CN101928438B - 一种纳米孔复合调湿材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种纳米孔复合调湿材料的制备方法，将有机高分子材料、天然高分子材料、无机多孔材料通过合成，复合成调湿材料，以吸收各类调湿材料的优点、提高合成材料本身的湿容量和调湿性能；并通过合成过程在材料上形成大量纳米尺寸的孔结构，以进一步提高产品的吸放湿性能。同现有技术比较，本发明的优点是：1)该材料吸放湿容量大、吸放湿响应速度快，可以高效、快速调节微环境相对湿度；2)可再生，重复利用非常方便；3)生产工艺、设备简单，易于产业化；4)生产过程环保。

Description

一种纳米孔复合调湿材料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种功能材料的制备方法，特别涉及一种纳米孔复合调湿材料的制备方法。

背景技术

湿度的调节方式有机械调节和非机械调节。调节湿度的机械主要有去湿机、增湿机及恒湿空调等，这种方式的优点是效率高，缺陷是但每天24小时连续开机调节湿度能耗很大；非机械调节是指利用调湿材料的吸放湿性能自主、自适应地调节环境湿度，这种方式无需任何机械设备和能源消耗，是一种环境友好型的控制调节方式。

调湿材料大致可分为以下几类：特种硅胶、蒙脱土、无机盐类、有机高分子材料等，各有优缺点，其中对硅胶的研究较多也较为成熟，对其改性或致孔提高比表面积，但仍然存在放湿滞后和湿含量低的问题，还有的产品利用无机盐和高分子复合制备调湿材料，但当水分子进入高分子内部网络，由于没有疏导孔道，水分子很难快速从内部释放，且无机盐在湿度较高的环境中，容易发生融化粘稠的物理变化，其他产品如利用生物质或无机矿物，虽然有较快的调湿速率，但湿含量不高，且使用量很大。复合调湿材料可以吸收各类调湿材料的优点。发明专利CN200910101489.0公布了一种调温调湿材料的制备方法，用于微环境的湿度调节，但其中的聚乙二醇和明胶会使海泡石自身的孔堵塞，而且水分子进入树脂内部后不容易释放，所以材料的吸放湿性能、特别是放湿性能受到限制，容易出现放湿滞后的现象、湿容量也不够大。本发明利用复合材料提高合成材料本身的湿容量和调湿性能；通过合成过程在材料上形成大量纳米尺寸的孔结构，进一步提高产品的湿容量和吸放湿性能，较上述专利具有更高的调湿速率和更大的湿含量。

发明内容

本发明的目的是提供一种高效复合调湿材料的制备方法，具有吸放湿响应速度快、湿容量大，能再生和重复使用的优点，本发明的技术方案是将有机高分子材料、天然高分子材料、无机多孔物质通过合成，复合成调湿材料，以吸收各类调湿材料的优点、提高合成材料本身的湿容量和调湿性能；并通过合成过程在材料上形成大量纳米尺寸的孔结构，以进一步提高产品的吸放湿性能。

本发明的材料在馆藏文物保护、字画收藏、食品、食品原料、精密仪器、日用化工、医药、保健品、中药保存、图书档案保管、纺织品保管等领域具有广阔的应用前景。

一种纳米孔复合调湿材料的制备方法，其特征在于采用如下步骤：

A)按质量份数取有机高分子材料或者丙烯酰胺0.5～30份，天然高分子材料2份，粒度为100目～120目的无机多孔物质10份，加入到装有50份水的反应釜中，在温度为60℃～80℃下搅拌反应20分钟；有机高分子材料是聚丙烯酰胺，或者聚丙烯酸钠，天然高分子材料是纤维素，羧甲基纤维素，乙基纤维素中的一种，无机多孔物质是海泡石，硅藻土，蒙脱土，沸石中的一种，当采用聚丙烯酰胺时，必须同时加入改性剂0.2份，改性剂是氯化钙、氯化镁、硝酸镁、硝酸钙中的一种。

