CN101289825A - 纤维调湿板的制备方法及设备 - Google Patents

Abstract

一种纤维调湿板的制备方法及设备，纤维调湿板包括纤维材料、无机或无机与有机材料混合的调湿剂、吸附颗粒，其以纤维材料作为基材成份，包括：将亲水性纤维材料制成水分散体；水分散体在网板上排水，并将固体吸附颗粒分散在其中，脱水制成纤维板基材；将纤维板基材在干燥液中浸透；烘干、成型板材或片状产品。优点是：纤维调湿板是片状的，可任意裁切；在功能上可以进行湿度调节的，其湿容量达到并超过国际同类调湿产品；在选材都采用无毒无害、可回收的原料；工艺封闭式循环工艺，不产生任何废气、废水、废渣的排放，因比是新一代的绿色环保产品。采用环保工艺，没有任何废气、废水、废渣的排放，各种固含量的加入都是没有任何流失，可控性好。

Description

纤维调湿板的制备方法及设备

技术领域

本发明一种纤维调湿板的制造方法及设备，涉及一种可以调控湿度的干燥剂的生产工艺，以及适用于制造该类干燥剂的生产设备。纤维调湿板属于一种用于控制相对密闭空间湿度范围的产品，是一种“高精度”的干燥剂，不仅仅通过吸湿干燥来调节湿度，更会通过加湿来平衡湿度。

背景技术

随着经济发展和人民生活水平的提高以及全球气候变暖，预计全球干燥剂使用量每年将以3％左右的速度增长。从全球范围来看，在高湿地区，干燥剂市场的规模相当大。在热带、亚热带地区，雨季长，空气湿度大，干燥剂的消费量大，如东南亚地区年消费干燥剂约1.3亿美元，而我国干燥剂年消费额大约在10亿人民币左右。而调湿产品的应用范围比干燥剂更广，因为除了干燥，还可以加湿，所以调湿产品的市场容量更是巨大。

一般的干燥剂产品，就是较为泛泛的起着防潮保质的作用。国内干燥剂行业至今没有专门的“调湿产品”提供，更没有针对“调湿”的概念来细分干燥剂产品，并作出相关研究。但是，实际上每种物质的保存湿度都不尽相同。尤其对一些珍贵的藏品而言，如何控制其保存环境的湿度，而非简单的干燥，对这些藏品的展示和保存工作有着十分重要的意义。

传统的干燥剂产品应用广泛，涉及各个防潮领域，如医药、食品、服装、电子、家具、生物试剂、货运储存等。面对文物保存的环境要求就相对苛刻，不但要防潮还要保湿，文物的妥善保存对环境湿度的要求十分严格，不同材质的文物要求控制不同的湿度范围。通常，湿度过高，会使有机质地物品如皮革，竹木、纸张、纺织品等霉烂虫蛀、文字古画褪色：湿度过低，又会使漆木器等文物开裂变形；外界湿度交替变化，则更为有害，会使文物发生疲劳形变，镶嵌物质崩裂脱落，最后导致粉化。目前，文物保存环境湿度调节材料的研究进展如下：

加拿大学者Anthony V.Arundel等在考虑了湿度对微生物生长以及物品变质等各种影响后，推荐了一个最佳相对湿度范围40％一60％，在该范围内可使细菌、病毒、霉菌、寄生虫数量最少。将呼吸道感染和过敏症、气喘病、化学作用的可能性降至最小，且能保证空气中臭氧的一定发生率，使空气清新净化。

对于文物保护，湿度控制调节与温度控制调节同等重要。按是否消耗人工能源。可将湿度控制调节方法分为主动式方法和被动式方法。主动式方法主要是现有的空调技术，是目前湿度控制普遍采用的方法。被动式湿度控制调节即利用可再生能源或材料的吸放湿特性控制调节湿度，无需消耗任何人工能源，是一种生态性控制调节方法。对于文物保存的相对湿度控制，如果采用主动式湿度控制，如机械空调系统来控制相对湿度，则必然对整个建筑物结构的要求提高，并且设备投资、机械的日夜运转及能量的消耗等方面花费昂贵，不适合我国现有的经济状况，而且机械方法在微小空间湿度控制上例如分散文物的运输、微小空间恒湿等方面也显得无能为力。因此，需要研究具有自动湿度调节能力的调湿剂用于文物的妥善保存。

