CN102633483B - 一种具有自调湿功能的复合材料及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有自调湿功能的复合材料，按重量份计，它由45~73份具有自调湿功能的粉料与0.15~1.2份增强纤维或15~20份填充料中的一种或者两种在20~40份复配溶液中制备得到的；所述的具有自调湿功能的粉料由含钙无机类基体、藻类、改性剂按38~55∶6~16∶3~6的重量份比例制成；所述的复配溶液按重量份计由100份清水、1.5~2.0份转晶剂、0.4~0.5份防水剂、0.4~0.5份消泡剂复配得到。本发明的具有自调湿功能的复合材料吸湿率达12%，解湿率达8%，自调湿功能的复合效果及调湿功能的复合速率优于传统无机盐及无机多孔材料，制造成本及应用领域优于特种硅胶及有机高分子。本发明还提供所述复合材料的制备方法。

Description

一种具有自调湿功能的复合材料及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种自调湿材料，特别涉及建材材料领域以改善室内空气质量，通过藻类、无机物组分中的变价原子和催化组分的持续作用稳定释放负离子的特性和钙质晶体技术复合的一种具有自调湿功能的复合材料，其粉料、粉状、颗粒状、板材及工艺品等系列化自调湿材料广泛应用于建筑材料、轻工等领域以改善空气质量。

背景技术

调湿功能的复合材料首先是在日本发展和应用起来。在博物馆、历史资料馆、纪念馆、寺庙、图书馆、美术馆以及书库等建筑中，使用调湿功能的复合材料对文物及重要资料的保护与保管起了很大的作用。同时，建筑室内环境的舒适性一直是人们追求的热点，空气湿度是影响居住环境舒适度的重要因素之一，直接影响人们的身心健康、物品的保存以及采暖空调能耗等。对于人体健康而言，空气相对湿度过小容易夺走人体内的水分，还会诱发感冒、支气管炎、哮喘等病症。当相对湿度小于40%时会使流感病毒繁殖速度加快，还伴随粉尘扩散，导致传染病发病率显著增高，同时许多对湿度敏感的物质，如涂料、油漆、竹木、家具等大部分物品会发生开裂、导致不同程度的脱层、变形；当相对湿度大于80%时，使人感觉不舒适，严重的引起胃病、皮疹和风湿性关节炎。

目前，调湿功能的复合材料主要分为5类：第一，特种硅胶，具有出众的吸湿量和吸湿速度，但解析过程较吸湿呈现较严重的滞后现象，而且硅胶的成本较高，使其应用受到很大的限制；第二，无机盐类，随着吸湿量的增加，自身慢慢潮解；第三，有机高分子类材料，高吸水性树脂吸、放湿速度受高分子膨胀速度的影响，放湿速度慢、放湿量小，制造成本高、功能寿命短；第四，有机无机复合调湿功能的复合材料，吸放湿量及速度增大，但制造工艺复杂，成本较高；第五，多孔无机类材料，包括竹炭、活性炭、沸石、海泡石、硅藻土等，生产工艺简单、吸放湿速度快（尤其是放湿速度较快）、放湿滞后小，对人体和环境无毒无害，但单一的多孔无机类材料不具胶凝性而难以成型为整体，其产品表现形式限于粉末及颗粒状，使用受限。

发明内容

综上，调湿功能的复合材料可有效降低空调暖气设备的使用，提高室内空气质量的同时降低能耗，通过湿度控制的可调节性，可以改善人居湿热环境、提高物品保存质量。本发明的目的是开发一种自调湿功能的复合效果显著、产品表现形式多样的自调湿功能的复合材料。

本发明提供一种具有自调湿功能的复合材料及生产方法，是由含钙无机材料、藻类、改性剂，经原料预处理，使呈柔性圆盘筛状的藻类晶体与刚性短柱状硫酸钙晶体活性深度激发，再与增强纤维和复配溶液混合搅拌，使其在液相介质下水化硬化，并再度聚合呈整体握裹连续的“硅藻--钙质微晶单元”与局部分散的“硅藻--钙质微孔”的无机网络结构材料。其自调湿功能的原理在于藻类无定形二氧化硅表面羟基性质的不规则孔道和本身的多孔结构，其孔隙率高、比表面积大，具有强大的吸附性，吸湿率达12%，解湿率达8%。，空间的湿度从99%降到60%时，其吸湿应答时间为4.5min，空间的湿度从30%上升到60%时，其解湿的应答时间为3.65min。

本发明技术方案之一为一种具有自调湿功能的粉料，它由含钙无机类基体、藻类、改性剂，按38~55∶6~16∶3~6的重量份比例经活性激发制成。

所述的含钙无机类基体为：半水硫酸钙、磷酸钙、或铝酸钙中的一种或多种；优选半水硫酸钙；优选的形式为天然形成的粉料、或化学合成的粉料、或工业副产脱硫形成的粉料经高温煅烧后的粉料的一种或多种。

