談硅藻土基生態(tài)壁材

邊華英 尹青亞 郭連杰 宋建安

1河南建筑材料研究設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司（450002）2河南省科學(xué)院質(zhì)量檢驗(yàn)與分析測(cè)試研究中心（450002）3河南省怡通路橋工程有限公司（476000）

談硅藻土基生態(tài)壁材

邊華英1，2尹青亞1郭連杰3宋建安1，2

1河南建筑材料研究設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司（450002）2河南省科學(xué)院質(zhì)量檢驗(yàn)與分析測(cè)試研究中心（450002）3河南省怡通路橋工程有限公司（476000）

闡述了硅藻土基生態(tài)壁材的產(chǎn)生背景和優(yōu)越性能，分析了硅藻土的礦物特征、應(yīng)用以及制品現(xiàn)狀，披露了硅藻土基壁材研究情況。

硅藻土；生態(tài)壁材；遠(yuǎn)紅外線；負(fù)離子

0 前言

隨著社會(huì)的發(fā)展和生活水平的提高，人們對(duì)居住環(huán)境的功能和審美要求越來(lái)越高。于是，一些新建住宅被過(guò)度裝修，甚至引起了嚴(yán)重的裝修健康問(wèn)題。裝修健康問(wèn)題主要是由于裝修時(shí)使用的建筑材料是化學(xué)建材，會(huì)揮發(fā)出一些有毒有害物質(zhì)在室內(nèi)積聚。如果裝修之后沒(méi)有采取有效的通風(fēng)或科學(xué)治理措施，則會(huì)對(duì)在該空間居住和活動(dòng)的個(gè)體和人群帶來(lái)危害，特別是對(duì)于兒童和老人等體質(zhì)不夠強(qiáng)健以及處于亞健康狀態(tài)的人群危害更加嚴(yán)重。

20世紀(jì)80年代以來(lái)，日本經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，許多住宅裝修時(shí)由于使用了大量含有化學(xué)物質(zhì)的裝飾裝修材料，引發(fā)了嚴(yán)重的“室內(nèi)裝修污染綜合征”。為了改變這種狀況，日本政府適時(shí)修改了《建筑基準(zhǔn)法》,嚴(yán)格限制散發(fā)有害化學(xué)物質(zhì)的建筑材料在室內(nèi)使用，并規(guī)定室內(nèi)必須配備機(jī)械換氣設(shè)備，進(jìn)行室內(nèi)環(huán)境治理。同時(shí)鼓勵(lì)和支持企業(yè)開(kāi)發(fā)不含有害化學(xué)物質(zhì)的新型室內(nèi)裝飾裝修材料，硅藻土壁材作為無(wú)機(jī)環(huán)保的生態(tài)性裝修材料應(yīng)運(yùn)而生，迅速得到開(kāi)發(fā)應(yīng)用，并造福于日本國(guó)民。近年來(lái)，日本、韓國(guó)、美國(guó)等國(guó)家利用硅藻土原料獨(dú)特的物理性能和環(huán)保功能，開(kāi)發(fā)成硅藻土瓷磚、硅藻土內(nèi)墻板、粉狀硅藻土壁材等新型環(huán)保裝飾裝修材料，改善了居住空間小環(huán)境氣候狀況。

我國(guó)擁有豐富的硅藻土資源,并且是人口大國(guó)，住房市場(chǎng)供需兩旺，當(dāng)前正處于全民奔小康、老舊住房拆遷、改造、裝修升級(jí)的歷史機(jī)遇期，具有開(kāi)發(fā)硅藻土基生態(tài)壁材的市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)和資源條件。鑒于硅藻土是優(yōu)質(zhì)的裝飾裝修壁材原材料，建議國(guó)家相關(guān)部門在硅藻土資源綜合利用方面進(jìn)行規(guī)劃并加以規(guī)范和保護(hù)。據(jù)稱,在日本硅藻土的21%用于建筑材料工業(yè)，11%用于耐火材料，33%用于載體、填料等[1]。根據(jù)我國(guó)硅藻土礦藏的特點(diǎn)，拓寬其在壁材市場(chǎng)的應(yīng)用空間更符合環(huán)保、低碳、節(jié)能的開(kāi)發(fā)宗旨。

