CN105924595A

CN105924595A - 一种生物质基复合调湿材料的制备方法

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Publication number: CN105924595A
Application number: CN201610484625.9A
Authority: CN
Inventors: 陈建峰; 林茂平
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-06-28
Filing date: 2016-06-28
Publication date: 2016-09-07

Abstract

本发明涉及一种生物质基复合调湿材料的制备方法，属于调湿材料领域。该方法以核桃壳为原料，经磷酸活化、无机盐和季铵盐插层改性后，用反相悬浮聚合法与丙烯酸复合改性后即得生物质基复合调湿材料。本发明通过无机盐和季铵盐对核桃壳改性，提高了核桃壳的孔容，使其既具有生物质多孔材料的物理吸附又具有无机盐的化学吸附，两者相互促进提高了吸湿量，再将丙烯酸引入生物质材料的层间或孔内，进一步增大其层间距和孔径，两者复配，克服了各自缺陷，使得复合材料湿容量和调试速度明显提高，具有极佳的调湿性能。

Description

一种生物质基复合调湿材料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种生物质基复合调湿材料的制备方法，属于调湿材料领域。

背景技术

目前，湿度调节的主要方式是依靠空调技术，但空调系统耗能大、污染环境，且易引发“建筑综合症”，不符合建筑节能和可持续发展战略。利用调湿材料的吸放湿特性来合理调控室内湿度，耗能低无污染，是一种生态性控制调节方法。调湿材料具有丰富的多孔结构，可以吸附大量水蒸气分子，在一定条件下水蒸气分子也可以脱附离开材料，从而到达调湿效果，调湿过程伴随有热量传递，对温度也能进行一定程度地调节。

调湿材料的具体作用机理因祌类差别而不同。材料对水分子的吸附主要分为物理吸附和化学吸附两种。物理吸附主要取决于极性的相似性，发生在固体的整个自由表面。化学吸附一般为单分子层吸附，吸附稳定，不易脱附，调湿材料经化学吸湿过程而吸附的水分子容易滞留在结构内部。有机类调湿材料调湿作用主要是有机分子表面与水分子间范德华力的相互作用，如偶极-偶极作用、氢键作用等。水分子是极性分子，有机材料分子的极性越大，其与水分子的作用力就越大，吸湿能力越强。理论上来说，分子内只要含有亲水性基团（如胺基、羧基、羟基等）的有机类材料，都具有吸湿能力，都可能成为调湿材料，亲水性基团越多吸湿能力越强。无机矿物材料，如蒙脱土、硅藻土、海泡石等，该材料具有分布广、成本低、加工简单等优点，然而湿容量低、孔道结构以及大小的不可控性等问题严重限制了其应用。

生物质材料替代石油、煤炭和矿产等不可再生资源，已成为世界基础原料领域的重大课题。所谓生物质材料是指由动物、植物及微生物等生命体衍生得到的材料，主要由有机高分子物质组成，在化学成分上生物质材料主要由碳、氢和氧三种元素组成。以废弃而廉价的可再生生物质资源作为多孔活性炭制备原料的研究工作早已引起许多学者的广泛关注。

发明内容

本发明主要解决的技术问题：针对目前单一的无机矿物调湿材料吸湿容量低，且孔道结构以及大小不可控，而有机高分子吸湿材料的放湿性能很差，被吸附的水很难脱附的缺陷，提供了一种生物质基复合调湿材料的制备方法，该方法以核桃壳为原料，经磷酸活化、无机盐和季铵盐插层改性后，用反相悬浮聚合法与丙烯酸复合改性后即得生物质基复合调湿材料。本发明通过无机盐和季铵盐对核桃壳改性，提高了核桃壳的孔容，使其既具有生物质多孔材料的物理吸附又具有无机盐的化学吸附，两者相互促进提高了吸湿量，再将丙烯酸引入生物质材料的层间或孔内，进一步增大其层间距和孔径，两者复配，克服了各自缺陷，使得复合材料湿容量和调试速度明显提高，具有极佳的调湿性能。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

