均匀的混合料通过定型颗粒挤出机挤出成型获得不同形状的颗粒状；第三种将搅拌均匀的混合料浆通过挤压浇注方式注入成型模具，待料浆终凝后脱模形成板材状或者各种工艺品异型状；第四种将搅拌均匀的混合料浆通过压制成型方式，待料浆终凝后脱模形成板材状或者各种工艺品异型状；或者第五种将搅拌均匀的混合料浆通过发泡机二次搅拌后以浇注成型方式形成泡沫砌块或者多孔介质或者填充料；步骤(3)所述的干燥可以采用自然干燥3飞天，或者干燥窑50 65°C干燥1(Γ 2小时的烘干方式中的一种或两种；直至物料含水量小于3. 5%。步骤(3)所述的表面处理优选根据成型方式的不同，相应的采用以下不同的表面处理方法成型为球状的半成品经过打磨后再经球磨机研磨至所需粒度后形成所述的具有负离子仿生功能复合材料中的粉粒状系列产品；成型为颗粒状的半成品经过干燥后经滚筒式打磨设备将表面打磨平整形成所述具有负离子仿生功能复合材料中的定型颗粒状系列产品；成型为板材类及装饰艺术品类的半成品，按产品应用设计要求，采用涂料、烤漆、UV镀膜、丝印、烫金或其他材质贴面中的一种或多种表面处理方式，待其表面固化后形成所述具有负离子仿生功能的复合材料中的板材系列及日常工艺品的系列产品；成型为泡沫砌块或者多孔介质或填充料的半成品，可以广泛应用于非承重墙体建筑结构以及在工业中作为吸附及过滤介质或负离子净化媒介。本发明方法制备得到的粉粒状、颗粒状的负离子仿生功能的复合材料还可以作为本发明所述的复合材料中的填充料使用。本发明的上述制备方法中，可以根据需要采用的成型方式对复配溶液的用量在所述范围内进行调整，例如，当需采用浇注成型方式时，使用的复配溶液优选38 40重量份，当需采用压制成型方式时，所使用的复配溶液优选2(Γ22重量份。
本发明具有负离子仿生功能的复合材料与现有负离子仿生产品及技术相比所具有如下优点第一，与采用负离子仪器设备的负离子发生相比，具有自发性，负离子发生是通过藻类、无机环境矿物类组分中的变价原子发生氧化还原反应产生微电场，并在内部组分的催化作用下持续稳定进行，当空气中的水分子进入材料内部结构微孔时，水分子被电离成带正电的氢离子和带负电的氢氧根离子，带正电的氢离子相互结合成氢气，释放到空气中。带负电的氢氧根离子与水结合生成负离子水，以气态形式释放到空气中。本发明的复合材料，以实施例2为例，动态法检测负离子发生量达840个/cm3，与传统负离子发生相比，无需电晕条件，无大量的臭氧产生，无需结构复杂的设备，无特殊的仿辐射措施，主要原材料天然环保，具有仿生态特性，经济实用。第二，与提高自然城市及居住环境的绿化率提高负离子浓度相比，具有对生活、工作的相关贴近性，能够将负离子发生带回生活、工作的室内环境。第三，与负子光触媒涂层相比，具有与基体统一性，一方面，复合材料的基体相即 为具有负离子仿生功能的胶凝粉体，复合材料的增强相优选具有负离子仿生功能的粉状、颗粒状系列化产品，因此，基体相与增强相皆具有组分、结构及特性的统一性。第四，一种负离子仿生功能的复合材料，包括负离子仿生功能的胶凝粉体，以及以此粉体与增强纤维或填充料复合制备得各种粉状、颗粒状、板材状及泡沫多孔砌块等系列化的一种具有负离子仿生功能的复合材料，产品使用范围广、具有较强的衍生空间。
图I是本发明制备方法的工艺流程图。
具体实施例方式本发明可以通过发明内容中说明的技术方案具体实施，通过下面的实施例对本发明进行进一步的描述，然而，本发明的范围并不限于下述实施例。实施例I :一种具有负离子仿生功能的胶凝粉体I、配方组成(物质计量单位均为重量份):( I)天然β -半水硫酸钙41份；(2)硅藻土 粒度400 800目经粉磨的硅藻土粉体12份；(3)无机环境矿物类海鸥石微粉4份(4 )改性剂由54%氧化钙、36%氧化硅、10%聚乙烯醇混合均匀复配粉体2份；2、生产制备工艺(I)原材料预处理β -半水硫酸钙、硅藻土、海鸥石微粉、改性剂按41份、12份、4份、2份分别精确计量；(2)预混合后在陈化仓中陈化3 15天制备即得。实施例2 : —种具有负离子仿生功能的装饰板材I、配方组成(物质计量单位均为重量份)(I)磷酸钙 47. 8 份；(2)硅藻土 粒度400 800目经粉磨的硅藻土粉体10份；(3)无机环境矿物类海鸥石微粉2份 (4)改性剂由60%氧化钙、32%氧化硅、8%聚乙烯醇混合均匀复配粉体2份；(5)增强纤维短切丝长度在18 20mm玻璃纤维O. 2份；
