CN109092024A - 一种油溶性甲醛清除剂 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种油溶性甲醛清除剂，属于室内空气净化剂技术领域，具体包括球形载体以及粘附在球形载体上的双氰胺粉末反应剂，所述球形载体经N‑十八烷基双季铵盐表面改性；本发明通过N‑十八烷基双季铵盐改性形成的球形载体表面为疏水性结构，可向人造板材内部渗透，将球形载体粘附在板材表面；且N‑十八烷基双季铵盐的捕捉作用将板材周围的气态甲醛聚集到球形载体周围，从而与双氰胺接触反应，生成物水分子被吸收后，双氰胺树脂逐渐沉降在球形载体表面，经由球形载体吸附除去，三者协同，甲醛去除效率高、作用持久。
Description
技术领域
本发明涉及室内空气净化剂技术领域，特别涉及一种油溶性甲醛清除剂。
背景技术
人造板材就是利用木材在加工过程中产生的边角废料，添加化工胶粘剂制作成的板材。人造板材种类很多，常用的有刨花板、中密度板、细木工板、胶合板，以及防火板等装饰型人造板材。因为它们有各自不同的特点，被应用于不同的家具制造领域。由于脲醛树脂、酚醛树脂等具有价格低廉、抗腐耐用的特点，用脲醛树脂、酚醛树脂作为胶粘剂，生产的人造板材已广泛应用于室内装修建材中，但是，采用含脲醛树脂、酚醛树脂为胶粘剂制得的人造板材，板体总是含有一定数量的游离甲醛，在人们装修装饰过程中这些游离甲醛会逐渐向室内空气中释放出来，造成对室内环境的污染，甲醛对人体健康的危害是诱发基因突变，并对DNA产生损伤作用，使免疫功能异常或下降，引发各种疾病的发生。藏匿于人造板材中的甲醛释放周期为7～8年之久，甚至可达15年，且前三年为最高挥发期，所以清除甲醛是一个慢长的过程。
现有的甲醛清除剂一般喷涂在人造板材表面形成膜，通过物理吸附技术、负离子高压静电除尘技术或常温催化氧化法等净化甲醛，物理吸附技术只能将有害物吸附储存，而不能最终消除，且存在吸附饱和和解吸附等情况，因此要经常更换吸附材料；负离子高压静电技术是一种物理作用过程，能有效去除空气中的烟尘，但对甲醛去除作用不明显，其次造价高，使用时需要用电，会产生噪音，不利于大量普及推广；常温催化氧化法除甲醛效率高，但会产生二次污染物，如甲醇、甲酸、甲醛聚合物等其他有毒物质，部分物质还会附着到板材上，影响板材的品质，且通常为可逆反应，当甲醛浓度低于一定限值时，甲醛净化效率受到明显影响；其次，膜的反应面积有限，一旦膜失效后，人造板材中的游离甲醛仍会大量释放的出来，造成室内空气的污染。因此，如何有效消除室内空气中的甲醛污染，已成为室内环境安全领域亟待解决的课题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种油溶性甲醛清除剂，通过N-十八烷基双季铵盐改性形成的球形载体表面为疏水性结构，可向人造板材内部渗透，将球形载体粘附在板材表面；且N-十八烷基双季铵盐的捕捉作用将板材周围的气态甲醛聚集到球形载体周围，从而与双氰胺接触反应，生成物水分子被吸收后，双氰胺树脂逐渐沉降在球形载体表面，经由球形载体吸附除去，三者协同，甲醛去除效率高、作用持久。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种油溶性甲醛清除剂，包括球形载体以及粘附在球形载体上的双氰胺粉末反应剂，所述球形载体经N-十八烷基双季铵盐表面改性。N-十八烷基双季铵盐为季铵盐型阳离子表面活性剂，通过N-十八烷基双季铵盐改性形成的球形载体表面为疏水性结构，可向人造板材内部渗透，将球形载体粘附在板材表面；其次其疏水末端含有氨基，可捕捉电负性的甲醛羰基，将从板材中溢出的甲醛带往基质附近，起到甲醛捕捉剂的作用。
