谈硅藻土基生态壁材

边华英 尹青亚 郭连杰 宋建安

1河南建筑材料研究设计院有限责任公司（450002）2河南省科学院质量检验与分析测试研究中心（450002）3河南省怡通路桥工程有限公司（476000）

谈硅藻土基生态壁材

边华英1，2尹青亚1郭连杰3宋建安1，2

1河南建筑材料研究设计院有限责任公司（450002）2河南省科学院质量检验与分析测试研究中心（450002）3河南省怡通路桥工程有限公司（476000）

阐述了硅藻土基生态壁材的产生背景和优越性能，分析了硅藻土的矿物特征、应用以及制品现状，披露了硅藻土基壁材研究情况。

硅藻土；生态壁材；远红外线；负离子

0 前言

随着社会的发展和生活水平的提高，人们对居住环境的功能和审美要求越来越高。于是，一些新建住宅被过度装修，甚至引起了严重的装修健康问题。装修健康问题主要是由于装修时使用的建筑材料是化学建材，会挥发出一些有毒有害物质在室内积聚。如果装修之后没有采取有效的通风或科学治理措施，则会对在该空间居住和活动的个体和人群带来危害，特别是对于儿童和老人等体质不够强健以及处于亚健康状态的人群危害更加严重。

20世纪80年代以来，日本经济快速发展，许多住宅装修时由于使用了大量含有化学物质的装饰装修材料，引发了严重的“室内装修污染综合征”。为了改变这种状况，日本政府适时修改了《建筑基准法》,严格限制散发有害化学物质的建筑材料在室内使用，并规定室内必须配备机械换气设备，进行室内环境治理。同时鼓励和支持企业开发不含有害化学物质的新型室内装饰装修材料，硅藻土壁材作为无机环保的生态性装修材料应运而生，迅速得到开发应用，并造福于日本国民。近年来，日本、韩国、美国等国家利用硅藻土原料独特的物理性能和环保功能，开发成硅藻土瓷砖、硅藻土内墙板、粉状硅藻土壁材等新型环保装饰装修材料，改善了居住空间小环境气候状况。

我国拥有丰富的硅藻土资源,并且是人口大国，住房市场供需两旺，当前正处于全民奔小康、老旧住房拆迁、改造、装修升级的历史机遇期，具有开发硅藻土基生态壁材的市场优势和资源条件。鉴于硅藻土是优质的装饰装修壁材原材料，建议国家相关部门在硅藻土资源综合利用方面进行规划并加以规范和保护。据称,在日本硅藻土的21%用于建筑材料工业，11%用于耐火材料，33%用于载体、填料等[1]。根据我国硅藻土矿藏的特点，拓宽其在壁材市场的应用空间更符合环保、低碳、节能的开发宗旨。

1 硅藻土矿物特征

硅藻土是由硅藻的细胞壁沉积而成的，通常呈淡黄色或浅灰色，多孔性，孔隙度90%～92%，其超微细孔比活性碳高出5 000～6 000倍。主要成分是蛋白石，富含多种有益矿物质，质地轻而软、有粗糙感和强吸水性。常用于制备硅藻土保温砖、隔音材料、助滤剂、储粮防虫剂、填料以及催化剂载体等材料[1]。

硅藻的种属很多，常见的有圆筛藻、直链藻、冠盘藻、卵形藻、桅杆藻、小环藻等。图1、图2是煅烧后常见的圆盘藻和直链藻形貌图[2]。硅藻土矿的形成经历了漫长的地质年代，除含有大量的硅藻体外，还含有很多杂质，常见的有石英、黏土、铁质矿物、碳酸盐、硫酸盐、火山灰等杂质。硅藻土中硅藻含量越多，杂质越少，颜色越白，质地越轻。其化学成分主要是SiO2，在结构上是无定形的，非晶态的，又称蛋白石。所含杂质主要是少量的Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O、P2O5和有机质等。我国的硅藻土资源丰富，主要集中在东部及西南地区[3]。

