CN117205902B - 一种高吸水性材料在气体湿化上的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及气体湿化技术领域，提出了一种高吸水性材料在气体湿化上的应用，所述高吸水性材料的形状为球形，吸水前的表面积为10~12.5mm2，饱和吸水后的表面积为150~250mm2。气体包括医用氧气、医用氢气、医用氮气、零级空气中的一种。通过上述技术方案，解决了相关技术中入水式湿化易造成细菌污染以及湿化液易溢出、使用不便的问题。
Description
技术领域
本发明涉及气体湿化技术领域，具体的，涉及一种高吸水性材料在气体湿化上的应用。
背景技术
许多高纯度气体的制备和储存都需要去除气体中的水分，即很多瓶装气体、液态气体都是干燥的，如医用氧气、医用氢气、医用氮气、零级空气等。这些气体在使用过程中有的必须经过湿化。传统的湿化方式是入水式湿化，也就是干燥气体进入湿化液产生气泡，气泡爆裂后带走水分而湿化。一方面，这种湿化方式会产生气溶胶，而气溶胶能够承载微小粒子以及细菌，导致湿化液被细菌污染；同时，这种湿化方式也不适合移动状态下气体的湿化，这是因为，在移动状态下，湿化液极易因为移动速度的变化而溢出，使用不便。因此，提供一种在无游离水的情况下湿化气体的方法，极为必要。
发明内容
本发明提出一种高吸水性材料在气体湿化上的应用，解决了相关技术中入水式湿化易造成细菌污染以及湿化液易溢出、使用不便的问题。
本发明的技术方案如下：
本发明提出一种高吸水性材料在气体湿化上的应用，所述高吸水性材料的形状为球形，吸水前的表面积为10~12.5mm2，饱和吸水后的表面积为150~250mm2。
作为进一步的技术方案，所述高吸水性材料吸水前的表面积为11.1~12.4mm2， 饱和吸水后的表面积为176.5~202mm2。
作为进一步的技术方案，所述高吸水材料的吸水倍数为35~45。
作为进一步的技术方案，所述高吸水材料的吸水倍数为40。
作为进一步的技术方案，所述高吸水材料包括聚丙烯酸钠、聚乙烯亚胺、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、淀粉-丙烯腈接枝共聚物中的一种或多种。
作为进一步的技术方案，所述高吸水材料为聚丙烯酸钠与聚丙烯酰胺质量比1:1~3:1的混合物。
作为进一步的技术方案，所述高吸水材料为聚丙烯酸钠与聚丙烯酰胺质量比2:1的混合物。
作为进一步的技术方案，所述聚丙烯酸钠的分子量为1000万~4000万，所述聚丙烯酰胺的分子量为300万~1000万。
作为进一步的技术方案，所述气体包括医用氧气、医用氢气、医用氮气、零级空气中的一种。
作为进一步的技术方案，当所述气体为医用氧气时，在5L/min流量状态下湿化15天后的氧气湿度＞40%RH。
本发明的工作原理及有益效果为：
1、本发明中，通过对高吸水材料吸水前后的表面积进行改进，球形高吸水材料吸水前的表面积为10~12.5mm2、饱和吸水后的表面积为150~250mm2，显著提高了高吸水材料对气体的湿化效果，以医用氧气为例，在5L/min流量状态下湿化15天后的氧气湿度仍＞40%RH，满足湿化后氧气湿度≥40% RH的要求。
2、本发明中，高吸水材料的吸水倍数为35~45时，提高了高吸水材料对气体的湿化效果，同时，在此吸水倍数下，高吸水材料吸水后不释放出游离水，避免了传统入水式湿化时湿化液易溢出的现象，提高了气体湿化时的使用安全性。
3、本发明中，高吸水材料为聚丙烯酸钠与聚丙烯酰胺质量比1:1~3:1的混合物，进一步提高了对气体的湿化效果。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例7的球形颗粒的湿度曲线；
图2为本发明实施例15的球形颗粒的湿度曲线；
图3为本发明对比例1的球形颗粒的湿度曲线；
图4为本发明对比例2的球形颗粒的湿度曲线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都涉及本发明保护的范围。
下述实施例及对比例中，吸水倍率的计算方式如下：吸水倍率=（饱和吸水后重量-吸水前干重）/吸水前干重；
湿化球相对湿度测试方法为：将吸水后的球形颗粒拭去表面水分后放入湿化瓶中，进一步打开医用氧气瓶阀门，调整流量计至5L/min，实施时间为360h，记录初始相对湿度以及24h后的相对湿度数值、360h的相对湿度数值，其中，实施例7、实施例15以及对比例1、对比例2的球形颗粒在实施过程中，每隔20h还记录一次相对湿度数值。
实施例1
球形聚丙烯酸钠颗粒（原料型号：LN-PAAS），吸水前干重为0.005g，直径为1.90mm，表面积为11.34mm2，饱和吸水后重量为0.2g，直径为7.50mm，表面积为176.63mm2，吸水倍率为39，初始相对湿度为88.3%RH，24h后的相对湿度为59.3% RH，360h后的相对湿度为42.5%RH。
