一种无机非金属吸湿杀菌材料及其制备方法

1.本发明涉及一种无机非金属吸湿杀菌材料及其制备方法，属于无机非金属材料的成型 领域，特别涉及无机非金属多孔材料的制备和应用领域。


背景技术：

2.随着人们生活水平的提高，对家用吸湿材料如浴室脚垫提出了更高的要求，目前使用 最多的家用吸湿材料是有机纤维类材料，这类材料虽然有较强的吸水能力，但是不耐脏污， 易滋生细菌和螨虫，清理不方便且使用寿命短。无机非金属多孔材料具有耐腐蚀、使用寿命 长且环境友好等优点，在家用吸湿领域有着越来越广泛的应用，目前市场上的无机非金属类 吸湿产品因成型工艺的原因大都形状简单，功能单一，这极大地限制了无机非金属材料的应 用。


技术实现要素：

3.为了解决以上问题，本发明旨在提供一种无机非金属吸湿杀菌材料及其制备方法，所 述材料异形或具有表面纹饰。
4.第一方面，本发明提供了一种无机非金属吸湿杀菌材料的制备方法，所述制备方法为 胶态成型法，包括：将混合后的原料粉体和有机增塑剂在加热条件下混合搅拌，制成胶态成 型浆料；将所述浆料放入注射成型机，注射成型出生坯；将成型的生坯放在无机填料中进行 脱脂烧结，得到所述无机非金属吸湿杀菌材料；所述原料粉体包括支撑材料，功能材料和粘 结剂；所述支撑材料为炉渣、硅藻土、氧化钙、蛭石、氧化铝、蒙脱石、珍珠岩中至少一种； 所述功能材料为具有催化活性的无机非金属材料；所述粘结剂为低熔点玻璃粉、硅酸钠中至 少一种。
5.目前传统的成型方法只能生产简单的片状产品，而异形有：表面带有弧度、枝型、有 凹槽、或根据客户要求的各种形状；本专利中异形的实现途径是注射成型；通过专利中的具 体操作，主要是混料、注射、烧结等步骤，这些杀菌材料便可自然地嵌入多孔陶瓷机体中。 所述材料的表面纹饰通过模具实现。
6.上述的支撑体材料为多孔材料或易烧结材料，其本身具有较大的孔隙率，可赋予产品 很好的吸湿性能和强度。粘结最主要的目的是将支撑材料粘结在一起，不但赋予了产品强度， 同时构建出比较完整的三维空间结构，从而包覆具有杀菌活性的功能材料。
7.该制备方法提供了一种可快速制备异形吸湿杀菌材料的工艺，步骤简单，自动化化程 度高，适合大规模生产。同时创造性地降新型杀菌功能材料嵌入多孔陶瓷基体中，拓宽了改 材料的应用领域。
8.较佳地，所述支撑材料质量分数为原料粉体总质量的60wt％～80wt％，优选为 65wt％～80wt％；所述功能材料质量分数为原料粉体总质量的1wt％～10wt％，所述粘结剂质 量分数为原料粉体总质量的15wt％～30wt％。其中，支撑材料含量低、粘结剂含量高则产品 的孔隙率低，吸水率也相应变低，同时功能材料可能会被粘结剂包覆而不能发挥效
能；如果 支撑材料含量高、粘结剂含量低，则材料的力学性能将会降低，从而使材料的使用性能大大 折扣。
9.较佳地，所述支撑材料的粒径为1μm～200μm，所述粘结剂的粒径为0.1μm～ 60μm。上述粒径有利于粉体成型。
10.较佳地，所述具有催化活性的无机非金属材料(杀菌材料)为纳米氧化钛、纳米氧化 铁、纳米氧化锌中的至少一种。
11.较佳地，所述原料粉体在立式三维混料机或v型混料机中混合，混料时间为1～6h。 上述混合方式有利于原料的各组分充分均匀地混合。
12.较佳地，所述有机增塑剂由分散剂、润滑剂和粘结剂组成，所述分散剂为硬脂酸、油 酸、硅烷、钛酸丁酯中的至少一种，其质量占有机增塑剂质量的1wt％～10wt％；所述润滑 剂类为石蜡、蜂蜡、聚乙二醇，聚乙烯蜡中的至少一种，其质量占有机增塑剂质量的 70wt％～90wt％；所述粘结剂为聚乙烯、聚丙烯、pmma中的至少一种，粘结剂占增塑剂质 量的5wt％～10wt％。
13.较佳地，原料粉体和有机增塑剂在80℃～200℃条件下进行混合2～12小时，制成胶 态成型浆料；其中原料粉体占所述浆料总质量的50wt％～85wt％，浆料的流动性较好。
14.较佳地，所述浆料的注射温度为75℃～195℃，注射压力0.5～20mpa。
15.较佳地，所述无机填料为方石英、刚玉粉、高岭土中至少一种，烧结温度450℃～ 1100℃。
16.第二方面，本发明提供了上述制备方法得到的无机非金属吸湿杀菌材料，所述无机非 金属吸湿杀菌材料为异形或具有表面纹饰。其中，异形包括：表面带有弧度、枝型、有凹槽、 或根据客户要求的各种形状。本专利中异形的实现途径是注射成型。
17.较佳的，所述无机非金属吸湿杀菌材料的孔隙率大于50％，吸水率为25％～35％，将 吸水的产品在阳光下烘干，其对大肠杆菌、白色念珠菌以及金黄色葡萄球菌的杀菌率在85％ 以上，抗压强度为15～60mpa，能够满足家庭使用要求。
18.有益效果：1、材料的有益效果：吸水性强、易清洁、无机非金属材料环保；2、制备方法的有益效果：注射成型效率高、混料均匀产品品质好、使用模具可制备复杂形 状产品。
具体实施方式