1 硅藻土礦物特征

硅藻土是由硅藻的細(xì)胞壁沉積而成的，通常呈淡黃色或淺灰色，多孔性，孔隙度90%～92%，其超微細(xì)孔比活性碳高出5 000～6 000倍。主要成分是蛋白石，富含多種有益礦物質(zhì)，質(zhì)地輕而軟、有粗糙感和強(qiáng)吸水性。常用于制備硅藻土保溫磚、隔音材料、助濾劑、儲(chǔ)糧防蟲(chóng)劑、填料以及催化劑載體等材料[1]。

硅藻的種屬很多，常見(jiàn)的有圓篩藻、直鏈藻、冠盤藻、卵形藻、桅桿藻、小環(huán)藻等。圖1、圖2是煅燒后常見(jiàn)的圓盤藻和直鏈藻形貌圖[2]。硅藻土礦的形成經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的地質(zhì)年代，除含有大量的硅藻體外，還含有很多雜質(zhì)，常見(jiàn)的有石英、黏土、鐵質(zhì)礦物、碳酸鹽、硫酸鹽、火山灰等雜質(zhì)。硅藻土中硅藻含量越多，雜質(zhì)越少，顏色越白，質(zhì)地越輕。其化學(xué)成分主要是SiO2，在結(jié)構(gòu)上是無(wú)定形的，非晶態(tài)的，又稱蛋白石。所含雜質(zhì)主要是少量的Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O、P2O5和有機(jī)質(zhì)等。我國(guó)的硅藻土資源豐富，主要集中在東部及西南地區(qū)[3]。

圖1 圓盤藻

圖2 直鏈藻

硅藻土是一種天然的無(wú)機(jī)礦物質(zhì)原料,細(xì)膩，無(wú)毒，具有良好的吸附性，在化妝品領(lǐng)域可以安全地用于去除死皮、去除油脂、潔凈皮膚。作為裝飾裝修壁材可以安全地用于家庭、學(xué)校、醫(yī)院、博物館、圖書(shū)館等需要保持濕度和空氣清新的公共活動(dòng)場(chǎng)所，不會(huì)揮發(fā)出甲醛、苯、VOC等有害物質(zhì)，對(duì)于敏感人群也幾乎沒(méi)有任何毒副作用，其環(huán)保性能是一般的使用化學(xué)助劑制備的涂料、板材無(wú)法比擬的,屬于裝修材料中的高端產(chǎn)品。

2 國(guó)內(nèi)外硅藻土制品現(xiàn)狀

世界硅藻土資源儲(chǔ)量l8.42億～20億噸，遠(yuǎn)景儲(chǔ)量35.73億噸。我國(guó)已發(fā)現(xiàn)硅藻土礦70余處，分布在l4個(gè)省市自治區(qū)，已探明儲(chǔ)量4.06億噸，遠(yuǎn)景儲(chǔ)量超過(guò)20億噸。吉林長(zhǎng)白、內(nèi)蒙、廣東徐聞、云南騰沖4處為優(yōu)質(zhì)硅藻土礦。但是我國(guó)大多硅藻土礦石以含黏土硅藻和黏土質(zhì)硅藻土為主,品級(jí)較差，特別是優(yōu)質(zhì)的Ⅰ、Ⅱ級(jí)品較少。目前，國(guó)外的硅藻土主要用作助濾劑，用于食品、醫(yī)藥、水、精細(xì)化工產(chǎn)品的過(guò)濾；或用作填料，用于生產(chǎn)油漆、塑料的填料和炸藥的吸收劑；或用作建材和保溫絕熱材料，用于生產(chǎn)隔熱磚、硅酸鈣制品、粉料、硅鈣板、水泥添加劑、泡沫玻璃、輕質(zhì)骨料、瀝青路面混合料添加劑、硅藻土壁材等產(chǎn)品的生產(chǎn)。我國(guó)當(dāng)前主要將硅藻土用于開(kāi)發(fā)水泥混合材料、保溫材料、助濾劑、功能填料、釩催化劑載體、吸附劑、農(nóng)藥載體、微孔玻璃、各類填料(塑料、化肥、橡膠、磨擦材料)、飼料填加劑等，已經(jīng)得到推廣應(yīng)用的產(chǎn)品是瀝青改性劑和新型墻體材料[3]。

