CN112973397B

CN112973397B - 一种安全高效调湿材料的制备方法

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Publication number: CN112973397B
Application number: CN202110340137.1A
Authority: CN
Inventors: 沈银峰
Original assignee: Jiangsu Hehai Qiancheng Intelligent Science & Technology Co ltd
Current assignee: Jiangsu Hehai Qiancheng Intelligent Science & Technology Co ltd
Priority date: 2021-03-30
Filing date: 2021-03-30
Publication date: 2023-03-10
Anticipated expiration: 2041-03-30
Also published as: CN112973397A

Abstract

本发明属于调湿材料制备方法技术领域，尤其是一种安全高效调湿材料的制备方法，解决了现有技术中调湿材料的吸湿容量不够，吸湿后产生的大量液化水合水易流出的问题，所述安全高效调湿材料的制备方法，先以氢氧化钠溶液处理聚酯中空纤维毡，对中空纤维进行表面开孔处理并在中空纤维内、外表面产生羧酸钠基团，然后将处理后的聚酯中空纤维毡浸渍于无机吸湿剂、有机吸湿剂、中和剂和交联剂的水溶液中，取出浸渍后的聚酯中空纤维毡加热干燥，同时通过酯化反应形成羧化聚酯纤维/聚丙烯酸钠/多元醇的一体化交联凝胶网络。本发明所得调湿材料具有高吸湿能力，能够抑制富含电解质水分的流出，避免污染或腐蚀周围环境。

Description

一种安全高效调湿材料的制备方法

技术领域

本发明涉及调湿材料制备方法技术领域，尤其涉及一种安全高效调湿材料的制备方法；更具体地说涉及一种具备高吸湿能力且具有保水能力的安全高效调湿材料的制备方法。

背景技术

空气湿度直接影响着人类社会的生产和生活，在现有的空气湿度调节方法中，使用固体吸湿材料除湿无需依赖专门的设备，适用范围广、能耗低，已经逐渐发展为重要的除湿技术。

无机盐类吸湿剂的吸湿能力较强，是重要的也是常用的一类吸湿材料，如氯化锂、氯化钙、溴化锂等。无机盐类吸湿剂吸湿后发生潮解，易产生大量的液化水合水。如这些液态的电解质水溶液发生泄露，易引起除湿环境的污染或导致相关设备的腐蚀。为了解决这些吸湿剂的液态水合水的问题，可将无机盐类吸湿剂与一些多孔材料复合制备吸湿材料，常用的多孔材料有活性炭、海泡石和分子筛等。多孔材料的多孔隙结构可以负载无机盐类吸湿剂，在吸湿剂工作时还可容纳液态水合水，一定程度上可避免液化水合水流出的现象。然而因孔隙率的限制，上述的多孔材料可以负载的无机盐吸湿剂的数量有限，同时可以容纳的液化水合水的数量也有限。另外，上述的多孔材料本身也不具备高吸湿能力，这些因素不利于制备具有高吸湿容量、高保水能力的安全高效的调湿材料。

鉴于现有调湿材料的问题，研究发现，通过采用具高吸湿能力的无机、有机吸湿剂并选择合适的多孔隙材料作为吸湿剂载体，同时构建有机高分子的一体化交联凝胶网络来容纳吸湿剂工作时产生的液化水合水，还可进一步提高调湿材料的吸湿剂负载量、吸湿容量及保水能力，制备安全高效的调湿材料。基于上述陈述，本发明提出了一种安全高效调湿材料的制备方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中调湿材料的不足，即调湿材料的吸湿容量不够，吸湿后产生的大量液化水合水易流出的问题，而提出的一种安全高效调湿材料的制备方法；以中空纤维表面开孔及中空纤维内外表面羧基化的聚酯中空纤维毡负载氯化锂、低分子量聚丙烯酸钠等无机、有机高效吸湿剂，然后加入交联剂多元醇得到羧化聚酯纤维/聚丙烯酸钠/多元醇的一体化交联凝胶网络。由于采用的无机、有机吸湿剂均有优异的吸湿能力，中空纤维毡载体对吸湿剂负载率高并可容纳液化水合水，再加上一体化交联凝胶网络对液化水合水的有效容纳，制备的调湿材料具有高吸湿能力、高保水能力，具备安全高效的特点。

