一种环保节能建筑材料及其制备方法和应用

1.本发明涉及节能建筑材料技术领域，具体来说是一种环保节能建筑材料及其制备方法和应用。


背景技术：

2.房屋装修是指开凿墙体、楼地面、移动窗位置、拆改承重或非承重结构、增设房屋分隔结构、改善房屋外观及装饰室内布局等行为。装修分室内装修和室外装修两部分。室外装修是指房屋室外的装饰。室内装饰装修，是指住宅竣工验收合格后，业主或者住宅使用人(以下简称装修人)对住宅室内进行装饰装修的建筑活动。
3.随着社会的进步与人民生活水平的提高，人们对房屋的居住环境品质提出了更好的要求，而在房屋的室内外装潢过程中会释放甲醛等有机气体同时易于滋生细菌，危害人体健康。所以需要将装修后的房子进行通风换气和购买除甲醛的吸附剂吸附甲醛。而研究表明通风能散去很多游离出来的甲醛，但甲醛挥发期3～15年，所以还是需要长期对甲醛进行吸附才能彻底的消除甲醛，降低甲醛的危害，所以这就对装修材料提出了更高的要求。现有技术中给出的专利号为cn 107298545 a的一种环保节能建筑材料及其制备方法，在该专利中虽然也给出了膨润土能够对气体、液体和有机物质进行吸附，然而膨润土的这种吸附能力是所有固体物质存在的自然现象，膨润土的是靠吸附剂与吸附质之间分子间引力产生的物理吸附，即我们常说的范德华力产生的。物理吸附是一种可逆的吸附过程，吸附速度与脱附速度在一定条件下呈动态平衡。产生物理吸附的主要原因是膨润土表面分子其有表面能。由于膨润土在水中高度分散，物理吸附现象十分明显，然而将其制成建筑材料，并不能保证其物理吸附能力，而且我国南方城市广东广西在每年3月-4月会出现“回南天”的现象，从南海吹来的暖湿气流与从西伯利亚南下的冷空气相遇，在南方形成准静止锋，使南方的天气阴晴不定、非常潮湿，期间有小雨或大雾，回南天现象由此产生。在回南天时，一些冰冷的物体表面遇到暖湿气流后，就开始在物体表面凝结、起水珠，所以建筑物的墙壁上也会出现大量的水珠凝结，而建筑物长期接触水会影响建筑物力学强度，这是因为建筑物吸水在热胀冷缩的情状下出现裂隙，从而在发生地震等自然灾害时易发生倒塌，同时建筑物的隔热效果差，也会导致能耗高且节能效果差。


技术实现要素：

4.针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供具有疏水性、吸附性且质轻的环保节能建筑材料及其制备方法，而且能够通过改性活性炭提高环保节能建筑材料的疏水性、吸附性且保温绝热性，降低环保节能建筑材料的制备成本，提高环保节能建筑材料的力学强度，从而提高环保节能建筑材料的寿命。
5.为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：一种环保节能建筑材料，由以下重量份数组成：
6.硅酸盐水泥20-35份，石英砂10-20份，改性活性炭10-20份，减水剂1.5-2.5份，水
15-20份，缓凝剂0.5-1.4份，废弃建筑物粉料10-15份，聚丙烯纤维9-15份。
7.一种环保节能建筑材料，由以下重量份数组成：
8.硅酸盐水泥20-30份，石英砂10-18份，改性活性炭15-20份，减水剂2.0-2.5份，水18-20份，缓凝剂1.0-1.4份，废弃建筑物粉料12-15份，聚丙烯纤维10-15份。
9.一种环保节能建筑材料，由以下重量份数组成：
10.硅酸盐水泥25份，石英砂15份，改性活性炭18份，减水剂2.5份，水20份，缓凝剂1.0份，废弃建筑物粉料12份，聚丙烯纤维13份。
11.一种环保节能建筑材料的制备方法，由如下步骤制成：
12.(1)按照重量份称取各原料；
13.(2)将上述步骤(1)称取的改性活性炭和聚丙烯纤维一起送入搅拌机内搅拌，得到混合物1；
