CN105294933B - 一种聚丙烯酰胺基多孔调湿材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发公开了一种聚丙烯酰胺基多孔调湿材料及制备方法，主要包括下述质量份数的原料：丙烯酰胺单体10份、海泡石2.5～12.5份、过硫酸铵0.05～0.2份、N,N‑亚甲基双丙烯酰胺0.1～0.3份、水100份，通过将海泡石用硫酸活化或将酸活化海泡石进一步制成有机活化海泡石，最后利用酸活化海泡石或有机活化海泡石作为原料之一制成聚丙烯酰胺基多孔调湿材料；该材料1.材料组成简单：主要组分为聚丙烯酰胺、海泡石，成本低廉；2.致孔工艺简单：采用真空冷冻干燥法致孔，生产安全；3.材料调湿性能良好：吸湿率达500mg/g；放湿率达320mg/g，且放湿速率快达74mg/g(前5h)；4.湿度稳定在高湿度范围内，调湿区间为80%‑87%RH，且响应速度快，25℃下，材料1小时内即可维持一定空间的相对湿度在一定范围内。
Description
技术领域：
本发明涉及一种多孔调湿材料的制备方法，具体是一种以聚丙烯酰胺为基体，无机矿物海泡石为分散相的一种聚丙烯酰胺基多孔调湿材料及其制备方法。
背景技术：
调湿材料是依靠材料自身的性质来调节周围环境的湿度。当外界环境的湿度低于某一值时，材料释放水分，阻止环境湿度的降低。当外界环境的湿度高于某一值时，材料吸收水分，以此来调节环境湿度，使一定空间的环境湿度稳定在一定范围内。
根据国内外研究现状，目前调湿材料大致可以分为四大类，有机高分子类、无机矿物类、无机盐类、复合材料类。有机高分子类调湿材料吸湿量大，但吸放湿速率小；无机矿物类和无机盐类吸放湿较快，但吸湿量较小；复合材料类多是有机高分子类与无机矿物类和无机盐类等多种调湿材料的复合，综合了各类调湿材料的优缺点，其一般具有良好的吸放湿量和吸放湿速率。因此，对复合调湿材料的研制更有实用意义。
目前，国内外研究的调湿材料的调湿范围大多为40％～70％RH的中湿度环境，而对高湿度的调湿范围的应用研究较少，且调湿材料的吸放湿速率，尤其是放湿速率比较低。
专利号为201010268170.X的中国发明专利公开了一种高效复合调湿剂的制备方法，将丙烯酰胺、聚丙烯酸钠、羧甲基纤维素、海泡石等原料通过合成，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；利用合成过程在材料上形成大量的孔结构，以进一步提高产品的吸放湿性能。其缺点在于：材料组分复杂、合成过程中形成的孔数量不够多且致孔工艺复杂，吸放湿响应速率等有待进一步提高。
发明内容：
为了克服现有调湿材料组分复杂、致孔工艺繁琐、单位体积孔数不够多的问题，提供一种组分简单、生产成本低廉、工艺简单、调湿性能良好的一种聚丙烯酰胺基多孔调湿材料及其制备方法。
本发明技术方案通过以下方式实现：
一种聚丙烯酰胺基多孔调湿材料，主要包括下述质量份数的原料：
所述的海泡石是指将海泡石加入到10～15％的硫酸溶液中酸化后用水洗涤、烘干得到的酸活化海泡石或酸化海泡石再与十六烷基三甲基溴化铵反应形成的有机活化海泡石。
制备上述聚丙烯酰胺基多孔调湿材料的方法，制备步骤如下：
步骤(1)、将海泡石加入到10～15％的硫酸溶液中酸活化后用水洗涤、烘干得到酸活化海泡石，各组份质量份数比为：
海泡石：10～15％的硫酸溶液＝1：8；
步骤(2)将丙烯酰胺单体，加入到水中，加热至50～65℃，再加入步骤(1)中的酸活化海泡石，磁力搅拌6～8h后，升温至65～72℃，再加过硫酸铵、N,N-亚甲基双丙烯酰胺，继续搅拌至反应出现凝胶体，保温1～3h，得聚丙烯酰胺/海泡石复合调湿材料；按质量份数比为：