B)按步骤A)的质量份数，取0.05份引发剂，0.003份交联剂，0.2～0.8份第一致孔剂分别加入到上述反应釜中，维持温度不变，继续搅拌反应1～2小时，引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵、硝酸铈铵中的一种，交联剂为N，N′-亚甲基双丙烯酰胺、聚乙二醇、聚乙二醇双丙烯酸酯中的一种，第一致孔剂为氢氧化铝，或者氯化铝；

C)按步骤A)的质量份数取0.5～2份第二致孔剂碳酸氢钠，或者碳酸钠加入到上述反应釜中，维持温度不变，继续搅拌反应2～4小时，得到合成产物；

D)将得到的合成产物烘干后，在150℃下加热处理1～2小时，得到纳米孔复合调湿材料。

合成过程在材料上形成大量纳米尺寸的孔结构，实施样品的比表面积、孔容积和平均孔径，见表1；调湿材料上的纳米尺寸的孔结构，对材料的调湿性能有很大影响：在一立方米空间使用1kg有纳米孔结构的纳米孔复合调湿材料，能在3.8h内能将空间90％的初始相对湿度调节到52.4％的相对湿度并维持平衡，在3.4h内能将30％的初始相对湿度调节到57.3％的相对湿度并维持平衡；在致孔前相同复合调湿材料，需要5.5小时才能将空间90％的初始相对湿度调节到63％的相对湿度并维持平衡，需要5小时才能将30％的初始相对湿度调节到63％的相对湿度并维持平衡，如见图1所示；实施样品(湿度调控目标为RH55％±5％)与进口的超级调湿剂(湿度调控目标为RH50％)，1m³的密闭空间使用1kg调湿剂，分别在RH90％的高湿环境下做吸湿性试验，在RH30％的低湿环境中做放湿性试验，测试材料调湿速率，对比结果见表2；105℃下将材料干燥到恒重，在RH90％的条件下测试材料的饱和湿容量，对比结果见表3。

表1样品的比表面积、孔容积和平均孔径

表2实施样品与进口调湿剂的吸、放湿性能对比

表3湿容量对比(RH90％)

同现有技术比较，本发明的优点是：1)吸放湿容量大、吸放湿响应速度快，可以高效、快速调节微环境相对湿度；2)再生、重复利用非常方便；3)生产工艺、设备简单，易于产业化；4)生产过程环保。

附图说明

图1实施样品致孔前和致孔后的湿度调节曲线图。

具体实施方式

实施例1：

一种纳米孔复合调湿材料的制备方法，其特征在于采用如下步骤：

A)按质量份数取有机高分子材料或者丙烯酰胺0.5份，天然高分子材料2份，粒度为120目的无机多孔物质10份，加入到装有50份水的反应釜中，在温度为80℃下搅拌反应20分钟；有机高分子材料是聚丙烯酰胺，或者聚丙烯酸钠，天然高分子材料是纤维素，羧甲基纤维素，乙基纤维素的一种，无机多孔物质是海泡石，硅藻土，蒙脱土，沸石的一种，有机高分子材料采用聚丙烯酰胺时，必须同时加入改性剂0.2份，改性剂是氯化钙、氯化镁、硝酸镁、硝酸钙中的一种。

B)按步骤A)的质量份数，取0.05份引发剂，0.003份交联剂，0.8份第一致孔剂分别加入到上述反应釜中，维持温度不变，继续搅拌反应1～2小时，引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵、硝酸铈铵中的一种，交联剂为N，N′-亚甲基双丙烯酰胺、聚乙二醇、聚乙二醇双丙烯酸酯中的一种，第一致孔剂为氢氧化铝，或者氯化铝；

C)按步骤A)的质量份数取0.5份第二致孔剂碳酸氢钠，或者碳酸钠加入到上述反应釜中，维持温度不变，继续搅拌反应4小时，得到合成产物；

D)将得到的合成产物烘干后，在150℃下加热处理2小时，得到纳米孔复合调湿材料。

实施例2：

一种纳米孔复合调湿材料的制备方法，其特征在于采用如下步骤：

A)按质量份数取有机高分子材料或者丙烯酰胺15份，天然高分子材料2份，粒度为110目的无机多孔物质10份，加入到装有50份水的反应釜中，在温度为70℃下搅拌反应20分钟；有机高分子材料是聚丙烯酰胺，或者聚丙烯酸钠，天然高分子材料是纤维素，羧甲基纤维素，乙基纤维素的一种，无机多孔物质是海泡石，硅藻土，蒙脱土，沸石的一种，有机高分子材料采用聚丙烯酰胺时，必须同时加入改性剂0.5份，改性剂是氯化钙、氯化镁、硝酸镁、硝酸钙中的一种。