进一步的，所述双氰胺粉末反应剂的厚度为100～300nm。
进一步的，还包括催化剂，所述催化剂为乙酰脲。乙酰脲对含有吸电子基团的甲醛具有良好的催化活性，乙酰脲的胺基能够给出电子对，羰基能够接受质子，因此兼具B碱和L酸的双重性质，在反应中同时活化底物甲醛和亲核试剂双氰胺，从而催化醛基与胺的加成反应快速进行，提高反应速率和甲醛去除率。
进一步的，所述球形载体颗粒大小为1.5～3μm。
进一步的，所述球形载体由瓷土、粘土粉和硅藻土混合制成。
进一步的，所述瓷土、粘土粉和硅藻土的添加量按质量计分别为20～80份、10～20份、10～20份。
进一步的，所述球形载体中还包括辅反应剂，所述辅反应剂为氧化钙、五氧化二磷、无水硫酸钠和DCC中的一种或多种。氧化钙、五氧化二磷或无水硫酸钠为干燥剂，DCC(二环己基碳二亚胺)为反应脱水剂，均可吸收反应过程中产生的水分，使反应平衡正向移动，提高反应效率，并形成固体产物，其次减少甚至杜绝了脲醛树脂胶遇潮分解的问题。
进一步的，所述辅反应剂的添加量按质量计为20～30份。
本发明的球形载体为多孔性载体材料，多孔性载体材料除承载粉末反应剂、催化剂和N-十八烷基双季铵盐外，其本身大量的羟基和由不同孔径组成的毛细管网，对甲醛也有一定的吸附作用。在N-十八烷基双季铵盐的静电引力和载体的吸附下，板材周围的气态甲醛被吸附到球形载体中，与双氰胺和乙酰脲接触，通过加成反应，生成双氰胺树脂和水，在水分子被辅反应剂吸收后，双氰胺树脂逐渐沉降在载体表面，经由载体吸附除去，避免了生成物的二次污染。
在使用时，将本品直接喷涂或者与油溶性成膜物混合后刷涂在人造板材家具的内壁所有可涂刷的部位上(如抽屉内腔的正反面、衣柜内壁及背板等)；当家具内壁为裸露板(即未贴饰面板和宝丽板及未刷油漆等)时，本品使用量应为40g/m2左右，当家具内壁已经饰面处理时，本品使用量就为20g/m2左右。
本发明的有益效果是：
1.本发明在N-十八烷基双季铵盐的静电引力和载体的吸附作用下，板材周围的气态甲醛被吸附到球形载体或聚集到球形载体表面，从而与粉末反应剂双氰胺和催化剂乙酰脲接触，通过加成反应，生成双氰胺树脂和水，在水分子被辅反应剂吸收后，双氰胺树脂逐渐沉降在载体表面，经由载体吸附除去，避免了生成物的二次污染，且在多孔性球形载体与催化剂、粉末反应剂和N-十八烷基双季铵盐的协同作用下，甲醛清除率5d即可达到98.5～99.7％，且作用时间长达120天，本发明油溶性甲醛清除剂能够持久、有效地清除人造板材中释放出的甲醛。
2.本发明采用N-十八烷基双季铵盐，其为阳离子表面活性剂，含有大量的氨基，无毒无害，集甲醛捕捉和渗透剂两种功能于一身，具有良好的捕捉甲醛性能和渗透性能；经其改性形成的球形载体表面为疏水性结构，可向人造板材内部渗透，将球形载体粘附在板材表面；其次其疏水末端含有氨基，可捕捉电负性的甲醛羰基，将从板材中溢出的甲醛带往基质附近，起到甲醛捕捉剂的作用。
3.催化剂乙酰脲对含有吸电子基团的甲醛具有良好的催化活性，乙酰脲的胺基能够给出电子对，羰基能够接受质子，因此兼具B碱和L酸的双重性质，在反应中同时活化底物甲醛和亲核试剂双氰胺，从而催化醛基与胺的加成反应快速进行，提高反应速率和甲醛去除率。
