CN108059783A

CN108059783A - 一种无机盐/有机高分子复合吸湿材料及其制备方法

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Publication number: CN108059783A
Application number: CN201711472390.2A
Authority: CN
Inventors: 张生辉; 王力; 邱实; 欧雪梅; 凌意翰
Original assignee: China University of Mining and Technology CUMT
Current assignee: Wenzhou Wenyouhe Technology Co Ltd
Priority date: 2017-12-29
Filing date: 2017-12-29
Publication date: 2018-05-22
Anticipated expiration: 2037-12-29
Also published as: CN108059783B

Abstract

本发明公开了一种无机盐/有机高分子复合吸湿材料及其制备方法，其由以下质量百分比的原料制备而成：有机高分子吸湿材料10~20%、无机盐吸湿材料0.35~4.5%、添加剂75.5~89.65%；所述添加剂为氯化钠、食盐和工业盐中的一种或多种。其制备方法包括以下步骤：将有机高分子吸湿材料浸泡于去离子水中，进行溶胀；将添加剂与无机盐吸湿材料混合后，再与溶胀后的有机高分子吸湿材料共混包覆，得到复合材料；将复合材料干燥脱水、去除表面盐壳，即可。本发明的复合吸湿材料同时具有较大的吸湿容量和较快的吸湿速率，其制备方法操作简便，对设备无特殊要求，生产成本低，适于工业上大规模生产。

Description

一种无机盐/有机高分子复合吸湿材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种复合吸湿材料，特别涉及一种无机盐/有机高分子复合吸湿材料及其制备方法。

背景技术

湿度是衡量环境状况的一个重要指标，随着科技的发展和人类生活水平的提高，人们愈发认识到湿度对生产生活的影响，对湿度的调控需求在当今社会日益突出。

吸湿材料的概念大致是在上世纪八十年代由日本学者首先提出，发展至今已三十余年。无机盐类吸湿材料和有机高分子类吸湿材料是较为常见的两类吸湿材料。无机盐类吸湿材料具有远高于其他类型吸湿材料的吸湿速率，对环境湿度变化反应快。但是，无机盐类吸湿材料往往吸湿容量小，且大部分吸湿性能较好的无机盐会随着吸湿过程的进行而逐渐发生潮解，甚至溶液化。有机高分子类吸湿材料诸如聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、淀粉、纤维素等含有较多亲水基团，或者具有空间网络结构。这类吸湿材料吸湿容量大，往往可以吸收自身质量数百倍乃至数千倍质量的水分，但该类吸湿材料吸湿速率普遍偏低，不能迅速响应环境湿度的变化。因此，单一种类的吸湿材料性能往往具有一定的局限性，难以满足实际生产生活的需要。

由于单一类型的吸湿材料在吸湿性能方面具有明显的局限性，对复合吸湿材料的研究得到了广泛关注，而基于其广阔的应用前景，复合吸湿材料的制备工艺具有更高的实用价值。在复合工艺方面，根据专利CN101229508B中的记载，在熔融状态下进行原料混合，再通过注塑等方式进行成型，工艺条件复杂，且对设备有较高要求，这使得该工艺在实际生产中具有一定的操作难度，对用工质量要求较高，难以在低成本的情况下实现大规模生产。

发明内容

本发明目的在于针对现有技术中单一类别的吸湿材料吸湿容量有限、吸湿速率偏低，复合吸湿材料制备难度大，生产条件复杂、成本高等不足，提供一种无机盐/有机高分子复合吸湿材料及其制备方法。本发明的无机盐/有机高分子复合吸湿材料同时具有较大的吸湿容量和较快的吸湿速率，其制备方法操作简便，对设备无特殊要求，生产成本低，适于工业上大规模生产。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种无机盐/有机高分子复合吸湿材料，其由以下质量百分比的原料制备而成：有机高分子吸湿材料10~20 %、无机盐吸湿材料0.35~4.5 %、添加剂75.5~89.65 %；以上原料制备时质量百分比总和为100%。

其中，所述有机高分子吸湿材料为现有技术中常规使用的有机高分子吸湿材料，较佳的为聚丙烯酸钠树脂；所述无机盐吸湿材料为现有技术中常规使用的无机盐吸湿材料，较佳的为氯化镁；所述添加剂为氯化钠、食盐和工业盐中的一种或多种。

