本發(fā)明屬于建筑節(jié)能技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有調(diào)溫調(diào)濕光催化性能的建筑復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
建筑能耗在社會(huì)總能耗中占有很大比重，實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能有助于保護(hù)環(huán)境，節(jié)能減排。在建筑節(jié)能的多種方式中，研發(fā)節(jié)能型建材，改變傳統(tǒng)建材的單一性功能，是實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能最經(jīng)濟(jì)的方式。節(jié)能建筑發(fā)展的前提是以人為本，要在提高人體舒適度和保證環(huán)境健康的條件下，有效降低對(duì)石化、燃煤等能源的消耗。
健康的環(huán)境是人類(lèi)生存的根本前提，目前室內(nèi)甲醛含量超標(biāo)的問(wèn)題一直沒(méi)有得到有效抑制，因此降低室內(nèi)甲醛含量，優(yōu)化室內(nèi)空氣品質(zhì)，是建筑技術(shù)領(lǐng)域重點(diǎn)要解決的問(wèn)題。溫度和濕度是人體舒適度最為關(guān)注的兩個(gè)指標(biāo)，研發(fā)具有調(diào)溫調(diào)濕性能的建筑材料，有利于降低對(duì)空調(diào)產(chǎn)品的依賴(lài)。同時(shí)建筑材料與建筑主體相伴而生，通過(guò)建筑材料調(diào)節(jié)溫濕度，能夠在建筑的全生命周期實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)作用，對(duì)建筑節(jié)能的發(fā)展具有重大的推進(jìn)作用。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種同時(shí)具有光催化降解甲醛和調(diào)溫調(diào)濕性能的新型復(fù)合建筑材料，以期實(shí)現(xiàn)建筑材料的功能化，改變目前傳統(tǒng)建筑材料功能單一的現(xiàn)狀。
為了解決以上技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的。
本發(fā)明一種具有調(diào)溫調(diào)濕光催化性能的建筑復(fù)合材料，該建筑復(fù)合材料質(zhì)量百分比配方如下：
所述癸酸-棕櫚酸是通過(guò)以下方法予以制備的：
將癸酸與棕櫚酸按質(zhì)量百分比85.5∶14.5進(jìn)行混合，在60℃水浴條件下溶解并攪拌2h使其分散均勻獲得。
本發(fā)明同時(shí)提供了上述具有調(diào)溫調(diào)濕光催化性能建筑復(fù)合材料的制備方法，具體包括如下步驟：
(1)sio2載體制備：按照上述配方比例，將正硅酸四乙酯與總用量的20％的無(wú)水乙醇以及去離子水混合，用恒溫磁力攪拌器在中速，30.0℃水浴條件下攪拌5min，然后超聲分散5min，調(diào)整ph值為1～3，繼續(xù)放到超聲分散5min，可以得到sio2載體分散液。
(2)癸酸-棕櫚酸/sio2復(fù)合材料水凝膠的制備：將癸酸-棕櫚酸加入到步驟(1)制備的sio2分散液中，超聲波分散5.0min使相變材料均勻的分散，使其嵌入到sio2載體中，獲得癸酸-棕櫚酸/sio2復(fù)合材料的水溶膠。
(3)癸酸-棕櫚酸/sio2@tio2復(fù)合材料的制備：將鈦酸丁酯與總用量的80％的無(wú)水乙醇混合，超聲分散5min，獲得鈦酸丁酯分散液，然后將其倒入步驟(2)制備的癸酸-棕櫚酸/sio2復(fù)合材料的水溶膠中，中速磁力攪拌30min，于60℃水浴中陳化2h，最后放入80℃真空干燥箱烘干，獲得癸酸-棕櫚酸/sio2@tio2復(fù)合材料。
