CN110894165A - 一种智能调湿砖 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种智能调湿砖，所述智能调湿砖包括功能层，所述功能层是以包括海泡石黏土和玻璃粉作为主要原料烧制而成，所述玻璃粉的质量百分比为5～20wt%。

Description

一种智能调湿砖
技术领域
本发明涉及一种智能调湿砖及其制备方法，具体涉及一种以低品位海泡石粘土为主要原料，固体废弃物为辅料，采用低温烧制制备智能调湿砖的方法，属于调湿建材领域。
背景技术
根据世界卫生组织(WHO)对健康住宅的定义，室内空气相对湿度应常年保持在40％-70％之间。研究表明，在室内湿度低于30％时，会引起眼睛、鼻腔、喉咙、皮肤等不适症状，加重哮喘病人病情；湿度高于70％时会引起室内螨虫滋生，各种细菌、真菌、病毒存活时间增加，影响人身体健康。中国地处温带和部分热带地区，各地气候差异大。南方地区湿度大，尤其是在梅雨季节，在没有调节措施时，室内湿度经常超过70％以上。北方地区相对干燥，在秋冬季节经常要通过辅助加湿手段来缓解体感不适。为了调节室内湿度，加湿器、除湿机、等产品被使用，但是以上产品并不能实现智能调节并且存在能耗高、噪音大、占用空间、维修麻烦等问题。因此，研究设计一种材料能够很好的解决室内湿度浮动大的问题成为当前需求。
依据经典理论，开尔文毛细凝聚理论，制备包含特定尺寸介孔的材料，在湿度高于70％的环境中，材料内介孔产生毛细凝聚，吸附水分；在湿度低于40％的环境中，材料水分脱出，实现智能调控室内湿度。目前国内对于调湿砖的研究已经有一些介绍，如中国发明专利“一种调湿材料的制备方法”(公开号CN104527155A)，制备的调湿砖吸放湿量大，但是所采用的水热制备方法对于生产设备要求较高。而中国发明专利“一种利用抛光废渣制备呼吸砖的工艺”(公开号CN104003755A)，烧制温度高达900～1000℃，生产本身是一种高能耗过程，并且在高温下，材料的多孔结构会遭到一定程度破坏，影响材料的调湿性能。而且，目前国内很多城市面临固体废弃物难处理压力，固废的再利用成为需求。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种调湿性能好且环保节能的智能调湿砖及其制备方法。
一方面，本发明提供了一种智能调湿砖，所述智能调湿砖包括功能层，所述功能层是以包括海泡石黏土和玻璃粉作为主要原料烧制而成，所述玻璃粉的质量百分比为5～20wt％。
本发明选用海泡石黏土(80-95wt％)和玻璃粉(5-20wt％)作为主要原料烧制智能调湿砖。其中，在烧制过程中，玻璃粉中的低熔点物质有效降低了砖的烧结温度，从而使功能层保留更多的开放式介孔，且材料内有效介孔吸附水分产生毛细凝聚，很大程度上提高了功能层的吸放湿量。
较佳地，所述海泡石黏土的主要成分包括：45～60wt％SiO2、20～30wt％CaCO3、10～20wt％MgO、10～15wt％CaO，各组分质量百分比之和为100wt％；所述玻璃粉的主要成分包括：50～60wt％SiO2、20～30wt％ZnO、5～15wt％Na2O、2～6wt％TiO2、2～6wt％Al2O3、2～6wt％K2O，各组分质量百分比之和为100wt％。
较佳地，将海泡石粘土采用盐酸进行酸洗处理，使所述海泡石粘土中CaCl2保留量为1～8wt.％，再作为功能层的主要原料使用。经过盐酸酸洗得到的氯化钙改性海泡石，因为CaCl2的存在降低了有效介孔在高温下的坍塌，并且CaCl2本身是一种优良的调湿材料，其存在于介孔之间可以扩展有效介孔孔径，提高毛细凝聚量，进而提高材料调湿性能。
较佳地，所述智能调湿砖还包括用于负载功能层的基底层；优选地，所述基底层为废料利用层，所述废料利用层是以包括微硅粉、粉煤灰、凹凸棒粘土和玻璃粉中至少两种作为主要原料烧制而成。