14.(3)将上述步骤(1)称取的硅酸盐水泥，石英砂，废弃建筑物粉料一起送入搅拌机内搅拌，得到混合物2；
15.(4)将上述步骤(1)称取的缓凝剂，水和减水剂搅拌得到混合物3；
16.(5)将混合物1加入到混合物2中，于在700-800转速/分钟的搅拌机内搅拌，并分多次向混合物1中加入混合物3，搅拌35-40分钟；
17.(6)将步骤(5)制得的混合物倒入模具中成型，静置50-70分钟，并脱模养护6-7天，得到环保节能建筑材料。
18.较佳地，所述改性活性炭的制备方法由如下步骤组成：
19.硅烷偶联剂改性活性炭：将硅烷偶联剂醇溶液分散到koh活化后的生物质炭的醇溶液中，在75-85℃，氮气气氛中回流1-3个小时，然后冷却至室温，过滤、洗涤，真空干燥，得到表面接枝硅烷偶联剂的活性炭；
20.制备活性炭-聚苯乙烯聚合物粒子：将表面接枝硅烷偶联剂的活性炭与4苯乙烯一同加入到醇溶液，在惰性气体的保护下，于50-70℃下，加入引发剂进行原位聚合反应，经过滤，洗涤和真空干燥得到活性炭-聚苯乙烯聚合物粒子，其中引发剂质量与聚苯乙烯质量比为0.3％-0.4％，回流时长5-8h，表面接枝硅烷偶联剂的活性炭与苯乙烯单体的质量比为1-3:5。
21.较佳地，所述硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷醇溶液，其中硅烷偶联剂的质量与醇溶液的质量比为2-3：100。
22.较佳地，所述引发剂为偶氮二异丁腈。
23.较佳地，所述硅烷偶联剂与koh活化后的生物质炭的摩尔比为1:1.3-1.4。
24.本发明提供了一种环保节能建筑材料在室内外装修中的应用。
25.与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：
26.1、本发明给出的环保节能建筑材料具有良好的疏水性能、隔热性能以及甲醛吸附性能，所以将改性活性炭作为填料填充到建筑材料中，不仅增加了建筑材料的吸附性，而且也能够快速降低空气中有害物质甲醛等有机气体的含量，进而提高了生活质量，降低了甲醛对人体的危害，由于经氢氧化钾处理活化后的石墨烯表面存在醇羟基、醚、酚和烯烃等官能团，因此该活性炭能够与硅烷偶联剂发生反应，制得表面接枝有硅烷偶联剂的活性炭，使得活性炭的表面存在有机基团，根据相似相容原理，所以表面接枝有硅烷偶联剂的活性炭
加入到建筑材料出现了疏水性和吸附性，但是由于当前建筑材料需要具有低碳环保的节能效果，所以制备的需要建筑材料具有隔热、保温性和耐冲击性，而表面表面接枝有硅烷偶联剂的活性炭的建筑材料并不具有隔热性能，因此需要将表面接枝有硅烷偶联剂的活性炭与苯乙烯反应聚合，然后再将其作为填料制得节能环保建筑材料，使得该材料不仅具有疏水性能、甲醛吸附性能还同时具有隔热性能。
27.2、本发明的原料还采用大量的废弃建筑物垃圾所制得的废弃建筑物粉料，不仅降低了直接填埋和堆积所造成的扬尘问题，同时也缓解了将其填埋影响土地的耕种能力的问题，而且也节约了成本。
具体实施方式
28.下面结合本发明实施例1-3，用以较佳的实施例配合详细的说明。
29.其中koh活化后的生物质炭均采用《应用化学》30卷，第9期所记载的koh活化木屑生物炭制备活性炭及其表征中方法制得。
30.实施例1
31.本实施例中具有疏水性能、吸附性能和保温绝热性的环保节能建筑材料，由以下重量份数组成：硅酸盐水泥20份，石英砂10份，改性活性炭10份，减水剂1.5份，水15份，缓凝剂0.5份，废弃建筑物粉料10份，聚丙烯纤维9份。
32.上述环保节能建筑材料的制备方法，其特征在于，由如下步骤制成：
33.(1)按照重量份称取各原料；