4.粘附有粉末反应剂的球形载体，有足够的孔隙率，能让甲醛轻易进入，且反应剂乙酰脲均匀分布在空隙中，达到了空间的合理利用，相比于单纯的涂覆膜结构，极大地增加了反应面积，反应效率大大提高。
5.本发明的辅反应剂可吸收反应过程中产生的水分，使反应平衡正向移动，提高反应效率，并促使反应生成物双氰胺树脂形成固体产物，沉降在载体表面，便于球形载体吸附除去；其次保持了板材的干燥，减少甚至杜绝了脲醛树脂胶遇潮分解的问题。
6.将本发明的甲醛清除剂喷涂在板材表面，通过N-十八烷基双季铵盐的疏水作用，加强了与板材的结合，增强稳固性，减少了甲醛清除剂的损失，其次，球形载体铺在板材表面，形成一层保护层，并在N-十八烷基双季铵盐的静电引力作用下，将甲醛固定在板材和球形载体之间的空间内，免于甲醛扩散至室内。
7.本发明的甲醛清除剂通过N-十八烷基双季铵盐的疏水作用与板材紧密接触，当需要更换时，仅需通过含有有机溶剂的抹布擦除，更换方便。
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一、实施例
实施例1
一种油溶性甲醛清除剂，包括经N-十八烷基双季铵盐表面改性的球形载体以及粘附在球形载体上的双氰胺粉末反应剂；
其中球形载体由瓷土、粘土粉、硅藻土混合制成，粒径大小为2.5μm；所述瓷土、粘土粉、硅藻土按质量计分别为50份、14份、14份；
所述双氰胺粉末反应剂的厚度为200nm。
实施例2
一种油溶性甲醛清除剂，包括经N-十八烷基双季铵盐表面改性的球形载体以及粘附在球形载体上的双氰胺粉末反应剂和催化剂乙酰脲；
其中球形载体由瓷土、粘土粉、硅藻土混合制成，粒径大小为2.5μm；所述瓷土、粘土粉、硅藻土按质量计分别为50份、14份、14份；
所述双氰胺粉末反应剂的厚度为200nm。
实施例3
一种油溶性甲醛清除剂，包括经N-十八烷基双季铵盐表面改性的球形载体以及粘附在球形载体上的双氰胺粉末反应剂；
其中球形载体由瓷土、粘土粉、硅藻土和二环己基碳二亚胺混合制成，粒径大小为2.5μm；所述瓷土、粘土粉、硅藻土和二环己基碳二亚胺的添加量按质量计分别为50份、14份、14份和25份；
所述双氰胺粉末反应剂的厚度为200nm。
实施例4
一种油溶性甲醛清除剂，包括经N-十八烷基双季铵盐表面改性的球形载体以及粘附在球形载体上的双氰胺粉末反应剂和催化剂乙酰脲；
其中球形载体由瓷土、粘土粉、硅藻土和无水硫酸钠混合制成，粒径大小为1.5μm；所述瓷土、粘土粉、硅藻土和无水硫酸钠的添加量按质量计分别为20份、10份、10份和20份；
所述双氰胺粉末反应剂的厚度为100nm。
实施例5
一种油溶性甲醛清除剂，包括经N-十八烷基双季铵盐表面改性的球形载体以及粘附在球形载体上的双氰胺粉末反应剂和催化剂乙酰脲；
其中球形载体由瓷土、粘土粉、硅藻土和无水硫酸钠混合制成，粒径大小为2μm；所述瓷土、粘土粉、硅藻土和无水硫酸钠的添加量按质量计分别为40份、12份、12份和23份；
所述双氰胺粉末反应剂的厚度为150nm。
实施例6
一种油溶性甲醛清除剂，包括经N-十八烷基双季铵盐表面改性的球形载体以及粘附在球形载体上的双氰胺粉末反应剂和催化剂乙酰脲；
其中球形载体由瓷土、粘土粉、硅藻土和二环己基碳二亚胺混合制成，粒径大小为2.5μm；所述瓷土、粘土粉、硅藻土和二环己基碳二亚胺的添加量按质量计分别为50份、14份、14份和25份；
