CN104527155A - 一种调湿材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种调湿材料的制备方法，以聚集成灾的江河淤积泥沙和分布广泛的海泡石为原料，在水热釜饱和蒸汽压下反应，一方面保存了大部分海泡石原有的多孔结构，另外还生成了针状托勃莫来石，形成了复合多孔材料，能够调节室内空气湿度保持在40-70％。本发明的调湿材料包括新生成的托勃莫来石和海泡石改性江河淤积泥沙的调湿材料，通过以江河淤积泥沙和消石灰混合为基底，并采用梯度复合技术，制备性能优越的建筑调湿材料。可以有效调节居室、办公室、仓库厂房、陈列馆等室内湿度，并保持在所需适宜的湿度范围。是一种具备自调湿特性的新型无机材料，可以替代现用调湿系统。

Description

一种调湿材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种调湿材料的制备方法，具体是利用水热合成技术将江河淤积泥沙制备成一种高效调湿材料的方法。属于无机墙体材料制备技术领域。
背景技术
材料不断向着功能化、智能化、生态化和高性能方向发展。开发出具有自调湿、自清洁、自调温等功能的生态建材对改善人居生活环境、促进循环经济和可持续发展具有重要意义。尤其在我国，由于建筑物保温隔热性能相对较差，室内的温度、湿度随外界环境变化波动很大，每年夏季和冬季，为了调节室内的温度和湿度，我国城市中空调大量使用，造成巨大的能源消耗和雾霾天气。
黄河由于淤积泥沙的沉积，导致决溢改道对社会经济、人民生命财产造成危害。频繁的决溢改道，对两岸农业生产、人民生活造成巨大灾难。因为泥沙的不断淤积，又会发生泥沙淤积，洪水泛滥，不能彻底地治理好黄河。因此，必须寻求一种既能避免黄河改道，又能缓解甚至解决“地上悬河”问题的方法。治理黄河和用沙都是可行的手段，其中，中国发明专利“将江河淤积泥沙固化成陶瓷建筑材料的方法”(200510096205.5)和“一种常压固化江河淤积泥沙为建筑材料的方法”(201110255761.8)是利用河沙固化生产高强建筑材料和改进固化条件达到常压固化的方法，它们的目标产物都是高强建筑材料，都没有考虑到它的吸湿功能。
调湿材料是利用其自身的多孔性来调节室内温度湿度，调湿材料可以节省调节温度湿度的调湿系统和设备，因此可大大节省能量消耗。调湿材料的研制已有一些介绍，如中国发明专利“高效调湿材料”(CN101108902)，但是由于其产品制备工艺复杂，原料昂贵，使得调湿材料应用受到很大限制。而中国发明专利“无机湿度调节面板及其制造方法”(CN1788995)因为要800-1200℃下烧成，使得材料多孔结构得到破坏，对多孔性的控制不佳，影响调湿性能。
发明内容
本发明的目的是公开一种工艺简单，原材料便宜，调湿性能好，合成温度低，节约能源的调湿材料的制备方法。
为了达到上述目的，本发明以江河淤积泥沙、海泡石为原料生产调湿材料。具体工艺如下：
第一步，原料配制
首先选取江河淤积泥沙为主原料，选取消石灰为辅助原料，选取海泡石为改性原料，按照质量百分比量取主原料：辅助原料：改性原料＝(40％～80％)：(10％～40％)：(0～40％)，总量满足100％；
第二步，成型
将上述主原料和辅助原料混合，并加入水，搅拌均匀，放入模具中；在5～40MPa压力下成型，得到混合料层，水的加入量是混合料质量的5％～50％；在改性原料海泡石中加入水，搅拌均匀，放入模具中；在5～40MPa压力下成型得到海泡石层；水的加入量是海泡石的质量的5％～50％；
第三步，水热反应制得调湿材料
将混合料层作为成型的试块，或在混合料层上面铺加海泡石层，得到成型的试块，将试块放入水热反应釜，在150℃～200℃，0.1MPa～2MPa的饱和蒸汽压下水热处理1～72h，得到具有良好的调湿性能的调湿材料。
所述的第一步的原料配制是主原料：辅助原料＝(60％～90％)：(10％～40％)质量百分比。
所述的第一步的原料配制是主原料：辅助原料：改性原料＝(40％～80％)：(10％～40％)：(5％～40％)，总量满足100％。
所述的江河淤积泥沙采自黄河下游郑州段的淤积泥沙，其中SiO2含量为46.8％，Al2O3的含量为20.5％。
与现有合成技术相比，本发明具有以下优点：
1.由于本发明采用自然成灾的黄河淤积泥沙和资源丰富的海泡石为原料，与以化学纯试剂为原料合成调湿材料方法相比，原料成本低廉；合成温度低，大大节约了复杂设备及高温带来的生产制备成本。
2.本发明以自然富集物淤积泥沙和分布广泛的海泡石为原料合成调湿材料工艺简单，能耗低，生成物稳定性好，可以根据应用需要控制有效孔径范围，有效扩展了其应用领域。
3.本发明采用黄河淤积泥沙为原料制备高性能调湿材料，一方面变废为宝，另一方面制备的调湿材料用于建筑墙体时，经过检测吸湿达到310.12g/m2，放湿达到242.13g/m2，用于室内调湿，能够调节室内空气湿度保持在40-70％。
4.本发明采用的饱和蒸汽养护方法，制成的调湿材料含托勃莫来石并保持一定量的原有的海泡石，无毒无害，稳定性好，具备循环利用的潜力，是一种环境友好型调湿材料，可规模生产。
附图说明
图1为本发明的不同CaO/SiO2比下制得的调湿材料的XRD物相成分分析图
图2为本发明的淤积泥沙原料水热前的扫描电镜图
图3为本发明的淤积泥沙原料水热后的扫描电镜图
具体实施方式
实施例1-5
首先选取江河淤积泥沙(采自黄河下游郑州段，其中SiO246.8％；Al2O320.5％)作为主原料。选取消石灰(分析纯，中国国药试剂有限公司提供)作为辅助原料，将上述主原料和辅助原料混合，取如表1所示实施例1-5中不同的CaO/SiO2配合比量的主原料和辅助原料，混合，然后在上述混合料中加入水，水的加入量为混合料质量的10％，搅拌均匀后，在30MPa压力下成型，得到长×宽×高＝40×15×15mm混合料层，将混合料层作为成型的试块，放入水热反应釜，在温度在200℃，压强在1.5MPa的饱和蒸汽压水热处理12小时后得到具有湿度调节作用的多孔调湿材料。调湿材料的抗折强度如表1所示，调湿材料的物相成分分析(X射线粉末衍射分析)如图1所示。然后将调湿材料的五个面用锡纸包裹严密，只露出一个面(40×15mm2)，在80℃烘箱中干燥24h，然后再放入相对湿度(RH)33％的环境下24h，让调湿材料吸附至饱和；再放入温度为25℃湿度为75％的密闭箱，保持24h，得到吸湿量，再转入湿度为33％的密闭箱，继续保持24h，得到放湿量。得到的吸湿放湿结果如表1所示。由于调湿材料中新生成了托勃莫来石，该托勃莫来石对强度有很大的贡献，并且有助于其吸湿性能的提升，对其微观结构进行扫描电镜分析，结果如图2所示，说明经过水热处理材料形成了大量针状托勃莫来石，这也是其强度升高及调湿性能提升的主要原因。
表1：不同CaO/SiO2比下调湿材料性能及组成特点
实施例6-8
制备海泡石改性江河淤积泥沙调湿材料方法如下：首先选取主原料江河淤积泥沙，选取辅助原料消石灰(分析纯，中国国药试剂有限公司提供)，改性原料海泡石(由湖南省湘潭县鸿雁海泡石有限公司提供)，将上述主原料和辅助原料混合，加入混合料质量10％的水，在改性原料海泡石中加入占其质量10％的水，然后在混合料上层铺加海泡石成为两层，选取CaO/SiO2比为0.8，海泡石掺量如表2所示；在30MPa压力下成型；将成型的试块放入水热反应釜，在温度在200℃，压强在1.5MPa的饱和蒸汽压水热处理12h后得到调湿材料。海泡石掺量分别为10％，20％和30％的特性测试结果如表2所示。海泡石的掺入进一步大大提升了材料的吸湿放湿性能。调湿材料可以有效调节居室、办公室、仓库厂房、陈列馆等室内湿度，并保持在所需适宜的湿度范围。
表2:不同海泡石掺量下调湿材料性能及组成特点