(6)复配溶液清水、转晶剂、防水剂、消泡剂按其质量比为100 1.8 0.4 O. 5复配搅拌形成均匀的复配溶液38份；所述的转晶剂为柠檬酸钠；所述的防水剂是甲基硅醇钠；所述的消泡剂是磷酸三丁酯。2、生产制备工艺(I)原材料预处理磷酸钙、硅藻土、海鸥石微粉、改性剂按47. 8份、10份、2份、2份分别精确计量共计61. 8份，预混合后在备得负离子仿生功能的胶凝粉体；(2)混合料搅拌38份复配溶液单独准确计量后，再将其计量准确的混合粉体和
O.2份玻璃纤维缓慢加入，待其液相介质充分浸润粉料后强制搅拌，搅拌转速为28(Γ400转/分，搅拌时间为15 32秒；(3)水化成型将搅拌均匀的混合料浆通过挤压浇注方式注入成型模具，待料浆终凝后脱模形成板材状，根据成型模具形状可衍生众多不同规格的肌理纹、镂花、镂空及异型装饰板；(4)养护干燥自然放置2小时定型养护后，采用自然干燥或者干燥窑烘干方式中的一种或两种，自然干燥3飞天，干燥窑干燥温度为5(T65°C，干燥1(Γ12小时，当含水重量小于3. 5%时成为半成品；(5)表面处理板材状半成品经过干燥后打磨平整，按产品应用设计采用涂料、烤漆、UV镀膜、丝印、烫金或其他材质贴面中的一种或多种表面处理方式，待其表面固化后形成一种具有负离子仿生功能的装饰板材。实施例3 :—种具有负离子仿生功能的填充料I、配方组成(物质计量单位均为重量份)( I)铝酸钙47份；(2)海藻土 粒度400 800目经粉磨的海藻土粉体8份；(3 )无机环境矿物类电气石微粉6份(4 )改性剂由54%氧化钙、36%氧化硅、10%聚乙烯醇混合均匀复配粉体2份；(5)增强纤维短切丝长度在8 12mm矿物纤维I. O份；(6)复配溶液清水、转晶剂、防水剂、消泡剂按其质量比为100 1.8 0.4 O. 5复配搅拌形成均匀的复配溶液36份；所述的转晶剂为硫酸铝钾；所述的防水剂是硅氧烷；所述的消泡剂是异戊醇。2、生产制备工艺(I)原材料预处理铝酸钙、海藻土、电气石微粉、改性剂按47份、8份、6份、2份分别精确计量共计63份，预混合后在备得负离子仿生功能的胶凝粉体；(2)混合料搅拌36份复配溶液单独准确计量后，再将其计量准确的混合粉体和I份矿物纤维缓慢加入，待其液相介质充分浸润粉料后强制搅拌，搅拌转速为28(Γ400转/分，搅拌时间为15 32秒；(3)水化成型将搅拌均匀的混合料浆通过造粒机制成直径为6 20大小的球状颗粒; (4)养护干燥球状颗粒自然放置2小时定型养护后，采用自然干燥或者干燥窑烘干方式中的一种或两种，自然干燥:Γ5天，干燥窑干燥温度为5(T65°C，干燥1(Γ12小时，当含水重量小于3. 5%时成为半成品；
(5)表面处理将干燥的球状颗粒借助破碎机或粉磨设备粉磨至不同粒径分布的颗粒料，即制备得一种具有负离子仿生功能的填充料。实施例4 :一种具有负离子仿生功能的净化媒介I、配方组成(物质计量单位均为重量份)( I)天然β -半水硫 酸钙39. 8份；(2)硅藻土 粒度400 800目经粉磨的硅藻土粉体12份；(3)无机环境矿物类蛋白石微粉6份(4 )改性剂由54%氧化钙、36%氧化硅、10%聚乙烯醇混合均匀复配粉体2份；(5)增强纤维短切丝长度在18 20mm玻璃纤维O. 2份；(6)复配溶液清水、转晶剂、防水剂、消泡剂按其质量比为100 1.8 0.4 O. 5复配搅拌形成均匀的复配溶液40份；2、生产制备工艺(I)原材料预处理β-半水硫酸钙、硅藻土、蛋白石微粉、改性剂按39. 8份、12份、6份、2份分别精确计量共计59. 8份，预混合后在备得负离子仿生功能的胶凝粉体；(2)混合料搅拌40份复配溶液单独准确计量后，再将其计量准确的混合粉体和
