專利名稱：一種利用黃土或海泡石制備調(diào)濕材料的方法
技術領域：
本發(fā)明屬于無機材料合成領域，具體涉及一種利用將黃土或海泡石制備調(diào)濕材料的方法。
背景技術：
空氣相對濕度是衡量室內(nèi)環(huán)境的一項重要參數(shù)，對人體健康、室內(nèi)空氣質(zhì)量以及物品的存放都有重要意義。研究表明，人類感到最舒適的相對濕度范圍是40%-70%。由于我國建筑物保溫隔熱性能相對較差，室內(nèi)的溫濕度隨外界環(huán)境變化波動很大，每年夏季和冬季，為了調(diào)節(jié)室內(nèi)的溫濕度，我國城市中空調(diào)大量使用，造成巨大的能源消耗。調(diào)濕材料的研制已有一些介紹，如中國專利《無機濕度調(diào)節(jié)面板及其制造方法》 (
公開日2006年6月21，公開號CN1788995)和中國專利《高效調(diào)濕材料》(
公開日2008年 1月23，公開號CN101108902)中公開的技術，但由于制成品的強度低及制備過程復雜等問題，使制備調(diào)濕材料受到了大的限制。材料的調(diào)濕性能的好壞與其多孔性有很大的關系。燒成制備會破壞原料的多孔結(jié)構(gòu)，從而影響其調(diào)濕性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種黃土或海泡石制備調(diào)濕材料的方法，該方法過程簡單，由于合成溫度低，節(jié)約能源。本發(fā)明提出的黃土或海泡石制備調(diào)試材料的方法，是利用水熱技術將黃土、海泡石等合成為具有濕度調(diào)節(jié)作用的多孔材料的方法，具體步驟如下
首先，在黃土或海泡石原料中分別添加含CaO的輔助原料混合；然后，在上述混合料中加入占混合料總重量59Γ45%的水，攪拌均勻后，在5 40MPa的壓力下壓制成型；最后，將壓制好的試樣放入水熱反應釜內(nèi)，在溫度為15(T200°C、壓強為0. Γ1. 55MPa的飽和蒸汽壓下水熱處理廣7 后，得到最終樣品。最后利用密閉箱法測定材料對水蒸氣的吸放性能。本發(fā)明中，當黃土中添加含CaO的輔助原料時，黃土占80Wt9T90wt%，消石灰占 10wt% 20wt%o本發(fā)明中，當海泡石中添加含CaO的輔助原料時，海泡石占50Wt9T80wt%，消石灰占 20wt% 50wt%o本發(fā)明中，所述輔助原料為消石灰。本發(fā)明的特點還在于原料包括黃土和海泡石，輔助原料為消石灰。本發(fā)明的方法為水熱法，與傳統(tǒng)燒結(jié)工藝相比，水熱合成在15(T200°C條件下進行，既能保留原料本身固有的微孔結(jié)構(gòu)，又能夠控制大量納米級微細孔生成，其材料可用于建筑物墻體或地面材料，能夠有效的調(diào)節(jié)室內(nèi)的濕度，減少空調(diào)的使用，節(jié)約能源。本發(fā)明的特點在于，與傳統(tǒng)的紅磚及水泥等墻體材料相比，水熱合成的調(diào)濕材料具有良好的調(diào)濕性能。


圖1為水熱合成前后黃土樣品的XRD衍射圖譜。圖2為水熱合成前后海泡石樣品的XRD衍射圖譜。圖3為水熱合成前后海泡石樣品的SEM圖片，其中，a為水熱合成前的樣品圖片，b 為水熱合成后樣品的圖片。圖4為不同水熱固化時間合成的黃土材料的調(diào)濕性能。圖5為水熱處理后黃土樣品的孔徑分布。圖6為水熱固化的1小時最終樣品與其他材料調(diào)濕性能比較。圖7為水熱固化的12小時最終樣品與其他材料調(diào)濕性能比較。圖8為水熱固化的M小時最終樣品與其他材料調(diào)濕性能比較。圖9為水熱處理后海泡石樣品的孔徑分布變化。圖10為水熱固化海泡石樣品與其他材料調(diào)濕循環(huán)性能比較。圖11為水熱固化海泡石最終樣品與其他材料調(diào)濕模擬性能比較。
