芦苇环保生态装饰板材的制备与性能研究

芦苇环保生态装饰板材的制备与性能研究

张丙坤  ,张博

盘锦积葭生态板业有限公司

摘要：以胺基改性芦苇土为芦苇基体，硫酸钙、磷酸钙为钙质晶体，玻璃纤维为增强相，经搅拌混合、成型、干燥养护及表面处理等工艺，制备了一种兼具装饰性、优异物理性能以及空气净化功能的芦苇生态装饰板材。研究了芦苇土改性与芦苇板净化性能相关性,以及芦苇土含量对板材力学性能的影响。结果表明，芦苇土胺基改性明显提高板材对甲醛的净化效率，芦苇土与甲醛的胺基甲基化反应，以及多孔矿物对甲醛的强吸附作用，使得芦苇复合材料及生态板材具有高效的净化甲醛的功能，甲醛净化效率达99.4%。另外，随着芦苇土添加量从5%增加到16%，板材断裂荷载从267 N上升至293 N，随后又下降至 254 N，呈先上升后下降趋势。芦苇板还展现出了丰富立体的装饰效果，能用于吊顶、墙体等。

关键词：芦苇装饰板； 无机装饰板； 芦苇土； 甲醛净化

0 引 言

芦苇生态板是以芦苇(芦苇土或改性芦苇土)、石膏为主要原材料经物理活化(机械粉磨)、热力活化(煅烧脱水)，使呈柔性圆盘筛状的芦苇晶体与刚性短柱状硫酸钙晶体活性深度激发，在液相介质下水化硬化，并再度聚合呈整体握裹连续的“芦苇-钙质微晶单元”与局部分散的“芦苇-钙质微孔”的无机网络结构材料,经过成型、脱模养护、干燥、表面处理等工艺技术制成的无机建筑板材，它具有轻质高强、功能环保、可塑成型性等优点。芦苇生态板主要应用于室内吊顶、墙面、墙顶集成、隔断、玄关、背景墙等。

本文利用多孔结构的芦苇土、石膏以及硅酸盐水泥为胶凝材料，通过复掺玻璃纤维，在转晶剂以及防水剂等液态介质下，通过搅拌混合、成型、脱模养护等工艺制备芦苇生态板。

1 实 验

1.1 原 料

芦苇土；含钙基体：硫酸钙、磷酸钙；复配溶液：包括胶粉、清水、乙酸-醋酸乙烯的共聚乳液、柠檬酸钠、硫酸铝钾、硅醇钾、有机硅等成分；增强纤维：玻璃纤维。

首先对芦苇土进行胺基改性，将芦苇土粉体经过粉磨使其粒度达到400～1 000目，在60～70 ℃条件下，掺入十八烷基胺和脂肪酸，进行表面化学包覆处理制成改性芦苇土；其次，将改性芦苇土、含钙基体、复配溶液、增强纤维搅拌混合形成浆液；然后，采用灌注成型方法制备试块；最后，通过脱模养护、干燥、表面处理等工序，得到成品。

1.3 净化性能测试

通过净化效率和净化持久性两项指标对材料净化性能优劣进行评价，通过对甲醛的降解测试产品净化性能，测试步骤如下：(1)将处理好的试验样板放入样品舱，对比舱内不放置任何样板，直接进行密闭。(2)将气体发生器与试验舱连接并确认后，密闭试验舱，开启搅拌风扇。(3)移取3 μL分析纯甲醛溶液，滴入气体发生器内，开启气体发生器。(4)从开启气体发生器开始计时，24 h后采集对比舱内气体并测试其浓度，此浓度为对比舱所测气体终止浓度(C0)；24 h采集样品舱内气体并测试其浓度，此浓度为样品舱所测气体终止浓度(Ct)。甲醛浓度的测试分析按GB/T 16129采用AHMT分光光度法。甲醛净化效率按公式r=(C0-Ct)/C0×100%计算。(5)若测净化持久性，样品仓中注入甲醛24 h后，测其浓度若小于0.01 mg/m3，则继续注入3 μL甲醛进行第2轮试验，否则结束试验，按照上述操作，以此类推完成第3、4、5轮试验后，停止试验。甲醛净化持久性按净化保持率衡量，公式如下：η=(C0+Cn-Cn+1)/(C0+Cn)×100%，其中Cn+1为第n+1轮试验后样品仓内甲醛浓度，Cn为第n轮试验后样品仓内甲醛浓度。