又，较佳地，以智能调湿砖的总质量为100wt％计，所述智能调湿砖的原料包括：40～75wt％海泡石粘土、0～20wt％微硅粉、5～30wt％粉煤灰、5～20wt％凹凸棒粘土和5～20％玻璃粉；优选地，以智能调湿砖的总质量为100wt％计，所述智能调湿砖的原料包括：40～75wt％海泡石粘土、5～20％玻璃粉、10～20wt％微硅粉、10～20wt％粉煤灰、5～15wt％凹凸棒粘土，各组分质量百分含量之和为100wt％。其中，微硅粉、粉煤灰、凹凸棒粘土为辅料。
较佳地，所述烧制的温度为600～900℃，时间为40～90分钟。
较佳地，所述智能调湿砖的吸放湿量为300～460g/m2，抗折强度为9～15MPa。
再一方面，本发明还提供了一种如上所述的智能调湿砖的制备方法，包括：
(1)称量功能层的主要原料并混合，得到原料粉体1；
(2)将原料粉体1铺料后压制成型，得到生坯；
(3)将所得生坯在600～900℃下烧制40～90分钟，得到所述智能调湿砖。
较佳地，在铺料之前，将原料粉体1进行球磨混合；所述球磨混合的参数包括：所用溶剂为水；溶剂的加入量为原料粉末1的5～10wt％、球磨转速为100～300转/分钟，球磨时间为2～6小时。
较佳地，称量废料利用层的主要原料并混合，得到原料粉体2；然后将原料粉体1和原料粉体2分层铺料后，压制成型，得到生坯。
又，较佳地，在分层铺料之前，将原料粉体2进行球磨混合；所述球磨混合的参数包括：所用溶剂为水；溶剂的加入量为原料粉末2的5～10wt％、球磨转速为100～300转/分钟，球磨时间为2～6小时。
较佳地，将所得生坯进行烘干处理，有效减少生坯裂纹等缺陷；所述烘干处理的参数包括：先40～60℃下保温2～4小时，再升温至70～90℃保温1～2小时。
又，较佳地，所述烘干处理为先在40℃下保温2～4小时，再升温至70℃保温1～2小时。
较佳地，所述压制成型的压力为10～40MPa。
有益效果：
本发明的主要原材料为资源丰富的海泡石粘土，且使用的低品位粘土，容易获得，价格低廉，适于工业化生产。而且，在智能调湿砖内制备出特殊纳米尺寸的孔，可以根据室内湿度的变化，自动吸附或脱附水分，实现智能调湿功能。经检测24小时的吸放湿量高达到400g/m2以上，可以从容应对恶劣天气对室内湿度的影响。本发明制备的智能调湿砖的抗弯强度(抗折强度)可＞10MPa，满足运输和安装使用要求。因此，本发明制备的智能调湿砖的稳定性好，可以实现长期智能调节空气湿度目的；
本发明采用低温烧制方法制备智能调湿砖，制备方法简单，无需特殊高压或气氛设备，生产过程安全环保。采用低温烧制工艺，从生产源头(例如，玻璃粉可来源于废玻璃粉等。)上实现能耗低，同时可以降低生产成本；
本发明将智能调湿砖贴在室内墙壁上，可以减少加湿器，除湿机的使用，降低能耗，减少维修麻烦，增加空间利用率。同时可以根据天气变化实时调节室内湿度，实现智能化。
附图说明
图1为实施例3制备的智能调湿砖的微观组织扫描电镜图，可以看出调湿砖内的介孔分布；
图2为实施例7制备的智能调湿砖的5次循环调湿稳定性测试结果，可以看出经过5次循环测试，调湿砖的吸放湿量没有出现衰减；
图3为实施例7-9中添加不同比例废料的智能调湿砖、对比例1市售呼吸砖和对比例2硅藻泥的调湿性能对比，可以看出随着废料添加量增加，调湿砖的吸放湿量有下降趋势，且本发明制备的智能调湿砖的吸湿性能远高于对比例1市售呼吸砖和对比例2硅藻泥；
图4为实施例7-9中智能调湿砖在模拟实际条件下的调湿效果测试，可以看出在近一个月的模拟测试中，调湿砖能显著减小室内湿度波动，并基本维持在40％～70％的舒适范围内。
具体实施方式
以下通过下述实施方式进一步说明本发明，应理解，下述实施方式仅用于说明本发明，而非限制本发明。
在本公开中，智能调湿砖包括功能层，该功能层是以包括海泡石黏土和玻璃粉作为主要原料烧制而成。其中，烧制的温度可为600～900℃，时间可为40～90分钟。玻璃粉的质量百分比可为5～20wt％。海泡石黏土的含量可为80～95wt％。海泡石黏土的主要成分包括：45～60wt％SiO2、20～30wt％CaCO3、10～20wt％MgO、10～15wt％CaO，各组分质量百分比之和为100wt％。玻璃粉的主要成分包括：50～60wt％SiO2、20～30wt％ZnO、5～15wt％Na2O、2～6wt％TiO2、2～6wt％Al2O3、2～6wt％K2O，各组分质量百分比之和为100wt％。