所述双氰胺粉末反应剂的厚度为200nm。
实施例7
一种油溶性甲醛清除剂，包括经N-十八烷基双季铵盐表面改性的球形载体以及粘附在球形载体上的双氰胺粉末反应剂和催化剂乙酰脲；
其中球形载体由瓷土、粘土粉、硅藻土和五氧化二磷混合制成，粒径大小为2μm；所述瓷土、粘土粉、硅藻土和五氧化二磷的添加量按质量计分别为65份、17份、17份和27份；
所述双氰胺粉末反应剂的厚度为250nm。
实施例8
一种油溶性甲醛清除剂，包括经N-十八烷基双季铵盐表面改性的球形载体以及粘附在球形载体上的双氰胺粉末反应剂和催化剂乙酰脲；
其中球形载体由瓷土、粘土粉、硅藻土和氧化钙混合制成，粒径大小为3μm；所述瓷土、粘土粉、硅藻土和氧化钙的添加量按质量计分别为80份、20份、207份和30份；
所述双氰胺粉末反应剂的厚度为300nm。
上述任一实施例中油溶性甲醛清除剂的制备方法为：
步骤1制备球形载体
将瓷土与粘土粉和硅藻土按比例混合，加水造粒，得到球形载体；将球形载体晾干，700-800℃煅烧2～4h，冷却晾干，经超微粉碎，过5000～8000目筛子，收集筛下物为球形载体；其中，有辅反应剂的实施例，辅反应剂与原料一起混合后进行上述操作。
步骤2制备粘附粉末反应剂的球形载体
S1、将球形载体用氢氟酸溶液浸泡1～2h，而后用水清洗并晾干；
S2、将粉末反应剂将入锥形瓶中，并加入质量浓度为30～40％的PTFE乳液，搅拌均匀后制得反应剂浆液；
S3、将球形载体浸泡与步骤S2反应剂浆液中，在300w的超声功率下超声30min，充分分散球形载体；
S4、过滤步骤S2的悬浊液，沉淀在自然条件下烘干；
S5、在经第一次粘附后的球形载体表面喷洒PTFE乳液，此次PTFE乳液浓度为20～30％，小于第一次粘附所用PTFE乳液浓度，而后室温喷涂粉末反应剂；经第一次粘附后的球形载体表面上粘附的粉末反应剂层较薄，需进行第二次粘附。第二次上胶不可直接将载体浸没于PTFE乳液内，否则会使第一次粘附上的反应剂流失，因而采用喷洒方式。第二次粘附后，球形载体表面上99％面积都粘附有粉末反应剂，且粉末反应剂厚度可达100～30000nm，之所以进行第二次粘附，是为保证粘附上去的粉末反应剂有一层网状的外部保护，如此之后，当被粘附了粉末反应剂的球形载体经烘干后，外部、内部的PTFE会形成一整体，且又非封闭，依然可以保留球形载体的多孔结构。
S6、将经第二次粘附的球形载体自然条件下烘干，留存待用。
其中，有催化剂的实施例，催化剂与粉末反应剂混合后进行上述操作。
步骤3N-十八烷基双季铵盐改性球形载体
将N-十八烷基双季铵盐加入到300mL的甲苯中，再将50g步骤2的球形载体加入N-十八烷基双季铵盐的甲苯溶液中，90℃恒温搅拌4h，反应结束后过滤，将得到的固相物质真空抽滤后干燥至恒重。
二、实验例
本实验分组如下：
对比例1：不做任何处理，作为空白对照。
对比例2：将200g球形载体用二甲苯溶解，再配以Desmodur L75固化剂，搅拌，按40g/m2的量涂膜，自然干燥7d后进行试验；其中球形载体由瓷土、粘土粉和硅藻土混合制成，粒径大小为2.5μm；所述瓷土、粘土粉和硅藻土的添加量按质量计分别为50份、14份和14份。