2 结果与讨论

2.1 芦苇生态装饰板的微观形貌与元素分析

芦苇生态装饰板的微观形貌通过SEM手段进行了表征，样品由于主要由芦苇土和含钙基体组成，因此该样品整体微观形貌为冠盘状芦苇土与柱状含钙基体交叉分布，冠盘状芦苇土整体较柱状含钙基体尺寸大，芦苇土尺寸22～25 μm，上下壳体厚度为4～5 μm；含钙基体柱状长度8～10 μm，直径为1.7～2.0 μm，外观形貌显著。

样品的元素组成通过AXIOS荧光光谱仪测定所得，其主要成分包括SiO2、SO3、CaO等，其中SiO2主要来自于样品中的芦苇土；SO3主要来自于硫酸钙、复配溶液(硫酸铝钾)等；CaO主要来源于含钙基体硫酸钙、磷酸钙；另外，Na2O、MgO、Al2O3、K2O等来源于复配溶液。

2.2 芦苇土改性技术与芦苇生态板净化性能相关性

首先，通过红外光谱测试结果，验证本试验中芦苇土在十八烷基胺和脂肪酸作用下被成功改性，获得胺基改性的芦苇土，芦苇土胺基改性前后红外光谱对比。

结果表明，在芦苇土结构中，在1 098 cm-1处锐而强的吸收峰是芦苇土结构中Si-O-Si不对称拉伸振动峰，在798 cm-1和474 cm-1处分别为Si-O-Si对称拉伸和弯曲振动峰，在1 632 cm-1和3 424 cm-1处的吸收峰与羟基-OH的弯曲振动和拉伸振动有关。与原始

芦苇土相比，改性后芦苇土出现了新的吸收峰，其中在1 523 cm-1附近处的峰为-NH2吸收峰，3 317 cm-1附近处的吸收峰为-NH-伸缩振动峰。在2 939 cm-1附近处的峰为十八烷基胺和脂肪酸中-C-H键的伸缩振动峰。这说明了经过改性后，在芦苇土中成功引入了胺基，也证明了该方法实现了芦苇土表面成功改性。

为了证明芦苇土胺基改性与产品净化性能的相关性，设计了两组试验，分别以未改性的芦苇土以及改性的芦苇土为原料，制备芦苇生态装饰板，对比相应产品对甲醛的净化性能的影响，通过净化效率、净化持久性两项指标来衡量净化性能的优劣以及间接分析污染物净化机理。

一般而言，如果产品仅仅具有吸附作用，那么在甲醛净化持久性试验中，基本进行两轮试验，产品就达到吸附饱和，两轮试验后没有甲醛降解性能或者甲醛降解性微弱。未改性的芦苇土和改性芦苇土为原料制备的芦苇生态装饰板24 h甲醛净化性能。对比来看，经过改性后的芦苇土甲醛降解性能有所提升，降解率从98.9%提升至99.4%，说明胺基改性有助于甲醛降解。制备的芦苇生态板在维持5轮试验中，仍具有很高的甲醛净化效率，或者说甲醛净化保持率很高。原因可以解释为，一方面产品中的多孔矿物对甲醛强的吸附作用；另一方面，芦苇土上的胺基与甲醛发生胺基甲基化反应，使得吸附的甲醛逐渐分解。即从污染物降解机理上解释，一方面是吸附作用，另一方面是化学反应作用。

2.3 芦苇生态装饰板物理力学性能研究

生态装饰板的物理力学性能通过2 h抗折强度和断裂荷载两项指标评价，它们是反映产品物理力学性能优劣的重要指标，随着芦苇土含量的增加，板材2 h抗折强度从3.61 MPa上升至3.88 MPa，随后又下降至3.30 MPa；断裂荷载从267 N上升至293 N，随后又下降到 254 N，两者都呈先上升后下降趋势，说明芦苇土添加量对产品物理力学性能有直接的影响作用，最佳添加量为8%～10%。

3 结 论

本文以胺基改性芦苇土、硫酸钙、磷酸钙为基体材料，通过加入玻璃纤维作为增强相，经搅拌混合、成型、干燥养护及表面处理等工艺，制备了一类兼具装饰性、优异物理性能以及甲醛净化性能的芦苇生态装饰板材。通过芦苇土胺基改性明显提高板材对甲醛的净化效率，达99.4%，且多次试验后仍具有较高的甲醛净化效率，优异的甲醛净化效率一方面是由于多孔矿物的吸附作用，另一方面是胺基与甲醛发生胺基甲基化化学反应，从而将甲醛有效降解。且芦苇土添加量明显影响板材物理力学性能。芦苇板优异的力学性能、甲醛净化性能以及丰富的装饰性，这为无机环保类装饰板材的普及应用以及室内环境健康性提升起到积极推动作用。

参考文献

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