34.将上述步骤(1)称取的改性活性炭和聚丙烯纤维一起送入搅拌机内搅拌，得到混合物1，其中所述改性活性炭的制备方法由如下步骤组成：
35.硅烷偶联剂改性活性炭：将硅烷偶联剂醇溶液分散到koh活化后的生物质炭的醇溶液中(其中硅烷偶联剂与koh活化后的生物质炭的摩尔比为1:1.3)，在75℃，氮气气氛中回流1个小时，然后冷却至室温，过滤、洗涤，真空干燥，得到表面接枝硅烷偶联剂的活性炭；
36.(2)制备活性炭-聚苯乙烯聚合物粒子：将表面接枝硅烷偶联剂的活性炭与苯乙烯一同加入到醇溶液，在惰性气体的保护下，于50℃下，加入引发剂偶氮二异丁腈进行原位聚合反应，经过滤，洗涤和真空干燥得到得到活性炭-聚苯乙烯聚合物粒子，其中引发剂偶氮二异丁腈的质量与聚苯乙烯质量比为0.3％，回流时长5h，表面接枝硅烷偶联剂的活性炭与苯乙烯单体的质量比为1:5，其中，所述硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷(kh171)醇溶液，其中硅烷偶联剂(kh171)的质量与醇溶液的质量比为2：100；
37.(3)将上述上述步骤(1)称取的硅酸盐水泥，石英砂，废弃建筑物粉料一起送入搅拌机内搅拌，得到混合物2；
38.(4)将上述上述步骤(1)称取的缓凝剂，水和减水剂搅拌得到混合物3；
39.(5)将混合物1加入到混合物2中，于在700转速/分钟的搅拌机内搅拌，并分多次向混合物1中加入混合物3，搅拌35分钟；
40.(6)将步骤(5)制得的混合物倒入模具中成型，静置50分钟，并脱模养护6天，得到环保节能建筑材料。
41.实施例2
42.本实施例中具有疏水性能、吸附性能和保温绝热性的环保节能建筑材料，由以下
重量份数组成：硅酸盐水泥30份，石英砂20份，改性活性炭20份，减水剂2.5份，水20份，缓凝剂1.4份，废弃建筑物粉料15份，聚丙烯纤维15份。
43.上述环保节能建筑材料的制备方法，其特征在于，由如下步骤制成：
44.(1)按照重量份称取各原料；
45.将上述步骤(1)称取的改性活性炭和聚丙烯纤维一起送入搅拌机内搅拌，得到混合物1，其中所述改性活性炭的制备方法由如下步骤组成：
46.硅烷偶联剂改性活性炭：将硅烷偶联剂醇溶液分散到koh活化后的生物质炭的醇溶液中(其中硅烷偶联剂与koh活化后的生物质炭的摩尔比为1:1.4)，在85℃，氮气气氛中回流3个小时，然后冷却至室温，过滤、洗涤，真空干燥，得到表面接枝硅烷偶联剂的活性炭；
47.(2)制备活性炭-聚苯乙烯聚合物粒子：将表面接枝硅烷偶联剂的活性炭与苯乙烯一同加入到醇溶液，在惰性气体的保护下，于70℃下，加入引发剂偶氮二异丁腈进行原位聚合反应，经过滤，洗涤和真空干燥得到活性炭-聚苯乙烯聚合物粒子，其中引发剂偶氮二异丁腈的质量与聚苯乙烯质量比为0.4％，回流时长8h，表面接枝硅烷偶联剂的活性炭与苯乙烯单体的质量比为3:5，其中，所述硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷(kh171)醇溶液，其中硅烷偶联剂(kh171)的质量与醇溶液的质量比为3：100；
48.(3)将上述步骤(1)称取的硅酸盐水泥，石英砂，废弃建筑物粉料一起送入搅拌机内搅拌，得到混合物2；
49.(4)将上述步骤(1)称取的缓凝剂，水和减水剂搅拌得到混合物3；
50.(5)将混合物1加入到混合物2中，于在800转速/分钟的搅拌机内搅拌，并分多次向混合物1中加入混合物3，搅拌40分钟；
51.(6)将步骤(5)制得的混合物倒入模具中成型，静置70分钟，并脱模养护7天，得到环保节能建筑材料。
52.实施例3
