CN109250964B - 一种复合地聚物轻质调湿材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种复合地聚物轻质调湿材料及其制备方法，属于复合材料技术领域。本发明的调湿材料由如下各组分制备而成：100质量份胶凝材料、105～115质量份激发剂、占偏高岭土体积2～5倍的轻骨料，其中：所述胶凝材料由70～90质量份偏高岭土、10～30质量份改性硅藻土组成；所述轻骨料为聚苯乙烯颗粒。本发明首先将固体粉料搅拌均匀，加入液体激发剂，于混凝土搅拌机中充分搅拌，再加入聚苯乙烯颗粒搅拌均匀，浇筑在提前抹过脱模油的模具中，置于水平桌面上静置，常温养护1天后脱模取出板状成品。本发明制得的调湿材料具备高效吸放湿性能的同时又兼具轻质、保温和高强度特征，制造过程无污染，能耗低，无需压力成型，工艺简单。

Description

一种复合地聚物轻质调湿材料及其制备方法

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，具体地说，本发明涉及一种复合地聚物轻质调湿材料及其制备方法。

背景技术

调湿材料的研究发展与在生产生活中的逐步应用，对提升居住环境舒适程度，保证器械的正常运转，维持生态环境的可持续发展，都具有不言而喻的意义。

调湿材料可以在环境需要除湿的时候将自身调整为吸湿状态，在环境需要加湿的时候再将蓄在材料表面或者内部的水蒸气释放出去；潮湿地区的湿度终年居高，可以在无产湿或者产湿低的建筑中采用调湿材料作为围护结构内表面，以此来满足降低湿度的需求；而在室内外含湿量低的区域，则使用产湿量大的调湿材料来满足对室内环境舒适度的诉求。

目前国际上对调湿材料研究最早的国家是日本，西腾宫野先生提出调湿材料是为了解决日本的海洋季风气候导致的常年潮湿以及减少应用在调节湿度上的能耗。国内清华大学土木系建材研究室领先开始对调湿材料的研究。目前，进入市场的调湿材料主要有：具有调湿功能的建筑材料、文物及装饰材料、纺织品等。其中具备我国自有知识产权的产品仍在进展过程中。

目前，被用作调湿材料的主要有硅藻土、海泡石、沸石、蛭石、水铝英石等，普遍存在着吸放湿容量有限，吸放湿速度缓慢等问题。

基于上述理由，特提出本申请。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，解决调湿材料存在的响应时间长和调湿容量有限等局限，提供一种复合地聚物轻质调湿材料及其制备方法。本发明以地质聚合物为胶凝材料，聚苯乙烯颗粒为粗骨料同时添加改性后的硅藻土来提升调湿性能，主要使用这三种物质制备了复合地聚物轻质调湿板材。

为了实现本发明的上述第一个目的，本发明采用如下技术方案：

一种复合地聚物轻质调湿材料，所述调湿材料由如下各原料组分制备而成：100质量份胶凝材料、105～115质量份激发剂、轻骨料，其中：所述胶凝材料由偏高岭土、改性硅藻土组成；所述轻骨料体积为偏高岭土体积的2～5倍。

进一步地，上述技术方案，所述胶凝材料由70～90质量份偏高岭土、10～30质量份改性硅藻土组成。

优选地，上述技术方案，所述偏高岭土平均粒径为10μm。

优选地，上述技术方案，所述改性硅藻土是由氯化钙(CaCl₂)对硅藻土改性制得，所述氯化钙与硅藻土的质量比为1：1。

进一步地，上述技术方案，所述激发剂由氢氧化钠与水玻璃按质量比为1：8组成，所述激发剂的模数为1.2～1.6。

优选地，上述技术方案，所述水玻璃模数为3.1～3.4，二氧化硅含量≥26％，氧化钠含量≥8.2％；所述氢氧化钠纯度规格为：化学纯，纯度≥99％。

进一步地，上述技术方案，所述轻骨料优选为聚苯乙烯颗粒。

本发明的第二个目的在于提供上述所述的复合地聚物轻质调湿材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：