较佳地，所述无机盐吸湿材料与所述添加剂的质量比为（0.5~5）:（95~99.5）。

本发明进一步涉及上述无机盐/有机高分子复合吸湿材料的制备方法，其包括以下步骤：

（1）浸泡：将有机高分子吸湿材料浸泡于去离子水中，进行溶胀；

（2）共混：将添加剂与无机盐吸湿材料混合，形成混合盐；再将步骤（1）溶胀后的有机高分子吸湿材料与混合盐进行共混包覆，得到复合材料；

（3）干燥：将步骤（2）得到的复合材料干燥脱水；

（4）去壳：将步骤（3）干燥脱水后的产物去除表面的盐壳，即可得到本发明的无机盐/有机高分子复合吸湿材料。

以上各步骤的操作方法和条件均可为本领域此类操作的常规方法和条件。

较佳地，所述步骤（1）中，所述的浸泡的时间为2~6小时，以使所述有机高分子吸湿材料的体积溶胀至其原体积的5~40倍。研究发现，将有机高分子吸湿材料在去离子水中浸泡2~6小时，能够有效控制其溶胀后的体积，从而在共混包覆过程中，更好地控制共混包覆产物中溶胀后的有机高分子吸湿材料和混合盐的比例。

较佳地，所述步骤（2）中，所述溶胀后的有机高分子吸湿材料与所述混合盐的质量比为1:（20~50）。较佳地，所述共混包覆的时间为小于等于5分钟。研究发现，通过合理选择溶胀后的有机高分子吸湿材料与混合盐的质量配比，能够较好地控制成品的粒径、密度、空隙率等参数，并能够有效调控成品的吸湿性能，且保证成品的成球效果。

较佳地，所述步骤（3）中，所述的干燥脱水的温度为120~160℃；进一步地，所述的干燥脱水的时间为4~6小时。研究发现，通过合理选择干燥脱水的温度和时间，能够有效控制成品的成球效果。干燥脱水的温度过高，会导致成品破损率高，不利于成品表面孔隙结构的形成；温度过低，则会降低干燥脱水的效率。

本发明制得的无机盐/有机高分子复合吸湿材料为球状颗粒，其粒径为0.5~0.9cm，密度为0.5~1.0g/cm³。可根据实际需求，通过控制原料配比和制备条件参数，对成品的粒径等参数进行调控。经测定，本发明的无机盐/有机高分子复合吸湿材料的吸湿速率为80~170 mg/(g·h)，是本领域现有的有机高分子吸湿材料吸湿速率的6~13倍，具有较好的综合吸湿性能。

本发明中，上述各优选技术特征之间还可相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在本说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

有益效果：本发明的无机盐/有机高分子复合吸湿材料相对于现有技术中单一类别的吸湿材料具有更佳的孔隙结构和优异的吸湿性能。本发明利用添加剂在吸湿材料表面造孔，增大了吸湿材料的比表面积，使得无机盐吸湿材料能够与空气充分接触，提高了吸湿速率；同时，孔隙结构还可将无机盐吸湿材料吸收到的水分迅速传导至有机高分子吸湿材料中存储，提高了吸湿容量。本发明制得的无机盐/有机高分子复合吸湿材料为球状颗粒，其粒径、密度等指标以及吸湿性能可根据实际需要，通过控制制备过程中的条件参数进行调控，因而其制备方法具有较好的灵活性和适应性。本发明的制备方法原料方便易得，工艺简单、操作方便、对设备无特殊要求，生产成本低，具有广阔的市场前景。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的材料。