1.调湿剂及其调湿原理

调湿剂做为一种被动湿度控制调节的手段，指不需要借助任何人工能源和机械设备，依靠自身的吸放湿性能，感应所在空间空气温湿度的变化，自动调节空气相对湿度的材料。

不同调湿材料的调湿性能不同，调湿剂种类包括：

(1)硅胶类

硅胶是一种多孔结构的无定形的二氧化硅，其化学组成为SiO₂·nH₂O，由电子显微镜可见硅胶粒子由很多颗粒组成。这种硅胶具有微孔结构。经过各种“活化”处理，其有效面积可达700m²/g，并且对极性分子(H₂O)的吸附能力超过了对非极性分子(如烷烃类)的吸附能力。因此硅胶在工业上是一种常用的吸湿剂。据报道，硅胶能吸收重量为其自身一半的水分，这一过程是可逆的，因此可作调湿材料。硅胶虽然是一种公认最有效的湿度控制剂，但是由于其在水的吸附和解析循环中呈现较为严重的滞后现象。使其应用受到了很大的限制。美国W.P.Crace公司生产的中等密度硅胶、规则密度硅胶都具有较高的吸湿容量。另外H.M.Relle等也开发了这方面的产品。李鑫等人使用不同的金属盐溶液对中孔硅胶进行改性，实验结果表明：与C型中孔硅胶相此，经CaCl₂或LiCl改性的中孔硅胶，孔容变小而平均孔径变大，在相对湿度(RH)小于80％的范围内，其吸湿性能明显增加，水的脱附活化能也增大：由于Ca²⁺的极化势大于Li⁺的极化势，水分子在经CaCl₂改性的硅胶上的脱附活化能要大于其在经LiCl改性硅胶上的脱附活化能。刘业凤等人提出了一种新型复合吸附剂SiO₂·zH₂O·yCaCl₂。通过实验表明：在空气温度恒为25℃、相对湿度40％的条件下，这种复合吸附剂的平衡吸附量We(H₂O干吸附剂)可达0.4，是粗孔球形硅胶的5.7倍、细孔球形硅胶的2.1倍、人工沸石13X的1.9倍、椰壳活性炭的6.8倍。通过对比分析表明：这种复合吸附剂具有吸附量大、吸附速度快的特性。Lascaux公司研制的ART-SORB在相对湿度60～80％的情况具有较好的湿容量(35～67％)和吸放湿速率，而PROSORB则在相对湿度40％～60％具有更佳的吸湿容量。目前干燥剂市场硅胶干燥剂还是干燥剂市场的主流产品，约占80％以上的市场份额。

硅胶本身虽然无毒无害，但它是不可降解的化学产品，且几乎所有用过的硅胶干燥剂都被废弃，对环境造成破坏，有些经济发达国家如德国已禁止硅胶干燥剂的进口，更多的国家则对进口硅胶干燥剂采取特别处理措施。大部分以硅胶作为主要吸湿材料，并在其外部使用透气性的小袋包装，袋体的材料多为纸、无纺布或其他透气性包装材料。在实际使用于包装时，必须预留相当的空间来放置干燥剂。这样的包装袋，有时会因为品质不良或被碰撞而破裂，导致颗粒状硅胶外泄，污染产品。由此可见，如果用颗粒状的干燥剂来制成调湿产品的话，会产生很多包装隐患，使用不方便，占用空间。对于展出藏品来说，更是无法满足展柜整体形象和安全性等要求。

(2)无机盐类

这种调湿材料的调湿作用完全由盐溶液所对应的饱和蒸汽压所决定。在同样的温度下，饱和盐溶液的蒸汽压越低，所控制的相对湿度范围越小。虽然在差不多整个湿度范围内能通过选择适当的盐水饱和溶液来维持一定的相对湿度，如安部郁夫等人利用炭黑和各种无机金属盐以不同比例复合制成调湿剂，并通过实验证明NaCl和炭黑混合加热至115℃制得的调湿剂的调湿能力可达106.4％，但是，由于大多数固体无机盐随着吸湿量的增加，自身会慢慢潮解，而且在常温下不稳定，极易产生盐析，并随着时间的延长日趋严重，从而对保存物品产生污染，此外，研究证明：某些无机盐，如LiCl的使用会对一些金属材质的文物产生一定程度的腐蚀。因此，纯无机盐类调湿剂在文物保存环境湿度调控方面的使用受到了限制。含部分无机盐的调湿剂通过文物安全性评价后方能使用。

(3)无机矿物类

应用于调湿材料的无机矿物比较多，如蒙脱土、硅藻土、沸石粉、海泡石、高岭土等无机矿物，这类无机矿物的主要特点是内部微孔多、比表面积大、吸附能力强。以这类无机矿物为基材，通过一定的制备工艺，可以制备出各类调湿材料。

日本已经开发出多种以天然沸石为原料的板状吸放板。如A型沸石板、B型沸石板和灰浆护墙板3种。A型沸石板是由30％的天然沸石与水泥及纤维混合，经发泡成形后，再在高压蒸汽中养护而成。B型沸石板是60％的天然沸石板与水泥及纤维混合，在室温下养护而成。A型由于经发泡，其孔隙率较B型大，导热系数比B型小，抗压强度和抗弯强度都不及B型。Naik等也开展了沸石粉调湿材料的研究。

蒙脱土是膨润土的主要成分。是一种具有层状结构的铝硅酸盐矿物。它的单位晶细胞由两层Si-0四面体，中间夹着一层Al-(OH)八面体所组成，其特殊的物质结构使其具有两个非常重要的性质：(1)层间阳离子的可交换性，(2)在极性溶剂的作用下，层间距有可膨胀性。其层状结构以及能吸附和释放蒸汽特性，使蒙脱土成为了天然的调湿材料。但它的湿容量很小。通常所说的蒙脱土材料是指利用天然蒙脱土在强极性分子作用下所具有的膨胀性及阳离子的可交换性，通过交联将有机或者无机阳离子引入其层间而制得。如日本见城敏子博士研制的Nikka是用蒙脱土经酸等工艺处理而成，具有许多能吸附和解析水蒸汽的微孔，其湿度缓冲性能优于硅胶。上海博物馆与华东理工大学合作研制了优于硅胶的调湿剂BMC。黄剑锋等将钙基膨润土交换成镍基膨润土，然后使丙烯酰胺在膨润土中配位插层聚合制备出聚丙烯酰胺/膨润土复合调湿膜。