丙烯酰胺单体：酸活化海泡石：过硫酸铵：N,N-亚甲基双丙烯酰胺：水＝10：2.5～12.5：0.05～0.2：0.1～0.3：100；
步骤(3)、将步骤(2)反应得到的聚丙烯酰胺/海泡石复合调湿材料置于真空冷冻干燥箱中，冷冻干燥24h、冷冻温度：-50℃，即得聚丙烯酰胺基多孔调湿材料。
本发明还可以以下述方式实现
一种制备聚丙烯酰胺基多孔调湿材料的方法，制备步骤如下：
步骤(1)、将海泡石加入到10～15％的硫酸溶液中酸活化后用水洗涤、烘干得到酸活化海泡石，各组份质量份数比为：
海泡石：10～15％的硫酸溶液＝1：8；
步骤(2)、将十六烷基三甲基溴化铵加入到60～80℃的水中搅拌，再加入步骤(2)中的酸活化海泡石继续搅拌1～2小时后冷至室温，用水洗涤后烘干，得到有机活化海泡石；按质量份数比为：
酸活化海泡石：十六烷基三甲基溴化铵：水＝10：0.3：80；
步骤(3)、将丙烯酰胺单体加入到水中，加热至50～65℃，再加入步骤(2)中有机活化海泡石，磁力搅拌6～8h后，升温至65～72℃，再加过硫酸铵、N,N-亚甲基双丙烯酰胺、继续搅拌至反应出现凝胶体，停止搅拌，保温1～3h，得聚丙烯酰胺/海泡石复合调湿材料；按质量份数比为：
丙烯酰胺单体：有机活化海泡石：过硫酸铵：N,N-亚甲基双丙烯酰胺：水＝10：2.5～12.5：0.05～0.2：0.1～0.3：100；
步骤(4)：将步骤(3)反应得到的聚丙烯酰胺/海泡石复合调湿材料置于真空冷冻干燥箱中，冷冻干燥24h、冷冻温度：-50℃，即得聚丙烯酰胺基多孔调湿材料。
所述的步骤(1)是：将海泡石加入到10～15％的硫酸溶液中酸活化，20～25℃下电动搅拌6～8h，用水洗涤后烘干，得到酸活化海泡石。
所述的步骤(2)、将十六烷基三甲基溴化铵加入到60～80℃的水中搅拌，再加入步骤(1)中的酸活化海泡石继续搅拌1～2小时后冷至室温，用水洗涤后烘干，得到有机活化海泡石为：将十六烷基三甲基溴化铵加入到60～80℃的水中，电动搅拌5min后，再加入酸活化海泡石，于相同温度下，继续搅拌2h，静置冷却至室温，用水洗涤后烘干，得到有机活化海泡石。
本发明以丙烯酰胺为单体，海泡石为分散相，通过插层聚合法反应得到聚丙烯酰胺/海泡石复合调湿材料，复合材料经真空冷冻干燥后，即得到一种聚丙烯酰胺基多孔调湿材料。
本发明的有积极果是：1.材料组成简单：主要组分为聚丙烯酰胺、海泡石，成本低廉；2.致孔工艺简单：采用真空冷冻干燥法致孔，生产安全；3.材料调湿性能良好：吸湿率达500mg/g；放湿率达320mg/g，且放湿速率快达74mg/g(前5h)；4.湿度稳定在高湿度范围内，调湿区间为80％-87％RH，且响应速度快，25℃下，材料1小时内即可维持一定空间的相对湿度在一定范围内；
附图说明
附图说明：
图1为发明制品的宏观表面形貌图；
图2为本发明的采用偏光显微镜测得的制品的表面形貌图；
图3为本发明实施样在高湿和低湿微环境中的的湿度调节曲线图；
图4为现有技术在高湿和低湿微环境中的湿度调节曲线图。
具体实施方式：
下面结合实附图和施例对本发明作进一步说明：
实例1：聚丙烯酰胺基多孔调湿材料制备步骤如下：
(1)按照以下组分及份备料：
(2)按质量份数称取10份海泡石，加入到80份的15％的硫酸溶液中，20℃条件下电动搅拌6～8h，用水洗涤后烘干，得到酸活化海泡石，研磨至80目，备用。
(3)按质量份数称取10份丙烯酰胺，加入到100份的水中，加热至55℃，再加入5份步骤(2)中得到的酸活化海泡石，磁力搅拌6～8h后，升温至65℃，加入0.1份的过硫酸铵，0.2份的N,N-亚甲基双丙烯酰胺，65℃恒温下继续搅拌至反应呈现凝胶体，停止搅拌，65℃恒温下保温2h,交联反应完成，得聚丙烯酰胺/海泡石复合调湿材料；