按配比将胶凝材料加入到混凝土搅拌机中，搅拌混合均匀，然后加入所述质量份的激发剂，搅拌均匀后再向搅拌机中加入所述体积份的轻骨料，继续搅拌至充分混合均匀，得到混合物料，最后在室温条件下，将所述混合物料浇筑在经脱模油预处理过的模具中，静置养护0.5～2d，脱模取出，即制得本发明所述的复合地聚物轻质调湿材料。

进一步地，上述技术方案，所述激发剂采用下述方法制备而成：

按配比分别称取氢氧化钠和水玻璃，然后将所述氢氧化钠加入到水玻璃中，搅拌混合均匀，冷却至室温后制得。

进一步地，上述技术方案，所述胶凝材料是将所述偏高岭土和改性硅藻土按比例混合搅拌均匀后制得，其中：所述的改性硅藻土由下述方法制备而成：

(1)按比例分别称取氯化钙粉末和蒸馏水，然后将氯化钙粉末加入到蒸馏水中，搅拌均匀后冷却至室温，得到氯化钙溶液；

(2)按配比称取所述硅藻土，将所述硅藻土加入到步骤(1)所述的氯化钙溶液中，然后在40～60℃条件下恒温搅拌0.5～2h，制得悬浊液；

(3)将步骤(2)得到的悬浊液置于烘箱中烘干至恒重，然后将所得固体材料在研钵里研磨至通过325目筛，即得到所述的氯化钙改性硅藻土样品。

与现有技术相比，本发明涉及的一种复合地聚物轻质调湿材料及其制备方法具有如下优点和有益效果：

本发明将改性后的硅藻土和作为胶凝材料的地质聚合物以及轻质骨料有机高分子聚苯乙烯颗粒混合，基于改性硅藻土作为无机调湿材料吸放湿反应速度快，聚苯乙烯颗粒作为有机高分子湿容量大但是一旦将水蒸气吸收后难以释放，以及地质聚合物高强度的特性，本发明结合三者的优点，制备出了复合成地聚物轻质调湿材料。

本发明采用的硅藻土内部微孔多、比表面积大，吸放湿速度较快，有较好的放湿能力，但缺点是湿容量较小，通过CaCl₂改性之后，硅藻土表面包覆了一层均匀的颗粒，比表面积和孔容积下降，平均孔径增大；且硅藻土的高比表面积增大了CaCl₂与水蒸气的接触面积，促进了水和反应；同时，被CaCl₂吸附的水会被及时的输送到硅藻土中去，促进了硅藻土的物理吸附；系统中物理吸附和化学吸附相互促进，从而提高了调湿性能。

与其他调湿材料相比，本发明制备的复合地聚物轻质调湿材料具备高效吸放湿性能的同时又兼具轻质、保温和高强度特征，制造过程无污染，能耗低，无需压力成型，工艺简单。

附图说明

图1为本发明复合地聚物轻质调湿材料的制备工艺流程图。

具体实施方式

下面对本发明的实施案例作详细说明。本实施案例在本发明技术方案的前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施案例。

根据本申请包含的信息，对于本领域技术人员来说可以轻而易举地对本发明的精确描述进行各种改变，而不会偏离所附权利要求的精神和范围。应该理解，本发明的范围不局限于所限定的过程、性质或组分，因为这些实施方案以及其他的描述仅仅是为了示意性说明本发明的特定方面。实际上，本领域或相关领域的技术人员明显能够对本发明实施方式作出的各种改变都涵盖在所附权利要求的范围内。

为了更好地理解本发明而不是限制本发明的范围，在本申请中所用的表示用量、百分比的所有数字、以及其他数值，在所有情况下都应理解为以词语“大约”所修饰。因此，除非特别说明，否则在说明书和所附权利要求书中所列出的数字参数都是近似值，其可能会根据试图获得的理想性质的不同而加以改变。各个数字参数至少应被看作是根据所报告的有效数字和通过常规的四舍五入方法而获得的。

下述各实施例采用的起始原料，如未做特殊说明，均可认为是来源于商业采购获得。

下述各实施例中采用的偏高岭土的密度均为2.6g/cm³。

实施例1

本实施例的一种复合地聚物轻质调湿材料，所述调湿材料由下表1中的各原料组分制备而成，其中：所述偏高岭土平均粒径为10μm；所述改性硅藻土是由氯化钙(CaCl₂)对硅藻土改性制得；