在可选的实施方式中，将海泡石粘土采用盐酸进行酸洗处理，使所述海泡石粘土中CaCl2保留量为1～8wt.％，再作为功能层的主要原料使用。具体来说，酸洗的具体参数包括：盐酸的浓度可为3～6mol/L，酸化温度10～40℃，盐酸与海泡石黏土中碳酸钙反应生成CaCl2，酸化时间为1～3小时；根据不同的CaCl2保留量加入30～80％质量的水，过滤，烘干酸处理的海泡石黏土。
在可选的实施方式中，智能调湿砖还包括用于负载功能层的基底层。其中，基底层可为废料利用层，而废料利用层是以按照质量份数计包括微硅粉、粉煤灰和凹凸棒粘土作为主要原料烧制而成。其中，烧制的温度可为600～900℃，时间可为40～90分钟。
在本发明一实施方式中，将海泡石黏土和玻璃粉(例如，废玻璃粉)混匀，作为上层的功能层的主要原料。以微硅粉、粉煤灰和凹凸棒粘土等固体废弃物经球磨混匀，作为废料利用层的主要原料。其中，固体废弃物可提升智能调湿砖的弯曲强度。以智能调湿砖的总质量为100wt％计，所述智能调湿砖的主要原料可包括：40～75wt％海泡石粘土、0～20wt％微硅粉、5～30wt％粉煤灰、5～20wt％凹凸棒粘土和5～20％玻璃粉，各组分质量百分含量之和为100wt％。在可选的实施方式中，以智能调湿砖的总质量为100wt％计，所述智能调湿砖的主要原料可进一步包括：40～70wt％海泡石粘土、3～20wt％微硅粉、10～20wt％粉煤灰、5～15wt％凹凸棒粘土和5～20％玻璃粉。
本发明中，智能调湿砖所用原材料价格低，容易获得。所得智能调湿砖能实现智能调湿且调湿性能好。而且，本发明能合理利用固体废弃物，实现环保节能。以下示例性地说明本发明的智能调湿砖的制备方法。
将海泡石黏土(例如，低品位海泡石黏土)和玻璃粉混合，作功能层的主要原料，计为原料粉体1。将原料粉体1和原料粉体2分别过筛(例如，过80目筛)和在球磨机中球磨混合。其中，球磨混合的参数包括：所用溶剂为水；溶剂的加入量为原料粉末1或原来粉体2的5～10wt％、球磨转速为100～300转/分钟，球磨时间为2～6小时。
将原料粉体1铺料后压制成型，得到生坯。或者，将原料粉体1和原料粉体2分层铺料后，压制成型，得到生坯。其中，压制成型的压力可为10～40MPa。
在烧制之前，先将生坯进行烘干处理。其中，烘干处理的参数包括：先40～60℃下保温2～4小时，再升温至70～90℃保温1～2小时，优选烘干处理为先在40℃下保温2～4小时，再升温至70℃保温1～2小时。可将上述压制成型的生坯放入鼓风烘干箱中进行烘干处理。
将烘干后的生坯放入马弗炉中，在600～900℃(优选600～800℃)下烧制40～90分钟，得到智能调湿砖。其中，当烧制温度低于600℃时，砖的终强度较低，影响使用；当烧制的温度高于800℃时，海泡石黏土中的天然孔结构大量塌陷，砖的调湿性能大幅度降低。
本发明中，智能调湿砖的抗折强度至少为4MPa、优选至少为9MPa、更优选＞10MPa，24小时吸放湿量为至少为130g/m2、优选至少300g/m2、更优选达到400g/m2以上。进一步优选地，智能调湿砖的抗折强度为9～15MPa，24小时吸放湿量为300～460g/m2。本发明中，智能调湿砖的5次循环测试调湿性能稳定，模拟实际环境30天内，模拟测试房间的湿度变化幅度小，维持在舒适范围内。