本发明是通过以下技术方案实现的：

以氢氧化钠溶液处理聚酯中空纤维毡，通过氢氧化钠的刻蚀作用对中空纤维表面进行开孔处理，同时又可通过水解作用将中空纤维内、外表面的部分酯基转化为羧酸钠基团。这样，中空纤维的内孔及外表面、纤维间隙均能负载无机、有机吸湿剂，提高了吸湿剂的负载率；同时因羧酸钠基团的引入，中空纤维本身也具备了高吸湿能力，上述因素均有利于提高调湿材料的吸湿容量。将经上述处理的聚酯中空纤维毡浸渍于氯化锂、低分子量聚丙烯酸钠等吸湿剂以及中和剂盐酸和交联剂多元醇的水溶液中，取出后加热干燥并基于酯化反应得到羧化聚酯纤维/聚丙烯酸钠/多元醇的一体化交联凝胶网络。采用的氯化锂具有优异的吸湿能力，采用的低分子量聚丙烯酸钠兼具吸湿剂、增稠剂和构建凝胶的作用，上述的一体化交联凝胶网络具有较低的交联密度，可以容纳吸湿剂工作时产生的大量的液化水合水，这些因素赋予了本发明调湿材料的高吸湿剂负载量、高吸湿能力和高保水能力，即安全高效的特点。

本发明提出的一种安全高效调湿材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、以10wt％浓度的氢氧化钠水溶液，在100℃的温度下处理聚酯中空纤维毡2小时，处理完成后用水冲洗干净；

S2、配制含有无机吸湿剂、有机吸湿剂、中和剂和交联剂的水溶液；

S3、将经步骤S1处理的聚酯中空纤维毡浸渍于步骤S2配制的水溶液中10分钟；

S4、将经步骤S3处理的聚酯中空纤维毡取出，在110℃条件下干燥8小时，同时进行酯化反应形成羧化聚酯纤维/聚丙烯酸钠/多元醇的一体化交联凝胶网络。

优选的，所述聚酯中空纤维毡由纤维级聚酯与易水解聚酯以90/10～80/20的质量比熔融共混纺丝得到，聚酯中空纤维单丝线密度为1.67dtex；所述易水解聚酯的单体中包含了亲水性单体间苯二甲酸-5-磺酸钠,且其摩尔浓度为8％。

优选的，所述无机吸湿剂为氯化锂。

优选的，所述有机吸湿剂为低分子量聚丙烯酸钠。

优选的，所述中和剂为盐酸。

优选的，所述交联剂为多元醇。

优选的，所述配制含有无机吸湿剂、有机吸湿剂、中和剂和交联剂的水溶液，水溶液中包含35～45wt％的氯化锂、8～15wt％的聚丙烯酸钠、1～3wt％的多元醇，中和剂盐酸的加入量使体系中15％的羧酸钠转变为羧酸。

优选的，所述低分子量聚丙烯酸钠的分子量为30000。

优选的，所述多元醇为乙二醇或丙三醇。

本发明提出的一种安全高效调湿材料的制备方法，具有以下有益效果：

1、本发明中经开孔处理的聚酯中空纤维无纺布毡具有巨大的孔隙率及比表面积，纤维间隙、纤维表面及纤维内孔均可负载吸湿剂，因此该无纺布毡具有吸湿剂装载量大的优点，有利于提高本发明调湿材料的吸湿容量；聚酯中空纤维经氢氧化钠处理后，在表面开孔的同时其内外表面均可产生羧酸钠基团，羧酸钠基团具有良好的吸湿能力，也有利于提高本发明调湿材料的吸湿容量。

2、本发明中低分子量聚丙烯酸钠在水溶液中的黏度适中，不会因黏度过大而妨碍聚酯中空纤维无纺布毡对吸湿剂的浸渍处理，同时又可起到增稠剂的作用，提高无机吸湿剂在中空纤维无纺布毡表面的负载量，从而提高本发明的调湿材料的吸湿容量。

