CN112250800A - 一种可调节环境湿度的功能材料及制备方法 - Google Patents

一种可调节环境湿度的功能材料及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可调节环境湿度的功能材料的制备方法，包括如下步骤：（1）取无机酸盐同去离子水混合，搅拌溶解得无机盐溶液；（2）将海泡石和硅藻土的混合物加入到无机盐溶液中浸泡，真空脱泡后过滤，得吸附饱和产物；（3）取吸附饱和产物、羧甲基纤维素、丙烯酸、丙烯酰胺、甲基丙烯酸钠、丙烯磺酸钠、四甲基乙二胺和N,N‑亚甲基双丙烯酰胺混合，加入去离子水，搅拌得复合调湿材料；（4）将复合调湿材料烘干，制得可调节湿度的功能材料。本发明先将具有多维孔道结构的铝硅酸盐矿物吸附有无机酸盐材料，再将其分散到改性的有机高分子调试材料的聚合物网络中，制得的可调湿功能材料湿容量大、调湿速率快。

Description

一种可调节环境湿度的功能材料及制备方法
技术领域
本发明涉及一种功能材料及制备方法，尤其涉及一种可调节环境湿度的功能材料及制备方法。
背景技术
随着互联网技术的快速发展，环境湿度对物联网终端的影响越发显著。当环境湿度高于80%时，设备会发生绝缘度下降、滋生霉菌、锈蚀金属等不良现象，从而影响设备寿命，增加维护成本；当环境湿度低于30%时，则会引起静电累积，而且会导致塑料等绝缘材料变形、龟裂，同样也会给设备的长期稳定运行带来危害。
为了将环境湿度控制在40～55%之间，传统的调湿方式采用空调、除湿机等设备进行调节，但是长时间运行，除了会消耗大量的能源以外，设备本身的投入高，后期维护成本也不低。因此，为了达到节能环保的效果，开发一种可调节环境湿度的功能材料是急需解决的问题。
发明内容
发明目的：本发明提出一种可调节环境湿度的功能材料及制备方法，该环境调湿功能材料能够自动调节环境湿度，能够改善物联网终端湿度环境，使得后期维护更便捷。
技术方案：本发明所采用的技术方案如下：
一种可调节环境湿度的功能材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）取无机酸盐同去离子水混合，搅拌溶解得无机盐溶液；
（2）将海泡石和硅藻土的混合物加入到无机盐溶液中浸泡，真空脱泡后过滤，得吸附饱和产物；
（3）取吸附饱和产物、羧甲基纤维素、丙烯酸、丙烯酰胺、甲基丙烯酸钠、丙烯磺酸钠、四甲基乙二胺和N,N-亚甲基双丙烯酰胺混合，加入去离子水，搅拌得复合调湿材料；
（4）将复合调湿材料烘干，制得可调节湿度的功能材料。
其中，步骤（1）中，所述无机酸盐与去离子水的质量份比为1：3～1：6。
进一步地，所述无机盐为氯化钠、氯化钙、氯化锂、硫酸钠、硝酸钾中的一种或者多种。
其中，步骤（2）中，所述海泡石和硅藻土的混合物与无机盐溶液的质量比为1：10～1：20。
进一步地，所述海泡石为3～5质量份，所述硅藻土为2～4质量份。
其中，步骤（3）中，按质量份计，所述吸附饱和产物为3～6份，所述羧甲基纤维素为1～3份，所述丙烯酸为6～10份，所述丙烯酰胺为3～6份，所述甲基丙烯酸钠为1～3份，所述丙烯磺酸钠为1～3份，所述四甲基乙二胺为0.04～0.08份，所述N,N-亚甲基双丙烯酰胺为0.008～0.01份，所述去离子水为40～60份。
进一步地，所述搅拌的温度为50～80℃，时间为2～4h。
其中，步骤（4）中，所述烘干温度为120～150℃，时间为2～3h。
本发明还提供了一种可调节环境湿度的功能材料，采用上述的制备方法制备而成。
有机调湿材料的调湿机理为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。因水分子为极性分子，若有机分子材料的极性大，则与水分子的作用力就大，吸湿量也相应增大；反之，若有机分子材料为非极性分子，则吸湿量几乎为零。理论上讲，分子结构中含有羧基、胺基、羟基等亲水基团的有机高分子材料作为调湿剂，亲水基团越多，吸湿量就越大。
无机酸盐材料本身具有一定的湿度调节能力，其调湿作用由盐溶液所对应的饱和蒸汽压所决定。相同温度下，饱和盐溶液的蒸汽压越低，所控制的相对湿度也越小。选择适当的盐水饱和溶液可维持空间的湿度，但是大部分固体无机盐吸湿后容易潮解，常温下不稳定，容易发生盐析。因此单一的无机盐类调湿材料存在很多局限性。
蒙脱土、沸石、硅藻土、膨润土等材料，是具有层状或微孔道结构的铝硅酸盐矿物，且具有阳离子的可交换性，使得这些材料能够吸附和释放水蒸气，可作为调湿材料。