本發(fā)明的科學(xué)原理：
1)癸酸-棕櫚酸/sio2溶膠制備機(jī)理
癸酸-棕櫚酸/sio2溶膠是以正硅酸乙酯、無(wú)水乙醇和去離子水作為前驅(qū)體、溶劑和分散劑，在超聲波的作用下均勻分散形成均相溶液。在酸的催化作用下，分散液中硅酸四乙酯既發(fā)生水解反應(yīng)式(a)，又發(fā)生縮合反應(yīng)式(b)，形成以si-oh基團(tuán)為主、交聯(lián)度比較低的溶膠態(tài)，能夠?qū)⒐锼?棕櫚酸包裹在溶膠之中，形成癸酸-棕櫚酸/sio2溶膠。
2)癸酸-棕櫚酸/sio2@tio2復(fù)合材料的制備機(jī)理
鈦酸丁酯水解反應(yīng)迅速生成tio2，中速磁力攪拌有助于生成的tio2在癸酸-棕櫚酸/sio2溶膠中均勻分散，附著在癸酸-棕櫚酸/sio2的表面，同時(shí)酸性條件有助于tio2從無(wú)定形向銳鈦礦轉(zhuǎn)化，提高癸酸-棕櫚酸/sio2@tio2復(fù)合材料的光催化降解性能。60℃陳化2小時(shí)，能夠促使生成的tio2附著的sio2的表面，同時(shí)促進(jìn)sio2空間網(wǎng)格的進(jìn)一步發(fā)展，進(jìn)一步在表面生成羥基，有助于吸濕性能的提高。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下技術(shù)效果：
1、本發(fā)明制備的具有光催化及調(diào)溫調(diào)濕性能的建筑復(fù)合材料，豐富了傳統(tǒng)建筑材料的功能性，提高了建筑材料的技術(shù)含量，首次實(shí)現(xiàn)了調(diào)溫調(diào)濕光催化性能的復(fù)合，具有市場(chǎng)研發(fā)潛力。
2、本發(fā)明從材料的角度實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)溫濕度以及空氣品質(zhì)的調(diào)控，有利于實(shí)現(xiàn)全生命周期建筑節(jié)能，降低對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的依賴(lài)，降低燃煤、石化能源的消耗程度，保護(hù)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，具有良好的應(yīng)用前景。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合具體實(shí)施例詳述本發(fā)明，但本發(fā)明不局限于下述實(shí)施例。
一、本發(fā)明具有調(diào)溫調(diào)濕光催化性能建筑復(fù)合材料的制備
實(shí)施例1
制備具有調(diào)溫調(diào)濕光催化性能的建筑復(fù)合材料，使用的原料及質(zhì)量百分比配方如下：
以上試劑均為分析純，其中將癸酸與棕櫚酸按質(zhì)量分?jǐn)?shù)85.5％/14.5％的比例進(jìn)行混合，在60℃水浴條件下溶解并攪拌2h使其分散均勻，獲得癸酸-棕櫚酸。
(1)sio2載體制備：將正硅酸四乙酯與去離子水混合分散在總用量的20％的無(wú)水乙醇中，用恒溫磁力攪拌器在中速，30.0℃水浴條件下攪拌5min，然后超聲分散5min，調(diào)整ph＝1后繼續(xù)放到超聲分散5min，可以得到sio2分散液。
(2)將癸酸-棕櫚酸加入到步驟(1)制備的sio2分散液中，超聲波分散5.0min使相變材料均勻的分散，使其嵌入到sio2載體中，獲得癸酸-棕櫚酸/sio2復(fù)合材料的水溶膠。
(3)將鈦酸丁酯分散在總用量的80％的無(wú)水乙醇中，超聲分散5min，獲得鈦酸丁酯分散液，然后將其倒入步驟(2)制備的癸酸-棕櫚酸/sio2相變儲(chǔ)濕復(fù)合材料的水溶膠中，中速磁力攪拌30min，于60℃水浴中陳化2h，最后放入80℃真空干燥箱烘干，獲得癸酸-棕櫚酸/sio2@tio2復(fù)合材料。