3、本发明中氯化锂和聚丙烯酸钠有着优异的吸湿能力，同时又因低分子量聚丙烯酸钠的增稠作用及羧化聚酯中空纤维无纺布毡载体的巨大的比表面积，因而吸湿剂的负载量大，是本发明调湿材料具备高吸湿能力的重要基础。

4、本发明中作为氯化锂和聚丙烯酸钠等吸湿剂的载体，羧化聚酯中空纤维无纺布毡的暴露面积大，使本发明的调湿材料具有吸湿迅速的优点。

5、本发明的调湿材料在干燥温度下，多元醇的羟基可以与低分子量聚丙烯酸钠分子链上和聚酯中空纤维表面的的羧酸基团发生酯化反应，围绕着纤维骨架形成羧化聚酯纤维/聚丙烯酸钠/多元醇的一体化交联凝胶网络。该一体化交联凝胶网络与纤维基体连接紧密不易脱落，可靠性强，同时低官能度的多元醇赋予了一体化交联凝胶网络较低的交联密度，可以有效容纳调湿材料吸湿后产生的大量液化水合水。另外，中空纤维的内孔、纤维间隙因毛细现象也可起到储水的作用。上述因素可避免因液化水合水的流出而引起的周围环境污染或设备腐蚀，是本发明调湿材料具备安全性的基础。

6、本发明的调湿材料制备工艺简单，其调湿材料可控制环境湿度在一定的范围，使用便利、有效，经济成本低。

附图说明

图1为本发明提出的一种安全高效调湿材料的制备方法制备得到的长效调湿材料的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。

实施例1

以10wt％浓度的氢氧化钠水溶液，在100℃的温度下处理含10％EHDPET的聚酯中空纤维毡2小时，以水冲洗干净。配制含有45wt％氯化锂、10wt％低分子量聚丙烯酸钠和1wt％丙三醇的水溶液，然后加入盐酸使体系中15％的羧酸钠转变为羧酸。将处理过的聚酯中空纤维毡浸渍于上述水溶液中10分钟，取出后在110℃条件下干燥8小时，在干燥温度下同时发生酯化反应，形成羧化聚酯纤维/聚丙烯酸钠/多元醇的一体化交联凝胶网络。

将经上述工艺制备的调湿材料称重，计算聚酯中空纤维毡对吸湿剂的负载量；然后将调湿材料置于湿度95％的密闭环境中室温下保持两周，取出后称重，计算调湿材料的吸湿率；以负载量与吸湿率的乘积表示调湿材料的相对吸湿能力(容量)。结果见表1。

实施例2

以10wt％浓度的氢氧化钠水溶液，在100℃的温度下处理含10％EHDPET的聚酯中空纤维毡2小时，以水冲洗干净。配制含有45wt％氯化锂、10wt％低分子量聚丙烯酸钠和2wt％乙二醇的水溶液，然后加入盐酸使体系中15％的羧酸钠转变为羧酸。将处理过的聚酯中空纤维毡浸渍于上述水溶液中10分钟，取出后在110℃条件下干燥8小时，在干燥温度下同时发生酯化反应，形成羧化聚酯纤维/聚丙烯酸钠/多元醇的一体化交联凝胶网络。调湿材料的性能测试方法见实施例1，结果见表1。

实施例3

以10wt％浓度的氢氧化钠水溶液，在100℃的温度下处理含15％EHDPET的聚酯中空纤维毡2小时，以水冲洗干净。配制含有45wt％氯化锂、10wt％低分子量聚丙烯酸钠和2wt％乙二醇的水溶液，然后加入盐酸使体系中15％的羧酸钠转变为羧酸。将处理过的聚酯中空纤维毡浸渍于上述水溶液中10分钟，取出后在110℃条件下干燥8小时，在干燥温度下同时发生酯化反应，形成羧化聚酯纤维/聚丙烯酸钠/多元醇的一体化交联凝胶网络。调湿材料的性能测试方法见实施例1，结果见表1。