附图1是本发明的复合吸湿材料制备工艺流程图；

附图2是本发明实施例1制得的复合吸湿材料W6M0.51205与聚丙烯酸钠（PAAS）树脂吸湿材料的吸湿量与吸湿率对比图；

附图3是本发明实施例2制得的复合吸湿材料W4M11404与聚丙烯酸钠（PAAS）树脂吸湿材料的吸湿量与吸湿率对比图；

附图4是本发明实施例3制得的复合吸湿材料W6M21604与聚丙烯酸钠（PAAS）树脂吸湿材料的吸湿量与吸湿率对比图；

附图5是本发明实施例4制得的复合吸湿材料W4M31406与聚丙烯酸钠（PAAS）树脂吸湿材料的吸湿量与吸湿率对比图；

附图6是本发明实施例5制得的复合吸湿材料W2M51605与聚丙烯酸钠（PAAS）树脂吸湿材料的吸湿量与吸湿率对比图。

具体实施方式

以下结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

本发明中，各复合吸湿材料的平均粒径、平均质量、密度、成分含量等物理量的测定方法均为本领域测定上述物理量的常规方法。

吸湿性能测试方法为：将各实施例制得的复合吸湿材料和聚丙烯酸钠（PAAS）树脂吸湿材料分别在100%湿度环境下，于30℃恒温静置，每隔一定时间取出测定其质量，计算吸湿量、吸湿率和吸湿速率，计算方法如下：

吸湿量：

吸湿率：

吸湿速率：

其中，x为吸湿时长；W₀为吸湿材料的初始质量；Wx为吸湿材料吸湿x 小时后的质量。

实施例1：将氯化钠与氯化镁混合均匀，得到混合盐，其中氯化镁的质量分数为0.5%，混合盐的总质量为50g。取聚丙烯酸钠树脂球5g，浸泡于去离子水中，溶胀6小时。将溶胀后的聚丙烯酸钠树脂球滤水取出，放入混合盐中共混包覆5分钟，使混合盐均匀覆盖于聚丙烯酸钠树脂球表面，得到复合材料。将复合材料在120℃下干燥脱水5小时，再去除最外层盐壳，即可得到无机盐/有机高分子复合吸湿材料W6M0.51205。

经测定，复合吸湿材料W6M0.51205的平均粒径为0.830cm，平均质量为0.1561g，密度为0.52g/cm³；其中，聚丙烯酸钠树脂、添加剂（氯化钠）、氯化镁的质量分数分别为11%、88.6%、0.4%。

如图2所示，在恒温30℃、湿度100%的环境下，复合吸湿材料W6M0.51205相比于单一的聚丙烯酸钠树脂吸湿材料，在吸湿1h、3h、6h时，吸湿量和吸湿率均分别提高了20.94倍、19.06倍、9.67倍。并且，复合吸湿材料W6M0.51205在10h时的吸湿速率为100.82 mg/(g·h)，是单一的聚丙烯酸钠树脂吸湿材料吸湿速率（13.51 mg/(g·h)）的7.46倍。

实施例2：将食盐与氯化镁混合均匀，得到混合盐，其中氯化镁的质量分数为1 %，混合盐的总质量为50g。取聚丙烯酸钠树脂球10g，浸泡于去离子水中，溶胀4小时。将溶胀后的聚丙烯酸钠树脂球滤水取出，放入混合盐中共混包覆4分钟，使混合盐均匀覆盖于聚丙烯酸钠树脂球表面，得到复合材料。将复合材料在140℃下干燥脱水4小时，再去除最外层盐壳，即可得到无机盐/有机高分子复合吸湿材料W4M11404。

经测定，复合吸湿材料W4M11404的平均粒径为0.790cm，平均质量为0.1267g，密度为0.49g/cm³；其中，聚丙烯酸钠树脂、添加剂（食盐）、氯化镁的质量分数分别为13%、86.13%、0.87%。

如图3所示，在恒温30℃、湿度100%的环境下，复合吸湿材料W4M11404相比于单一的聚丙烯酸钠树脂吸湿材料，在吸湿1h、3h、6h时，吸湿量和吸湿率均分别提高了56.70倍、44.09倍、18.08倍。并且，复合吸湿材料W4M11404在10h时的吸湿速率为95.83 mg/(g·h)，是单一的聚丙烯酸钠树脂吸湿材料吸湿速率（13.51 mg/(g·h)）树脂的7.09倍。

实施例3：将工业盐与氯化镁混合均匀，得到混合盐，其中氯化镁的质量分数为2%，混合盐的总质量为50g。取聚丙烯酸钠树脂球6g，浸泡于去离子水中，溶胀6小时。将溶胀后的聚丙烯酸钠树脂球滤水取出，放入混合盐中共混包覆5分钟，使混合盐均匀覆盖于聚丙烯酸钠树脂球表面，得到复合材料。将复合材料在160℃下干燥脱水4小时，再去除最外层盐壳，即可得到无机盐/有机高分子复合吸湿材料W6M21604。