（1）称取400～500g核桃壳用去离子水冲洗3～5次，放入烘箱烘干后移入球磨机，按球料比为30:1向球磨罐中加入氧化锆球磨珠，球磨1～2h后过30目标准筛，得到研磨后的核桃壳颗粒；

（2）将上述得到的核桃壳颗粒按固液比为1:3加入到浓度为0.3mol/L磷酸溶液中，放置在摇床上振荡浸渍过夜，过滤分离得到滤渣，将滤渣放入真空干燥箱，调节真空度至0.01～0.03MPa，加热升温至90～95℃保温活化2～4h，得到活化核桃壳颗粒；

（3）按固液比为1:5将上述活化核桃壳颗粒加入装有质量浓度为30%氯化钙溶液的烧杯中，将烧杯移入50～60℃水浴锅中，再加入核桃壳颗粒总质量3～5%的十六烷基三甲基溴化铵，用搅拌器以300～400r/min转速搅拌1～2h后再转入4～6℃冰水浴中，静置过夜后将混合物倒入布氏漏斗，用去离子水抽滤洗涤3～5次后干燥，得改性核桃壳颗粒；

（4）称取35～40g丙烯酸溶于100～120mL环己烷中，将其移入35～45℃水浴锅中，用搅拌棒边搅拌边滴加质量浓度为25%氢氧化钠溶液对丙烯酸进行中和，中和度为65～70%，再加入50～60g上述制得的改性核桃壳颗粒和3～5g十八醇磷酯，转入超声分散机中以300～400W功率分散40～60min，得分散液；

（5）将上述分散液移入带有搅拌器和温度计的三口烧瓶中，加入0.2～0.4gN，N’-亚甲基双丙烯酰胺，启动搅拌器进行搅拌，在搅拌的状态下再加入0.8～1.2g过硫酸钾并向三口烧瓶中通入氮气直至排出瓶内所有空气；

（6）将上述烧瓶移入55～65℃水浴锅中，以300～500r/min转速保温搅拌反应60～80min后停止搅拌，过滤得到滤渣，将滤渣移入烘箱，在75～85℃下干燥1～2h后即得生物质基复合调湿材料。

本发明的应用方法：将本发明制得的生物质基复合调湿材料应用于建筑内墙粉刷涂料中，其中掺入量为涂料总质量的8～10%，经检测，本发明制得的生物质基复合调湿材料在相对湿度为75%的环境下最大平衡含湿量达到98.0%以上，在相对湿度为33%的环境下的饱和放湿率为29.0～30.5%，调湿速度是单一组份调湿材料的15～20倍，具有极佳的调湿效果。

本发明的有益效果是：

（1）本发明制得的生物质基复合调湿材料原料来源广泛，成本低廉，制备工艺简单易行；

（2）本发明制得的生物质基复合调湿材料原料为核桃壳，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；

（3）本发明制得的生物质基复合调湿材料调湿速度调湿速度是单一组份调湿材料的15～20倍，具有极佳的调湿效果。

具体实施方式

称取400～500g核桃壳用去离子水冲洗3～5次，放入烘箱烘干后移入球磨机，按球料比为30:1向球磨罐中加入氧化锆球磨珠，球磨1～2h后过30目标准筛，得到研磨后的核桃壳颗粒；将上述得到的核桃壳颗粒按固液比为1:3加入到浓度为0.3mol/L磷酸溶液中，放置在摇床上振荡浸渍过夜，过滤分离得到滤渣，将滤渣放入真空干燥箱，调节真空度至0.01～0.03MPa，加热升温至90～95℃保温活化2～4h，得到活化核桃壳颗粒；按固液比为1:5将上述活化核桃壳颗粒加入装有质量浓度为30%氯化钙溶液的烧杯中，将烧杯移入50～60℃水浴锅中，再加入核桃壳颗粒总质量3～5%的十六烷基三甲基溴化铵，用搅拌器以300～400r/min转速搅拌1～2h后再转入4～6℃冰水浴中，静置过夜后将混合物倒入布氏漏斗，用去离子水抽滤洗涤3～5次后干燥，得改性核桃壳颗粒；称取35～40g丙烯酸溶于100～120mL环己烷中，将其移入35～45℃水浴锅中，用搅拌棒边搅拌边滴加质量浓度为25%氢氧化钠溶液对丙烯酸进行中和，中和度为65～70%，再加入50～60g上述制得的改性核桃壳颗粒和3～5g十八醇磷酯，转入超声分散机中以300～400W功率分散40～60min，得分散液；将上述分散液移入带有搅拌器和温度计的三口烧瓶中，加入0.2～0.4gN，N’-亚甲基双丙烯酰胺，启动搅拌器进行搅拌，在搅拌的状态下再加入0.8～1.2g过硫酸钾并向三口烧瓶中通入氮气直至排出瓶内所有空气；将上述烧瓶移入55～65℃水浴锅中，以300～500r/min转速保温搅拌反应60～80min后停止搅拌，过滤得到滤渣，将滤渣移入烘箱，在75～85℃下干燥1～2h后即得生物质基复合调湿材料。

