CN113024270A - 凹土或膨润土基植物纤维复合调湿材料在保温隔热材料中的应用 - Google Patents

凹土或膨润土基植物纤维复合调湿材料在保温隔热材料中的应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及黏土深加工领域，公开了一种凹土或膨润土基植物纤维复合调湿材料在保温隔热材料中的应用，该复合调湿材料由以下质量比的组分组成：植物纤维：凹土或膨润土：氯化钙=1：1~5：0.001~1；制备步骤为：先分别制备凹土或膨润土浆料和植物纤维浆料，然后将二者按一定比例混合均匀并加入氯化钙溶液，搅拌分散后进行深冷速冻，再以冻干处理得本复合调湿材料；所得复合调湿材料孔径主要分布在5nm，孔隙率达98.8%，BET比表面积70m2·g‑1，表观密度为0.04~0.1g·cm‑3，吸放湿率高达材料自身质量的60%；本复合调湿材料密度低、导热率低、吸放湿量大，制备工艺简单、原料低廉、无污染。

Description

凹土或膨润土基植物纤维复合调湿材料在保温隔热材料中的 应用
分案说明
本发明为申请日为2018年9月11日，申请号为2018110540447，发明名称为“凹土或膨润土基植物纤维复合调湿材料及其制备方法和应用”的分案申请。
技术领域
本发明涉及黏土深加工领域，特别涉及一种凹土或膨润土基植物纤维复合调湿材料在保温隔热材料中的应用。
背景技术
调湿材料这个概念最早由日本学者西藤等首先提出，这种材料是指不需要借助外界手段，能够自动调节空气相对湿度的材料。根据调湿基材的种类，可将调湿材料分为有机和无机调湿材料两大类。有机调湿材料的调湿机理可理解为有机分子表面与水分子间多种类型的范德华力的相互作用；无机调湿材料的调湿性能是由孔结构以及水蒸气分子在孔中的扩散情况来决定的。从无机调湿材料的吸放湿机理来看，实质上是材料细孔中水蒸气的凝聚化与其液体汽化的过程，这个过程取决于材料细孔半径的大小。研究表明材料开尔文孔半径的范围为2～20nm左右，即在此孔径范围内，水蒸气具有可逆吸附的功能。
单一调湿材料难以同时满足高吸湿容量、高吸放湿速度的要求，复合调湿材料成为热点。武汉科技大学的梁文懂（CN104830276A）使用偏硅酸钠和可溶性铁盐复合制备的调湿材料能够实现快速放湿，具有良好的重复吸放湿能力；浙江理工大学的彭志勒（CN102304348B）公开了一种无机盐与硅藻土、氧化铝复合调湿材料制备工艺，制得的材料湿度响应速度快，湿含量高。
发明内容
发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种凹土或膨润土基植物纤维复合调湿材料在保温隔热材料中的应用，本复合调湿材料具有良好的机械性能和丰富的理想孔隙结构，密度低、导热率低、吸放湿量大，制备工艺简单、原料低廉、无污染。
技术方案：本发明提供了一种凹土或膨润土基植物纤维复合调湿材料在保温隔热材料中的应用，该调湿材料由以下质量比的组分组成：植物纤维：凹土或膨润土：氯化钙=1：1~5：0.001~1；制备方法包括以下步骤：S1：使用植物纤维和去离子水配制植物纤维浆料，使用凹土或膨润土和去离子水配制凹土或膨润土浆料；S2：将所述植物纤维浆料与所述凹土或膨润土浆料混合后，加入氯化钙和去离子水，搅拌均匀后深冷速冻得到块状固体；其中，所述植物纤维浆料中的植物纤维、所述凹土或膨润土浆料中的凹土或膨润土以及氯化钙的质量比为1：1~5：0.001~1；S3：将所述块状固体在-20℃以下进行真空干燥得到凹土或膨润土基植物纤维复合调湿材料。
进一步地，在所述S1中，在加入氯化钙和去离子水之后，在深冷速冻之前，加入凹土或膨润土质量2%~8%的浓度为2wt%羧甲基纤维素钠溶液并搅拌均匀。羧甲基纤维素钠溶液的加入能够显著提高最终所得复合调湿材料的机械强度。