具體實施例方式下面通過實施例結(jié)合附圖進一步說明本發(fā)明。實施例1
首先，選取黃土為主要原料，選取工業(yè)用消石灰為輔助原料，將上述原料混合，使混合料中，消石灰占重量的18% ；然后，向上述混合料中加入占混合料總重量10%的水，攪拌均勻后，在壓片機下壓制成型，成型壓力為30MPa ；最后，將壓制好的試樣放入水熱反應釜內(nèi)，在 200°C、1. 55MI^飽和蒸汽壓下水熱處理12h，然后再干燥后得到最終的樣品，其抗折強度為 26.8MPa。實施例2
首先，選取海泡石為主要原料，選取工業(yè)用消石灰為輔助原料，將上述原料混合，使混合料中消石灰質(zhì)量占28% ；然后，向上述混合料中加入占混合料總重量30%的水，攪拌均勻后，在壓片機下壓制成型，成型壓力為30MPa ；最后，將壓制好的試樣放入水熱反應釜內(nèi)，在 200°C、1. 55ΜΙ^飽和蒸汽壓下水熱處理12h，得到最終的樣品，其抗折強度為16. SMPa0實施例3
首先，選取實施例1和2中得到的最終樣品作為實驗樣品。將恒溫恒濕箱設定為溫度 250C，相對濕度75%，通過飽和鹽溶液控制密閉箱內(nèi)相對濕度為75%。達到穩(wěn)定后，將最終樣品迅速放入密閉箱內(nèi)的樣品架托盤，每隔10分鐘記錄一次樣品的重量變化，測Mh內(nèi)的變化情況；然后，將恒溫恒濕箱和密閉箱內(nèi)的相對濕度調(diào)節(jié)為33% (密閉箱內(nèi)通過更換飽和鹽溶液來調(diào)節(jié))，再保持Mh，記錄過程中樣品重量變化。至此可以得到樣品在一次濕度變化循環(huán)中的吸放濕的量隨時間變化的曲線，即材料吸放水蒸氣的特性。實施例4
首先，選取實施例1和2中得到的最終樣品作為實驗樣品。將RH=54%的飽和鹽溶液放入密閉箱內(nèi)，再將密閉箱放入25°C，RH54%的恒溫恒濕箱內(nèi)。當密閉箱內(nèi)溫濕度達到穩(wěn)定后取出飽和鹽溶液，然后將恒溫恒濕箱按表1的溫度變化。每IOmin用溫濕度記錄儀記錄下密閉箱內(nèi)溫濕度值。以時間為橫坐標，溫度或濕度為縱坐標繪制一天內(nèi)(Mh)調(diào)濕模擬曲線圖，此圖記錄的是未加任何調(diào)濕材料時密閉箱的溫濕度變化。將實驗樣品在25°C，RH54%的條件下標定24h后放入密閉箱內(nèi)，按上述方法操作， 溫度變化規(guī)律與不放樣品時的相同，每隔一段時間測定干燥器內(nèi)的溫度和相對濕度，直至循環(huán)結(jié)束。將記錄的數(shù)據(jù)繪制成放有調(diào)濕材料時干燥器內(nèi)相對濕度隨時間的變化曲線。水熱合成材料的硬化機理是在水熱合成過程中，材料內(nèi)生成了大量的水化硅酸鈣(CaO-SiO2-H2O, C-S-H)，特別是托勃莫來石(tobermorite，Ca5(Si6O18H2) ·4Η20)晶體，大量細桿狀的托缽莫來石晶體生成，彼此之間互相交聯(lián)，使材料致密度提高，從而使材料強度提尚。水熱合成材料的具有優(yōu)異的濕度調(diào)節(jié)作用是由于材料內(nèi)有大量介孔級微細孔存在。黃土及海泡石原料本身具有大量的微細孔，這些微細孔具有一定的保溫調(diào)濕作用，水熱合成過程由于合成溫度較低，不會破壞土質(zhì)原料本身的微孔結(jié)構(gòu)，另外由于水熱合成過程中托勃莫來石晶體的生成，晶體之間產(chǎn)生了大量的介孔，正是由于水熱合成材料中存在大量分布均勻的介孔級微細孔，使得材料具有優(yōu)異的濕度調(diào)節(jié)作用。下面以黃土與海泡石制備的最終產(chǎn)品結(jié)果作進一步說明本發(fā)明。