硅藻土是由浮游生物硅藻在地层中沉积而成。将硅藻土按一定工艺加工。就可以制成各种形状的调湿材料。国内外均已开发出硅藻土系调湿板材或调湿纸。硅藻土调湿材料的调湿性能略低，但其具有较好的杀菌、脱臭、绝热、吸音等功能。花田耕三研制出微米级硅藻土微粒为基质的调湿剂。具有较好的调湿性能。

郭振华等人采用物理和化学方法对天然海泡石材料进行纤维剥离和活化处理，发现当活化温度为200～250℃、加热6h时孔隙度和比表面积最大，自调湿性能最为理想。张连松等人利用纤维状海泡石对纳米二氧化钛吸附，并与沸石、硅藻土等多孔材料进行选择复配，研制成一种具有净化空气、抗菌、调湿、诱生空气负离子等功能的内墙粉末装饰涂料。吕荣超等人研究认为，海泡石和白水泥复合调湿材料可以使一定环境内湿度稳定在40％～50％。木下英也用硅质页岩、海泡石等混合制成调湿材料。Gonzalez J.C.等也利用海泡石制备成高效调湿材料。

(4)有机高分子材料类

此类调湿材料由高吸水树脂发展而来，不仅具有较无机调湿材料高的吸湿容量，而且产品的形状也可以多样化，可以是粉末状、颗粒状、条状或者透明薄膜，以适应不同的应用场合，从而得到了广泛的应用。Y.Dyiamant等研究认为，渗透分子进入高分子内取决于两个因素，即：聚合物内有合适的孔径及渗透分子与高分子间的作用力。由于水分子是极性分子，高分子极性越大，与吸附物质水分子的作用力也越大，吸湿量也越大：反之，如果是非极性分子，则吸湿量几乎为零。物理结构中最重要的因素是结晶度，分子越规整越不利于吸湿。高分子调湿材料吸、放湿的响应速度受高分子凝胶膨胀速度的影响。如荒木忠志等人通过交联丙烯酸纳得到三维纤维结构，并控制此结构在整个调湿材料中的比例，以得到调湿性能好的调湿材料，吸放湿量达492g/m²。但是这类调湿材料多以有机物聚合的方式制得，聚合单体的残留量及其对文物保存的影响程度、调湿材料的无污染性是此类调湿材料在文物保护领域加以应用、推广所必须解决的问题。

(5)复合型调湿材料

复合调湿材料是将不同类型的调湿材料与其它无机材料经反应或混合后制得，最常见的是高吸水性树脂与无机填料复合制备而成的调湿材料。用于复合的高分子材料通常具有超高吸水、吸湿容量，但由于其分子的规整，被吸附的水分难解析，放湿性能差。通过与无机填料的复合(通常为电解质或多孔载体)，不仅能充分利用高分子聚合物优越的吸水性，而且能经填料复合，使聚合物内部离子浓度提高，进而增大聚合物内外表面的渗透压，加速聚合物外表面水分进人内部。

复合调湿材料不仅吸湿速度增大，而且放湿速度也得到很大的提高。美甘纯一等将高分子树脂与无机材料复合制得复合型调湿剂，据报导其调湿时间短，并能恒湿于43％相对湿度。Frank M等也用淀粉、纤维素等的接枝产物与无机金属盐复合研制出调湿性能不错的调湿剂。

2.现有调湿材料的不足：

近几十年来，调湿材料的研究与应用得到快速发展，但仍未尽如人意的，要么是吸放湿特性不好，要么是吸放湿量有限，并且在文物保护上的应用更是受到了调湿剂本身必须对文物没有危害这一标准的限制。目前全球市场缺乏高性能的环保型调湿产品，如何研制出一种应用于文物保护安全无害、无污染、节能的调湿剂，以期达到较好调湿特性和低成本是目前急需解决的的问题，同时，如何解决产品设计与现有设备不配套的问题也是产品设计理念的关键。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：提供一种环保型纤维调湿板的制备方法。

本发明所要解决的另一技术问题在于：提供一种适合上述制备方法的设备及其使用方法。

本发明提供一种纤维调湿板的制备方法，纤维调湿板包括纤维材料(以植物纤维为主)、无机或无机与有机材料混合的调湿剂、吸附颗粒，其以纤维材料作为基材成份，制备依次包括下述步骤：

第一步：将亲水性植物纤维制成水分散体；

第二步：水分散体在网板上排水，并将固体吸附颗粒分散在其中，脱水制成纤维板基材；

第三步：将纤维板基材在干燥液中浸透；

第四步：烘干、成型板材或片状产品。

本发明方法的原理及特点是：选择良好亲水性的纤维才能在调湿方面发挥作用，因此，可以直接选择现有的亲水性纤维；采用在制纤维基材时加入吸附颗粒，是为了保证其均匀的分散在植物纤维内；调湿剂被均匀的吸附在纤维和吸附颗粒中；形成了可方便使用的片状产品。纤维调湿板的调湿包括多孔物质的吸附和盐类物质结晶水的潮解等诸多因素。