O.2份玻璃纤维缓慢加入，待其液相介质充分浸润粉料后强制搅拌，搅拌转速为28(Γ400转/分，搅拌时间为15 32秒；(3)水化成型将搅拌均匀的混合料浆通过挤压浇注方式注入成型模具，待料浆终凝后脱模形成所需净化媒介形状；(4)养护干燥自然放置2小时定型养护后，采用自然干燥或者干燥窑烘干方式中的一种或两种，自然干燥3飞天，干燥窑干燥温度为5(T65°C，干燥1(Γ12小时，当含水重量小于3. 5%时成为半成品；(5)表面处理板材状半成品经过干燥后打磨平整即成为一种具有负离子仿生功能的净化媒介，可应用于空调净化装置或净水装置。
权利要求
1.一种具有负离子仿生功能的胶凝粉体，其特征在于它由含钙无机类基体、藻类、无机环境矿物、化学改性剂，按38飞5:6 16:0飞广2的重量份比例混合搅拌而制成的一种具有负离子仿生功能的胶凝粉体。
2.权利要求I所述的胶凝粉体，其特征在于所述的含钙无机类基体为半水硫酸钙、磷酸钙、或铝酸钙中的一种或多种。
3.权利要求2所述的胶凝粉体，其特征在于所述的含钙无机类基体为半水硫酸钙粉料。
4.权利要求I所述的胶凝粉体，其特征在于所述的藻类为硅藻土或海藻土中的一种或两种。
5.权利要求4所述的胶凝粉体，其特征在于所述的藻类为粉状市售硅藻土，其粒度达到400 800目。
6.权利要求I所述的胶凝粉体，其特征在于所述的无机环境矿物为海鸥石、电气石、六环石或蛋白石中的一种或几种。
7.权利要求I所述的胶凝粉体，其特征在于所述的化学改性剂是由氧化钙、氧化硅和聚乙烯醇以54飞0:32 36:8 12的重量份比例复配形成的粉状改性剂。
8.一种具有负离子仿生功能的复合材料，按重量份计，它是由45 73份权利要求I所述的具有负离子仿生功能的胶凝粉体与O. 15^1. 2份增强纤维或15 20份填充料中的一种或者两种在2(Γ40份复配溶液中制备得到的；所述的复配溶液按重量份计由100份清水、I.5^2. O份转晶剂、O. 4^0. 5份防水剂、O. 4^0. 5份消泡剂复配得到。
9.权利要求8所述的复合材料，其特征在于所述的增强纤维为植物纤维、玻璃纤维或矿物纤维中的一种或多种；所述的转晶剂为朽纳、硫fe招或硫fe招钟中的一种或多种；所述的防水剂是甲基硅醇钠或硅氧烷中的一种或两种；所述的消泡剂是磷酸三丁酯、正丁醇或异戊醇的一种或多种。
10.权利要求8所述的复合材料的制备方法，包括以下步骤 (O原材料预处理将含钙无机类基体、藻类、无机环境矿物、化学改性剂按38 55: 6 16: (Γ6:广2的重量比例预混合后在陈化仓中陈化:Γ15天，制备成权利要求I所述的具有负离子仿生功能的胶凝粉体； (2)混合料搅拌按所述比例，将步骤I)的具有负离子仿生功能的胶凝粉体与增强纤维或者填充料中的一种或两种，缓慢加入所述的复配溶液，待其液相介质充分浸润粉料后强制搅拌，搅拌转速为28(Γ400转/分，搅拌时间为15 32秒；使混合料浆形成膏状或浆状物料； (3)将步骤(2)得到的物料经常规的水化成型、干燥养护及表面处理制备得到工业上可接受的各种性状的复合材料。
全文摘要
本发明提供一种具有负离子仿生功能的复合材料，按重量份计，它是由45~73份具有负离子仿生功能的胶凝粉体与0.15~1.2份增强纤维或15~20份填充料中的一种或者两种在20~40份复配溶液中制备得到的；所述的具有负离子仿生功能的胶凝粉体由含钙无机类基体、藻类、无机环境矿物、化学改性剂，按38~55:6~16:0~6:1~2的重量份比例混合搅拌而制成；所述的复配溶液按重量份计由100份清水、1.5~2.0份转晶剂、0.4~0.5份防水剂、0.4~0.5份消泡剂复配得到。本发明的复合材料动态法检测负离子发生量达840个/cm3，与传统负离子发生相比，无需电晕条件，无大量的臭氧产生，无需结构复杂的设备，无特殊的仿辐射措施，主要原材料天然环保，具有仿生态特性，经济实用。
文档编号C04B28/14GK102633450SQ20121015291
公开日2012年8月15日 申请日期2012年5月17日 优先权日2012年5月17日
发明者李小梅, 肖富灿, 韦华 申请人:湖北格林森新型建材科技有限公司