所述的藻类为：硅藻土或海藻土中的一种或两种；优选其粒度达到400~800目。

所述的改性剂是由氧化钙、氧化硅和聚乙烯醇以54~60∶32~36∶8~12的重量份比例复配形成的粉状改性剂；其中的氧化钙、氧化硅组分可以由硅酸盐水泥提供。

所述的具有自调湿功能的粉料的制备方法是将所述原料组分预混后在陈化仓中陈化3~15天即得。

本发明方案之一的粉料可以直接作为建筑领域的涂层粉料或者作为涂刷掺合料，也可以再与其他组分一起制备成具有自调湿功能的复合材料。

本发明技术方案之二为一种具有自调湿功能的复合材料，按重量份计，它是由45~73份所述的具有自调湿功能的粉料与0.15~1.2份增强纤维或15~20份填充料中的一种或者两种在20~40份复配溶液中制备得到的；所述的复配溶液按重量份计由100份清水、1.5~2.0份转晶剂、0.4~0.5份防水剂、0.4~0.5份消泡剂复配得到。

所述的增强纤维为植物纤维、玻璃纤维或矿物纤维中的一种或多种；粉状系列产品时，优选长度在3~5mm的植物纤维；颗粒状系列产品时，优选纤维长度为8~12mm的矿物纤维；板材及日常工艺品系列产品时，优选纤维长度在15~18mm的玻璃纤维。

所述的填充料为各种轻质、多孔的无机颗粒。

所述的转晶剂为柠檬酸钠、硫酸铝或硫酸铝钾中的一种或多种；所述的防水剂是甲基硅醇钠或硅氧烷中的一种或两种；所述的消泡剂是磷酸三丁酯、正丁醇或异戊醇的一种或多种。

本发明优选的具有自调湿功能的复合材料的原料配方包括以下几种：

含钙无机类基体、藻类、改性剂、增强纤维和复配溶液的重量份比例为：38~55∶6~16：1~2∶0.15~1.2∶20~40；

含钙无机类基体、藻类、改性剂、填充料、复配溶液的重量份比例为：38~55∶6~16∶1~2：15~20∶20~40；

或者

含钙无机类基体、藻类、改性剂、增强纤维、填充料、复配溶液的重量份比例为：38~55∶6~16∶1~2∶0.15~1.2∶15~20∶20~40。

本发明技术方案之三为所述的具有自调湿功能的复合材料的生产方法，生产方法按如下步骤完成：

（1）原材料预处理：将含钙无机类基体、藻类、改性剂按38~55∶6~16∶3~6的重量份比例预混合后在陈化仓中陈化3~15天，制备成一种具有自调湿功能的粉料；

（2）混合料搅拌：按所述比例将步骤1）制备的粉料与增强纤维或者填充料中的一种或两种缓慢加入复配溶液，待其液相介质充分浸润粉料后强制搅拌，搅拌转速为280~400转/分，搅拌时间为15~32秒；使混合料浆形成膏状或浆状物料；

（3）将步骤（2）得到的物料经常规的水化成型、干燥养护及表面处理制备得到工业上可接受的各种形状的复合材料。

步骤（3）所述的成型，优选下列三种方式中的任意一种：

第一种为：将搅拌均匀的混合料浆通过挤压浇注方式注入成型模具，待料浆终凝后脱模形成板材状，根据成型模具形状可衍生众多不同规格的肌理纹、镂花、镂空及异型装饰板；

第二种为：将搅拌均匀的混合料浆通过造粒机制成不同等级大小的球状颗粒；

第三种为：将搅拌均匀的混合料浆通过发泡机二次搅拌后以挤压浇注成型方式形成泡沫砌块或者多孔介质及填充料。

步骤（3）所述的干燥可以采用自然干燥3~5天，或者干燥窑50~65℃干燥10~12小时的烘干方式中的一种或两种；直至物料含水量小于3.5%。

步骤（3）所述的表面处理优选根据成型方式的不同，相应的采用以下不同的表面处理方法：

板材状半成品经过干燥后打磨平整，按产品应用设计采用涂料、烤漆、UV镀膜、丝印、烫金或其他材质贴面中的一种或多种表面处理方式，待其表面固化后形成自调湿功能的复合材料中的板系列产品；

球状半成品经过打磨后形成自调湿功能的复合材料中的颗粒状系列产品；

球状半成品经过打磨后再经球磨机研磨至所需粒度后形成自调湿功能的复合材料中的粉粒状系列产品。

本发明方法制备得到的粉粒状、颗粒状的自调湿功能的复合材料还可以作为本发明所述的复合材料中的填充料使用。

本发明的上述制备方法中，可以根据需要采用的成型方式对复配溶液的用量在所述范围内进行调整，例如，当需采用浇注成型方式时，使用的复配溶液优选38~40重量份，当需采用压制成型方式时，所使用的复配溶液优选20~22重量份。

