论文部分内容阅读
随着现代室内装饰行业的发展及人们对环境健康的重视,人们对于室内装饰材料的环保性要求越来越高,然而竹木质装饰材料常用的含醛胶黏剂在长期使用过程中受外界环境影响或者因自身不稳定性会发生降解,产生甲醛等挥发性有害气体。前人研究表明物理吸附+化学固着的复合型除醛涂料降低室内甲醛的效果较好,埃洛石纳米管是一种天然纳米材料,具有良好的吸附性能。因此本研究尝试将埃洛石纳米管(H)应用于除醛领域,利用管状结构负载三种不同的甲醛捕捉剂(硫脲、2-咪唑烷酮、2-吡咯烷酮),利用纳米材料比表面积较大的物理特性吸附空气中的甲醛,利用其负载的甲醛捕捉剂实现甲醛分子的化学固着,从而制备出复合型除醛材料。主要研究了尿素插层活化埃洛石、甲醛捕捉剂负载及除醛涂料制备工艺;纳米复合物液相除醛效果及机理;功能型除醛涂料的气相除醛效果及涂饰性能。本研究探索性地将埃洛石纳米管应用于负载甲醛捕捉制备除醛涂料,为开发竹木装饰材料用除醛涂料提供了新途径。主要的研究结果归纳如下:(1)埃洛石的尿素插层及负载甲醛捕捉剂工艺研究采用磁力搅拌(HU-MS)、超声处理(HU-UP)、回流加热(HU-RH)和球磨处理(HU-BT)四种工艺,研究尿素对埃洛石的插层效果。磁力搅拌工艺的尿素插层效果较好(插层率68.28%),处理后埃洛石的层间距由原来的0.723 nm扩大到1.074 nm,且通过扫描电镜观察发现磁力搅拌方法对埃洛石纳米管的微观结构没有造成机械破坏,而其他几种处理会破坏埃洛石纳米管的完整管状结构。采用磁力搅拌(HUT-MS)、超声处理(HUT-UP)、回流加热(HUT-RH)和真空负载(HUT-VL)的方法将甲醛捕捉剂硫脲(T)负载在尿素改性埃洛石纳米管(H)中,利用热重分析对负载结果研究发现真空负载(HUT-VL)的效果较优,在硫脲的浓度为1mol/L时,硫脲获得了较优的负载量21.87%,但当硫脲浓度增加一倍时,负载量仅提高5.54%。综合考虑,采用磁力搅拌法尿素插层活化埃洛石并通过真空负载甲醛捕捉剂可获得较好的负载效果。(2)负载不同甲醛捕捉剂的纳米复合物液相除醛效果对比采用真空法负载三种甲醛捕捉剂硫脲(T)、2-咪唑烷酮(E)、2-吡咯烷酮(P),制备了纳米复合物HUT、HUE和HUP。热重结果显示埃洛石经尿素插层活化后,甲醛捕捉剂负载量明显提高,负载量分别为0.29 mol/100 g(HUT)、0.44 mol/100 g(HUE)、0.32mol/100 g(HUP)。氮气吸附脱附实验结果表明,甲醛捕捉剂进入埃洛石管腔中导致其比表面积和孔容下降。HUT、HUE和HUP三种纳米复合物在液相中的最大除醛效率分别为424.73 mg/mol、768.7 mg/mol、55.0 mg/mol,在纳米复合物较低的添加量条件下,纳米复合物分散性较好且具有较高的除醛效率;HUT、HUE和HUP三种纳米复合物的最大除醛率分别为65%、60%、22%。数据分析表明,HUE和HUT两种纳米除醛剂的液相吸附模型更服从于Freundlich模型,说明吸附剂和吸附质之间相互促进吸引;动力吸附模型更接近于准二级动力学吸附模型,说明吸附剂和吸附质之间是化学吸附。(3)纳米除醛涂料的除醛效果和涂饰性能评价埃洛石纳米除醛剂的添加会影响涂料的涂饰性能,使其光泽度下降,呈现哑光色。接触角试验结果显示,对其初始水接触角影响不大,同时纳米复合物的添加量增加涂膜的硬度(3B增至HB),降低涂膜的附着力(在三级内符合要求)。通过对不同添加量和涂刷量的对除醛效果的测试,可以得出涂刷量对除醛的效果影响不大,纳米复合物添加量对除醛影响较大,在24 h的除醛测试中,添加量为6%的时候,除醛率为64%。综合考虑,对涂膜质量要求较高的时候,可以选择3%添加量,对涂料除醛性能要求较高的时候,宜选择6%添加量,同时为了节约成本涂刷量应控制在30 g/m~2。