对比例3：将N-十八烷基双季铵盐表面改性的球形载体用二甲苯溶解，再配以Desmodur L75固化剂，搅拌，按40g/m2的量涂膜，自然干燥7d后进行试验；其中球形载体由瓷土、粘土粉和硅藻土混合制成，粒径大小为2.5μm；所述瓷土、粘土粉和硅藻土的添加量按质量计分别为50份、14份和14份。
对比例4：将粘附有双氰胺粉末反应剂的球形载体用二甲苯溶解，再配以DesmodurL75固化剂，搅拌，按40g/m2的量涂膜，自然干燥7d后进行试验；其中，双氰胺粉末反应剂的厚度为200nm，球形载体由瓷土、粘土粉和硅藻土混合制成，粒径大小为2.5μm；所述瓷土、粘土粉和硅藻土的添加量按质量计分别为50份、14份和14份。
对比例5：将粘附有双氰胺粉末反应剂的球形载体用二甲苯溶解，再配以DesmodurL75固化剂，搅拌，按40g/m2的量涂膜，自然干燥7d后进行试验；其中，双氰胺粉末反应剂的厚度为200nm，球形载体由瓷土、粘土粉、硅藻土和二环己基碳二亚胺混合制成，粒径大小为2.5μm；所述瓷土、粘土粉、硅藻土和二环己基碳二亚胺的添加量按质量计分别为50份、14份、14份和25份。
对比例6：将粘附有双氰胺粉末反应剂和催化剂乙酰脲的球形载体用二甲苯溶解，再配以Desmodur L75固化剂，搅拌，按40g/m2的量涂膜，自然干燥7d后进行试验；其中，双氰胺粉末反应剂的厚度为200nm，球形载体由瓷土、粘土粉和硅藻土混合制成，粒径大小为2.5μm；所述瓷土、粘土粉和硅藻土的添加量按质量计分别为50份、14份和14份。
试验例
将本实施例1～5的油溶性甲醛清除剂用二甲苯溶解，再配以Desmodur L75固化剂，搅拌，按40g/m2的量涂膜，自然干燥7d后进行试验。
甲醛的净化效率和净化效率持久性测定方法参见《室内空气净化功能涂覆材料净化性能》JC/T1074-2008，整个试验环境为：温度(25±2)℃，相对湿度(40±10)％，实验结果见表1。
采用宝丽板(购于山东临沂市昌利木业，厚度2.7mm，尺寸150mm×167mm)作为实验材料，将本发明的油溶性甲醛清除剂按20g/m2的使用量直接喷涂在宝丽板表面，采用干燥法，以《居住区大气中甲醛卫生检验标准方法分光光度法》GB/T 16129-1995法测定测定甲醛含量，考察其清除游离甲醛的持续性，实验结果见表2。
表1甲醛的净化效率和净化效率持久性实验
由表1可知，在测试过程中，甲醛的自然衰减率为13.35％，实验成立，实施例4～8的油溶性甲醛清除剂，包括N-十八烷基双季铵盐表面改性的球形载体以及粘附在球形载体上的双氰胺粉末反应剂和催化剂乙酰脲，所述球形载体还含有辅反应剂，为甲醛与双氰胺粉末反应剂提供了良好的反应环境，反应空间大，反应物浓度高(N-十八烷基双季铵盐的捕捉作用)且反应活性高(催化剂的活化作用)，其次反应生成的水分子由辅反应剂吸收，促进反应向生成双氰胺树脂的方向进行，反应效率高，最终双氰胺树脂逐渐沉降在载体表面，经由载体吸附除去，避免了生成物的二次污染，因此甲醛去除效率高，持久性好。实施例1相比于实施例4～8，未添加辅反应剂和催化剂，甲醛活性较低，其次反应生成的水分不能及时除去，致使双氰胺树脂的生成速度减慢，甲醛消除效率降低；实施例2相比于实施例4～8，未添加辅反应剂，反应生成的水分不能及时除去，致使甲醛消除效率降低，持久性稍差；实施例3相比于实施例4～8，未添加催化剂，甲醛反应活性较低，致使反应速率降低；对比例2和对比例3，虽然球形载体提供了足够的吸附空间，但吸附量有限，在持久性测试中，极易达到吸附饱和状态，因