实例1

称取400g核桃壳用去离子水冲洗3次，放入烘箱烘干后移入球磨机，按球料比为30:1向球磨罐中加入氧化锆球磨珠，球磨1h后过30目标准筛，得到研磨后的核桃壳颗粒；将上述得到的核桃壳颗粒按固液比为1:3加入到浓度为0.3mol/L磷酸溶液中，放置在摇床上振荡浸渍过夜，过滤分离得到滤渣，将滤渣放入真空干燥箱，调节真空度至0.01MPa，加热升温至90℃保温活化2h，得到活化核桃壳颗粒；按固液比为1:5将上述活化核桃壳颗粒加入装有质量浓度为30%氯化钙溶液的烧杯中，将烧杯移入50℃水浴锅中，再加入核桃壳颗粒总质量3%的十六烷基三甲基溴化铵，用搅拌器以300r/min转速搅拌1h后再转入4℃冰水浴中，静置过夜后将混合物倒入布氏漏斗，用去离子水抽滤洗涤3次后干燥，得改性核桃壳颗粒；称取35g丙烯酸溶于100mL环己烷中，将其移入35℃水浴锅中，用搅拌棒边搅拌边滴加质量浓度为25%氢氧化钠溶液对丙烯酸进行中和，中和度为65%，再加入50g上述制得的改性核桃壳颗粒和3g十八醇磷酯，转入超声分散机中以300W功率分散40min，得分散液；将上述分散液移入带有搅拌器和温度计的三口烧瓶中，加入0.2gN，N’-亚甲基双丙烯酰胺，启动搅拌器进行搅拌，在搅拌的状态下再加入0.8g过硫酸钾并向三口烧瓶中通入氮气直至排出瓶内所有空气；将上述烧瓶移入55℃水浴锅中，以300r/min转速保温搅拌反应60min后停止搅拌，过滤得到滤渣，将滤渣移入烘箱，在75℃下干燥1h后即得生物质基复合调湿材料。

本发明的应用方法：将本发明制得的生物质基复合调湿材料应用于建筑内墙粉刷涂料中，其中掺入量为涂料总质量的8%，经检测，本发明制得的生物质基复合调湿材料在相对湿度为75%的环境下最大平衡含湿量达到98.5%，在相对湿度为33%的环境下的饱和放湿率为29.0%，调湿速度是单一组份调湿材料的15倍，具有极佳的调湿效果。