经测定，复合吸湿材料W6M21604的平均粒径为0.770cm，平均质量为0.1581g，密度为0.66 g/cm³；其中，聚丙烯酸钠树脂、添加剂（工业盐）、氯化镁的质量分数分别为11%、87.22%、1.78%。

如图4所示，在恒温30 ℃、湿度100%的环境下，复合吸湿材料W6M21604相比于单一的聚丙烯酸钠树脂吸湿材料，在吸湿1h、3h、6h时，吸湿量和吸湿率均分别提高了31.07倍、36.06倍、17.82倍。并且，复合吸湿材料W6M21604在10h时的吸湿速率为166.14 mg/(g·h)，是单一的聚丙烯酸钠树脂吸湿材料吸湿速率（13.51 mg/(g·h)）的12.30倍。

实施例4：将工业盐和食盐（质量比为1：1）与氯化镁混合均匀，得到混合盐，其中氯化镁的质量分数为3 %，混合盐的总质量为50g。取聚丙烯酸钠树脂球11g，浸泡于去离子水中，溶胀4小时。将溶胀后的聚丙烯酸钠树脂球滤水取出，放入混合盐中共混包覆4分钟，使混合盐均匀覆盖于聚丙烯酸钠树脂球表面，得到复合材料。将复合材料在140℃下干燥脱水6小时，再去除最外层盐壳，即可得到无机盐/有机高分子复合吸湿材料W4M31406。

经测定，复合吸湿材料W4M31406的平均粒径为0.690cm，平均质量为0.1236g，密度为0.72g/cm³；其中，聚丙烯酸钠树脂、添加剂（工业盐和食盐）、氯化镁的质量分数分别为14%、83.42%、2.58%。

如图5所示，在恒温30℃、湿度100%的环境下，复合吸湿材料W4M31406相比于单一的聚丙烯酸钠树脂吸湿材料，在吸湿1h、3h、6h时，吸湿量和吸湿率均分别提高了16.92倍、19.37倍、10.06倍。并且，复合吸湿材料W4M31406在10h时的吸湿速率为81.31 mg/(g·h)，是单一的聚丙烯酸钠树脂吸湿材料吸湿速率（13.51 mg/(g·h)）的6.02倍。

实施例5：将工业盐、食盐和氯化钠（质量比为1：1：1）与氯化镁混合均匀，得到混合盐，其中氯化镁的质量分数为5 %，混合盐的总质量为50g。取聚丙烯酸钠树脂球12.5g，浸泡于去离子水中，溶胀2小时。将溶胀后的聚丙烯酸钠树脂球滤水取出，放入混合盐中共混包覆5分钟，使混合盐均匀覆盖于聚丙烯酸钠树脂球表面，得到复合材料。将复合材料在160℃下干燥脱水5小时，再去除最外层盐壳，即可得到无机盐/有机高分子复合吸湿材料W2M51605。

经测定，复合吸湿材料W2M51605的平均粒径为0.590cm，平均质量为0.0987g，密度为0.92g/cm³；其中，聚丙烯酸钠树脂、添加剂（工业盐、食盐和氯化钠）、氯化镁的质量分数分别为17%、78.85%、4.15%。

如图6所示，在恒温30 ℃、湿度100 %的环境下，复合吸湿材料W2M51605相比于单一的聚丙烯酸钠树脂吸湿材料，在吸湿1h、3h、6h时，吸湿量和吸湿率均分别提高了18.34倍、21.60倍、11.59倍。并且，复合吸湿材料W2M51605在10h时的吸湿速率为100.12 mg/(g·h)，是单一的聚丙烯酸钠树脂吸湿材料吸湿速率（13.51 mg/(g·h)）的7.41倍。

实施例6：将氯化钠与氯化镁混合均匀，得到混合盐，其中氯化镁的质量分数为5.6%，混合盐的总质量为50g。取聚丙烯酸钠树脂球12.5g，浸泡于去离子水中，溶胀5小时。将溶胀后的聚丙烯酸钠树脂球滤水取出，放入混合盐中共混包覆5分钟，使混合盐均匀覆盖于聚丙烯酸钠树脂球表面，得到复合材料。将复合材料在130℃下干燥脱水5小时，再去除最外层盐壳，即可得到无机盐/有机高分子复合吸湿材料。