實(shí)施例2
制備具有調(diào)溫調(diào)濕光催化性能的建筑復(fù)合材料，使用的原料及質(zhì)量百分比配方如下：
以上試劑均為分析純，其中將癸酸與棕櫚酸按質(zhì)量分?jǐn)?shù)85.5％/14.5％的比例進(jìn)行混合，在60℃水浴條件下溶解并攪拌2h使其分散均勻，獲得癸酸-棕櫚酸。
(1)sio2載體制備：將正硅酸四乙酯與去離子水混合分散在總用量的20％的無(wú)水乙醇中，用恒溫磁力攪拌器在中速，30.0℃水浴條件下攪拌5min，然后超聲分散5min，調(diào)整ph＝2后繼續(xù)放到超聲分散5min，可以得到sio2分散液。
(2)將癸酸-棕櫚酸加入到步驟(1)制備的sio2分散液中，超聲波分散5.0min使相變材料均勻的分散，使其嵌入到sio2載體中，獲得癸酸-棕櫚酸/sio2復(fù)合材料的水溶膠。
(3)將鈦酸丁酯分散在總用量的80％的無(wú)水乙醇中，超聲分散5min，獲得鈦酸丁酯分散液，然后將其倒入步驟(2)制備的癸酸-棕櫚酸/sio2相變儲(chǔ)濕復(fù)合材料的水溶膠中，中速磁力攪拌30min，于60℃水浴中陳化2h，最后放入80℃真空干燥箱烘干，獲得癸酸-棕櫚酸/sio2@tio2復(fù)合材料。
實(shí)施例3
制備具有調(diào)溫調(diào)濕光催化性能的建筑復(fù)合材料，使用的原料及質(zhì)量百分比配方如下：
以上試劑均為分析純，其中將癸酸與棕櫚酸按質(zhì)量分?jǐn)?shù)85.5％/14.5％的比例進(jìn)行混合，在60℃水浴條件下溶解并攪拌2h使其分散均勻，獲得癸酸-棕櫚酸。
(1)sio2載體制備：將正硅酸四乙酯與去離子水混合分散在總用量的20％的無(wú)水乙醇中，用恒溫磁力攪拌器在中速，30.0℃水浴條件下攪拌5min，然后超聲分散5min，調(diào)整ph＝3后繼續(xù)放到超聲分散5min，可以得到sio2分散液。
(2)將癸酸-棕櫚酸加入到步驟(1)制備的sio2分散液中，超聲波分散5.0min使相變材料均勻的分散，使其嵌入到sio2載體中，獲得癸酸-棕櫚酸/sio2復(fù)合材料的水溶膠。
(3)將鈦酸丁酯分散在總用量的80％的無(wú)水乙醇中，超聲分散5min，獲得鈦酸丁酯分散液，然后將其倒入步驟(2)制備的癸酸-棕櫚酸/sio2相變儲(chǔ)濕復(fù)合材料的水溶膠中，中速磁力攪拌30min，于60℃水浴中陳化2h，最后放入80℃真空干燥箱烘干，獲得癸酸-棕櫚酸/sio2@tio2復(fù)合材料。
實(shí)施例4
制備具有調(diào)溫調(diào)濕光催化性能的建筑復(fù)合材料，使用的原料及質(zhì)量百分比配方如下：
以上試劑均為分析純，其中將癸酸與棕櫚酸按質(zhì)量分?jǐn)?shù)85.5％/14.5％的比例進(jìn)行混合，在60℃水浴條件下溶解并攪拌2h使其分散均勻，獲得癸酸-棕櫚酸。
(1)sio2載體制備：將正硅酸四乙酯與去離子水混合分散在總用量的20％的無(wú)水乙醇中，用恒溫磁力攪拌器在中速，30.0℃水浴條件下攪拌5min，然后超聲分散5min，調(diào)整ph＝1后繼續(xù)放到超聲分散5min，可以得到sio2分散液。
(2)將癸酸-棕櫚酸加入到步驟(1)制備的sio2分散液中，超聲波分散5.0min使相變材料均勻的分散，使其嵌入到sio2載體中，獲得癸酸-棕櫚酸/sio2復(fù)合材料的水溶膠。
(3)將鈦酸丁酯分散在總用量的80％的無(wú)水乙醇中，超聲分散5min，獲得鈦酸丁酯分散液，然后將其倒入步驟(2)制備的癸酸-棕櫚酸/sio2相變儲(chǔ)濕復(fù)合材料的水溶膠中，中速磁力攪拌30min，于60℃水浴中陳化2h，最后放入80℃真空干燥箱烘干，獲得癸酸-棕櫚酸/sio2@tio2復(fù)合材料。