此甲醛净化效率持久性较差，这也是现有的甲醛吸附剂存在的问题；对比例3与对比例2相比，经过N-十八烷基双季铵盐表面可以加快吸附效率，但甲醛最终的吸附量并未增加，反而由于N-十八烷基双季铵盐占据在球形载体的表面，影响了吸附容量；对比例4使用双氰胺粉末反应剂的球形载体，气态甲醛被吸附到球形载体，从而与粉末反应剂双氰胺接触，但是未使用N-十八烷基双季铵盐改性，也未添加辅反应剂和催化剂，甲醛基本通过扩散进入到球形载体，吸附效率慢，反应物浓度低，反应物活性也低，且随着生成物的增加，逆反应速率也随之增加，导致反应效率低，从而影响甲醛的净化效率；对比例5和对比例6在对比例4的基础上，分别增加了辅反应剂和催化剂，一定程度上可以促进甲醛去除反应的进行，但是对比例5由于甲醛吸附效率慢，导致反应物浓度低，对比例6由于甲醛反应活性低，因此二者都增效不明显。
表2甲醛清除膜清除游离甲醛的效果随时间的变化
由表2可以看出，在持续的试验过程中，对比例1的甲醛的含量先升后降，这是因为板材中的残留甲醛在持续释放，甲醛自然衰减的量低于甲醛释放的量，因此前期甲醛含量一直升高，后期甲醛释放比较完全，部分甲醛自然衰减，因此甲醛含量开始降低，也可以看出甲醛有一个较长的释放周期，喷涂本发明油溶性甲醛清除剂的实验组，甲醛含量持续走低，第5天，甲醛清除率即可达到98.0～99.9％，此后，随着时间延长，甲醛含量基本未增加，由此可见，本发明油溶性甲醛清除剂能够持久、有效地清除人造板材中释放出的甲醛。
Claims (8)
1.一种油溶性甲醛清除剂，其特征在于，包括球形载体以及粘附在球形载体上的双氰胺粉末反应剂，所述球形载体经N-十八烷基双季铵盐表面改性。
2.如权利要求1所述的油溶性甲醛清除剂，其特征在于，所述双氰胺粉末反应剂的厚度为100～300nm。
3.如权利要求1所述的油溶性甲醛清除剂，其特征在于，还包括催化剂，所述催化剂为乙酰脲。
4.如权利要求1所述的油溶性甲醛清除剂，其特征在于，所述球形载体颗粒大小为1.5～3μm。
5.如权利要求1所述的油溶性甲醛清除剂，其特征在于，所述球形载体由瓷土、粘土粉和硅藻土混合制成。
6.如权利要求7所述的油溶性甲醛清除剂，其特征在于，所述瓷土、粘土粉和硅藻土的添加量按质量计分别为20～80份、10～20份、10～20份。
7.如权利要求7所述的油溶性甲醛清除剂，其特征在于，所述球形载体中还包括辅反应剂，所述辅反应剂为氧化钙、五氧化二磷、无水硫酸钠和DCC中的一种或多种。
8.如权利要求9所述的油溶性甲醛清除剂，其特征在于，所述辅反应剂的添加量按质量计为20～30份。
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|---|---|---|---|---|
| CN112337303A (zh) * | 2020-11-20 | 2021-02-09 | 四川力洁狮环保科技有限公司 | 一种生物降解甲醛清除剂 |
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2018
- 2018-10-18 CN CN201811213020.1A patent/CN109092024A/zh not_active Withdrawn
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