53.本实施例中具有疏水性能、吸附性能和保温绝热性的环保节能建筑材料，由以下重量份数组成：硅酸盐水泥25份，石英砂15份，改性活性炭18份，减水剂2.5份，水20份，缓凝剂1.0份，废弃建筑物粉料12份，聚丙烯纤维13份。
54.上述环保节能建筑材料的制备方法，其特征在于，由如下步骤制成：
55.(1)按照重量份称取各原料；
56.将上述步骤(1)称取的改性活性炭和聚丙烯纤维一起送入搅拌机内搅拌，得到混合物1，其中所述改性活性炭的制备方法由如下步骤组成：
57.硅烷偶联剂改性活性炭：将硅烷偶联剂醇溶液分散到koh活化后的生物质炭的醇溶液中(其中硅烷偶联剂与koh活化后的生物质炭)的摩尔比为1:1.35)，在80℃，氮气气氛中回流2个小时，然后冷却至室温，过滤、洗涤，真空干燥，得到表面接枝硅烷偶联剂的活性炭；
58.(2)制备活性炭-聚苯乙烯聚合物粒子：将表面接枝硅烷偶联剂的活性炭与苯乙烯一同加入到醇溶液，在惰性气体的保护下，于60℃下，加入引发剂偶氮二异丁腈进行原位聚合反应，经过滤，洗涤和真空干燥得到活性炭-聚苯乙烯聚合物粒子，其中引发剂偶氮二异丁腈的质量与聚苯乙烯质量比为0.35％，回流时长7h，表面接枝硅烷偶联剂的活性炭与苯乙烯单体的质量比为2:5，其中，所述硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷(kh171)醇溶液，其
中硅烷偶联剂(kh171)的质量与醇溶液的质量比为3：100；
59.(3)将上述步骤(1)称取的硅酸盐水泥，石英砂，废弃建筑物粉料一起送入搅拌机内搅拌，得到混合物2；
60.(4)将上述步骤(1)称取的缓凝剂，水和减水剂搅拌得到混合物3；
61.(5)将混合物1加入到混合物2中，于在750转速/分钟的搅拌机内搅拌，并分多次向混合物1中加入混合物3，搅拌40分钟；
62.(6)将步骤(5)制得的混合物倒入模具中成型，静置70分钟，并脱模养护7天，得到环保节能建筑材料。
63.对比例1
64.本对比例1的环保节能建筑材料，由以下重量份数组成：硅酸盐水泥25份，石英砂15份，活性炭18份，减水剂2.5份，水20份，缓凝剂1.0份，废弃建筑物粉料12份，聚丙烯纤维13份。
65.上述环保节能建筑材料的制备方法，其特征在于，由如下步骤制成：
66.(1)按照重量份称取各原料；
67.(2)将上述步骤(1)称取的改性活性炭和聚丙烯纤维一起送入搅拌机内搅拌，得到混合物1，其中所述改性活性炭的制备方法由如下步骤组成：
68.(3)将上述步骤(1)称取的硅酸盐水泥，石英砂，废弃建筑物粉料一起送入搅拌机内搅拌，得到混合物2；
69.(4)将上述步骤(1)称取的缓凝剂，水和减水剂搅拌得到混合物3；
70.(5)将混合物1加入到混合物2中，于在750转速/分钟的搅拌机内搅拌，并分多次向混合物1中加入混合物3，搅拌40分钟；
71.(6)将步骤(5)制得的混合物倒入模具中成型，静置70分钟，并脱模养护7天，得到环保节能建筑材料。
72.对比例2
73.本对比例2的环保节能建筑材料，由以下重量份数组成：硅酸盐水泥25份，石英砂15份，kh171-活性炭18份，减水剂2.5份，水20份，缓凝剂1.0份，废弃建筑物粉料12份，聚丙烯纤维13份。
74.上述环保节能建筑材料的制备方法，其特征在于，由如下步骤制成：
75.(1)按照重量份称取各原料；
76.将上述步骤(1)称取的改性活性炭和聚丙烯纤维一起送入搅拌机内搅拌，得到混合物1，其中所述改性活性炭的制备方法由如下步骤组成：
77.硅烷偶联剂改性活性炭：将硅烷偶联剂醇溶液分散到koh活化后的生物质炭的醇溶液中(其中硅烷偶联剂与koh活化后的生物质炭的摩尔比为1:1.35)，在80℃，氮气气氛中回流2个小时，然后冷却至室温，过滤、洗涤，真空干燥，得到表面接枝硅烷偶联剂的活性炭；