实施例2
球形聚丙烯酸钠颗粒（原料型号：LN-PAAS），吸水前干重为0.005g，直径为1.88mm，表面积为11.10mm2，饱和吸水后重量为0.2g，直径为7.70mm，表面积为186.17mm2，吸水倍率为39，初始相对湿度为88.1% RH，24h后的相对湿度为59.2% RH，360h后的相对湿度为42.9%RH。
实施例3
球形聚丙烯酸钠颗粒（原料型号：LN-PAAS），吸水前干重为0.005g，直径为1.92mm，表面积为11.58mm2，饱和吸水后重量为0.2g，直径为7.86mm，表面积为193.99mm2，吸水倍率为39，初始相对湿度为88.6% RH，24h后的相对湿度为59.5% RH，360h后的相对湿度为43.3%RH。
实施例4
球形聚丙烯酸钠颗粒（原料型号：LN-PAAS），吸水前干重为0.005g，直径为1.88mm，表面积为11.10mm2，饱和吸水后重量为0.2g，直径为8.00mm，表面积为200.96mm2，吸水倍率为39，初始相对湿度为88.5% RH，24h后的相对湿度为59.2% RH，360h后的相对湿度为42.8%RH。
实施例5
球形聚丙烯酸钠颗粒（原料型号：LN-PAAS），吸水前干重为0.005g，直径为1.98mm，表面积为12.31mm2，饱和吸水后重量为0.2g，直径为8.02mm，表面积为201.97mm2，吸水倍率为39，初始相对湿度为88.3% RH，24h后的相对湿度为59.4% RH，360h后的相对湿度为43.5%RH。
实施例6
球形聚丙烯酸钠颗粒（原料型号：LN-PAAS），吸水前干重为0.005g，直径为1.90mm，表面积为11.34mm2，饱和吸水后重量为0.205g，直径为8.26mm，表面积为214.23mm2，吸水倍率为40，初始相对湿度为88.6% RH，24h后的相对湿度为59.6% RH，360h后的相对湿度为43.9% RH。
实施例7
球形聚丙烯酸钠颗粒（原料型号：LN-PAAS），吸水前干重为0.005g，直径为1.79mm，表面积为10.06mm2，饱和吸水后重量为0.18g，直径为7.00mm，表面积为153.86mm2，吸水倍率为35，初始相对湿度为85.7% RH，24h后的相对湿度为58.7% RH，360h后的相对湿度为40.6%RH，相对湿度记录表如下表所示，湿度曲线如图1所示：
表1实施例 7的球形颗粒相对湿度记录表
实施例8
球形聚丙烯酸钠颗粒（原料型号：LN-PAAS），吸水前干重为0.005g，直径为1.94mm，表面积为11.82mm2，饱和吸水后重量为0.23g，直径为8.46mm，表面积为224.73mm2，吸水倍率为45，初始相对湿度为89.1% RH，24h后的相对湿度为59.7% RH，360h后的相对湿度为41.8%RH。
实施例9
球形聚乙烯亚胺颗粒（原料型号Lupasol WF），吸水前干重为0.005g，直径为1.86mm，表面积为10.86mm2，饱和吸水后重量为0.205g，直径为8.32mm，表面积为217.36mm2，吸水倍率为40，初始相对湿度为87.6% RH，24h后的相对湿度为59.1% RH，360h后的相对湿度为42.3% RH。
实施例10
球形聚丙烯酰胺颗粒（原料型号：TM-PAM01），吸水前干重为0.005g，直径为1.88mm，表面积为11.10mm2，饱和吸水后重量为0.205g，直径为7.50mm，表面积为179.46mm2，吸水倍率为40，初始相对湿度为88.2% RH，24h后的相对湿度为59.3% RH，360h后的相对湿度为43.7% RH。
实施例11
球形聚乙烯醇颗粒（原料型号：聚乙烯醇2488），吸水前干重为0.005g，直径为1.96mm，表面积为12.06mm2，饱和吸水后重量为0.205g，直径为7.68mm，表面积为185.20mm2，吸水倍率为40，初始相对湿度为88.7% RH，24h后的相对湿度为58.9% RH，360h后的相对湿度为42.4% RH。
实施例12
球形聚乙烯吡咯烷酮颗粒（原料型号：PVPK30），吸水前干重为0.005g，直径为1.90mm，表面积为11.34mm2，饱和吸水后重量为0.205g，直径为8.12mm，表面积为207.03mm2，吸水倍率为40，初始相对湿度为88.5% RH，24h后的相对湿度为59.1% RH，360h后的相对湿度为42.6% RH。
实施例13