下面进一步例举实施例以详细说明本发明。同样应理解，以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。下述示例具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围内选择，而并非要限定于下文示例的具体数值。下述是实施例中，若无特殊说明，所述原料包括：海泡石黏土的主要成分包括：45～60wt％SiO2、20～30wt％CaCO3、10～20wt％MgO、10～15wt％CaO，各组分质量百分比之和为100wt％(该组分是酸处理之前的原始材料组分)；玻璃粉的主要成分包括：50～60wt％SiO2、20～30wt％ZnO、5～15wt％Na2O、2～6wt％TiO2、2～6wt％Al2O3、2～6wt％K2O，各组分质量百分比之和为100wt％；微硅粉(厂家：鄂尔多斯电力冶金集团)；粉煤灰(厂家：鄂尔多斯电力冶金集团)；凹凸棒粘土(简称“凹土”，组分包括：60～70wt％SiO2、10～15wt％Al2O3、5～15wt％Fe3O4、5～10wt％MgO、0～5wt％TiO2、0～5wt％CaO，各组分质量百分比之和为100wt％)。下述实施例1中若无特殊说明，将海泡石粘土采用盐酸进行酸洗处理，使所述海泡石粘土中CaCl2保留量为1～8wt.％，再作为功能层的主要原料使用。
实施例1-3
(1)将海泡石粘土(海泡石)、玻璃粉和按照表1中质量百分比称取粉体，加入粉体质量5％的水，在行星式球磨机中球磨2小时，得到均匀的混合粉体；
(2)将混合粉体加入模具中，布料(铺料)，12MPa下压制成型。在鼓风干燥箱中按照40℃，4小时，70℃，2小时的工艺烘干生坯，厚度为5mm；
(3)将烘干的生坯放入马弗炉中，650℃下40分钟烧制。
本实施例1-3所得到智能调湿砖的抗折强度如表1所示，随着玻璃粉添加量的增加，砖的抗折强度呈现增大的趋势。然后将智能调湿砖用铝箔包裹，只露出上表面，在25℃的条件下，分别在湿度为90％和36％的环境下吸湿和放湿各24小时，得到智能调湿砖的吸放湿量如表1所示。
表1为不同原材料质量比的智能调湿砖的组成性能参数：
Figure BDA0001799068340000061
实施例4-6
(1)、将海泡石粘土、玻璃粉按照表2中质量百分比称取粉体，主料海泡石：玻璃粉质量比为4:1，加入粉体质量10％的水，在行星式球磨机中球磨4小时，得到均匀的混合粉体；
(2)、将混合粉体加入模具中，布料，20MPa压制成型。在鼓风干燥箱中按照40℃，4小时，70℃，2小时的工艺烘干生坯，厚度为5mm；
(3)、将烘干的生坯放入马弗炉中，分别在600℃、700℃、800℃，60分钟烧制。
本实施例所得到智能调湿砖的抗折强度如表2所示，随着烧制温度增加，砖的抗折强度呈现增大的趋势。然后将智能调湿砖用铝箔包裹，只露出上表面，在25℃的条件下，分别在湿度为90％和36％的环境下吸湿和放湿24小时，得到智能调湿砖的吸放湿量如表2所示。
表2为实施例4-6中不同烧制温度下得到的智能调湿砖的性能参数：
Figure BDA0001799068340000071
实施例7-9
(1)、将海泡石粘土(海泡石)、玻璃粉和固体废弃物按照表3中质量百分比称取粉体，将海泡石：玻璃粉质量比为4:1，加入粉体质量10％的水，在行星式球磨机中球磨6小时，得到均匀的原料粉体1；
(2)、将凹土：微硅粉：粉煤灰按照质量百分比称量后，加入粉体质量10％的水，在行星式球磨机中球磨6小时，得到均匀的原料粉体2；
(3)分别将原料粉体1和原料粉体2加入模具中，分层布料(分层铺料)，20MPa压制成型。在鼓风干燥箱中按照40℃，4小时，70℃，2小时的工艺烘干生坯，总厚度为5mm；
(4)、将烘干的生坯放入马弗炉中，700℃，90分钟烧制。
本实施例所得到智能调湿砖的抗折强度如表3所示，随着废料利用层含量的增加，砖的抗折强度呈现增大的趋势。然后将智能调湿砖用铝箔包裹，只露出上表面，在25℃的条件下，分别在湿度为90％和36％的环境下吸湿和放湿24小时，得到智能调湿砖的吸放湿量，如表3所示。图4为实施例7-9中智能调湿砖在模拟实际条件下的调湿效果测试，可以看出在近一个月的模拟测试中，本实施例制备的智能调湿砖能显著减小室内湿度波动，并基本维持在40％～70％的舒适范围内。