亲水单体聚合成的树脂表面含有大量的亲水基团，其具有良好的吸湿性能，但是其放湿性能较差，因此本发明使用羧甲基纤维素对亲水性的丙烯酸类单体进行改性，提高其聚合后的吸湿能力，同时将吸附了无机酸盐的具有多维孔道结构的无机矿物分散在其聚合物网络中，增加湿容量和放湿能力。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明先将具有多维孔道结构的铝硅酸盐矿物吸附有无机盐材料，再将其分散到改性的有机高分子调试材料的聚合物网络中，制得的可调湿功能材料湿容量大、调湿速率快。
附图说明
图1是本发明实施例1-3的环境调湿功能材料的吸湿率；
图2是本发明实施例1的环境调湿功能材料的主动吸放湿效果曲线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
本发明对海泡石和硅藻土的目数不做限制，以下实施例均采用200目的海泡石和硅藻土。
实施例1
（1）称取3质量份的氯化锂加入到18质量份的去离子水中，混合搅拌均匀溶解得无机盐溶液备用；
（2）取3质量份200目的海泡石和4质量份200目的硅藻土混合均匀，将其混合物按1：10的质量比加入到步骤（1）的无机盐溶液中，浸泡、真空脱泡、过滤后得吸附饱和产物，该吸附饱和产物为吸附有氯化锂的海泡石硅藻土混合物；
（3）取3质量份的吸附饱和产物、3质量份的羧甲基纤维素、6质量份的丙烯酸、5质量份的丙烯酰胺、3质量份的甲基丙烯酸钠、2质量份的丙烯磺酸钠和0.04质量份的四甲基乙二胺混合均匀，加入50质量份的去离子水，60℃下搅拌2h；然后再加入0.008质量份的N,N-亚甲基双丙烯酰胺，60℃下继续搅拌2h，制得合成产物；
（4）将合成产物于140℃烘干2h，制得可调节湿度的功能材料。
实施例2
（1）称取3质量份的氯化钙加入到9质量份的去离子水中，混合搅拌均匀溶解得无机盐溶液备用；
（2）取5质量份200目的海泡石和2质量份200目的硅藻土混合均匀，将其混合物按1：20的质量比加入到步骤（1）的无机盐溶液中，浸泡、真空脱泡、过滤后得吸附饱和产物，该吸附饱和产物为吸附有氯化钙的海泡石硅藻土混合物；
（3）取6质量份的吸附饱和产物、1质量份的羧甲基纤维素、10质量份的丙烯酸、3质量份的丙烯酰胺、1质量份的甲基丙烯酸钠、1质量份的丙烯磺酸钠和0.08质量份的四甲基乙二胺混合均匀，加入40质量份的去离子水，50℃下搅拌1h；然后再加入0.01质量份的N,N-亚甲基双丙烯酰胺，50℃下继续搅拌1h，制得合成产物；
（4）将合成产物于150℃烘干2h，制得可调节湿度的功能材料。
实施例3
（1）称取3质量份的氯化钠、硫酸钠和硝酸钾的混合物，加入到15质量份的去离子水中，混合搅拌均匀溶解得无机盐溶液备用，其中无机盐中氯化钠、硫酸钠和硝酸钾的比例不作限制；
（2）取5质量份200目的海泡石和4质量份200目的硅藻土混合均匀，将其混合物按1：20的质量比加入到步骤（1）的无机盐溶液中，浸泡、真空脱泡、过滤后得吸附饱和产物，该吸附饱和产物为吸附有氯化钠、硫酸钠和硝酸钾的海泡石硅藻土混合物；
（3）取6质量份的吸附饱和产物、3质量份的羧甲基纤维素、10质量份的丙烯酸、6质量份的丙烯酰胺、3质量份的甲基丙烯酸钠、3质量份的丙烯磺酸钠和0.08质量份的四甲基乙二胺混合均匀，加入60质量份的去离子水，80℃下搅拌2h；然后再加入0.01质量份的N,N-亚甲基双丙烯酰胺，80℃下继续搅拌1h，制得合成产物；
（4）将合成产物于120℃烘干3h，制得可调节湿度的功能材料。
将实施例1-3制得的环境调湿材料分别进行吸湿极限测试，测试其吸湿率，如图1，测试条件及过程为：精确称取2g调湿材料置于恒温恒湿箱中，温度为25℃，湿度为90%，开始每隔24小时进行一次称重；
计算吸湿率为：W吸=（mt-m0）/m0×100%；
其中W吸为吸湿率；mt为吸湿后材料质量；m0为原始样品的质量。
将实施例1制得的环境调湿材料分别进行湿度环境调节测试，测试其主动吸放湿效果，如图2，测试条件及过程为：将1m³密闭空间湿度稳定为95%RH后，切断湿度来源，将125g调湿材料放入其中，用湿度传感器监测湿度变化，待环境湿度稳定后，取出样品，放入到另一湿度稳定为25%RH的密闭空间，用湿度传感器监测湿度变化。
从图1可以看出，该调湿功能材料可吸湿自重350%的水汽。从图2可以看出，在1m³密闭空间内，本发明的可调节环境湿度的功能材料可使环境湿度稳定在50%左右，湿度调节时间为30～60min。