在上述方案基础上，所述的亲水性纤维材料的制备依序通过下述步骤获得：

第一步：将纤维材料加水混合打浆，制得质量浓度为2.5～3.5％的浆料；

第二步：浆料的纤维材料与酰胺类化合物反应，其中，所述的酰胺类化合物包括丙烯酰胺、阳离子聚丙烯酰胺、阴离子聚丙烯酰胺、非离子聚丙烯酰胺、聚酰胺衍生物中的一种或其组合，酰胺类化合物的质量浓度为0.5～25％；

第三步：再在碱性溶液中进行水解和羧基化处理，碱性溶液由碱性溶质在水溶液中配成，碱性溶质为氢氧化钠、次氯酸钠、氢氧化钾、氢氧化钙中的一种或其组合，碱性溶质的质量浓度为0.1～40％。

亲水处理的原理是：利用酰胺类有机化合物与各种纤维材料反应，即带有-C＝O键有机化合物与纤维反应，再将纤维放入碱性溶液中水解和羧基化处理，处理通式为：

其中，R和R’代表碳氢链；X代表N分子官能团，如-Cl，-OH，-NH₂。

丙烯酰胺、阳离子酰胺等酰胺类化合物，其与纤维反应先脱去1个小分子，再经碱性物质处理，进行水解和羧基化处理，制成羧基化产物。

所述所述干燥液为调湿剂在水溶液中配成，所述的调湿剂为氯化钙、氯化钠、氯化锂、氢氧化钙、酰胺类高聚物中的一种或其组合物。

其中，按重量百分比计，氯化钙的用量为干燥液的5～30％；氯化钠的用量为干燥液的0.5～5％；氯化锂的用量为干燥液的0.5～5％；氢氧化钙的用量为干燥液的5～20％。各调试剂可以组合使用，也可单独使用配成干燥液。

按重量百分比计，具体的，氯化钙的用量可以为干燥液的5，6，8，10，12，15，18，20，22，25，28或30％；

氯化钠的用量可以为干燥液的0.5，0.8，1，1.2，1.5，1.8，2，2.2，2.5，2.8，3，3.2，3.5，3.8，4，4.2，4.5，4.8或5％；

氯化锂的用量可以为干燥液的0.5，0.8，1，1.2，1.5，1.8，2，2.2，2.5，2.8，3，3.2，3.5，3.8，4，4.2，4.5，4.8或5％；

氢氧化钙的用量可以为干燥液的5，6，7，8，9，10，11，12，13，14，15，16，17，18，19或20％。

由于某些纤维材料结构松散，为了增加制备过程中的粘结力，干燥液中还可以包含湿强剂，按重量百分比计，湿强剂用量为干燥液的0.01～0.1％。湿强剂为聚酰胺高聚物，可以用RS-05(PAE)、RS-07(PPE)等。

具体的，湿强剂的用量可以为干燥液的0.01，0.02，0.03，0.05，0.06，0.08或0.1％。

所述的干燥液中盐类溶质的质量百分比为25～40％为最佳。

上述第二步中，水分散体中的纤维材料或经过羧基化处理的纤维浆料被稀释至质量浓度为0.3～0.6％，然后放入网板上沥水，并加入无机颗粒，所述的无机颗粒为硅胶、粘土、凹凸棒、硅藻土、活性炭、木炭、竹炭中的一种或其组合物，无机颗粒的加入量为纤维固含量质量百分比的5～30％。

具体的，无机颗粒的加入量可以为纤维固含量质量百分比的5，8，10，12，15，18，20，22，25，28或30％。

进一步，第二步中所述的加水稀释包括，将质量浓度为2.5～3.5％的浆料经一次稀释至质量浓度为0.8～1.5％，再经二次稀释至质量浓度为0.3～0.6％。

上述第一步中所述的纤维材料包括长纤维和短纤维，所述的长纤维和短纤维为木纤维、纤维素衍生物、棉花、稻草、芦苇、废纤(包括棉纺废料、木浆废料、膨化成品棉废料)、合成高聚物(包括聚酯、聚丙烯、尼龙)中的二种或以上的组合物，长纤维和短纤维的质量比为1～5∶1，具体可以为1，1.5，2，2.5，3，3.5，4，4.5，5∶1。

所述干燥采用先晾晒后烘干的干燥步骤。

所述成型板材或片状产品包括PET或无纺布预涂覆膜、填装入容器或使用防返渗包材包覆。

本发明针对上述制备方法提供一种生产设备，依序包括：制备纤维浆料的打浆机、大稀释池、小稀释池和清水池、成型池、压榨装置、浸渍池、晾晒架、烘干装置，其中，打浆机上通过阀与清水池连通，排出的废水进入循环池。

所述的稀释池内有搅拌设备，其中，大稀释池的直径为4米左右，高度为1.8米；所述的小稀释池有2～4个，直径为2米，高度为1.8米，小稀释池设在比大稀释池高80厘米处。

