CN102531491A

CN102531491A - 具有被动调节室内相对湿度的材料及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN102531491A
Application number: CN2011104458477A
Authority: CN
Inventors: 陈振乾; 郑佳宜
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2011-12-28
Filing date: 2011-12-28
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2031-12-28
Also published as: CN102531491B

Abstract

具有被动调节室内相对湿度的材料及其制备方法和应用，调湿材料的原料组成及重量百分比为10份~30份的水泥，30份~50份的粉煤灰，20份~50份的硅藻土，10份~20份的木粉，5份~10份抗菌剂，5份~10份防霉剂，80份~160份水。该硅藻土基调湿材料为利用可再生资源(木粉)，工业固体废料(粉煤灰)的新型的环境友好型调湿材料。原材料易得、成本低廉、制作工艺简单，变能源消耗式的主动调湿为资源节约型的被动调湿的手段。

Description

具有被动调节室内相对湿度的材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及一种具有被动调节室内相对湿度的智能环保型建筑材料，属于被动室内湿度调节领域。

背景技术

室内相对湿度的大小直接影响人体的舒适性、物品的保存以及建筑能耗的多少，其中涉及化工、医药、食品、文物保存、仪器维护等领域。当室内相对湿度低于40%时，会引起木材等的变形、混凝土的开裂、人们皮肤的干燥、灰尘的扩散，这对物品的保存及人体健康产生隐患；当室内相对湿度大于70%时，为细菌和微生物的繁殖创造了良好的温床，食品和药品会返潮、纸张、皮革、纺织品等会发霉变形，从而使人类的生活环境恶化，生活品质下降；人们为了控制室内相对湿度在一个相对合适的范围，必须进行除湿和加湿，其中的手段包括冷凝除湿，干燥剂除湿，通风除湿，加湿器加湿等主动的调节湿度的方法，其能源消耗量占总的建筑能耗的40%~50%。在此情况下，一种能够被动调节室内相对湿度的材料应运而生。

调湿材料，这一概念是由日本学者西藤宫野等首先提出来的，是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，感应所调空间空气温湿度的变化，从而自动调节空气相对湿度的材料。调湿材料是无需消耗电力等不可再生能源，具有良好自动调节空气湿度能力的材料，对节约能源、改善环境舒适性、促进生态环境的可持续发展等具有重要的实际意义。

公告日为2011年7月13日，公告号为CN102120175的发明专利公开了一种提高硅藻土调湿性的方法，其将硅藻土与一定浓度的无机盐水溶液在一定条件下反应，抽滤、干燥后得到硅藻土基调湿材料。但其没有充分考虑到无机盐在高湿条件下自身会潮解，在常温下不稳定，易盐析等。

发明内容

解决的技术问题：本发明要解决的技术问题是改善硅藻土基调湿材料的调湿能力。该硅藻土基调湿材料为利用可再生资源(木粉)，工业固体废料(粉煤灰)的新型的环境友好型调湿材料。原材料易得、成本低廉、制作工艺简单，变能源消耗式的主动调湿为资源节约型的被动调湿的手段。

技术方案：一种具有被动调节室内相对湿度的材料，调湿材料的原料组成按重量配比为10份~30份的水泥，30份~50份的粉煤灰，20份~50份的硅藻土，10份~20份的木粉，5份~10份抗菌剂，5份~10份防霉剂，80份~160份水。

所述的水泥型号为32.5型、32.5R型、42.5型或42.5R型。

所述的粉煤灰为燃煤火力发电厂、燃煤锅炉或煤燃烧过程中收集的粉尘，细度为100目。

所述的硅藻土为经过500℃~800℃的高温，1h~8h的煅烧所得，细度为200目。

所述的木粉为吸水性木材经过干燥粉碎处理所得，所述吸水性木粉为竹木粉或杨木粉，细度为400目。

所述的抗菌剂为纳米二氧化钛或银系抗菌剂。

所述的防霉剂为OBPA防霉剂或稻糠粉木塑防霉剂。

制备具有被动调节室内相对湿度的材料的方法，制备步骤为：

(1) 对硅藻土进行预处理：将硅藻土在500℃~800℃的高温下煅烧1h~8h；

(2) 制备的硅藻土基调湿材料，按各组分的规定量充分混合、制浆、注模、成型、拆模、养护，最终得到成品：将水泥、粉煤灰、预处理过的硅藻土、木粉、抗菌剂、防霉剂分别倒入搅拌容器中进行充分均匀混合，一边搅拌一边加入水，带原料呈浆状，将其倒入模具内，在模具表面覆盖保鲜膜，静置1天后拆模，放入养护箱养护28天，即制得硅藻土基调湿材料。