目前,我國(guó)的建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《硅藻泥裝飾壁材》已經(jīng)頒布實(shí)施，硅藻土基涂料已經(jīng)逐步進(jìn)入裝飾裝修材料市場(chǎng)，但采用硅藻土生產(chǎn)的無(wú)釉內(nèi)墻磚和釉面磚在研發(fā)之中，但投放市場(chǎng)的產(chǎn)品還不多見(jiàn)。國(guó)內(nèi)的一些高校和研發(fā)機(jī)構(gòu)也在加緊將硅藻土應(yīng)用的研發(fā)和攻關(guān)工作,比如研究牙科用的陶瓷材料、儲(chǔ)量害蟲(chóng)防治、工業(yè)廢水凈化、吸附重金屬離子、作為抗菌劑載體和制備生態(tài)建材等。

3 硅藻土基生態(tài)壁材的主要功能

鑒于住宅裝修時(shí)大量使用乳膠漆、膠合板、油漆等含有化學(xué)物質(zhì)的裝飾裝修材料而引發(fā)的較為嚴(yán)重的“室內(nèi)裝修污染綜合征”，國(guó)內(nèi)外都已經(jīng)認(rèn)識(shí)到開(kāi)發(fā)環(huán)保無(wú)污染裝飾裝修材料的必要性、緊迫性。如果能夠在硅藻土壁材的配方設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、供應(yīng)施工和使用等各個(gè)環(huán)節(jié)做到保質(zhì)保量，則硅藻土基壁材將具備以下優(yōu)異性能[4]:

1）降解有害物質(zhì)。硅藻土基壁材具有的高孔隙率結(jié)構(gòu)使其能有效吸附凈化室內(nèi)空氣中的甲醛、氨、苯等有害物質(zhì)，其凈化空氣的能力安全、持久、可靠。

2）祛除異味。硅藻土基壁材具有的微細(xì)多孔結(jié)構(gòu)能吸附室內(nèi)空氣中的異味，長(zhǎng)期保持室內(nèi)空氣清新，并保持墻面清潔。家中即使有吸煙者，也不會(huì)引起墻壁發(fā)黃或長(zhǎng)時(shí)間煙霧彌漫。

3）調(diào)節(jié)濕度。當(dāng)室內(nèi)濕度較大時(shí)，硅藻土基壁材上的超微細(xì)孔能夠吸收空氣中的水分并儲(chǔ)存起來(lái)，防止發(fā)霉；當(dāng)室內(nèi)空氣中的水分減少、濕度下降時(shí)，硅藻土基壁材又能夠?qū)?chǔ)存在超微細(xì)孔中的水分釋放出來(lái)增加濕度，呈現(xiàn)出良好的調(diào)濕功能。

4）隔音降噪。硅藻土的多孔結(jié)構(gòu)使其具有良好的隔聲降噪效果。

5）保溫隔熱。硅藻土為無(wú)機(jī)多孔不燃材料，具有良好的保溫隔熱性能,常被用于制造保溫隔熱磚，所以硅藻土基壁材具有阻燃性和隔熱、保溫、耐火性能，有助于提高室內(nèi)的夏季制冷和冬季采暖效率，節(jié)約能源。

6）殺菌抗菌。通過(guò)添加納米銀離子、銅離子、鋅離子抗菌劑和二氧化鈦光催化抗菌劑之后，硅藻土基裝飾裝修材料具有殺菌抗菌功能，能夠吸收和分解部分導(dǎo)致人體過(guò)敏的物質(zhì)，可有效防毒和抑制螨蟲(chóng)生存，對(duì)一些哮喘、過(guò)敏、花粉癥、化學(xué)物質(zhì)過(guò)敏，失眠癥患者有保健功效。硅藻土基裝飾裝修材料還具有一定的氧化力，能破壞細(xì)菌的細(xì)胞壁殺死細(xì)菌并使細(xì)菌體分解，抑制病毒活性，滅菌能力達(dá)99%。