图1 圆盘藻

图2 直链藻

硅藻土是一种天然的无机矿物质原料,细腻，无毒，具有良好的吸附性，在化妆品领域可以安全地用于去除死皮、去除油脂、洁净皮肤。作为装饰装修壁材可以安全地用于家庭、学校、医院、博物馆、图书馆等需要保持湿度和空气清新的公共活动场所，不会挥发出甲醛、苯、VOC等有害物质，对于敏感人群也几乎没有任何毒副作用，其环保性能是一般的使用化学助剂制备的涂料、板材无法比拟的,属于装修材料中的高端产品。

2 国内外硅藻土制品现状

世界硅藻土资源储量l8.42亿～20亿吨，远景储量35.73亿吨。我国已发现硅藻土矿70余处，分布在l4个省市自治区，已探明储量4.06亿吨，远景储量超过20亿吨。吉林长白、内蒙、广东徐闻、云南腾冲4处为优质硅藻土矿。但是我国大多硅藻土矿石以含黏土硅藻和黏土质硅藻土为主,品级较差，特别是优质的Ⅰ、Ⅱ级品较少。目前，国外的硅藻土主要用作助滤剂，用于食品、医药、水、精细化工产品的过滤；或用作填料，用于生产油漆、塑料的填料和炸药的吸收剂；或用作建材和保温绝热材料，用于生产隔热砖、硅酸钙制品、粉料、硅钙板、水泥添加剂、泡沫玻璃、轻质骨料、沥青路面混合料添加剂、硅藻土壁材等产品的生产。我国当前主要将硅藻土用于开发水泥混合材料、保温材料、助滤剂、功能填料、钒催化剂载体、吸附剂、农药载体、微孔玻璃、各类填料(塑料、化肥、橡胶、磨擦材料)、饲料填加剂等，已经得到推广应用的产品是沥青改性剂和新型墙体材料[3]。

目前,我国的建材行业标准《硅藻泥装饰壁材》已经颁布实施，硅藻土基涂料已经逐步进入装饰装修材料市场，但采用硅藻土生产的无釉内墙砖和釉面砖在研发之中，但投放市场的产品还不多见。国内的一些高校和研发机构也在加紧将硅藻土应用的研发和攻关工作,比如研究牙科用的陶瓷材料、储量害虫防治、工业废水净化、吸附重金属离子、作为抗菌剂载体和制备生态建材等。

3 硅藻土基生态壁材的主要功能

鉴于住宅装修时大量使用乳胶漆、胶合板、油漆等含有化学物质的装饰装修材料而引发的较为严重的“室内装修污染综合征”，国内外都已经认识到开发环保无污染装饰装修材料的必要性、紧迫性。如果能够在硅藻土壁材的配方设计、生产、供应施工和使用等各个环节做到保质保量，则硅藻土基壁材将具备以下优异性能[4]:

1）降解有害物质。硅藻土基壁材具有的高孔隙率结构使其能有效吸附净化室内空气中的甲醛、氨、苯等有害物质，其净化空气的能力安全、持久、可靠。

2）祛除异味。硅藻土基壁材具有的微细多孔结构能吸附室内空气中的异味，长期保持室内空气清新，并保持墙面清洁。家中即使有吸烟者，也不会引起墙壁发黄或长时间烟雾弥漫。

3）调节湿度。当室内湿度较大时，硅藻土基壁材上的超微细孔能够吸收空气中的水分并储存起来，防止发霉；当室内空气中的水分减少、湿度下降时，硅藻土基壁材又能够将储存在超微细孔中的水分释放出来增加湿度，呈现出良好的调湿功能。

4）隔音降噪。硅藻土的多孔结构使其具有良好的隔声降噪效果。

5）保温隔热。硅藻土为无机多孔不燃材料，具有良好的保温隔热性能,常被用于制造保温隔热砖，所以硅藻土基壁材具有阻燃性和隔热、保温、耐火性能，有助于提高室内的夏季制冷和冬季采暖效率，节约能源。