所述激发剂的模数为1.2～1.6；

所述水玻璃模数为3.1～3.4，二氧化硅含量≥26％，氧化钠含量≥8.2％；所述氢氧化钠纯度规格为：化学纯，纯度≥99％。

表1实施例1中制备调湿材料采用的各原料组分及含量

本实施例上述所述的复合地聚物轻质调湿材料采用如下方法制备而成，包括如下步骤：

1)将33g氢氧化钠溶于264g水玻璃中，搅拌至氢氧化钠完全溶解后，冷却至常温，成为激发剂备用。

2)用电子称重计分别称取70g氯化钙粉末和280g蒸馏水，以1:4的比例配置成质量浓度为20％的CaCl₂溶液，搅拌均匀后冷却至室温。

3)称取硅藻土和CaCl₂溶液以1:5的比例配置成悬浊液，置于恒温50℃的磁力搅拌器中搅拌1h。

4)将搅拌后的悬浊液放置到烘箱中烘干至恒重，然后在研钵里研磨至通过325目筛，即得到CaCl₂改性硅藻土。

5)将190g偏高岭土、80gCaCl₂改性硅藻土加入混凝土搅拌机中，搅拌3min，使粉体混合均匀。

6)将297g激发剂加入搅拌好的胶凝材料中，混合搅拌3min，再加入360ml聚苯乙烯颗粒搅拌至均匀，浇筑在提前抹过脱模油的模具中，置于水平桌面上静置。

7)常温养护1天后脱模取出为板状样品。即可得到复合地聚物轻质调湿材料。

将本实施例上述制得的调湿材料进行吸放湿性能测试。依据JC/T 2002-2009建筑材料吸放湿性能测试方法，采用静态法测试湿性能，将样品放置在空气不与外界相互流通同时湿度不变的密闭环境下测试来获得湿性能参数。这种方法耗时长但是由于不受气压影响所以精度较高。

吸湿实验：将调湿箱的温度设置为25℃，湿度设置为75％RH，待调湿箱内部温湿度稳定后，将块状样品放置在调湿箱内。然后间隔一定时间将样品取出称重，除此之外，样品一直放置在调湿箱内部，记录样品质量直至恒重，此时可认为样品达到了饱和吸湿的状态。记录样品进入测试状态之前的质量M₁和达到饱和吸湿状态时的质量M₂，饱和吸湿率为(M₂－M₁)/M₁×100％。

放湿实验：将调湿箱的温度设置为25℃，湿度设置为35％RH，待调湿箱内部温湿度稳定后，将块状样品放置在调湿箱内(此样品为吸湿实验后的饱和吸湿状态样品)。然后间隔一定时间将样品取出称重，除此之外，样品一直放置在调湿箱内部，记录样品质量直至恒重，此时可认为样品达到饱和放湿状态。记录样品进入测试状态之前的质量M₁和达到完全放湿状态时的质量M₃，完全放湿率即为(M₁－M₃)/M₁×100％。

按上述测试方法，测得本实施例制得的复合地聚物轻质调湿材料饱和吸湿率为13.844％，完全放湿率为4.886％。

实施例2

本实施例的一种复合地聚物轻质调湿材料，所述调湿材料由下表2中的各原料组分制备而成，其中：所述偏高岭土平均粒径为10μm；所述改性硅藻土是由氯化钙(CaCl₂)对硅藻土改性制得；