优选地，在所述S1中，所述植物纤维浆料的浓度为1wt%~2wt%，所述凹土或膨润土浆料的浓度为2wt%~5wt%。
优选的，在所述S2中，所述去离子水与最终混合浆料中除去离子水以外的物质比例为95~99:1~5，即最终混合浆料中除去离子水以外的物质总含量在1%~5%。
优选地，在所述S2中，所述深冷速冻的温度为-80℃~-200℃。
优选地，在所述S3中，所述真空干燥的温度为-20℃~-70℃，时间为24h~72h。
优选地，所述的植物纤维为木质纤维、竹质纤维或草纤维。
有益效果：本发明与现有技术相比，具有如下优势：
1，植物纤维能够构建出复合调湿材料的框架结构；凹土与植物纤维亲和性佳且为天然一维纳米材料，二者复合赋予复合调湿材料良好的机械性能和丰富的理想孔隙结构；
2，凹土与植物纤维均具有良好的亲水性，为调湿提供了物质基础；
3，本复合调湿材料以凹土为主材，植物纤维辅材，原料价格便宜且绿色无毒；
4，本复合调湿材料孔径主要分布在8nm以下，孔隙率达98.8%，BET比表面积70m2·g-1，表观密度为0.04~0.1g·cm-3，吸放湿率高达材料自身质量的60%；
5，本复合调湿材料密度低、导热率低、吸放湿量大，制备工艺简单、原料低廉、无污染。
附图说明
图1为凹土基植物纤维复合调湿材料的SEM电镜图；
图2为凹土基植物纤维复合调湿材料的SEM电镜图；
图3为凹土基植物纤维复合调湿材料孔径分布曲线图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细的介绍。
实施方式1：
本实施方式提供了一种凹土基木纤维复合调湿材料在保温隔热材料中的应用，该调湿材料由以下质量比的组分组成：植物纤维：凹土或膨润土：氯化钙=1：4：0.556。
上述凹土基木纤维复合调湿材料的制备方法如下：
取2g原生木浆，加入100g去离子水，浸泡30min，匀浆机匀浆10次，每次3min，得到2wt%的木纤维浆料；取5g凹土基复合调湿材料，加入95g去离子水，打浆机10000rpm打浆30min，制得5wt%的凹土浆料；取4g5wt%的凹土浆料，向其中加入2.5g2wt%木纤维浆料、0.0278g氯化钙和3.5g去离子水，高速打浆混合均匀；将混合好的的样品倒入模具在-196℃下进行速冻；将冷冻过的样品进行冻干处理，最终得到凹土基复合调湿材料。所得样品密度为0.042g/cm3，BET比表面68m2·g-1，最大吸湿量达材料自重的61.2%。
实施方式2：
本实施方式提供了一种凹土基木纤维复合调湿材料在保温隔热材料中的应用，该调湿材料由以下质量比的组分组成：植物纤维：凹土：氯化钙=1：1.25：0.169。
上述凹土基木纤维复合调湿材料的制备方法如下：
取2g原生木浆，加入100g去离子水，浸泡30min，匀浆机匀浆10次，每次3min，得到2wt%的木纤维浆料；取5g凹土，加入95g去离子水，打浆机10000rpm打浆30min，制得5wt%的凹土浆料；取4g5wt%的凹土浆料，向其中加入8g2wt%木纤维浆料、0.0278g氯化钙和0g去离子水，高速打浆混合均匀；将混合好的的样品倒入模具在-196℃下进行速冻；将冷冻过的样品进行冻干处理，最终得到凹土基复合调湿材料。所得样品密度为0.046g/cm3，BET比表面54m2·g-1，最大吸湿量达材料自重的53.5%。
实施方式3：
本实施方式提供了一种凹土基竹纤维复合调湿材料在保温隔热材料中的应用，该调湿材料由以下质量比的组分组成：植物纤维：凹土：氯化钙=1：4：0.265。
上述凹土基竹纤维复合调湿材料的制备方法如下：