所述的成型池包括有打孔板的工作台、工作台低于小稀释池，工作台上方是纤维浆料阀，小稀释池通过排浆管输送浆料至工作台，工作台下方设有二个阀，一个清水阀，一个放水阀，放水阀与循环池连通，在工作台内设有一张打孔板，板上设置聚酯网。

其中，有2至10台工作台排布在小稀释池下方，其中，每个工作台长92cm、宽62cm、高10cm。

本发明还提供针对上述设备的使用方法，根据工艺步骤，

第一，通过打浆机将选好的纤维材料加水混合搅拌、切碎制成纤维浆料，打浆机在加料口上方有两个加水阀，一个与清水池相通，一个与循环池相通；第一次投纤维材料时，用清水池中的水，之后投纤维材料时，用循环池中的水；

第二，在大稀释池中，纤维质量浓度从2.5～3.5％稀释到0.8～1.5％，不断搅拌，让纤维能够充分溶胀和均匀分散，在小稀释池中二次稀释至质量浓度为0.3～0.6％；

第三，放清水至打孔板处时，将工作台清水阀关闭，打开纤维浆料阀输送稀释的纤维浆料至工作台，至2～10cm处关上纤维浆料阀(纤维调湿板的厚度由蓄水高度决定)，打开放水阀，水排出，纤维留在聚酯网上，即形成了纤维基材；

第四，在工作台中加入不溶于水的固体吸附颗粒；

第五，脱水后压榨，除去大部分水；

第六，工作台上的纤维基材移至聚酯布上，每20张一叠用板隔放，40张为一组，与压榨机的工作高度符合，放入压榨机中压水；

第七，压榨分三段进行，每压一段，停留数分钟，再压，再停留数分钟，共分成三段压，直到压至原有含水纤维高度的一半位置；

第八，压榨后的纤维基材完全浸没在装有干燥液的浸渍池中，完全浸没20～25分钟，然后取出静置至不滴水；

第九，将纤维基材一张张分开，晾晒至水分含量在45～55％；

第十，烘干，温度在110～130℃，时间为15～30分钟，烘干后的纤维板的含水量不大于5％。

具体的，选用的是按质量百分比30％短纤维和70％长纤维，投料量为分5次将45公斤完全放入打浆机，水位置打浆机的2/3处，连续打浆5分钟后，再放水至打浆机的4/5处，继续打浆5分钟，此时，打浆机中纤维浓度为2.5～3.5％。

所述的浸渍的方式是将压榨后的一组共40张纤维基材，规格为90×60cm，完全浸没在干燥液中20～25分钟左右。

本发明的优越性在于：纤维调湿板在形态上是片状的，可任意裁切；在功能上，是可以进行湿度调节的，其湿容量达到并超过国际同类调湿产品；在选材上，都采用无毒无害、可回收的原料；从工艺上，是封闭式循环工艺，不产生任何废气、废水、废渣的排放，因比是新一代的绿色环保产品。采用环保工艺，没有任何废气、废水、废渣的排放，各种固含量的加入都是没有任何流失，可控性好。

附图说明

图1为本发明纤维调湿板的成型流程图。

图2为本发明的设备流程图。

图3为本发明的纤维调湿板与其他吸湿材料的湿容量比较图。

具体实施方式

1、纤维材料的选择：

如图1本发明纤维调湿板的成型流程图所示，纤维调湿板的成型工艺依序为：处理后的纤维原料、加水稀释至一定比例制成浆料、进入成型池并加入粉末状无机吸附颗粒、脱水成纤维基材、基材浸渍于干燥液充分浸润、高温灭菌干燥成纤维调温板，所述的调湿板进行防返渗膜处理，也可直接分切至所需规格，最后，填装成型，检验合格后包装出厂。

具体的对纤维调湿板的生产工艺按以下几个步骤进行：筛选基材，选择纤维调湿板的基材过程中，主要考虑四个因素：纤维长短、纤维亲水性、原料来源稳定和成本，其中前两个因素与基材本身物性相关，后两个因素与本产品的商品化相关。

在植物类的纤维中，木纤维和棉纤维是最基本的两大纤维，它们的性能比较如表1所示：

表1

	纤维长短	流失程度	亲水性	成型效果	滤水效果
						木纤维	短	流失大	差	好	快
棉纤维	长	流失小	好	差(结团)	慢

纤维长短影响产品的得率(即损耗)和成型的均匀度。如果太短，纤维很容易在稀释和成型过程中流失；如果太长，纤维在稀释和成型过程中会出现结团而不均匀。

由上表可见，木纤维和棉纤维都各有所长，尽管木纤维亲水性差，纤维短而流失大，但是它的成型效果好，而且成型时滤水快，成型时间短。而棉纤维尽管亲水性好、纤维长而不易流失，但成型均匀度差，滤水慢，成型时间长，不利于生产。考虑到生产成本和原料来源的稳定性，因此选用几种粉末状的纤维废料，其中包括长纤维棉类纺织废料、膨化纤维类废料、短纤维木浆类废料、或是前几种废料的混合。