经测定，所得无机盐/有机高分子复合吸湿材料的平均粒径为0.730cm，平均质量为0.1427g，密度为0.69g/cm³；其中，聚丙烯酸钠树脂、添加剂（氯化钠）、氯化镁的质量分数分别为13%、86.2%、0.8%。

在恒温30℃、湿度100%的环境下，该无机盐/有机高分子复合吸湿材料相比于单一的聚丙烯酸钠树脂吸湿材料，在吸湿1h、3h、6h时，吸湿量和吸湿率均分别提高了16.89倍、19.33倍、9.97倍。并且，该复合吸湿材料在10h时的吸湿速率为90.92 mg/(g·h)，是单一的聚丙烯酸钠树脂吸湿材料吸湿速率（13.51 mg/(g·h)）的6.73倍。

实施例7：将食盐与氯化镁混合均匀，得到混合盐，其中氯化镁的质量分数为0.4%，混合盐的总质量为50g。取聚丙烯酸钠树脂球5.6g，浸泡于去离子水中，溶胀6小时。将溶胀后的聚丙烯酸钠树脂球滤水取出，放入混合盐中共混包覆5分钟，使混合盐均匀覆盖于聚丙烯酸钠树脂球表面，得到复合材料。将复合材料在140℃下干燥脱水5小时，再去除最外层盐壳，即可得到无机盐/有机高分子复合吸湿材料。

经测定，所得无机盐/有机高分子复合吸湿材料的平均粒径为0.760cm，平均质量为0.1329g，密度为0.73g/cm³；其中，聚丙烯酸钠树脂、添加剂（食盐）、氯化镁的质量分数分别为10%、87.1%、2.9%。

在恒温30℃、湿度100%的环境下，该无机盐/有机高分子复合吸湿材料相比于单一的聚丙烯酸钠树脂吸湿材料，在吸湿1h、3h、6h时，吸湿量和吸湿率均分别提高了19.82倍、19.42倍、9.17倍。并且，该复合吸湿材料在10h时的吸湿速率为98.76 mg/(g·h)，是单一的聚丙烯酸钠树脂吸湿材料吸湿速率（13.51 mg/(g·h)）的7.31倍。

Claims

1.一种无机盐/有机高分子复合吸湿材料，其特征在于，由以下质量百分比的原料制备而成：有机高分子吸湿材料10~20 %、无机盐吸湿材料0.35~4.5 %、添加剂75.5~89.65 %；以上原料制备时质量百分比总和为100%；所述添加剂为氯化钠、食盐和工业盐中的一种或多种。

2.根据权利要求1所述的无机盐/有机高分子复合吸湿材料，其特征在于，所述有机高分子吸湿材料为聚丙烯酸钠树脂。

3.根据权利要求1所述的无机盐/有机高分子复合吸湿材料，其特征在于，所述无机盐吸湿材料为氯化镁。

4.根据权利要求1所述的无机盐/有机高分子复合吸湿材料，其特征在于，所述无机盐吸湿材料与所述添加剂的质量比为0.5~5: 95~99.5。

5.根据权利要求1~4任一项所述的无机盐/有机高分子复合吸湿材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）浸泡：将所述有机高分子吸湿材料浸泡于去离子水中，进行溶胀；

（2）共混：将所述添加剂与无机盐吸湿材料混合，形成混合盐；再将步骤（1）溶胀后的有机高分子吸湿材料与所述混合盐进行共混包覆，得到复合材料；

（3）干燥：将步骤（2）得到的复合材料干燥脱水；

（4）去壳：将步骤（3）干燥脱水后的产物去除表面的盐壳，即可。

6.根据权利要求5所述的无机盐/有机高分子复合吸湿材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述的浸泡的时间为2~6小时。

7.根据权利要求5所述的无机盐/有机高分子复合吸湿材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述溶胀后的有机高分子吸湿材料与所述混合盐的质量比为1:20~50。

8.根据权利要求5所述的无机盐/有机高分子复合吸湿材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述共混包覆的时间为小于等于5分钟。

9.根据权利要求5所述的无机盐/有机高分子复合吸湿材料的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，所述的干燥脱水的温度为120~160℃。

10.根据权利要求5所述的无机盐/有机高分子复合吸湿材料的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，所述的干燥脱水的时间为4~6小时。