圖1為水熱合成前后黃土樣品晶相變化的XRD衍射圖。水熱合成條件為消石灰添加量18%、水添加量10%、30ΜΙ^下成型，200°C溫度下水熱合成12h。水熱合成前，樣品中主要的晶相為石英和方解石，另外還有少量的伊利石、高嶺土等粘土礦物以及少量的長石和白云母。水熱合成后，出現(xiàn)了新的晶相托勃莫來石。水熱合成后材料強度有很大的提高，主要就是由于托勃莫來石的生成。圖2為水熱合成前后海泡石樣品晶相變化的XRD衍射圖。水熱合成條件為消石灰添加量觀％、水添加量30%、30MPa下成型，200°C溫度下水熱合成12h。從圖中看出，經(jīng)過水熱處理后，同樣出現(xiàn)了新的晶相托勃莫來石。水熱合成后材料強度有很大的提高，主要也是由于托勃莫來石的生成，這與黃土樣品結(jié)果相同。圖3為水熱合成前后海泡石樣品的SEM圖片。a為未水熱樣品的形貌圖片，b為固化Ia1樣品的形貌圖片。從圖中對比可以看出，未水熱時可以清楚地看到，纖維狀的海泡石疊一起，松散地堆在一起，這也解釋了未水熱的樣品強度低。當水熱反應12 h，電鏡照片看到密密麻麻的針狀晶體交錯生長，形成相互交織的網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)。這些針狀托勃莫來石將顆粒間空隙填充得更加致密，大孔轉(zhuǎn)變成了微孔。眾多短棒狀的托勃莫來石晶體，如同強勁交叉的樹枝，形成了網(wǎng)狀的結(jié)構(gòu)，極大地改善了樣品的孔結(jié)構(gòu)。圖4為不同水熱固化時間合成的黃土材料的調(diào)濕性能。水熱合成條件為消石灰添加量觀％、水添加量30%、30MPa下成型，200°C溫度下水熱合成0、6、12、M小時。從圖上看出，水熱固化得到的黃土樣品都具有大的吸濕量和吸濕速度，綜合考慮吸放濕量和吸放濕速度，認為12小時具有最佳的調(diào)濕性能，表明黃土自身及制備的材料具有比較優(yōu)異的調(diào)濕性能。圖5為水熱處理后黃土樣品的孔徑分布?？梢钥闯觯琌h樣品內(nèi)的孔主要分布在兩個區(qū)域( 3nm和>8nm)，表明黃土自身即存在大量的微細孔；6h樣品內(nèi) 3nm和>8歷范圍的孔增多，導致樣品的比表面積和孔容積增大；1 樣品內(nèi)出現(xiàn)大量<30nm，尤其是孔徑范圍在2 30nm間的介孔，導致1 樣品的比表面積和孔容積均有大幅度增加；24h樣品內(nèi)200nm 內(nèi)孔分布與Oh相似，較12h的微細孔數(shù)量減少，因此，樣品的比表面積和孔容積下降。
圖6為水熱合成的1小時黃土與海泡石最終樣品與其他材料調(diào)濕性能比較。從圖上看出，水熱合成1小時的黃土和海泡石材料都據(jù)由于其他傳統(tǒng)材料的吸放濕性能，其中刨木板是表面上漆的木質(zhì)材料。圖7為水熱固化的12小時黃土與海泡石最終樣品與其他材料調(diào)濕性能比較。從圖上看出，水熱固化12小時的黃土和海泡石材料都具有好的對水蒸氣的吸放性能。相反， 普通的建筑紅磚、混凝土和表面上漆的木質(zhì)地板材料僅具有差的吸放性能。圖8為水熱固化的M小時黃土最終樣品與其他材料調(diào)濕性能比較。由圖上可以看出，水熱固化M小時的黃土材料仍具有優(yōu)良的調(diào)濕性能，而其他傳統(tǒng)的墻體材料調(diào)濕能力差。圖9為水熱處理后海泡石樣品的孔徑分布變化。從圖中可以看出，固化他時樣品中主要有20nm及IOOnm兩部分孔分布。而固化1 后，樣品中的孔主要集中在50nm 的介孔區(qū)域，這與生成的托勃莫來石晶體有關。圖10為水熱固化海泡石樣品與其他材料調(diào)濕循環(huán)性能比較。圖中考察了 3種材料的循環(huán)吸放性，包括本研究合成1 強度最好的海泡石、水泥試塊及刨木板。