将以上几种样品基材分别打碎搅拌、加水稀释、脱水成型、烘干处理后得到的产品进行比较，结果如表2所示：

表2

原料	成型均匀度	工艺可行性(滤水性能)	杂质
				长纤维棉类纺织废料	差	差	无
短纤维木浆类废料	好	差	无
				膨化纤维类废料	好	好	有

部分长纤维与部分短纤维废料

好

好

无

研究结果表明，纤维太长的棉类纺织纤维废料脱水成型过程中成团，均匀度很差，纤维太短的木浆类废料脱水成型中流失率太大，只有经过膨化后的短纤维成型效果好，但是这种膨化废料中有杂质，产品外观差。因此，结合长纤维纺织类废料和短纤维木浆类废料两者的优势，将部分的长纤维纺织类废料与部分的短纤维木浆类废料进行混合，再进行打碎搅拌后成型，效果非常理想。

经过配比试样，最后选择用70％的长纤维废料和30％的短纤维废料组合，从产品性能和成本上讲是最合适的。

吸附颗粒：硅胶、粘土、凹凸棒、硅藻土、活性炭、木炭、竹炭等，加入吸附颗粒的主要目的是补充纤维基材的固水能力。它们在成型工序中加入。一般情况下，无机吸附颗粒的加入量为纤维固含量质量百分比的5～30％。

干燥液为调湿剂在水溶液中配成，所述的调试剂为氯化钙、氯化钠、氯化锂、氢氧化钙中的一种或以上的组合物。

其中，按重量百分比计，氯化钙的用量为干燥液的5～30％；氯化钠的用量为干燥液的0.5～5％；氯化锂的用量为干燥液的0.5～5％；氢氧化钙的用量为干燥液的5～20％。

具体可以为：将占总量3％的氯化锂配成干燥液；将占总量8％的氯化钙和1.5％的氯化锂配成干燥液；将占总量12％的氯化钙和1％的氯化锂配成干燥液。

干燥液中还可以包含湿强剂，用量为干燥液的0.01～0.1％。

干燥液是由数种盐类配制而成。当干燥液中盐类溶质质量百分比在33％左右时(主要是氯化钙、氯化钠和少量氯化锂调制而成)，将压榨后的纤维基材在该浓度的干燥液中完全浸透，然后该基材所能得到的固含量，在烘干后的成品就能达到较好的吸湿能力(在90％相对湿度，吸湿率能达到100％)，同时纤维基材的固水能力也达到最佳。如果干燥液浓度低于33％，则吸湿率会低于100％，如果干燥液浓度高于33％，则纤维基材的固水能力会降低，也就是说吸湿饱和后，用力挤压纤维会出现反渗水的现象。所以，除非客户有特殊需求(吸湿率的具体要求)，否则，该干燥液浓度就是我们认为最佳浓度。

我们把纤维调湿板与其他同类干燥剂产品做了比较，并在各个相对湿度下测了它们的平衡吸湿率，结果如表3所示：

表3

请参阅图3为本发明的纤维调湿板与其他吸湿材料的湿容量比较图所示，从以上数据可见：本发明的纤维调湿板在30～50％、40～60％和60～80％湿度范围内的湿容量都是达到30％左右。只是在50～70％的范围内，湿容量是20％左右。而其他普通干燥剂产品的湿容量都较小。

由于本性发明工艺是结合了造纸技术和化工工艺，所以，整个生产流水线应符合产品设计。

2、纤维调湿板的制备设备及其工艺的使用方法：

如图2为本发明的设备流程图所示，依序包括：制备纤维浆料的打浆机、大稀释池、小稀释池和清水池、成型池、压榨装置、浸渍池、晾晒架、烘干装置，其中，打浆机上通过阀与清水池连通，排出的废水进入循环池。设备细节及使用方法如下：

(1)打浆：通过打浆机将选好的纤维加水混合搅拌、切碎

目前选用的纤维材料是30％短纤维和70％长纤维的组合物。每次投料量为45公斤。将配好的长短纤维，边加水边投放在打浆机中，大约分5次将45公斤完全放入，至水位在打浆机的2/3处(作好标线)。连续打浆5分钟后，再放水至打浆机的4/5处，继续打浆5分钟，待用。此时，打浆机中纤维浓度为2.5～3.5％左右。加水量的数据记录是用加在进水口的水表来控制的。

打浆机加料口上方有两个加水阀，一个与清水池相通，一个与循环池相通。当第一次投料时，用清水池中水。连续第二次投料时，就可以使用循环池中的水。这是本工艺环保的一个方面。

(2)稀释：本发明采用前后二次稀释

设备中有1个大稀释池和2～4个小稀释池(旁边还有一个清水池)。在大稀释池中，纤维浓度从2.5～3.5％稀释到0.8～1.5％，并不断进行搅拌，让纤维能够充分溶胀和均匀分散。

大稀释池的直径有4米左右，高度1.8米。小稀释池的直径为2米，高度1.8米，但是，小稀释池是离地80厘米砌起来的，利用液位差来作动力，将纤维浆料输送到成型池内，成型池上有8个工作台。小稀释池的作用也是为了稀释纤维并将其进一步溶胀和分散均匀，在进入工作台前，在小稀释池中二次稀释至质量浓度为0.3～0.6％。上述所说的稀释浓度同打浆机一样，也是用加在进水口的水表读数来记录，并确保每一个批次产品的质量稳定性和工艺的一致性。