7）治療保健。通過(guò)添加電氣石、托馬琳礦石粉使硅藻土壁材具有放射遠(yuǎn)紅外線和產(chǎn)生負(fù)離子的功效。

遠(yuǎn)紅外線又被稱為生育射線，特別是波長(zhǎng)5.6～15 μm這一波段的紅外線作用于人體時(shí)，其頻率與體內(nèi)的細(xì)胞分子、原子間的水分子運(yùn)動(dòng)頻率相一致,引起共振，使皮下組織深層部位的溫度升高，使水分子活化，處于高能狀態(tài)，加速人體需要的生物酶的合成，同時(shí)活化蛋白質(zhì)等生物分子，從而增強(qiáng)機(jī)體免疫力和生物細(xì)胞組織的再生能力，加速供給養(yǎng)分和酵素，促進(jìn)身體健康。這種硅藻土壁材裝飾的居室通過(guò)常溫放射遠(yuǎn)紅外線，有利于調(diào)節(jié)人體微循環(huán)，促進(jìn)新陳代謝，提高免疫功能，緩解痙攣，消炎鎮(zhèn)痛，提高人們的睡眠質(zhì)量的作用。帶負(fù)電荷的小粒徑空氣負(fù)離子又稱“空氣維生素”。世界長(zhǎng)壽之鄉(xiāng)廣西巴馬空氣負(fù)離子含量極高，在巴馬幾乎沒(méi)有什么土著人患糖尿病、高血壓甚至癌癥?，F(xiàn)代臨床研究發(fā)現(xiàn)，負(fù)離子對(duì)提高人體免疫力、改善神經(jīng)衰弱、失眠、哮喘，緩解高血壓，通暢心腦血管，降低血液黏稠度，提高人體免疫力和治療糖尿病等一些頑疾具有顯著功效。硅藻土對(duì)水分的吸收和釋放產(chǎn)生瀑布效應(yīng)，將水分子分解成氧負(fù)離子在空氣中四處浮游，與電氣石類材料產(chǎn)生的負(fù)離子一起形成室內(nèi)天然氧吧，對(duì)相應(yīng)人群起到治療和保健作用。

4 硅藻土基生態(tài)壁材的發(fā)展趨勢(shì)

硅藻土基生態(tài)壁材必將成為市場(chǎng)選擇的產(chǎn)品，但是硅藻土基壁材要想達(dá)到較好的吸附凈化室內(nèi)空氣的功能,硅藻土含量必須達(dá)到較高的比例，施工層也須達(dá)到一定的厚度。如果添加了較多的樹(shù)脂和黏結(jié)助劑，則涂料與墻壁的黏合強(qiáng)度高，結(jié)合牢固，但其環(huán)保性能將受到很大影響。所以硅藻土基壁材施工層厚度宜厚不宜薄，造價(jià)偏高，且多為田園風(fēng)格的粗曠美，而不適宜裝飾裝修的精細(xì)、薄層、低造價(jià)。當(dāng)前市場(chǎng)上的硅藻泥品牌有幾十個(gè)，其中有為了占領(lǐng)市場(chǎng)而降低成本、減少硅藻土含量、增加乳膠粉、添加較多無(wú)機(jī)非硅藻土非環(huán)保功能材料的現(xiàn)象。因此，硅藻土基生態(tài)壁材的研究方向是提高與墻壁的結(jié)合強(qiáng)度，減薄施工層厚度，降低造價(jià)。

因?yàn)楣柙逋镣苛鲜且愿煞蹱顟B(tài)的半成品交貨的，要以科學(xué)的施工手法和合適的施工厚度來(lái)幫助其實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)保性能，這需要產(chǎn)、供、銷、施工每個(gè)環(huán)節(jié)都做到誠(chéng)信服務(wù)來(lái)保證產(chǎn)品質(zhì)量和效果。如果將硅藻土基材料制成燒結(jié)的壁掛薄板，其生產(chǎn)工序及工藝參數(shù)一旦確定不會(huì)輕易更改，即壁材的半成品質(zhì)量容易受到監(jiān)控并得到保證，施工過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單并且清潔，其生態(tài)環(huán)保性能更能得到保證。

目前，我們課題組正在研制低溫?zé)傻沫h(huán)保功能性硅藻土基內(nèi)墻薄板,以硅藻土為主要原材料，少量添加一些燒結(jié)助劑和功能組分，半干壓成型后經(jīng)干燥、燒結(jié)而成。這種薄板可以直接施工使用或與一些板材復(fù)合后使用。相信這種壁材投放市場(chǎng)之后將會(huì)受到一些追求健康、環(huán)保、節(jié)能等高端客戶的青睞。

[1]印萬(wàn)忠.國(guó)外硅藻土研究評(píng)述[J].有色金屬,2000,4.

[2]李存昌.川岳山硅藻泥引領(lǐng)零污染裝飾[J].城市住宅,2011: 02～03.

[3]姜玉芝,賈嵩陽(yáng).硅藻土的國(guó)內(nèi)外開(kāi)發(fā)應(yīng)用現(xiàn)狀及進(jìn)展[J].有色礦冶.2011.10.

[4]魏存弟,孫彥彬,等.電氣石活化水效應(yīng)的應(yīng)用[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(地球科學(xué)版),2010,11.