實(shí)施例5
制備具有調(diào)溫調(diào)濕光催化性能的建筑復(fù)合材料，使用的原料及質(zhì)量百分比配方如下：
以上試劑均為分析純，其中將癸酸與棕櫚酸按質(zhì)量分?jǐn)?shù)85.5％/14.5％的比例進(jìn)行混合，在60℃水浴條件下溶解并攪拌2h使其分散均勻，獲得癸酸-棕櫚酸。
(1)sio2載體制備：將正硅酸四乙酯與去離子水混合分散在總用量的20％的無(wú)水乙醇中，用恒溫磁力攪拌器在中速，30.0℃水浴條件下攪拌5min，然后超聲分散5min，調(diào)整ph＝3后繼續(xù)放到超聲分散5min，可以得到sio2分散液。
(2)將癸酸-棕櫚酸加入到步驟(1)制備的sio2分散液中，超聲波分散5.0min使相變材料均勻的分散，使其嵌入到sio2載體中，獲得癸酸-棕櫚酸/sio2復(fù)合材料的水溶膠。
(3)將鈦酸丁酯分散在總用量的80％的無(wú)水乙醇中，超聲分散5min，獲得鈦酸丁酯分散液，然后將其倒入步驟(2)制備的癸酸-棕櫚酸/sio2相變儲(chǔ)濕復(fù)合材料的水溶膠中，中速磁力攪拌30min，于60℃水浴中陳化2h，最后放入80℃真空干燥箱烘干，獲得癸酸-棕櫚酸/sio2@tio2復(fù)合材料。
實(shí)施例6
制備具有調(diào)溫調(diào)濕光催化性能的建筑復(fù)合材料，使用的原料及質(zhì)量百分比配方如下：
以上試劑均為分析純，其中將癸酸與棕櫚酸按質(zhì)量分?jǐn)?shù)85.5％/14.5％的比例進(jìn)行混合，在60℃水浴條件下溶解并攪拌2h使其分散均勻，獲得癸酸-棕櫚酸。
(1)sio2載體制備：將正硅酸四乙酯與去離子水混合分散在總用量的20％的無(wú)水乙醇中，用恒溫磁力攪拌器在中速，30.0℃水浴條件下攪拌5min，然后超聲分散5min，調(diào)整ph＝2后繼續(xù)放到超聲分散5min，可以得到sio2分散液。
(2)將癸酸-棕櫚酸加入到步驟(1)制備的sio2分散液中，超聲波分散5.0min使相變材料均勻的分散，使其嵌入到sio2載體中，獲得癸酸-棕櫚酸/sio2復(fù)合材料的水溶膠。
(3)將鈦酸丁酯分散在總用量的80％的無(wú)水乙醇中，超聲分散5min，獲得鈦酸丁酯分散液，然后將其倒入步驟(2)制備的癸酸-棕櫚酸/sio2相變儲(chǔ)濕復(fù)合材料的水溶膠中，中速磁力攪拌30min，于60℃水浴中陳化2h，最后放入80℃真空干燥箱烘干，獲得癸酸-棕櫚酸/sio2@tio2復(fù)合材料。
對(duì)比例1
制備具有調(diào)溫調(diào)濕性能的建筑復(fù)合材料，使用的原料及重量百分比配方如下：
以上試劑均為分析純，其中將癸酸與棕櫚酸按質(zhì)量分?jǐn)?shù)85.5％/14.5％的比例進(jìn)行混合，在60℃水浴條件下溶解并攪拌2h使其分散均勻，獲得癸酸-棕櫚酸。具體制備過(guò)程如下：
(1)癸酸-棕櫚酸@sio2凝膠的制備：將正硅酸乙酯加入到無(wú)水乙醇中，超聲分散5min獲得正硅酸四乙酯分散液，調(diào)節(jié)ph＝2，將正硅酸四乙酯分散液加入癸酸-棕櫚酸中，50℃水浴條件下，中速磁力攪拌30min，獲得癸酸-棕櫚酸@sio2凝膠。
(2)將步驟(1)制備的癸酸-棕櫚酸sio2凝膠于60℃水浴中陳化2h，最后放入80℃真空干燥箱烘干，獲得癸酸-棕櫚酸@sio2復(fù)合材料。
對(duì)比例2
制備具有光催化調(diào)濕性能的建筑復(fù)合材料，使用的原料及重量百分比配方如下：
以上試劑均為分析純，具體制備過(guò)程如下：
(1)tio2分散液制備：將13％的無(wú)水乙醇和去離子水混合，調(diào)節(jié)ph＝2，獲得混合液，將鈦酸丁酯分散在18％無(wú)水乙醇中，超聲分散5min獲得鈦酸丁酯分散液；將鈦酸丁酯分散液逐滴滴入混合液中，控制30min滴完，獲得tio2分散液。