实施例4

以10wt％浓度的氢氧化钠水溶液，在100℃的温度下处理含20％EHDPET的聚酯中空纤维毡2小时，以水冲洗干净。配制含有35wt％氯化锂、15wt％低分子量聚丙烯酸钠和1wt％丙三醇的水溶液，然后加入盐酸使体系中15％的羧酸钠转变为羧酸。将处理过的聚酯中空纤维毡浸渍于上述水溶液中10分钟，取出后在110℃条件下干燥8小时，在干燥温度下同时发生酯化反应，形成羧化聚酯纤维/聚丙烯酸钠/多元醇的一体化交联凝胶网络。调湿材料的性能测试方法见实施例1，结果见表1。

实施例5

以10wt％浓度的氢氧化钠水溶液，在100℃的温度下处理含20％EHDPET的聚酯中空纤维毡2小时，以水冲洗干净。配制含有45wt％氯化锂、8wt％低分子量聚丙烯酸钠和1wt％乙二醇的水溶液，然后加入盐酸使体系中15％的羧酸钠转变为羧酸。将处理过的聚酯中空纤维毡浸渍于上述水溶液中10分钟，取出后在110℃条件下干燥8小时，在干燥温度下同时发生酯化反应，形成羧化聚酯纤维/聚丙烯酸钠/多元醇的一体化交联凝胶网络。调湿材料的性能测试方法见实施例1，结果见表1。

实施例6

以10wt％浓度的氢氧化钠水溶液，在100℃的温度下处理含20％EHDPET的聚酯中空纤维毡2小时，以水冲洗干净。配制含有45wt％氯化锂、10wt％低分子量聚丙烯酸钠和2wt％乙二醇的水溶液，然后加入盐酸使体系中15％的羧酸钠转变为羧酸。将处理过的聚酯中空纤维毡浸渍于上述水溶液中10分钟，取出后在110℃条件下干燥8小时，在干燥温度下同时发生酯化反应，形成羧化聚酯纤维/聚丙烯酸钠/多元醇的一体化交联凝胶网络。调湿材料的性能测试方法见实施例1，结果见表1。

实施例7

以10wt％浓度的氢氧化钠水溶液，在100℃的温度下处理含20％EHDPET的聚酯中空纤维毡2小时，以水冲洗干净。配制含有40wt％氯化锂、12wt％低分子量聚丙烯酸钠和1wt％丙三醇的水溶液，然后加入盐酸使体系中15％的羧酸钠转变为羧酸。将处理过的聚酯中空纤维毡浸渍于上述水溶液中10分钟，取出后在110℃条件下干燥8小时，在干燥温度下同时发生酯化反应，形成羧化聚酯纤维/聚丙烯酸钠/多元醇的一体化交联凝胶网络。调湿材料的性能测试方法见实施例1，结果见表1。

对比例1

配制含有45wt％氯化锂、10wt％低分子量聚丙烯酸钠和2wt％乙二醇的水溶液，然后加入盐酸使体系中15％的羧酸钠转变为羧酸。将含20％EHDPET的聚酯中空纤维毡浸渍于上述水溶液中10分钟，取出后在110℃条件下干燥8小时，在干燥温度下同时发生酯化反应，形成聚丙烯酸钠/多元醇交联凝胶网络。调湿材料的性能测试方法见实施例1，结果见表1。

对比例2

以10wt％浓度的氢氧化钠水溶液，在100℃的温度下处理含20％EHDPET的聚酯中空纤维毡2小时，以水冲洗干净。配制含有45wt％氯化锂和2wt％乙二醇的水溶液，然后加入盐酸使体系中15％的羧酸钠转变为羧酸。将处理过的聚酯中空纤维毡浸渍于上述水溶液中10分钟，取出后在110℃条件下干燥8小时。调湿材料的性能测试方法见实施例1，结果见表1。

对比例3

以10wt％浓度的氢氧化钠水溶液，在100℃的温度下处理含20％EHDPET的聚酯中空纤维毡2小时，以水冲洗干净。配制含有45wt％氯化锂和10wt％低分子量聚丙烯酸钠的水溶液，然后加入盐酸使体系中15％的羧酸钠转变为羧酸。将处理过的聚酯中空纤维毡浸渍于上述水溶液中10分钟，取出后在110℃条件下干燥8小时。调湿材料的性能测试方法见实施例1，结果见表1。