取2g原生竹浆，加入100g去离子水，浸泡30min，匀浆机匀浆10次，每次3min，得到2wt%的竹纤维浆料；取5g凹土，加入95g去离子水，打浆机10000rpm打浆30min，制得5wt%的凹土浆料；取4g5wt%的凹土浆料，向其中加入2.5g的2wt%竹纤维浆料、0.0132g氯化钙和3.5g去离子水，高速打浆混合均匀；将混合好的的样品倒入模具在-196℃下进行速冻；将冷冻过的样品进行冻干处理，最终得到凹土基复合调湿材料。所得样品密度为0.037g/cm3，BET比表面69m2·g-1，最大吸湿量达材料自重的44.8%。
实施方式4：
本实施方式提供了一种凹土基竹纤维复合调湿材料在保温隔热材料中的应用，该调湿材料由以下质量比的组分组成：植物纤维：凹土：氯化钙=1：4：0.265。
上述凹土基竹纤维复合调湿材料的制备方法如下：
取2g原生木浆，加入100g去离子水，浸泡30min，匀浆机匀浆10次，每次3min，得到2wt%的木纤维浆料；取5g凹土，加入95g去离子水，打浆机10000rpm打浆30min，制得5wt%的凹土浆料；取4g5wt%的凹土浆料，向其中加入2.5g的2wt%木纤维浆料、0.0132g氯化钙、0.8g2wt%羧甲基纤维素钠溶液和2.7g去离子水，高速打浆混合均匀；将混合好的的样品倒入模具在-196℃下进行速冻；将冷冻过的样品进行冻干处理，最终得到凹土基复合调湿材料。所得样品密度为0.041g/cm3，BET比表面72..3m2·g-1，最大吸湿量达材料自重的51.7%。
如图1和2为凹土基植物纤维复合调湿材料的SEM电镜图，图1中可见有大量凹土附着在植物纤维上，图2中可看到附着在纤维上的凹土分散较好且形成了大量纳米级孔洞。
如图3为凹土基植物纤维复合调湿材料孔径分布曲线图，可见孔径分布主要在8nm以下，符合调湿材料对孔径的要求。
上述实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种凹土或膨润土基植物纤维复合调湿材料在保温隔热材料中的应用，其特征在于，该调湿材料由以下质量比的组分组成，植物纤维：凹土或膨润土：氯化钙=1：1~5：0.001~1；制备方法包括以下步骤：
S1：使用植物纤维和去离子水配制植物纤维浆料，使用凹土或膨润土和去离子水配制凹土或膨润土浆料；
S2：将所述植物纤维浆料与所述凹土或膨润土浆料混合后，加入氯化钙和去离子水，搅拌均匀后深冷速冻得到块状固体；
S3：将所述块状固体在-20℃以下进行真空干燥得到凹土或膨润土基植物纤维复合调湿材料。
2.根据权利要求1所述的凹土或膨润土基植物纤维复合调湿材料在保温隔热材料中的应用，其特征在于，在所述S2中，在加入氯化钙和去离子水之后，在深冷速冻之前，还加入凹土或膨润土质量2%~8%的浓度为2wt%羧甲基纤维素钠溶液并搅拌均匀。
3.根据权利要求1所述的凹土或膨润土基植物纤维复合调湿材料在保温隔热材料中的应用，其特征在于，在所述S1中，所述植物纤维浆料的浓度为1wt%~2wt%，所述凹土或膨润土浆料的浓度为2wt%~5wt%。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的凹土或膨润土基植物纤维复合调湿材料在保温隔热材料中的应用，其特征在于，在所述S2中，所述深冷速冻的温度为-80℃~-200℃。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的凹土或膨润土基植物纤维复合调湿材料在保温隔热材料中的应用，其特征在于，在所述S3中，所述真空干燥的温度为-20℃~-70℃，时间为24h~72h。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的凹土或膨润土基植物纤维复合调湿材料在保温隔热材料中的应用，其特征在于，所述的植物纤维为木纤维、竹纤维或草纤维。
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