(4)将步骤(3)反应得到的聚合物冷却至室温，然后置于真空冷冻干燥箱中，冷冻干燥24h，即得聚丙烯酰胺基多孔调湿材料。
实例2：聚丙烯酰胺基多孔调湿材料制备骤如下：
(1)按照以下组分及份备料：
(2)按质量份数称取10份海泡石，加入到80份的15％的硫酸溶液中，20℃条件下电动搅拌6～8h，用水洗涤后烘干，得到酸活化海泡石，研磨至80目，备用；
(3)按质量份数称取10份丙烯酰胺，加入到100份的水中，加热至55℃，再加入7.5份步骤(2)中得到的酸活化海泡石，磁力搅拌6～8h后，升温至72℃，加入0.15份的过硫酸铵，0.2份的N,N-亚甲基双丙烯酰胺，72℃恒温下继续搅拌至反应出现凝胶体，停止搅拌，保温2h，得聚丙烯酰胺/海泡石复合调湿材料；
(4)将步骤(3)反应得到的聚合物冷却至室温，然后置于真空冷冻干燥箱中，冷冻(冷阱温度：-50℃)干燥24h，即得聚丙烯酰胺基多孔调湿材料。
实例3：一种聚丙烯酰胺基多孔调湿材料制备步骤如下：
(1)按照以下组分及份备料：
(2)按质量份数称取10份海泡石，加入到80份的15％的硫酸溶液中，25℃条件下电动搅拌6～8h，用水洗涤后烘干，得到酸活化海泡石；
(3)按质量份数称取3份步骤(2)中的酸活化海泡石，0.3份十六烷基三甲基溴化铵，80份的水，将十六烷基三甲基溴化铵加入到60℃的水中，电动搅拌5min后，加入酸活化海泡石，于60℃下继续搅拌2h，静置冷却至室温，用水洗涤后烘干，得到有机活化海泡石，研磨至80目，备用；
(4)按质量份数称取10份丙烯酰胺，加入到100份的水中，加热至55℃，再加入5份步骤(3)中有机活化海泡石，磁力搅拌6～8h后，升温至65℃，加入0.1份的过硫酸铵，0.2份的N,N-亚甲基双丙烯酰胺，恒温下继续搅拌至反应出现凝胶体，停止搅拌，保温2h，得聚丙烯酰胺/海泡石复合调湿材料；
(5)将步骤(4)反应得到的聚合物冷却至室温，然后置于真空冷冻干燥箱中，冷冻干燥24h(冷阱温度：-50℃)，即得聚丙烯酰胺基多孔调湿材料。
实例4：一种聚丙烯酰胺基多孔调湿材料及其制备方法，其特征步骤如下：
(1)按照以下组分及质量份备料：
(2)按质量份数称取10份海泡石，加入到80份的15％的硫酸溶液中，25℃条件下电动搅拌6～8h，用水洗涤后烘干，得到酸活化后的海泡石；
(3)按质量份数称取3份步骤(2)中的酸活化海泡石，0.3份十六烷基三甲基溴化铵，80份的水，将十六烷基三甲基溴化铵加入到80℃的水中，电动搅拌5min后，加入酸活化海泡石，于80℃下继续搅拌2h，静置冷却至室温，用水洗涤后烘干，得到有机活化海泡石，研磨至80目，备用；
(4)按质量份数称取10份丙烯酰胺，加入到100份的水中，加热至55℃，再加入7.5份步骤(3)中有机活化海泡石，磁力搅拌6～8h后，升温至72℃，加入0.15份的过硫酸铵，0.2份的N,N-亚甲基双丙烯酰胺，恒温72℃下继续搅拌至反应出现凝胶体，停止搅拌，保温2h，得聚丙烯酰胺/海泡石复合调湿材料；
(5)将步骤(4)反应得到的聚合物冷却至室温，然后置于真空冷冻干燥箱中，冷冻干燥24h(冷阱温度：-50℃)，即得聚丙烯酰胺基多孔调湿材料。
上述各实施例中原料均按质量份数称取。
由图1、图2可知：试样的表面充满大量孔洞，孔径大多分布在：20～100μm范围内。
由图可知：在高湿和低湿微环境中，试样40min内即可维持空间相对湿度在80％～87％RH范围内，而图4中表明的目前现有技术制备的材料，在高湿和低湿微环境中，材料大概需要2h才能维持空间相对湿度在50％～60％RH范围内。