具有被动调节室内相对湿度的材料的应用，将硅藻土基调湿材料贴于承重墙或非承重墙的内侧，在40%~70%的范围内对室内相对湿度进行调节。

有益效果：本发明掺混的辅料中有400目的木粉，木头的纤维结构本身具有调节湿度的作用，木头磨成400目的粉状颗粒表面面积和孔隙率大大增加，因此制成的硅藻土基调湿材料相比没有掺混木粉的硅藻土基调湿材料，其湿容量提高10%～50%，调湿性能也相应得到提高。

本发明是通过不同的煅烧时间(1h~8h)和不同的煅烧温度(500℃~800℃)来调节硅藻土的孔隙大小、孔隙结构，从煅烧前后的扫描电镜图可以清楚的看出，煅烧后的硅藻土的圆饼结构出现裂痕和破损，孔隙更加细小，数量亦随之增加，从而有助于调湿材料的调湿作用。硅藻土的粒度为200目，硅藻土因其具有良好的表面吸附解吸能，其本身就可以作为一种调湿材料，本发明以硅藻土为基础通过不同材料之间的粒度配比和掺混量来调节硅藻土基调湿材料的调湿性能。

本发明掺混的粉煤灰是工业生产，尤其是电力生产中的主要固体废料之一，调湿材料中加入100目的粉煤灰，相同条件下能够节约水泥的用量，减少了用水量，改善了调湿材料的和易性，真正做到废物再利用。

本发明中将400目的木粉作为超细料，200目的硅藻土作为中细料，100目的粉煤灰和水泥作为细料，这种孔径和粒度的阶梯式分布和相互填充的作用，体现在调湿性能上就是调湿范围相应拓宽，因为水分在调湿材料中凝结或者吸附时填充孔径的大小都是从小到大依次填充的，相反，水分在调湿材料中蒸发或者脱附的发生时的孔径都是从大到小依次发生的。超细料具有较中细料和细料更大的比表面积和孔隙率，因此超细料的加入可以使室内的相对湿度维持在相对低的水平并且可以通过调节超细料加入量来调节室内相对湿度的下限；中细料硅藻土具有很强的表面吸附解吸能，能够快速吸附水蒸气；细料粉煤灰和水泥具有相对大的粒径，加入有助于水分的脱附。超细料、中细料和细料的充分混合，可以使调湿材料更加紧实，从而有助于调湿材料强度的提高和它们各自不同功效的发挥，有助于湿容量的增加和调湿速度的加快。

本发明掺混的辅料中有抗菌剂和防霉剂，将其用于硅藻土基调湿材料中，在调节室内相对湿度的同时有利于室内的空气品质的提高，从而有益于人们身体的健康。

附图说明

图1 未经处理的硅藻土扫描电镜图；

图2 在800℃煅烧1h后的硅藻土扫描电镜图。

具体实施方式

本发明以经过不同温度和不同时长煅烧后的硅藻土，细木粉作为起主要调湿作用的原材料，以水泥作为主要胶结和强度来源，以粉煤灰作为辅料来节约水泥用量，从而起到利废和降低成本之功效，以抗菌剂来杀菌使其具有人类友好性。

各种原材料的用量(质量百分比)范围如下：

10份~30份的水泥，30份~50份的粉煤灰，20份~50份的硅藻土，10份~20份的木粉，5份~10份抗菌剂，5份~10份防霉剂，80份~160份水。实施例中制备方法参照：将配料加入小型搅拌机中搅拌3～5分钟，加入水再搅拌5～10分钟后，倒入模具中，覆盖保鲜膜以防止水分流失，静置1天，然后拆模，放入养护箱进行为期20～28天左右的养护。

以下是本发明的具体应用实例，通过实例可以进一步了解本发明。

其中各原材料的来源为：水泥：安徽海螺水泥股份有限公司；粉煤灰：河北石家庄天昊矿产品加工；硅藻土：天津市科密欧化学试剂有限公司；木粉：江苏常熟龙腾机械有限公司；TiO₂:北京王用科技有限公司；银系抗菌剂：桂林艾特利新型材料有限责任公司；稻糠粉木塑防霉剂：上海润河纳米材料科技有限公司; OBPA防霉剂:山东爱普化学有限公司。