表1调湿材料的性能

注：1.吸湿剂负载量＝((调湿材料质量-纤维毡质量)/纤维毡质量)×100％；

2.吸湿率＝((吸湿后调湿材料质量-调湿材料质量)/调湿材料质量)×100％，如吸湿后有液化水流出，液化水的质量并入“吸湿后调湿材料质量”；

3.相对吸湿能力＝负载量×吸湿率×10^-5。

从表1中的结果可以看出，按照本发明的一种安全高效调湿材料的制备方法，实施例1～7的调湿材料均实现了较高的吸湿剂负载量、吸湿率及相对吸湿能力，同时吸湿过程中也无液化水合水流出的现象。对比例1没有对聚酯中空纤维毡采取氢氧化钠处理，也即聚酯中空纤维未发生开孔及表面的羧基化，其调湿材料的吸湿剂负载量及吸湿率明显降低，由于失去了中空纤维内孔的储水作用，纤维也未与聚丙烯酸钠形成一体化的凝胶网络，其调湿材料吸湿后有少量的液化水合水流出。对比例2没有加入聚丙烯酸钠，由于失去了聚丙烯酸钠的增稠作用，其调湿材料的吸湿剂负载量大幅降低(仅为61wt％)，由于没有形成一体化凝胶网络，失去了一体化凝胶网络的保水作用，其调湿材料吸湿后有大量的液化水合水流出。对比例3没有加入交联剂，聚丙烯酸钠仅起到增稠作用但未形成一体化凝胶网络，其调湿材料虽可实现较高的吸湿剂负载量及吸湿率，但吸湿后有大量的液化水合水流出。表1中的结果表明，采用本发明调湿材料的制备方法，可得到高吸湿剂负载量、高吸湿率且无液化水合水流出，也即具有高吸湿能力安全高效的调湿材料。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种安全高效调湿材料的制备方法，其特征在于，该方法是先以10wt％浓度的氢氧化钠水溶液，在100℃的温度下处理聚酯中空纤维毡2小时，处理完成后用水冲洗干净，对中空纤维进行表面开孔处理并在中空纤维内、外表面产生羧酸钠基团；所述聚酯中空纤维毡由纤维级聚酯与易水解聚酯以90/10～80/20的质量比熔融共混纺丝得到，聚酯中空纤维单丝线密度为1.67dtex；所述易水解聚酯的单体中包含了亲水性单体间苯二甲酸-5-磺酸钠，且其摩尔浓度为8％；

然后将处理后的聚酯中空纤维毡浸渍于配制含有无机吸湿剂、有机吸湿剂、中和剂和交联剂的水溶液中10分钟，取出浸渍后的聚酯中空纤维毡在110℃条件下加热干燥8小时，同时通过酯化反应形成羧化聚酯纤维/聚丙烯酸钠/多元醇的一体化交联凝胶网络。

2.根据权利要求1所述的一种安全高效调湿材料的制备方法，其特征在于，所述无机吸湿剂为氯化锂。

3.根据权利要求1所述的一种安全高效调湿材料的制备方法，其特征在于，所述有机吸湿剂为低分子量聚丙烯酸钠。

4.根据权利要求1所述的一种安全高效调湿材料的制备方法，其特征在于，所述中和剂为盐酸。

5.根据权利要求1所述的一种安全高效调湿材料的制备方法，其特征在于，所述交联剂为多元醇。

6.根据权利要求1所述的一种安全高效调湿材料的制备方法，其特征在于，所述配制含有无机吸湿剂、有机吸湿剂、中和剂和交联剂的水溶液，水溶液中包含35～45wt％的氯化锂、8～15wt％的聚丙烯酸钠、1～3wt％的多元醇，中和剂盐酸的加入量使体系中15％的羧酸钠转变为羧酸。

7.根据权利要求3所述的一种安全高效调湿材料的制备方法，其特征在于，所述低分子量聚丙烯酸钠的分子量为30000。

8.根据权利要求5所述的一种安全高效调湿材料的制备方法，其特征在于，所述多元醇为乙二醇或丙三醇。