球形淀粉-丙烯腈接枝共聚物皂化颗粒，吸水前干重为0.005g，直径为1.88mm，表面积为11.10mm2，饱和吸水后重量为0.205g，直径为8.467.50mm，表面积为224.73mm2，吸水倍率为40，初始相对湿度为87.9% RH，24h后的相对湿度为58.8% RH，360h后的相对湿度为42.4% RH。其中，淀粉-丙烯腈接枝共聚物皂化颗粒为以Mn3+为引发剂，淀粉乳与丙烯腈在36℃下接枝共聚反应使接枝百分率为54.89%后，再在氢氧化钠溶液中皂化后造粒得到。
实施例14
球形聚丙烯酸钠与聚丙烯酰胺质量比1:1的混合物颗粒，吸水前干重为0.005g，直径为1.84mm，表面积为10.63mm2，饱和吸水后重量为0.205g，直径为8.52mm，表面积为227.93mm2，吸水倍率为40，初始相对湿度为88.6% RH，24h后的相对湿度为60.2% RH，360h后的相对湿度为45.1% RH。其中，球形聚丙烯酸钠与聚丙烯酰胺质量比1:1的混合物颗粒由聚丙烯酸钠（分子量为1000万~4000万，型号LN-PAAS）与聚丙烯酰胺（分子量为300万~1000万，型号TM-PAM01）以质量比1:1混合造粒得到。
实施例15
球形聚丙烯酸钠与聚丙烯酰胺质量比2:1的混合物颗粒（由聚丙烯酸钠（分子量为1000万~4000万，型号LN-PAAS）与聚丙烯酰胺（分子量为300万~1000万，型号TM-PAM01）以质量比2:1混合造粒得到），吸水前干重为0.005g，直径为1.92mm，表面积为11.58mm2，饱和吸水后重量为0.205g，直径为7.86mm，表面积为193.99mm2，吸水倍率为40，初始相对湿度为88.3% RH，24h后的相对湿度为61.5% RH，360h后的相对湿度为47.2% RH，相对湿度记录表如下表所示，湿度曲线如图2所示：
表2实施例15的球形颗粒相对湿度记录表
实施例16
球形聚丙烯酸钠与聚丙烯酰胺质量比3:1的混合物颗粒，吸水前干重为0.005g，直径为1.90mm，表面积为11.34mm2，饱和吸水后重量为0.205g，直径为8.08mm，表面积为205.00mm2，吸水倍率为40，初始相对湿度为88.2% RH，24h后的相对湿度为60.7% RH，360h后的相对湿度为45.8% RH。其中，球形聚丙烯酸钠与聚丙烯酰胺质量比3:1的混合物颗粒由聚丙烯酸钠（分子量为1000万~4000万，型号LN-PAAS）与聚丙烯酰胺（分子量为300万~1000万，型号TM-PAM01）以质量比3:1混合造粒得到。
对比例1
球形聚丙烯酸钠颗粒（原料型号NP-700），吸水前干重为0.0176g，直径为2.704mm，表面积为22.96mm2，饱和吸水后重量为0.8448g，直径为10.464mm，表面积为343.82mm2，吸水倍率为47，初始相对湿度为76.3%，24h后的相对湿度为56.1% RH，360h后的相对湿度为39.2% RH，相对湿度记录表如下表所示，湿度曲线如图3所示：
表3对比例1的球形颗粒相对湿度记录表
对比例2
球形聚丙烯酸钠颗粒（原料型号食品级聚丙烯酸钠，执行标准GB29948-2013），吸水前干重为0.005g，直径为1.60mm，表面积为8.04mm2，饱和吸水后重量为0.2g，直径为6.76mm，表面积为143.49mm2，吸水倍率为39，初始相对湿度为82.7%，24h后的相对湿度为53.5% RH，360h后的相对湿度为38.9% RH，相对湿度记录表如下表所示，湿度曲线如图4所示：
表4对比例2的球形颗粒相对湿度记录表
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种高吸水性材料在医用氧气气体湿化上的应用，其特征在于，所述高吸水性材料的形状为球形，吸水前的表面积为10~12.5mm2，饱和吸水后的表面积为150~250mm2；
所述高吸水性材料为聚丙烯酸钠与聚丙烯酰胺质量比2:1的混合物；
当所述气体为医用氧气时，在5L/min流量状态下湿化15天后的氧气湿度＞40%RH。
2.根据权利要求1所述的一种高吸水性材料在医用氧气气体湿化上的应用，其特征在于，所述高吸水性材料吸水前的表面积为11.1~12.4mm2，饱和吸水后的表面积为176.5~202mm2。
3.根据权利要求1所述的一种高吸水性材料在医用氧气气体湿化上的应用，其特征在于，所述高吸水性材料的吸水倍数为35~45。
4.根据权利要求3所述的一种高吸水性材料在医用氧气气体湿化上的应用，其特征在于，所述高吸水性材料的吸水倍数为40。
5.根据权利要求1所述的一种高吸水性材料在医用氧气气体湿化上的应用，其特征在于，所述聚丙烯酸钠的分子量为1000万~4000万，所述聚丙烯酰胺的分子量为300万~1000万。
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