(2)tio2@sio2凝膠的制備：將正硅酸乙酯加入到剩余的14％無(wú)水乙醇中，超聲分散5min獲得正硅酸四乙酯分散液，將正硅酸四乙酯分散液加入步驟(1)制備的tio2分散液中，50℃水浴條件下，中速磁力攪拌30min，獲得tio2@sio2凝膠。
(3)tio2@sio2復(fù)合材料的制備：將步驟(2)制備的tio2@sio2凝膠于60℃水浴中陳化2h，最后放入80℃真空干燥箱烘干，獲得tio2@sio2復(fù)合材料。
二、本發(fā)明具有調(diào)溫調(diào)濕光催化性能的建筑復(fù)合材料的性能測(cè)試
實(shí)施例1～6制備的癸酸-棕櫚酸/sio2@tio2復(fù)合材料以及對(duì)比例1～2制備的復(fù)合材料進(jìn)行調(diào)溫調(diào)濕光催化降解甲醛性能檢測(cè)過(guò)程如下：
(1)調(diào)溫性能測(cè)試
采用臺(tái)灣群特公司center304/309型熱電偶，采用步冷曲線法測(cè)試癸酸-棕櫚酸@ce-la/tio2復(fù)合材料的相變調(diào)溫性能。主要測(cè)試步驟如下：
①稱(chēng)取2g試樣放入試管，將熱電偶的溫度探頭沒(méi)入試樣中，在對(duì)多個(gè)試樣分別進(jìn)行測(cè)試時(shí)，熱電偶的溫度探頭沒(méi)入試管的位置應(yīng)保持一致。
②將裝有試樣的試管放入40℃水浴中，待癸酸-棕櫚酸/sio2相變儲(chǔ)濕復(fù)合材料試樣溫度升至40.0℃，取出試管快速放入10.0℃水浴中，待試樣溫度降至10℃取出試管，如此循環(huán)3次。記取平均值，截取35.0～15.0℃降溫過(guò)程所需的時(shí)間表示試樣相變調(diào)溫性能的強(qiáng)弱。
(2)調(diào)濕性能測(cè)試
樣品的吸放濕性能測(cè)試采用等溫吸放濕法，其吸濕性能測(cè)試步驟如下：
①將試樣放入稱(chēng)量杯中，不蓋杯蓋，放入烘箱，調(diào)整烘箱溫度為25±0.5℃，干燥至恒重(間隔至少24h的3次連續(xù)稱(chēng)量試樣質(zhì)量變化小于0.10％時(shí)認(rèn)為達(dá)到恒重)；
②將干燥后的試樣放置在干燥皿中飽和鹽溶液擋板的上方，取84.34％相對(duì)濕度條件為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試，試樣間隔24h的3次連續(xù)稱(chēng)量質(zhì)量差小于0.10％時(shí)則認(rèn)為試樣達(dá)到吸濕平衡。
平衡含濕量按式(1-1)進(jìn)行計(jì)算，表示試樣儲(chǔ)濕調(diào)濕性能的強(qiáng)弱。
式中：uf-試樣的平衡含濕量，g/g；
mf0-干燥狀態(tài)下試樣的質(zhì)量，g；
mf-吸放濕后試樣的質(zhì)量，g。
(3)光催化降解甲醛性能測(cè)試
根據(jù)《室內(nèi)裝飾裝修材料人造板及其制品中甲醛釋放限量》(gb18580-2001)，將環(huán)境測(cè)試艙的溫度設(shè)置為23±0.5℃、濕度設(shè)置為45±0.3％，以400w日光燈為光源，內(nèi)置濾光鏡以消除紫外光源的影響，甲醛氣體濃度為1mg/m3，以1m3空間放入2g的tio2空心微球?yàn)楸壤扛?h采樣10l環(huán)境測(cè)試艙內(nèi)的氣體，實(shí)驗(yàn)時(shí)間共6h。所采氣體利用乙酰丙酮分光光度法(gb/t15516-1995)來(lái)檢測(cè)甲醛濃度，從而獲得環(huán)境測(cè)試艙中甲醛氣體的濃度變化情況。
實(shí)施例1～6以及對(duì)比例1～2制備的復(fù)合材料測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1所示。
表1.復(fù)合材料的性能測(cè)試結(jié)果對(duì)比