Claims (10)

1.一种可调节环境湿度的功能材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）取无机酸盐同去离子水混合，搅拌溶解得无机盐溶液；
（2）将海泡石和硅藻土的混合物加入到无机盐溶液中浸泡，真空脱泡后过滤，得吸附饱和产物；
（3）取吸附饱和产物、羧甲基纤维素、丙烯酸、丙烯酰胺、甲基丙烯酸钠、丙烯磺酸钠、四甲基乙二胺和N,N-亚甲基双丙烯酰胺混合，加入去离子水，搅拌得复合调湿材料；
（4）将复合调湿材料烘干，制得可调节环境湿度的功能材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述无机酸盐与去离子水的质量份比为1：3～1：6。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述无机盐为氯化钠、氯化钙、氯化锂、硫酸钠、硝酸钾中的一种或者多种。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，所述海泡石和硅藻土的混合物与所述无机盐溶液的质量比为1：10～1：20。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述海泡石为3～5质量份，所述硅藻土为2～4质量份。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述海泡石的粒径为200目，所述硅藻土的粒径为200目。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，按质量份计，所述吸附饱和产物为3～6份，所述羧甲基纤维素为1～3份，所述丙烯酸为6～10份，所述丙烯酰胺为3～6份，所述甲基丙烯酸钠为1～3份，所述丙烯磺酸钠为1～3份，所述四甲基乙二胺为0.04～0.08份，所述N,N-亚甲基双丙烯酰胺为0.008～0.01份，所述去离子水为40～60份。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述搅拌的温度为50℃～80℃。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（4）中，所述烘干温度为120℃～150℃。
10.一种可调节环境湿度的功能材料，采用权利要求1-9中任一项所述的制备方法制备而成。
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