所述激发剂的模数为1.2～1.6；

所述水玻璃模数为3.1～3.4，二氧化硅含量≥26％，氧化钠含量≥8.2％；所述氢氧化钠纯度规格为：化学纯，纯度≥99％。

表2实施例2中制备调湿材料采用的各原料组分及含量

本实施例上述所述的复合地聚物轻质调湿材料采用如下方法制备而成，包括如下步骤：

1)将33g氢氧化钠溶于264g水玻璃中，搅拌至氢氧化钠完全溶解后，冷却至常温，成为激发剂备用。

2)用电子称重计分别称取30g氯化钙粉末和120g蒸馏水，以1:4的比例配置成质量浓度为20％的CaCl₂溶液，搅拌均匀后冷却至室温。

3)称取30g硅藻土和CaCl₂溶液以1:5的比例配置成悬浊液，置于恒温50℃的磁力搅拌器中搅拌1h。

4)将搅拌后的悬浊液放置到烘箱中烘干至恒重，然后在研钵里研磨至通过325目筛，即得到CaCl₂改性硅藻土。

5)将240g偏高岭土、30gCaCl₂改性硅藻土加入混凝土搅拌机中，搅拌3min，使粉体混合均匀。

6)将297g激发剂加入搅拌好的胶凝材料中，混合搅拌3min，再加入188ml聚苯乙烯颗粒搅拌至均匀，浇筑在提前抹过脱模油的模具中，置于水平桌面上静置。

7)常温养护1天后脱模取出为板状样品。即可得到复合地聚物轻质调湿材料。

按实施例1相同的测试方法测试本实施例上述制得的调湿材料的吸放湿性能，测试结果表明，本实施例制得的复合地聚物轻质调湿材料饱和吸湿率为15.748％，完全放湿率为5.910％。

实施例3

本实施例的一种复合地聚物轻质调湿材料，所述调湿材料由下表3中的各原料组分制备而成，其中：所述偏高岭土平均粒径为10μm；所述改性硅藻土是由氯化钙(CaCl₂)对硅藻土改性制得；

所述激发剂的模数为1.2～1.6；

所述水玻璃模数为3.1～3.4，二氧化硅含量≥26％，氧化钠含量≥8.2％；所述氢氧化钠纯度规格为：化学纯，纯度≥99％。

表3实施例3中制备调湿材料采用的各原料组分及含量

本实施例上述所述的复合地聚物轻质调湿材料采用如下方法制备而成，包括如下步骤：

1)将34.5g氢氧化钠溶于276g水玻璃中，搅拌至氢氧化钠完全溶解后，冷却至常温，成为激发剂备用。

2)用电子称重计分别称取35g氯化钙粉末和140g蒸馏水，以1:4的比例配置成质量浓度为20％的CaCl₂溶液，搅拌均匀后冷却至室温。

3)称取35g硅藻土和CaCl₂溶液以1:5的比例配置成悬浊液，置于恒温50℃的磁力搅拌器中搅拌1h。

4)将搅拌后的悬浊液放置到烘箱中烘干至恒重，然后在研钵里研磨至通过325目筛，即得到CaCl₂改性硅藻土。

5)将230g偏高岭土、40gCaCl₂改性硅藻土加入混凝土搅拌机中，搅拌3min，使粉体混合均匀。

6)将310.5g激发剂加入搅拌好的胶凝材料中，混合搅拌3min，再加入330ml聚苯乙烯颗粒搅拌至均匀，浇筑在提前抹过脱模油的模具中，置于水平桌面上静置。

7)常温养护1天后脱模取出为板状样品。即可得到复合地聚物轻质调湿材料。

按实施例1相同的测试方法测试本实施例上述制得的调湿材料的吸放湿性能，测试结果表明，本实施例上述制得的复合地聚物轻质调湿材料饱和吸湿率为13.413％，完全放湿率为4.531％。

实施例4

本实施例的一种复合地聚物轻质调湿材料，所述调湿材料由下表4中的各原料组分制备而成，其中：所述偏高岭土平均粒径为10μm；所述改性硅藻土是由氯化钙(CaCl₂)对硅藻土改性制得；