本发明的自调湿功能的复合材料，其自调湿机理在于其藻类无定性二氧化硅表面羟基性质的不规则孔道和本身的多孔结构，其孔隙率高、比表面积大，具有强大的吸附性，与现有自调湿功能的复合产品及技术相比所具有如下优点：

第一，以利用藻类材料的中晶体特有的微孔特性和具有硫酸钙（或磷酸钙、铝酸钙）晶体技术复合形成无机类复合调湿功能的复合材料，藻类具有比活性炭高于5000～6000的微孔数，调湿功能的复合效果显著。

第二，自调湿功能的复合材料湿敏性快，空间的湿度从99%降到60%时，其吸湿应答时间为4.5min，空间的湿度从30%上升到60%时，其解湿的应答时间为3.65min。。

附图说明

图1是本发明复合材料制备方法的流程图。

图2是本发明具有自调湿功能的复合材微观结构料特点。

图3是本发明具有自调湿功能的复合材料的调湿功能的吸湿率

图4是本发明具有自调湿功能的复合材料的调湿功能的解湿率。

具体实施方式

本发明可以通过发明内容中说明的技术方案具体实施，通过下面的实施例对本发明进行进一步的描述，然而，本发明的范围并不限于下述实施例。

实施例1：一种具有自调湿功能的粉料

1、配方组成（物质计量单位均为重量份）：

（1）天然β-半水硫酸钙48.8份；

（2）硅藻土：粒度400~800目经粉磨的硅藻土粉体10份；

（3）改性剂：由54%氧化钙、36%氧化硅、10%聚乙烯醇混合均匀复配粉体6份；

2、生产制备工艺：

（1）原材料预处理：β-半水硫酸钙、硅藻土、改性剂按48.8份、10份、6份分别精确计量；

（2）预混合后在陈化仓中陈化3~15天制备即得。

实施例2：一种具有自调湿功能的板材

1、配方组成（物质计量单位均为重量份）：

（1）磷酸钙40.8份；

（2）硅藻土：粒度400~800目经粉磨的硅藻土粉体16份；

（3）改性剂：由54%氧化钙、36%氧化硅、10%聚乙烯醇混合均匀复配粉体6份；

（4）增强纤维短切丝：长度在15~18㎜玻璃纤维1.20份；

（5）复配溶液：清水、转晶剂、防水剂、消泡剂按其质量比为100∶1.8∶0.4∶0.5复配搅拌形成均匀的复配溶液36份。所述的转晶剂为柠檬酸钠；所述的防水剂是甲基硅醇钠；所述的消泡剂是磷酸三丁酯。

2、生产制备工艺：

（1）原材料预处理：磷酸钙、硅藻土、改性剂按40.8份、16份、6份分别精确计量、预混合后在陈化仓中陈化3~15天制备混合粉体；

（2）混合料搅拌：36份复配溶液单独准确计量后，再将其计量准确的混合粉体和1.2份玻璃纤维缓慢加入，待其液相介质充分浸润粉料后强制搅拌，搅拌转速为280~400转/分，搅拌时间为15~32秒；

（3）浇注成型：将料浆浇注至成型板材模具待其凝结固化；

（4）养护干燥：脱模后自然放置2小时定型养护后采用自然干燥或者干燥窑烘干方式中的一种或两种，自然干燥3~5天，干燥窑干燥温度为50~65℃，干燥10~12小时，当含水重量小于3.5%时成为半成品；

（5）表面处理：将干燥后的成型板材过干燥后打磨平整，采用涂料、烤漆、UV镀膜、丝印、烫金或其他材质贴面中的一种或多种表面处理方式，待其表面固化后形成一种具有自调湿功能板材，可称为藻晶装饰板或藻晶板材。其微观结构见图1所示。其中，2A是藻类结构的微观结构图；2B是含钙基体的微观结构图；2C是藻钙结构。