实施例1：

制备具有被动调节室内相对湿度的材料的方法，步骤为：

(1) 对硅藻土进行预处理：将硅藻土在800℃的高温下煅烧1h；

(2) 制备的硅藻土基调湿材料，按各组分的规定量充分混合、制浆、注模、成型、拆模、养护，最终得到成品：将水泥（32.5R型）、粉煤灰、预处理过的硅藻土、木粉（为吸水性木材经过干燥粉碎处理所得，所述吸水性木粉为竹木粉，细度为400目）、纳米二氧化钛抗菌剂、OBPA防霉剂分别倒入搅拌容器中进行充分均匀混合，一边搅拌一边加入水，带原料呈浆状，将其倒入模具内，在模具表面覆盖保鲜膜，静置1天后拆模，放入养护箱养护28天，即制得硅藻土基调湿材料。其中成分配比为：25份的水泥，25份的粉煤灰，30份的硅藻土，10份的木粉，3份抗菌剂，3份防霉剂，100份水，1份为1.5g。具有被动调节室内相对湿度的材料的应用，将硅藻土基调湿材料贴于承重墙或非承重墙的内侧，在40%~70%的范围内对室内相对湿度进行调节。

调湿能力：在20℃，80%RH的恒温恒湿调节下，饱和吸湿率为27.6%；在20℃，20%RH的恒温恒湿调节下，饱和放湿率为4.4%。

本发明适宜制成板材贴敷于住宅内的墙体自动调节室内相对湿度。

实施例2：

制备具有被动调节室内相对湿度的材料的方法，步骤为：

(1) 对硅藻土进行预处理：将硅藻土在800℃的高温下煅烧2h；

(2) 制备的硅藻土基调湿材料，按各组分的规定量充分混合、制浆、注模、成型、拆模、养护，最终得到成品：将水泥（32.5型）、粉煤灰、预处理过的硅藻土、木粉（为吸水性木材经过干燥粉碎处理所得，所述吸水性木粉为竹木粉，细度为400目）、纳米二氧化钛抗菌剂、OBPA防霉剂分别倒入搅拌容器中进行充分均匀混合，一边搅拌一边加入水，带原料呈浆状，将其倒入模具内，在模具表面覆盖保鲜膜，静置1天后拆模，放入养护箱养护28天，即制得硅藻土基调湿材料。其中成分配比为：15份的水泥，20份的粉煤灰，35份的硅藻土，20份的木粉，2份抗菌剂，8份防霉剂，120份水，1份为1.5g。具有被动调节室内相对湿度的材料的应用，将硅藻土基调湿材料贴于承重墙或非承重墙的内侧，在40%~70%的范围内对室内相对湿度进行调节。

调湿能力：在20℃，80%RH的恒温恒湿调节下，饱和吸湿率为35.2%；在20℃，20%RH的恒温恒湿调节下，饱和放湿率为4.6%。

本发明适宜制成板材贴敷于博物馆内的墙体自动调节室内相对湿度。

实施例3:

制备具有被动调节室内相对湿度的材料的方法，步骤为：

(1) 对硅藻土进行预处理：将硅藻土在700℃的高温下煅烧3h；

(2) 制备的硅藻土基调湿材料，按各组分的规定量充分混合、制浆、注模、成型、拆模、养护，最终得到成品：将水泥（42.5型）、粉煤灰、预处理过的硅藻土、木粉（为吸水性木材经过干燥粉碎处理所得，所述吸水性木粉为杨木粉，细度为400目）、银系抗菌剂、稻糠粉木塑防霉剂分别倒入搅拌容器中进行充分均匀混合，一边搅拌一边加入水，带原料呈浆状，将其倒入模具内，在模具表面覆盖保鲜膜，静置1天后拆模，放入养护箱养护28天，即制得硅藻土基调湿材料。其中成分配比为：15份的水泥，10份的粉煤灰，40份的硅藻土，25份的木粉，8份抗菌剂，8份防霉剂，145份水，1份为1.5g。具有被动调节室内相对湿度的材料的应用，将硅藻土基调湿材料贴于承重墙或非承重墙的内侧，在40%~70%的范围内对室内相对湿度进行调节。