從圖上可以看出，水泥塊和木質(zhì)地板在經(jīng)過多個吸放循環(huán)后，其吸附的水分都不能完全脫附，因此其循環(huán)曲線逐漸升高，因此這種材料在實際應用中不能夠多次使用。而水熱固化得到的海泡石材料具有最好的吸放性能及循環(huán)利用性，后面2個吸放循環(huán)基本能夠?qū)⑽降乃侄济摳?，是極佳的調(diào)濕材料。通過對水熱固化后土質(zhì)樣品的吸放濕性能和循環(huán)利用性的考察發(fā)現(xiàn)，本研究制備的調(diào)濕材料不僅具有實際應用的強度，而且擁有優(yōu)良的調(diào)濕性能，是極具價值的調(diào)濕材料，基本達到了本研究的目的。圖11為水熱合成海泡石最終樣品與其他材料調(diào)濕模擬性能比較，用于模擬室內(nèi)相對濕度變化時(按余弦曲線變化)，使用調(diào)試材料前后室內(nèi)相對濕度變化規(guī)律。圖中的溫度曲線是根據(jù)表1的溫度變化測定的。從圖中可以看出，未添加任何材料時，密閉容器中的濕度隨著溫度的周期變化而發(fā)生類似于余弦函數(shù)的變化趨勢，濕度變化比較大。當加入不同材料后，由于材料的調(diào)濕作用，密閉箱內(nèi)的濕度變化幅度減小。從加入的3種材料對比可以看到，水熱固化得到的海泡石樣品的調(diào)濕性能最佳，能夠使密閉箱內(nèi)的濕度變化幅度降到最低，因此能夠使空間內(nèi)濕度趨于穩(wěn)定，是一種極佳的調(diào)濕材料。表1實驗溫度變化周期
權利要求
1.一種利用黃土或海泡石制備調(diào)濕材料的方法，其特征在于具體步驟如下首先，在黃土或海泡石原料中分別添加含CaO的輔助原料混合，然后，在上述混合料中加入占混合料總重量59Γ45%的水，攪拌均勻后，在5 40MPa的壓力下壓制成型；最后，將壓制好的試樣放入水熱反應釜內(nèi)，在溫度為15(T200°C、壓強為0. Γ1. 55MPa的飽和蒸汽壓下水熱處理廣7 后，得到最終樣品。
2.根據(jù)權利要求1所述的利用黃土或海泡石制備調(diào)濕材料的方法，其特征在于當黃土中添加含CaO的輔助原料時，黃土占80wt°/T90wt%，消石灰占10wt°/T20wt%。
3.根據(jù)權利要求1所述的利用黃土或海泡石制備調(diào)濕材料的方法，其特征在于當海泡石中含CaO的輔助原料時，海泡石占50wt°/T80wt%Jf|石灰占20wt°/T50wt%。
4.根據(jù)權利要求1所述的利用黃土或海泡石制備調(diào)濕材料的方法，其特征在于所述輔助原料為消石灰。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用黃土或海泡石制備調(diào)濕材料的方法。本發(fā)明的調(diào)濕材料包括黃土調(diào)濕材料和海泡石調(diào)濕材料。其中黃土調(diào)濕材料中黃土占80%~90%，消石灰占10%~20%；海泡石調(diào)濕材料中海泡石占50%~80%，消石灰占20%~50%。本發(fā)明的制備方法包括以下步驟原材料配合、成型和水熱合成處理。本發(fā)明利用水熱技術合成黃土及海泡石制備的調(diào)濕材料具有優(yōu)異的孔徑分布和良好對室內(nèi)濕度的調(diào)節(jié)功能。此材料可用于建筑物墻體或地面材料，能夠?qū)τ行У恼{(diào)節(jié)室內(nèi)的濕度，減少空調(diào)的使用量，節(jié)約能源。
文檔編號C04B14/04GK102557507SQ20121004829
公開日2012年7月11日 申請日期2012年2月29日 優(yōu)先權日2012年2月29日
發(fā)明者景鎮(zhèn)子, 濮溧, 王鎮(zhèn)龍, 范俊杰 申請人:同濟大學