Claims (4)

1.一种调湿材料的制备方法，其特征在于：
第一步，原料配制
首先选取江河淤积泥沙为主原料，选取消石灰为辅助原料，选取海泡石为改性原料，按照质量百分比量取主原料：辅助原料：改性原料＝(40％～80％)：(10％～40％)：(0～40％)，总量满足100％；
第二步，成型
将上述主原料和辅助原料混合，并在上述混合料中加入水，搅拌均匀，水的加入量是混合料质量的5％～50％；在5～40MPa压力下成型，得到混合料层；在改性原料海泡石中加入水，搅拌均匀，水的加入量是海泡石质量的5％～50％；在5～40MPa压力下成型得到海泡石层；
第三步，水热反应制得调湿材料
将混合料层作为成型的试块，或在混合料层上面加铺一层海泡石层，得到成型的试块，将成型的试块放入水热反应釜，在温度在150℃～200℃，压强在0.1MPa～2MPa的饱和蒸汽压水热处理1～72h后得到具有良好的调湿性能的调湿材料。
2.根据权利要求1所述的一种调湿材料的制备方法，其特征在于：所述的第一步，原料配制是主原料：辅助原料＝(60％～90％)：(10％～40％)质量百分比。
3.根据权利要求1所述的一种调湿材料的制备方法，其特征在于：所述的第一步，原料配制是主原料：辅助原料：改性原料＝(40％～80％)：(10％～40％)：(5％～40％)，总量满足100％。
4.根据权利要求1所述的一种调湿材料的制备方法，其特征在于：所述的江河淤积泥沙采自黄河下游郑州段的淤积泥沙，其中SiO2含量为46.8％，Al2O3的含量为20.5％。
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