图3、图4对比知，按上述实施例方法制备的试样，其调湿响应速率明显大于现有技术制备的调湿材料，且调湿范围为80％～87％RH，在较高的湿度范围内。
Claims (5)
1.一种聚丙烯酰胺基多孔调湿材料，以丙烯酰胺为单体，海泡石为分散相，通过插层聚合法反应得到聚丙烯酰胺/海泡石复合调湿材料，复合调湿材料经真空冷冻干燥后，即得到聚丙烯酰胺基多孔调湿材料；
其各组成原料质量份数如下：
丙烯酰胺单体 10份
海泡石 2.5～12.5份
过硫酸铵 0.05～0.2份
N,N-亚甲基双丙烯酰胺 0.1～0.3份
水 100份；
所述的海泡石是指将海泡石加入到10～15%的硫酸溶液中酸化后用水洗涤、烘干得到的酸活化海泡石或酸化海泡石再与十六烷基三甲基溴化铵反应形成的有机活化海泡石。
2.一种制备权利要求1所述聚丙烯酰胺基多孔调湿材料的方法，其制备步骤如下：
步骤（1）、将海泡石加入到10～15%的硫酸溶液中酸化后用水洗涤、烘干得到酸活化海泡石，各组份质量份数比为：
海泡石 ：10～15%的硫酸溶液=1 ：8；
步骤（2）、 将丙烯酰胺单体，加入到水中，加热至50～65℃，再加入步骤（1）中的酸活化海泡石，磁力搅拌6～8h后，升温至65～72℃，再加过硫酸铵、 N,N-亚甲基双丙烯酰胺，继续搅拌至反应出现凝胶体，保温1～3h，得聚丙烯酰胺/海泡石复合调湿材料；按质量份数比为：
丙烯酰胺单体：酸活化海泡石：过硫酸铵：N,N-亚甲基双丙烯酰胺：水=10 ：2.5～12.5：0.05～0.2 ：0.1～0.3 ：100；
步骤（3）：将步骤（2）反应得到的聚丙烯酰胺/海泡石复合调湿材料置于真空冷冻干燥箱中，冷冻干燥24h、冷冻温度：-50℃，即得聚丙烯酰胺基多孔调湿材料。
3.一种制备权利要求1所述的聚丙烯酰胺基多孔调湿材料的方法，其特征在于：制备步骤如下：
步骤（1）、将海泡石加入到10～15%的硫酸溶液中酸化后用水洗涤、烘干得到酸活化海泡石，各组份质量份数比为：
海泡石：10～15%的硫酸溶液=1：8；
步骤（2）、将十六烷基三甲基溴化铵加入到60～80℃的水中搅拌，再加入步骤（1）中的酸活化海泡石继续搅拌1～2小时后冷至室温，用水洗涤后烘干，得到有机活化海泡石；按质量份数比为：
酸活化海泡石 ：十六烷基三甲基溴化铵 ：水=10 ：0.3 ：80；
步骤（3）、 将丙烯酰胺单体加入到水中，加热至50～65℃，再加入步骤（2）中有机活化海泡石，磁力搅拌6～8h后，升温至65～72℃，再加过硫酸铵、 N,N-亚甲基双丙烯酰胺、继续搅拌至反应出现凝胶体，停止搅拌，保温1～3h，得聚丙烯酰胺/海泡石复合调湿材料；按质量份数比为：
丙烯酰胺单体：有机活化海泡石：过硫酸铵：N,N-亚甲基双丙烯酰胺：水=10 ：2.5～12.5 ：0.05～0.2 ：0.1～0.3 ：100；
步骤（4）、将步骤（3）反应得到的聚丙烯酰胺/海泡石复合调湿材料置于真空冷冻干燥箱中，冷冻干燥24h、冷阱温度：-50℃，即得聚丙烯酰胺基多孔调湿材料。
4.根据权利要求2或3所述的制备聚丙烯酰胺基多孔调湿材料的方法，其特征在于：
步骤（1）是：将海泡石加入到10～15%的硫酸溶液中酸化，20～25℃下电动搅拌6～8h，用水洗涤后烘干，得到酸活化海泡石。
5.根据权利要求3所述的制备聚丙烯酰胺基多孔调湿材料的方法，其特征在于：所述的步骤（2）是：将十六烷基三甲基溴化铵加入到60～80℃的水中，电动搅拌5min后，再加入酸活化海泡石，于相同温度下，继续搅拌2h，静置冷却至室温，用水洗涤后烘干，得到有机活化海泡石。
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