78.其中，所述硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷(kh171)醇溶液，其中硅烷偶联剂(kh171)的质量与醇溶液的质量比为3：100；
79.(3)将上述步骤(1)称取的硅酸盐水泥，石英砂，废弃建筑物粉料一起送入搅拌机内搅拌，得到混合物2；
80.(4)将上述步骤(1)称取的缓凝剂，水和减水剂搅拌得到混合物3；
81.(5)将混合物1加入到混合物2中，于在750转速/分钟的搅拌机内搅拌，并分多次向混合物1中加入混合物3，搅拌40分钟；
82.(6)将步骤(5)制得的混合物倒入模具中成型，静置70分钟，并脱模养护7天，得到环保节能建筑材料。
83.对比例3
84.本对比例2的环保节能建筑材料，由以下重量份数组成：硅酸盐水泥25份，石英砂15份，木屑18份，减水剂2.5份，水20份，缓凝剂1.0份，废弃建筑物粉料12份，聚丙烯纤维13份。
85.上述环保节能建筑材料的制备方法，其特征在于，由如下步骤制成：
86.(1)按照重量份称取各原料；
87.(2)将上述步骤(1)称取的木屑和聚丙烯纤维一起送入搅拌机内搅拌，得到混合物1，其中所述改性活性炭的制备方法由如下步骤组成：
88.(3)将上述步骤(1)称取的硅酸盐水泥，石英砂，废弃建筑物粉料一起送入搅拌机内搅拌，得到混合物2；
89.(4)将上述步骤(1)称取的缓凝剂，水和减水剂搅拌得到混合物3；
90.(5)将混合物1加入到混合物2中，于在750转速/分钟的搅拌机内搅拌，并分多次向混合物1中加入混合物3，搅拌40分钟；
91.(6)将步骤(5)制得的混合物倒入模具中成型，静置70分钟，并脱模养护7天，得到环保节能建筑材料。
92.实施例1-3以及对比例1-3均制备得到环保节能建筑材料，并将对比例1-3和实施例1-3制备得到的环保节能建筑材料进行力学性能测试以及食品的保质期，结果如下：
[0093][0094][0095]
由于建筑材料与水的接触角直接影响材料的机械性能，进而影响材料的抗震性能。因此我们对实施例1-3以及对比例1-3中制得的建筑材料进行抗压强度和接触角测试。由上述表格可知，在实施例1-3中随着建筑材料中填料份数的增加，建筑材料的抗压强度逐渐增加，在改性活性炭20份时，建筑材料的抗压强度且相比于对比例1-3建筑材料的抗压强度要高很多，出现这一现象的原因是由于改性后的建筑材料疏水性增强，所以水不易渗透到水泥砂浆基体内，而且改性后的改性活性炭外层连接大的碳链，碳链使得改性活性炭具有弹性，所以当本发明建筑材料受到外力时，界面层间的应力得到了传递，避免了应力集中的发生。
[0096]
另外由于活性炭的比表面积在500～1700m2/g间，具有很强的吸附性能，所以活性炭对甲醛有机气体具有很好的吸附能力，所以对实施例1-3以及对比例1-2中制得的建筑材料进行甲醛净化能力测验，其对同样条件下的甲醛的净化能力相当，而对比例3由于是将木屑替换了活性炭，所以并没有吸附能力，然而实施例1-3的导热系数均小于对比例1-3，那是因为没有在建筑材料中引入聚苯乙烯，而该聚苯乙烯为(阻燃性)具有绝热性，所以实施例1-3制得的建筑材料具有较好的隔热性能。
[0097]
而对比例1和对比例2的接触角相差很大，那是因为在对比文件2给出的活性炭中接枝了kh171，制得的kh171-活性炭使得活性炭表面具有疏水的有机基团所以具有疏水特性。
[0098]
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。