(3)成型池进行成型

所述的成型池包括有打孔板的工作台、工作台低于小稀释池，工作台上方是纤维浆料阀，小稀释池通过排浆管输送浆料至工作台，工作台下方设有二个阀，一个清水阀，一个放水阀，放水阀与循环池连通，在工作台上表面设有一张打孔板，板上设置聚酯网。

将小稀释池中的纤维浆料通过管道，利用液位差产生的动力，灌入工作台。

工作台长92cm，宽62cm，高10cm。在工作台内有一张打孔的塑料板，板上是一定目数的聚酯网。工作台上方是纤维浆料阀，打开阀门龙头，纤维浆料就从小稀释池通过管道流入工作台。

工作台下方还有二个阀，一个清水阀，一个放水阀。在纤维成型过程中，首先关闭放水阀，打开清水阀，将打孔板下面注满清水，当水位到达打孔板处时，将清水阀关上。打开纤维浆料阀，放至7cm处。一次成型的纤维基材的克重和厚度，都是通过浆料的液面高度来控制，目前产品的高度，我们均控制在7cm。在这个高度做出来的成品纤维的厚度为2.5～3.0mm，每平方米克重在1.3～1.5公斤。关上纤维浆料阀，打开放水阀，水排出，纤维留在聚酯网上，即形成了纤维基材。针对不同产品，我们还可以在这个工作台中加入不溶于水的固体原料，在成型时，这些不同功能的固体化工原料就能均匀的分散在纤维基材原料中，等烘干后发挥功能。

(4)压榨

脱水后压榨，除去大部分水。

本发明通过研究不同纤维原料对湿态产品的均匀度和脱水效率的影响，制订如下方案：

工作台中的纤维脱出至另外的聚酯布上，经过试验，20张一叠用板隔放，40张为一组，准备放入压榨机中压水。此时40张的含水纤维的高度比较合适压榨机的工作范畴。压榨不能一次到位，要分段压，效果才比较好。因为如果一次压到底，不仅纤维的含水量仍比较高，更严重的是被挤压后的纤维厚度不均，影响下一道浸渍的工艺。每压一段，停留数分钟，再压，再停留数分钟，共分成三段压，直到压至原有含水纤维高度的一半位置。然后静置一段时间，准备浸渍。此时纤维基材的含水率达75～80％。

(5)浸渍池中进行浸渍作业

对不同的产品，有些可以直接浸渍水溶性原料，本发明通过重研究干燥液浸渍过程中浸渍时间、压榨后含水量等因素对最后成品吸湿率的影响采用下述方式：

将压榨后的一组共40张(90×60cm)纤维基材，完全浸没在干燥液中20～25分钟左右，然后取出静置至不滴水后，将纤维基材一张张脱出到竹片上。准备下一道工序：晾晒。

(6)晾晒

这个步骤看似多余，其实是非常重要的一步。因为，纤维在大量含水的情况下如果急速高温脱水的话，纤维内的化工原料会向纸周边扩散，使得固含量在整个纤维表面不均匀，所以，有个自然晾干过程的话，不仅能节省能耗，更是有利于化工原料的均匀分布。而且，晾晒后的水分含量在50％左右，即为进入烘干步骤的最佳状态。由于晾晒是个不能定量的过程，并且比较依赖于自然条件。如果在夏天有太阳的条件下，需要晾晒一天，纤维水分含量就能达到50％。但是，如果是冬天的阴天，则要晾上3天至水分含量达50％左右。

晾晒步骤和后面烘干过程中相关工艺参数有很大的关系。这个过程，不以定量来控制，只要表面水分有一定程度的挥发，即水分含量达50％左右即可。关键还是在下一道的烘干中控制。

(7)烘干

本发明采用30米带式烘干设备，温度、速度、时间控制如下：

带式烘干设备(30米长)，以晾晒后的水分含量为50％为标准，在130℃左右的带式烘干设备中，从进口到出口，20分钟左右即可烘干。此时纤维干燥剂成品的含水量控制在5％以下。如果晾晒后的水分含量大于50％，在烘干温度不变的情况下，烘干时间需要25-30分钟左右，如果低于50％，则需要15-20分钟左右。

将30米长的烘干设备分成9段，1-3段温度为130℃，4-6段温度为110℃，7-9段为120℃左右。

所述成型板材或片状产品包括PET或无纺布预涂覆膜、填装入容器或使用防返渗包材包覆。可以由供应商自行完成。其中，有关纤维调湿板专用的包材可采用名称为透气防返渗包材结构，专利号：200720067850.9的技术实现。

最后，该发明产品可使用稻草、芦苇、麦杆、甘蔗渣、废纤维等为原料来制作，可以将一些农作物变废为宝，是环保的一个新概念。而且，正因为它的循环利用，大大降低了产品的成本，提高了该产品的竞争性，又进一步带动其经济效益。因此，纤维调湿板的研制开发对传统干燥剂领域有着革命性的深远意义。

结论：

1、纤维调湿板是以林产品附产品、下角料为原料生产的高技术含量，高附加值的高新技术产品。

2、比同类产品具有明显的技术先进性，低成本性和经济合理性。

3、具有广阔的推广和应用前景，是目前国家提倡的循环经济的典范。

Claims (10)