实例2

称取450g核桃壳用去离子水冲洗4次，放入烘箱烘干后移入球磨机，按球料比为30:1向球磨罐中加入氧化锆球磨珠，球磨1h后过30目标准筛，得到研磨后的核桃壳颗粒；将上述得到的核桃壳颗粒按固液比为1:3加入到浓度为0.3mol/L磷酸溶液中，放置在摇床上振荡浸渍过夜，过滤分离得到滤渣，将滤渣放入真空干燥箱，调节真空度至0.02MPa，加热升温至93℃保温活化3h，得到活化核桃壳颗粒；按固液比为1:5将上述活化核桃壳颗粒加入装有质量浓度为30%氯化钙溶液的烧杯中，将烧杯移入55℃水浴锅中，再加入核桃壳颗粒总质量4%的十六烷基三甲基溴化铵，用搅拌器以350r/min转速搅拌1h后再转入5℃冰水浴中，静置过夜后将混合物倒入布氏漏斗，用去离子水抽滤洗涤4次后干燥，得改性核桃壳颗粒；称取38g丙烯酸溶于110mL环己烷中，将其移入40℃水浴锅中，用搅拌棒边搅拌边滴加质量浓度为25%氢氧化钠溶液对丙烯酸进行中和，中和度为68%，再加入55g上述制得的改性核桃壳颗粒和4g十八醇磷酯，转入超声分散机中以350W功率分散45min，得分散液；将上述分散液移入带有搅拌器和温度计的三口烧瓶中，加入0.3gN，N’-亚甲基双丙烯酰胺，启动搅拌器进行搅拌，在搅拌的状态下再加入1.0g过硫酸钾并向三口烧瓶中通入氮气直至排出瓶内所有空气；将上述烧瓶移入60℃水浴锅中，以400r/min转速保温搅拌反应70min后停止搅拌，过滤得到滤渣，将滤渣移入烘箱，在80℃下干燥1h后即得生物质基复合调湿材料。

本发明的应用方法：将本发明制得的生物质基复合调湿材料应用于建筑内墙粉刷涂料中，其中掺入量为涂料总质量的9%，经检测，本发明制得的生物质基复合调湿材料在相对湿度为75%的环境下最大平衡含湿量达到99.0%，在相对湿度为33%的环境下的饱和放湿率为30.2%，调湿速度是单一组份调湿材料的18倍，具有极佳的调湿效果。

实例3

称取500g核桃壳用去离子水冲洗5次，放入烘箱烘干后移入球磨机，按球料比为30:1向球磨罐中加入氧化锆球磨珠，球磨2h后过30目标准筛，得到研磨后的核桃壳颗粒；将上述得到的核桃壳颗粒按固液比为1:3加入到浓度为0.3mol/L磷酸溶液中，放置在摇床上振荡浸渍过夜，过滤分离得到滤渣，将滤渣放入真空干燥箱，调节真空度至0.03MPa，加热升温至95℃保温活化4h，得到活化核桃壳颗粒；按固液比为1:5将上述活化核桃壳颗粒加入装有质量浓度为30%氯化钙溶液的烧杯中，将烧杯移入60℃水浴锅中，再加入核桃壳颗粒总质量5%的十六烷基三甲基溴化铵，用搅拌器以400r/min转速搅拌2h后再转入6℃冰水浴中，静置过夜后将混合物倒入布氏漏斗，用去离子水抽滤洗涤5次后干燥，得改性核桃壳颗粒；称取40g丙烯酸溶于120mL环己烷中，将其移入45℃水浴锅中，用搅拌棒边搅拌边滴加质量浓度为25%氢氧化钠溶液对丙烯酸进行中和，中和度为70%，再加入60g上述制得的改性核桃壳颗粒和5g十八醇磷酯，转入超声分散机中以400W功率分散60min，得分散液；将上述分散液移入带有搅拌器和温度计的三口烧瓶中，加入0.4gN，N’-亚甲基双丙烯酰胺，启动搅拌器进行搅拌，在搅拌的状态下再加入1.2g过硫酸钾并向三口烧瓶中通入氮气直至排出瓶内所有空气；将上述烧瓶移入65℃水浴锅中，以500r/min转速保温搅拌反应80min后停止搅拌，过滤得到滤渣，将滤渣移入烘箱，在85℃下干燥2h后即得生物质基复合调湿材料。

本发明的应用方法：将本发明制得的生物质基复合调湿材料应用于建筑内墙粉刷涂料中，其中掺入量为涂料总质量的10%，经检测，本发明制得的生物质基复合调湿材料在相对湿度为75%的环境下最大平衡含湿量达到99.0%，在相对湿度为33%的环境下的饱和放湿率为30.5%，调湿速度是单一组份调湿材料的20倍，具有极佳的调湿效果。

Claims

1.一种生物质基复合调湿材料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：