B)按步骤A)的质量份数，取0.05份引发剂，0.003份交联剂，0.5份第一致孔剂分别加入到上述反应釜中，维持温度不变，继续搅拌反应1～2小时，引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵、硝酸铈铵中的一种，交联剂为N，N′-亚甲基双丙烯酰胺、聚乙二醇、聚乙二醇双丙烯酸酯中的一种，第一致孔剂为氢氧化铝，或者氯化铝；

C)按步骤A)的质量份数取1.5份第二致孔剂碳酸氢钠，或者碳酸钠加入到上述反应釜中，维持温度不变，继续搅拌反应3小时，得到合成产物；

D)将得到的合成产物烘干后，在150℃下加热处理1.5小时，得到纳米孔复合调湿材料。

实施例3：

一种纳米孔复合调湿材料的制备方法，其特征在于采用如下步骤：

A)按质量份数取有机高分子材料或者丙烯酰胺30份，天然高分子材料2份，粒度为100目的无机多孔物质10份，加入到装有50份水的反应釜中，在温度为60℃下搅拌反应20分钟；有机高分子材料是聚丙烯酰胺，或者聚丙烯酸钠，天然高分子材料是纤维素，羧甲基纤维素，乙基纤维素的一种，无机多孔物质是海泡石，硅藻土，蒙脱土，沸石的一种，有机高分子材料采用聚丙烯酰胺时，必须同时加入改性剂0.8份，改性剂是氯化钙、氯化镁、硝酸镁、硝酸钙中的一种。

B)按步骤A)的质量份数，取0.05份引发剂，0.003份交联剂，0.2份第一致孔剂分别加入到上述反应釜中，维持温度不变，继续搅拌反应1～2小时，引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵、硝酸铈铵中的一种，交联剂为N，N′-亚甲基双丙烯酰胺、聚乙二醇、聚乙二醇双丙烯酸酯中的一种，第一致孔剂为氢氧化铝，或者氯化铝；

C)按步骤A)的质量份数取2份第二致孔剂碳酸氢钠，或者碳酸钠加入到上述反应釜中，维持温度不变，继续搅拌反应2小时，得到合成产物；

D)将得到的合成产物烘干后，在150℃下加热处理1小时，得到纳米孔复合调湿材料。

Claims (1)

1.一种纳米孔复合调湿材料的制备方法，其特征在于采用如下步骤：

A)按质量份数取有机高分子材料0.5～30份，天然高分子材料2份，粒度为100目～120目的无机多孔物质10份，加入到装有50份水的反应釜中，在温度为60℃～80℃下搅拌反应20分钟；有机高分子材料是聚丙烯酰胺或者聚丙烯酸钠，天然高分子材料是纤维素，羧甲基纤维素，乙基纤维素中的一种，无机多孔物质是海泡石，硅藻土，蒙脱土，沸石中的一种，当采用聚丙烯酰胺时，必须同时加入改性剂0.2份，改性剂是氯化钙、氯化镁、硝酸镁、硝酸钙中的一种。

B)按步骤A)的质量份数，取0.05份引发剂，0.003份交联剂，0.2～0.8份第一致孔剂分别加入到上述反应釜中，维持温度不变，继续搅拌反应1～2小时，引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵、硝酸铈铵中的一种，交联剂为N，N′-亚甲基双丙烯酰胺、聚乙二醇、聚乙二醇双丙烯酸酯中的一种，第一致孔剂为氢氧化铝或者氯化铝；

C)按步骤A)的质量份数取0.5～2份第二致孔剂碳酸氢钠或者碳酸钠加入到上述反应釜中，维持温度不变，继续搅拌反应2～4小时，得到合成产物；

D)将得到的合成产物烘干后，在150℃下加热处理1～2小时，得到纳米孔复合调湿材料。

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