实施例3：一种具有自调湿功能的颗粒状复合材料

1、配方组成（物质计量单位均为重量份）：

（1）天然铝酸钙54.8份；

（2）海藻土：粒度400~800目经粉磨的海藻土粉体10份；

（3）改性剂：由54%氧化钙、36%氧化硅、10%聚乙烯醇混合均匀复配粉体3份；

（4）增强纤维短切丝：长度在15~18mm植物纤维0.8份。

2、生产制备工艺：

（1）原材料预处理：按上述重量份将铝酸钙、海藻土、改性剂分别精确计量、预混合后在陈化仓中陈化3~15天制备混合粉体；

（2）混合料搅拌：按上述重量份将其计量准确的混合粉体和植物纤维混合均匀；

（3）压制成型：将步骤（2）搅拌均匀的混合料通过定型颗粒挤出机挤出成型获得不同形状的颗粒状；再经过常规后处理得到颗粒状材料。

实施例4：一种具有自调湿功能的泡沫砌块

1、配方组成（物质计量单位均为重量份）：

（1）铝酸钙38.8份；

（2）海藻土：粒度400~800目经粉磨的海藻土粉体6份；

（3）改性剂：由60%氧化钙、32%氧化硅、8%聚乙烯醇混合均匀复配粉体3份；

（4）增强纤维短切丝：长度在15~18㎜玻璃纤维1.20份；

（5）填充料：实施例3的颗粒状的自调湿功能复合材料15份

（6）复配溶液：清水、转晶剂、防水剂、消泡剂按其质量比为100∶1.8∶0.4∶0.5复配搅拌形成均匀的复配溶液36份。所述的转晶剂为硫酸铝；所述的防水剂是硅氧烷；所述的消泡剂是正丁醇和异戊醇的化合物。

2、生产制备工艺：

（1）原材料预处理：铝酸钙、海藻土、改性剂按38.8份、6份、3份分别精确计量、预混合后在陈化仓中陈化3~15天制备混合粉体；

（2）混合料搅拌：36份复配溶液单独准确计量后，再将其计量准确的混合粉体和1.2份植物纤维、15份填充料缓慢加入，待其液相介质充分浸润粉料后强制搅拌，搅拌转速为280~400转/分，搅拌时间为15~32秒；

（3）挤压成型：将搅拌均匀的混合料浆通过发泡机二次搅拌后以挤压浇注成型方式形成泡沫砌块，待其固化脱模。

（4）养护干燥：脱模后自然放置2小时定型养护后采用自然干燥或者干燥窑烘干方式中的一种或两种，自然干燥3~5天，干燥窑干燥温度为50~65℃，干燥10~12小时，当含水重量小于3.5%时成为半成品；

（5）表面处理：将干燥后的成型砌块打磨平整即形成一种具有自调湿功能的泡沫砌块。

实施例5.效果例

测试方法：

（1）吸湿试验：调湿箱的内部温湿度分别调节至25℃、75%RH，把实施例2的复合材料和现有的吸湿材料样品放置在调湿箱内。每隔一定的时间把样品取出进行精确称重。记录所得的数据，直到样品的质量不再增加为止，认定此时杨平达到饱和吸湿状态；

（2）解湿试验：将经过饱和吸湿试验的上述试样放入调湿箱内。调湿箱的内部温湿度分别调节至25℃、35%RH，当环境湿度较低时（小于35%）则利用更低的湿度环境进行放湿试验，每隔一段时间取出用分析天平进行精确称重，至样品的质量不再减少为止，认定此时样品达到完全解湿状态。

测试结果见图3、图4。

Claims (3)

1.一种具有自调湿功能的复合材料，按重量份计，它是由45～73份具有自调湿功能的粉料与0.15～1.2份增强纤维或15～20份填充料中的一种或者两种在20～40份复配溶液中制备得到的；所述的复配溶液按重量份计由100份清水、1.5～2.0份转晶剂、0.4～0.5份防水剂、0.4～0.5份消泡剂复配得到；所述的增强纤维为植物纤维、玻璃纤维或矿物纤维中的一种或多种；所述的具有自调湿功能的粉料由含钙无机类基体、藻类、改性剂，按38～55:6～16:3～6的重量份比例制成；所述的含钙无机类基体为半水硫酸钙、磷酸钙、或铝酸钙中的一种或多种；所述的藻类为硅藻土或海藻土中的一种或两种；所述的藻类粒度为400～800目；所述的改性剂是由氧化钙、氧化硅和聚乙烯醇以54～60:32～36:8～12的重量份比例复配形成。

2.权利要求1所述的复合材料，其特征在于：所述的转晶剂为柠檬酸钠、硫酸铝或硫酸铝钾中的一种或多种；所述的防水剂是甲基硅醇钠或硅氧烷中的一种或两种；所述的消泡剂是磷酸三丁酯、正丁醇或异戊醇的一种或多种。

3.权利要求1所述的复合材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）原材料预处理：将含钙无机类基体、藻类、改性剂按38～55:6～16:3～6的重量份比例预混合后在陈化仓中陈化3～15天，制备成权利要求1所述的具有自调湿功能的粉料；

（2）混合料搅拌：按所述比例，将步骤1）的具有自调湿功能的粉料与增强纤维或者填充料中的一种或两种，缓慢加入所述的复配溶液，待其液相介质充分浸润粉料后强制搅拌，搅拌转速为280～400转/分，搅拌时间为15～32秒；使混合料浆形成膏状或浆状物料；

（3）将步骤（2）得到的物料经常规的水化成型、干燥养护及表面处理制备得到工业上可接受的各种形状的复合材料。