1、一种纤维调湿板的制备方法，纤维调湿板包括纤维材料、无机或无机与有机材料混合的调湿剂、吸附颗粒，其以纤维材料作为基材成份，制备依次包括下述步骤：

第一步：将亲水性纤维材料制成水分散体；

第二步：水分散体在网板上排水，并将固体吸附颗粒分散在其中，脱水制成纤维板基材；

第三步：将纤维板基材在干燥液中浸透；

第四步：烘干、成型板材或片状产品。

2、根据权利要求1所述的纤维调湿板的制备方法，其特征在于：所述的亲水性植物纤维的制备依序通过下述步骤获得：

第一步：将纤维材料加水混合打浆，制得质量浓度为2.5～3.5％的浆料；

第二步：对浆料的纤维材料与酰胺类化合物反应，其中，所述的酰胺类化合物包括丙烯酰胺、阳离子聚丙烯酰胺、阴离子聚丙烯酰胺、非离子聚丙烯酰胺、聚酰胺衍生物中的一种或其组合，酰胺类化合物的质量浓度为0.5～25％；

第三步：再在碱性溶液中进行水解和羧基化处理，碱性溶液由碱性溶质在水溶液中配成，碱性溶质为氢氧化钠、次氯酸钠、氢氧化钾、氢氧化钙中的一种或其组合，碱性溶质的质量浓度为0.1～40％。

3、根据权利要求1或2所述的纤维调湿板的制备方法，其特征在于：所述第二步水分散体中的纤维材料或经过羧基化处理的纤维浆料被稀释至质量浓度为0.3～0.6％，然后放入网板上沥水，并加入无机颗粒，所述的无机颗粒为硅胶、粘土、凹凸棒、硅藻土、活性炭、木炭、竹炭中的一种或其组合物，无机颗粒的加入量为纤维固含量质量百分比的5～30％。

4、根据权利要求3所述的纤维调湿板的制备方法，其特征在于：第二步中所述的加水稀释包括，将质量浓度为2.5～3.5％的浆料经一次稀释至质量浓度为0.8～1.5％，再经二次稀释至质量浓度为0.3～0.6％。

5、根据权利要求2所述的纤维调湿板的制备方法，其特征在于：第一步中所述的纤维材料包括长纤维和短纤维，所述的长纤维和短纤维为木纤维、纤维素衍生物、棉花、稻草、芦苇、废纤、合成高聚物中的二种或以上的组合物，其中，长纤维和短纤维的质量比为1～5∶1。

6、根据权利要求1所述的纤维调湿板的制备方法，其特征在于：所述干燥采用先晾晒后烘干的干燥步骤。

7、针对权利要求1至6之一所述制备方法的设备，依序包括：制备纤维浆料的打浆机、大稀释池、小稀释池和清水池、成型池、压榨装置、浸渍池、晾晒架、烘干装置，其中，打浆机上通过阀与清水池连通，排出的废水进入循环池。

8、根据权利要求7所述的设备，其特征在于：所述的稀释池内有搅拌设备，其中，大稀释池的直径为4米左右，高度为1.8米；所述的小稀释池有2～4个，直径为2米，高度为1.8米，小稀释池设在比大稀释池高80厘米处。

9、根据权利要求7所述的设备，其特征在于：所述的成型池包括有打孔板的工作台、工作台低于小稀释池，工作台上方是纤维浆料阀，小稀释池通过排浆管输送浆料至工作台，工作台下方设有二个阀，一个清水阀，一个放水阀，放水阀与循环池连通，在工作台内设有一张打孔板，板上设置聚酯网。

10、针对权利要求7～9之一设备的使用方法，根据工艺步骤，

第一，通过打浆机将纤维材料加水混合搅拌、切碎制成纤维浆料，打浆机在加料口上方有两个加水阀，一个与清水池相通，一个与循环池相通；

第二，在大稀释池中，纤维质量浓度从2.5～3.5％稀释到0.8～1.5％，不断搅拌，让纤维充分溶胀和均匀分散，在小稀释池中二次稀释至质量浓度为0.3～0.6％；

第三，放清水至打孔板处时，将工作台清水阀关闭，打开纤维浆料阀输送纤维浆料至工作台，至2～10cm处关上纤维浆料阀，打开放水阀，水排出，纤维留在聚酯网上，形成纤维基材；

第四，在工作台中加入不溶于水的固体吸附颗粒；

第五，脱水后压榨，除去大部分水；

第六，工作台上的纤维基材移至聚酯布上，每20张一叠用板隔放，40张为一组，与压榨机的工作高度符合，放入压榨机中压水；

第七，压榨分三段进行，每压一段，停留数分钟，再压，再停留数分钟，直到压至原有含水纤维高度的一半位置；

第八，压榨后的纤维基材完全浸没在装有干燥液的浸渍池中，完全浸没20～25分钟，然后取出静置至不滴水；

第九，将纤维基材一张张分开，晾晒至水分含量在45～55％；

第十，烘干，温度在110～130℃，时间为15～30分钟，烘干后的纤维板的含水量不大于5％。

Images