调湿能力：在20℃，80%RH的恒温恒湿调节下，饱和吸湿率为46.5%；在20℃，20%RH的恒温恒湿调节下，饱和放湿率为5.9%。

本发明适宜制成装饰品悬挂于住宅内的墙体自动调节室内相对湿度。

实施例4：

制备具有被动调节室内相对湿度的材料的方法，步骤为：

(1) 对硅藻土进行预处理：将硅藻土在600℃的高温下煅烧5h；

(2) 制备的硅藻土基调湿材料，按各组分的规定量充分混合、制浆、注模、成型、拆模、养护，最终得到成品：将水泥（32.5型）、粉煤灰、预处理过的硅藻土、木粉（为吸水性木材经过干燥粉碎处理所得，所述吸水性木粉为竹木粉，细度为400目）、纳米二氧化钛抗菌剂、OBPA防霉剂分别倒入搅拌容器中进行充分均匀混合，一边搅拌一边加入水，带原料呈浆状，将其倒入模具内，在模具表面覆盖保鲜膜，静置1天后拆模，放入养护箱养护28天，即制得硅藻土基调湿材料。其中成分配比为：10份的水泥，10份的粉煤灰，40份的硅藻土，30份的木粉，10份抗菌剂，10份防霉剂，160份水，1份为1.5g。具有被动调节室内相对湿度的材料的应用，将硅藻土基调湿材料贴于承重墙或非承重墙的内侧，在40%~70%的范围内对室内相对湿度进行调节。

调湿能力：在20℃，80%RH的恒温恒湿调节下，饱和吸湿率为57.2%；在20℃，20%RH的恒温恒湿调节下，饱和放湿率为11.8%。

本发明适宜制成板材贴敷于储藏室内(室内相对湿度相对低的水平)的墙体自动调节室内相对湿度。

实施例5:

制备具有被动调节室内相对湿度的材料的方法，步骤为：

(1) 对硅藻土进行预处理：将硅藻土在500℃的高温下煅烧8h；

(2) 制备的硅藻土基调湿材料，按各组分的规定量充分混合、制浆、注模、成型、拆模、养护，最终得到成品：将水泥（32.5R型）、粉煤灰、预处理过的硅藻土、木粉（为吸水性木材经过干燥粉碎处理所得，所述吸水性木粉为竹木粉，细度为400目）、纳米二氧化钛抗菌剂、稻糠粉木塑防霉剂分别倒入搅拌容器中进行充分均匀混合，一边搅拌一边加入水，带原料呈浆状，将其倒入模具内，在模具表面覆盖保鲜膜，静置1天后拆模，放入养护箱养护28天，即制得硅藻土基调湿材料。其中成分配比为： 15份的水泥， 10份的粉煤灰，30份的硅藻土， 25份的木粉，10份抗菌剂，8份防霉剂， 130份水，1份为1.5g。具有被动调节室内相对湿度的材料的应用，将硅藻土基调湿材料贴于承重墙或非承重墙的内侧，在40%~70%的范围内对室内相对湿度进行调节。

调湿能力：在20℃，80%RH的恒温恒湿调节下，饱和吸湿率为42.8%；在20℃，20%RH的恒温恒湿调节下，饱和放湿率为8.5%。

本发明适宜制成板材贴敷于医院内的墙体自动调节室内相对湿度。

Claims

1. 一种具有被动调节室内相对湿度的材料，其特征是：调湿材料的原料组成按重量配比为10份~30份的水泥，30份~50份的粉煤灰，20份~50份的硅藻土，10份~20份的木粉，5份~10份抗菌剂，5份~10份防霉剂，80份~160份水。

2. 根据权利要求1所述的具有被动调节室内相对湿度的材料，其特征是：所述的水泥型号为32.5型、32.5R型、42.5型或42.5R型。

3. 根据权利要求1所述的具有被动调节室内相对湿度的材料，其特征是：所述的粉煤灰为燃煤火力发电厂、燃煤锅炉或煤燃烧过程中收集的粉尘，细度为100目。

4. 根据权利要求1所述的具有被动调节室内相对湿度的材料，其特征是：所述的硅藻土为经过500℃~800℃的高温，1h~8h的煅烧所得，细度为200目。

5. 根据权利要求1所述的具有被动调节室内相对湿度的材料，其特征是：所述的木粉为吸水性木材经过干燥粉碎处理所得，所述吸水性木粉为竹木粉或杨木粉，细度为400目。

6. 根据权利要求1所述的具有被动调节室内相对湿度的材料，其特征是：所述的抗菌剂为纳米二氧化钛或银系抗菌剂。

7. 根据权利要求1所述的具有被动调节室内相对湿度的材料，其特征是：所述的防霉剂为OBPA防霉剂或稻糠粉木塑防霉剂。

8. 制备权利要求1所述具有被动调节室内相对湿度的材料的方法，其特征是：制备步骤为：

9. 具有被动调节室内相对湿度的材料的应用，其特征是：将硅藻土基调湿材料贴于承重墙或非承重墙的内侧，在40%~70%的范围内对室内相对湿度进行调节。