所述激发剂的模数为1.2～1.6；

所述水玻璃模数为3.1～3.4，二氧化硅含量≥26％，氧化钠含量≥8.2％；所述氢氧化钠纯度规格为：化学纯，纯度≥99％。

表4实施例4中制备调湿材料采用的各原料组分及含量

本实施例上述所述的复合地聚物轻质调湿材料采用如下方法制备而成，包括如下步骤：

1)将31.5g氢氧化钠溶于252g水玻璃中，搅拌至氢氧化钠完全溶解后，冷却至常温，成为激发剂备用。

2)用电子称重计分别称取25g氯化钙粉末和100g蒸馏水，以1:4的比例配置成质量浓度为20％的CaCl₂溶液，搅拌均匀后冷却至室温。

3)称取25g硅藻土和CaCl₂溶液以1:5的比例配置成悬浊液，置于恒温50℃的磁力搅拌器中搅拌1h。

4)将搅拌后的悬浊液放置到烘箱中烘干至恒重，然后在研钵里研磨至通过325目筛，即得到CaCl₂改性硅藻土。

5)将243g偏高岭土、27gCaCl₂改性硅藻土加入混凝土搅拌机中，搅拌3min，使粉体混合均匀。

6)将283.5g激发剂加入搅拌好的胶凝材料中，混合搅拌3min，再加入293ml聚苯乙烯颗粒搅拌至均匀，浇筑在提前抹过脱模油的模具中，置于水平桌面上静置。

7)常温养护1天后脱模取出为板状样品。即可得到复合地聚物轻质调湿材料。

按实施例1相同的测试方法测试本实施例上述制得的调湿材料的吸放湿性能，测试结果表明，本实施例上述制得的复合地聚物轻质调湿材料饱和吸湿率为15.681％，完全放湿率为5.787％。

表5实施例1～4制得的调湿材料与传统调湿材料的密度、导热系数、强度性能横向对比表

	密度(g/cm<sup>3</sup>)	导热系数(W/(m·K))	强度(MPa)
				传统调湿材料	1.3～1.8	0.1～0.2	1～13
实施例1	1.014	0.0879	14.6
				实施例2	1.051	0.0943	16.3
实施例3	1.032	0.0984	15.8
				实施例4	1.043	0.0966	16.6

表5所示为本发明上述实施例1～4制得的调湿材料与传统调湿材料的密度、导热系数、强度性能对比表，由表5可以看出，本发明的调湿材料密度低、导热系数低、强度高，体现出本发明制备的复合地聚物轻质调湿材料具备高效吸放湿性能的同时又兼具轻质、保温和高强度特征。

Claims (5)

1.一种复合地聚物轻质调湿材料，其特征在于：所述调湿材料由如下各原料组分制备而成：100质量份胶凝材料、105～115质量份激发剂、轻骨料，其中：所述胶凝材料由70～90质量份偏高岭土、10～30质量份改性硅藻土组成；所述改性硅藻土是由氯化钙对硅藻土改性制得，所述氯化钙与硅藻土的质量比为1：1；所述轻骨料体积为偏高岭土体积的2～5倍；所述轻骨料为聚苯乙烯颗粒。

2.根据权利要求1所述的复合地聚物轻质调湿材料，其特征在于：所述偏高岭土平均粒径为10μm。

3.根据权利要求1所述的复合地聚物轻质调湿材料，其特征在于：所述激发剂由氢氧化钠与水玻璃按质量比为1：8组成，所述激发剂的模数为1.2～1.6。

4.权利要求1～3任一项所述的复合地聚物轻质调湿材料的制备方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：

按配比将胶凝材料加入到混凝土搅拌机中，搅拌混合均匀，然后加入所述质量份的激发剂，搅拌均匀后再向搅拌机中加入所述体积份的轻骨料，继续搅拌至充分混合均匀，得到混合物料，最后在室温条件下，将所述混合物料浇筑在经脱模油预处理过的模具中，静置养护0.5～2d，脱模取出，即制得所述的复合地聚物轻质调湿材料。

5.根据权利要求4所述的复合地聚物轻质调湿材料的制备方法，其特征在于：所述胶凝材料是将所述偏高岭土和改性硅藻土按比例混合搅拌均匀后制得，其中：所述的改性硅藻土由下述方法制备而成：

(1)按比例分别称取氯化钙粉末和蒸馏水，然后将氯化钙粉末加入到蒸馏水中，搅拌均匀后冷却至室温，得到氯化钙溶液；

(2)按配比称取所述硅藻土，将所述硅藻土加入到步骤(1)所述的氯化钙溶液中，然后在40～60℃条件下恒温搅拌0.5～2h，制得悬浊液；

(3)将步骤(2)得到的悬浊液置于烘箱中烘干至恒重，然后将所得固体材料在研钵里研磨至通过325目筛，即得到所述的氯化钙改性硅藻土样品。

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