19.以下结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。应理解，以下实施例 用于说明本发明，而非限制本发明。
20.以下示例性说明无机非金属吸湿杀菌材料的制备方法，所述制备方法包括：
21.配制原料粉体。所述原料粉体包括支撑材料，功能材料和粘结剂。支撑材料质量分数 可为原料粉体总质量的60wt％～80wt％，优选为65wt％～80wt％。其组成为炉渣、硅藻土、 氧化钙、蛭石、氧化铝、蒙脱石、珍珠岩中至少一种，其粒径为1μm～200μm。功能材料 质量分数为原料粉体总质量的1wt％～10wt％，其组成为具有催化活性的无机非金属材料， 如纳米氧化钛、纳米氧化铁、纳米氧化锌等；粘结剂质量分数为原料粉体总质量的15wt％～ 30wt％，其组成为低熔点玻璃粉、硅酸钠中至少一种，其粒径为0.1μm～60μm。
22.将原料粉体在混料机中混合。将支撑材料、功能材料和粘结剂使用三维立式混料机和 v型混料机进行混合1～6小时。
23.制备流动性较好的胶态成型浆料。将混合粉体和有机增塑剂在80℃～200℃条件下混 合2～12小时，得到胶态成型浆料，其中原料粉体占浆料总质量的50wt％～85wt％。所述有 机增塑剂由分散剂、润滑剂和粘结剂组成，所述分散剂为硬脂酸、油酸、硅烷、钛酸丁酯中 的至少一种，其质量占有机增塑剂质量的1wt％～10wt％；所述润滑剂类为石蜡、蜂蜡、聚 乙二醇，聚乙烯蜡中的至少一种，其质量占有机增塑剂质量的70wt％～90wt％；所述粘结剂 为聚乙烯、聚丙烯、pmma中的至少一种，粘结剂占增塑剂质量的5wt％～10wt％。
24.注射成型出生坯。将上述浆料放入注射成型机，设置浆料的注射温度为75℃～195℃， 注射压力0.5～20mpa，得到注射成型的生坯。
25.脱脂烧结。将成型的生坯放在无机填料中进行脱脂烧结，所述无机填料为方石英、刚 玉粉、高岭土中至少一种，烧结温度450℃～1100℃。
26.下面进一步例举实施例以详细说明本发明。同样应理解，以下实施例只用于对本发明 进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上 述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。下述示例具体的工艺参数 等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围内选 择，而并非要限定于下文示例的具体数值。
27.实施例1
28.配制原料粉体。所述原料粉体包括支撑材料，功能材料和粘结剂。支撑材料质量分数 为原料粉体总质量的77wt％，其组成为炉渣、硅藻土、氧化钙其粒径为1μm～200μm。功 能材料质量分数为原料粉体总质量的3wt％，其组成为具有催化活性的无机非金属材料，纳 米氧化钛；粘结剂质量分数为原料粉体总质量的20wt％，其组成为低熔点玻璃粉、硅酸钠中 至少一种，其粒径为0.1μm～60μm。
29.将原料粉体在混料机中混合。将支撑材料、功能材料和粘结剂使用三维立式混料机和 v型混料机进行混合6小时。
30.将混合粉体和有机增塑剂在120℃条件下混合10小时，得到胶态成型浆料，其中原 料粉体占浆料总质量的80wt％。所述有机增塑剂由分散剂、润滑剂和粘结剂组成，所述分散 剂为硬脂酸，其质量占有机增塑剂质量的3wt％；所述润滑剂类为石蜡，其质量占有机增塑 剂质量的90wt％；所述粘结剂为聚乙烯，粘结剂占增塑剂质量的7wt％。
31.注射成型出生坯。将上述浆料放入注射成型机，设置浆料的注射温度为120℃，注射 压力4.0mpa，得到注射成型的生坯。
32.脱脂烧结。将成型的生坯放在无机填料中进行脱脂烧结，所述无机填料为高岭土中， 烧结温度1050℃。
33.得到的无机非金属吸湿杀菌材料的孔隙率为33％，吸水率为18wt％，对大肠杆菌、白 色念珠菌以及金黄色葡萄球菌的杀菌率在85％以上，抗压强度为15mpa。
34.实施例2
35.本实施例2和实施例1相比区别仅在于：支撑材料质量分数为原料粉体总质量的 60wt％。功能材料质量分数为原料粉体总质量的10wt％；粘结剂质量分数为原料粉体总质量 的30wt％。
36.得到的无机非金属吸湿杀菌材料的孔隙率为28％，吸水率为15wt％，对大肠杆菌、白 色念珠菌以及金黄色葡萄球菌的杀菌率75％以上，抗压强度为20mpa。
37.实施例3
38.本实施例3和实施例1相比区别仅在于：支撑材料质量分数为原料粉体总质量的 67wt％。功能材料质量分数为原料粉体总质量的3wt％；粘结剂质量分数为原料粉体总质量 的30wt％。
39.得到的无机非金属吸湿杀菌材料的孔隙率为30％，吸水率为16.3wt％，对大肠杆菌、 白色念珠菌以及金黄色葡萄球菌的杀菌率在80％以上，抗压强度为18mpa。