6）杀菌抗菌。通过添加纳米银离子、铜离子、锌离子抗菌剂和二氧化钛光催化抗菌剂之后，硅藻土基装饰装修材料具有杀菌抗菌功能，能够吸收和分解部分导致人体过敏的物质，可有效防毒和抑制螨虫生存，对一些哮喘、过敏、花粉症、化学物质过敏，失眠症患者有保健功效。硅藻土基装饰装修材料还具有一定的氧化力，能破坏细菌的细胞壁杀死细菌并使细菌体分解，抑制病毒活性，灭菌能力达99%。

7）治疗保健。通过添加电气石、托马琳矿石粉使硅藻土壁材具有放射远红外线和产生负离子的功效。

远红外线又被称为生育射线，特别是波长5.6～15 μm这一波段的红外线作用于人体时，其频率与体内的细胞分子、原子间的水分子运动频率相一致,引起共振，使皮下组织深层部位的温度升高，使水分子活化，处于高能状态，加速人体需要的生物酶的合成，同时活化蛋白质等生物分子，从而增强机体免疫力和生物细胞组织的再生能力，加速供给养分和酵素，促进身体健康。这种硅藻土壁材装饰的居室通过常温放射远红外线，有利于调节人体微循环，促进新陈代谢，提高免疫功能，缓解痉挛，消炎镇痛，提高人们的睡眠质量的作用。带负电荷的小粒径空气负离子又称“空气维生素”。世界长寿之乡广西巴马空气负离子含量极高，在巴马几乎没有什么土著人患糖尿病、高血压甚至癌症。现代临床研究发现，负离子对提高人体免疫力、改善神经衰弱、失眠、哮喘，缓解高血压，通畅心脑血管，降低血液黏稠度，提高人体免疫力和治疗糖尿病等一些顽疾具有显著功效。硅藻土对水分的吸收和释放产生瀑布效应，将水分子分解成氧负离子在空气中四处浮游，与电气石类材料产生的负离子一起形成室内天然氧吧，对相应人群起到治疗和保健作用。

4 硅藻土基生态壁材的发展趋势

硅藻土基生态壁材必将成为市场选择的产品，但是硅藻土基壁材要想达到较好的吸附净化室内空气的功能,硅藻土含量必须达到较高的比例，施工层也须达到一定的厚度。如果添加了较多的树脂和黏结助剂，则涂料与墙壁的黏合强度高，结合牢固，但其环保性能将受到很大影响。所以硅藻土基壁材施工层厚度宜厚不宜薄，造价偏高，且多为田园风格的粗旷美，而不适宜装饰装修的精细、薄层、低造价。当前市场上的硅藻泥品牌有几十个，其中有为了占领市场而降低成本、减少硅藻土含量、增加乳胶粉、添加较多无机非硅藻土非环保功能材料的现象。因此，硅藻土基生态壁材的研究方向是提高与墙壁的结合强度，减薄施工层厚度，降低造价。

因为硅藻土涂料是以干粉状态的半成品交货的，要以科学的施工手法和合适的施工厚度来帮助其实现生态环保性能，这需要产、供、销、施工每个环节都做到诚信服务来保证产品质量和效果。如果将硅藻土基材料制成烧结的壁挂薄板，其生产工序及工艺参数一旦确定不会轻易更改，即壁材的半成品质量容易受到监控并得到保证，施工过程相对简单并且清洁，其生态环保性能更能得到保证。

目前，我们课题组正在研制低温烧成的环保功能性硅藻土基内墙薄板,以硅藻土为主要原材料，少量添加一些烧结助剂和功能组分，半干压成型后经干燥、烧结而成。这种薄板可以直接施工使用或与一些板材复合后使用。相信这种壁材投放市场之后将会受到一些追求健康、环保、节能等高端客户的青睐。

[1]印万忠.国外硅藻土研究评述[J].有色金属,2000,4.

[2]李存昌.川岳山硅藻泥引领零污染装饰[J].城市住宅,2011: 02～03.

[3]姜玉芝,贾嵩阳.硅藻土的国内外开发应用现状及进展[J].有色矿冶.2011.10.

[4]魏存弟,孙彦彬,等.电气石活化水效应的应用[J].吉林大学学报(地球科学版),2010,11.