表3为实施例7-9中不同原材料质量比的智能调湿砖性能：
Figure BDA0001799068340000072
对比例1
将市售呼吸砖(广东东鹏控股股份公司，LH32111)在湿度为90％和36％的环境下吸湿和放湿24小时，得到吸放湿量如图3所示。对比发现本专利提供的智能调湿砖的调湿性能明显优于市售呼吸砖，吸放湿量是呼吸砖的5～7倍。
对比例2
将市售硅藻泥(北京家和万达科技有限公司，正然硅藻泥)在湿度为90％和36％的环境下吸湿和放湿24小时，得到吸放湿量如图3所示。对比发现调湿砖的调湿性能明显优于硅藻泥，吸放湿量是硅藻泥的10～15倍。
以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应该局限于该实施例所公开的内容。所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。

Claims (7)

1.一种智能调湿砖，其特征在于，所述智能调湿砖包括功能层，所述功能层是以包括海泡石黏土和玻璃粉作为主要原料烧制而成，所述玻璃粉的质量百分比为5～20wt%。
2.根据权利要求1所述的智能调湿砖，其特征在于，所述海泡石黏土的主要成分包括：45～60wt% SiO2、20～30wt% CaCO3、10～20wt% MgO、10～15wt% CaO，各组分质量百分比之和为100wt%；所述玻璃粉的主要成分包括：50～60wt% SiO2、20～30wt% ZnO、5～15wt%Na2O、2～6wt% TiO2、2～6wt% Al2O3、2～6wt% K2O，各组分质量百分比之和为100wt%。
3.根据权利要求1或2所述的智能调湿砖，其特征在于，将海泡石粘土采用盐酸进行酸洗处理，使所述海泡石粘土中CaCl2保留量为1～8wt.%，再作为功能层的主要原料使用。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的智能调湿砖，其特征在于，所述智能调湿砖还包括用于负载功能层的基底层；优选地，所述基底层为废料利用层，所述废料利用层是以包括微硅粉、粉煤灰、凹凸棒粘土和玻璃粉中至少两种作为主要原料烧制而成。
5.根据权利要求4所述的智能调湿砖，其特征在于，以智能调湿砖的总质量为100wt%计，所述智能调湿砖的原料包括：40～75wt% 海泡石粘土、0～20wt% 微硅粉、5～30wt% 粉煤灰、5～20wt%凹凸棒粘土和5～20%玻璃粉；优选地，以智能调湿砖的总质量为100wt%计，所述智能调湿砖的原料包括：40～75wt% 海泡石粘土、5～20%玻璃粉、10～20wt% 微硅粉、10～20wt% 粉煤灰、5～15wt%凹凸棒粘土。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的智能调湿砖，其特征在于，所述烧制的温度为600～900℃，时间为40～90分钟。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的智能调湿砖，其特征在于，所述智能调湿砖的吸放湿量为300～460g/m2，抗折强度为9～15MPa。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN101007742A (zh) * 2006-01-24 2007-08-01 爱和陶（广东）陶瓷有限公司 一种可调节室内空气湿度的建筑装饰制品及其制备方法
CN102557507A (zh) * 2012-02-29 2012-07-11 同济大学 一种利用黄土或海泡石制备调湿材料的方法
CN103331081A (zh) * 2013-07-11 2013-10-02 南京工业大学 一种空分制氧用干燥剂及制备方法

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