一種生物質(zhì)基復(fù)合調(diào)濕材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種生物質(zhì)基復(fù)合調(diào)濕材料的制備方法，屬于調(diào)濕材料領(lǐng)域。該方法以核桃殼為原料，經(jīng)磷酸活化、無機(jī)鹽和季銨鹽插層改性后，用反相懸浮聚合法與丙烯酸復(fù)合改性后即得生物質(zhì)基復(fù)合調(diào)濕材料。本發(fā)明通過無機(jī)鹽和季銨鹽對(duì)核桃殼改性，提高了核桃殼的孔容，使其既具有生物質(zhì)多孔材料的物理吸附又具有無機(jī)鹽的化學(xué)吸附，兩者相互促進(jìn)提高了吸濕量，再將丙烯酸引入生物質(zhì)材料的層間或孔內(nèi)，進(jìn)一步增大其層間距和孔徑，兩者復(fù)配，克服了各自缺陷，使得復(fù)合材料濕容量和調(diào)試速度明顯提高，具有極佳的調(diào)濕性能。
【專利說明】
一種生物質(zhì)基復(fù)合調(diào)濕材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種生物質(zhì)基復(fù)合調(diào)濕材料的制備方法，屬于調(diào)濕材料領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，濕度調(diào)節(jié)的主要方式是依靠空調(diào)技術(shù)，但空調(diào)系統(tǒng)耗能大、污染環(huán)境，且易引發(fā)“建筑綜合癥”，不符合建筑節(jié)能和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。利用調(diào)濕材料的吸放濕特性來合理調(diào)控室內(nèi)濕度，耗能低無污染，是一種生態(tài)性控制調(diào)節(jié)方法。調(diào)濕材料具有豐富的多孔結(jié)構(gòu)，可以吸附大量水蒸氣分子，在一定條件下水蒸氣分子也可以脫附離開材料，從而到達(dá)調(diào)濕效果，調(diào)濕過程伴隨有熱量傳遞，對(duì)溫度也能進(jìn)行一定程度地調(diào)節(jié)。
[0003]調(diào)濕材料的具體作用機(jī)理因祌類差別而不同。材料對(duì)水分子的吸附主要分為物理吸附和化學(xué)吸附兩種。物理吸附主要取決于極性的相似性，發(fā)生在固體的整個(gè)自由表面?；瘜W(xué)吸附一般為單分子層吸附，吸附穩(wěn)定，不易脫附，調(diào)濕材料經(jīng)化學(xué)吸濕過程而吸附的水分子容易滯留在結(jié)構(gòu)內(nèi)部。有機(jī)類調(diào)濕材料調(diào)濕作用主要是有機(jī)分子表面與水分子間范德華力的相互作用，如偶極-偶極作用、氫鍵作用等。水分子是極性分子，有機(jī)材料分子的極性越大，其與水分子的作用力就越大，吸濕能力越強(qiáng)。理論上來說，分子內(nèi)只要含有親水性基團(tuán)(如胺基、羧基、羥基等)的有機(jī)類材料，都具有吸濕能力，都可能成為調(diào)濕材料，親水性基團(tuán)越多吸濕能力越強(qiáng)。無機(jī)礦物材料，如蒙脫土、硅藻土、海泡石等，該材料具有分布廣、成本低、加工簡單等優(yōu)點(diǎn)，然而濕容量低、孔道結(jié)構(gòu)以及大小的不可控性等問題嚴(yán)重限制了其應(yīng)用。
[0004]生物質(zhì)材料替代石油、煤炭和礦產(chǎn)等不可再生資源，已成為世界基礎(chǔ)原料領(lǐng)域的重大課題。所謂生物質(zhì)材料是指由動(dòng)物、植物及微生物等生命體衍生得到的材料，主要由有機(jī)高分子物質(zhì)組成，在化學(xué)成分上生物質(zhì)材料主要由碳、氫和氧三種元素組成。以廢棄而廉價(jià)的可再生生物質(zhì)資源作為多孔活性炭制備原料的研究工作早已引起許多學(xué)者的廣泛關(guān)注。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題:針對(duì)目前單一的無機(jī)礦物調(diào)濕材料吸濕容量低，且孔道結(jié)構(gòu)以及大小不可控，而有機(jī)高分子吸濕材料的放濕性能很差，被吸附的水很難脫附的缺陷，提供了一種生物質(zhì)基復(fù)合調(diào)濕材料的制備方法，該方法以核桃殼為原料，經(jīng)磷酸活化、無機(jī)鹽和季銨鹽插層改性后，用反相懸浮聚合法與丙烯酸復(fù)合改性后即得生物質(zhì)基復(fù)合調(diào)濕材料。本發(fā)明通過無機(jī)鹽和季銨鹽對(duì)核桃殼改性，提高了核桃殼的孔容，使其既具有生物質(zhì)多孔材料的物理吸附又具有無機(jī)鹽的化學(xué)吸附，兩者相互促進(jìn)提高了吸濕量，再將丙烯酸引入生物質(zhì)材料的層間或孔內(nèi)，進(jìn)一步增大其層間距和孔徑，兩者復(fù)配，克服了各自缺陷，使得復(fù)合材料濕容量和調(diào)試速度明顯提高，具有極佳的調(diào)濕性能。
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
(I)稱取400?500g核桃殼用去離子水沖洗3?5次，放入烘箱烘干后移入球磨機(jī)，按球料比為30:1向球磨罐中加入氧化鋯球磨珠，球磨I?2h后過30目標(biāo)準(zhǔn)篩，得到研磨后的核桃殼顆粒；
(2)將上述得到的核桃殼顆粒按固液比為1:3加入到濃度為0.3mol/L磷酸溶液中，放置在搖床上振蕩浸漬過夜，過濾分離得到濾渣，將濾渣放入真空干燥箱，調(diào)節(jié)真空度至0.01?
0.03MPa，加熱升溫至90?95 °C保溫活化2?4h，得到活化核桃殼顆粒；
(3)按固液比為1:5將上述活化核桃殼顆粒加入裝有質(zhì)量濃度為30%氯化鈣溶液的燒杯中，將燒杯移入50?60°C水浴鍋中，再加入核桃殼顆?？傎|(zhì)量3?5%的十六烷基三甲基溴化銨，用攪拌器以300?400r/min轉(zhuǎn)速攪拌I?2h后再轉(zhuǎn)入4?6°C冰水浴中，靜置過夜后將混合物倒入布氏漏斗，用去離子水抽濾洗滌3?5次后干燥，得改性核桃殼顆粒；
(4)稱取35?40g丙烯酸溶于100?120mL環(huán)己烷中，將其移入35?45°C水浴鍋中，用攪拌棒邊攪拌邊滴加質(zhì)量濃度為25%氫氧化鈉溶液對(duì)丙烯酸進(jìn)行中和，中和度為65?70%，再加入50?60g上述制得的改性核桃殼顆粒和3?5g十八醇磷酯，轉(zhuǎn)入超聲分散機(jī)中以300?400W功率分散40?60min，得分散液；
(5)將上述分散液移入帶有攪拌器和溫度計(jì)的三口燒瓶中，加入0.2?0.4gN，N’-亞甲基雙丙烯酰胺，啟動(dòng)攪拌器進(jìn)行攪拌，在攪拌的狀態(tài)下再加入0.8?1.2g過硫酸鉀并向三口燒瓶中通入氮?dú)庵敝僚懦銎績?nèi)所有空氣；
(6)將上述燒瓶移入55?65°C水浴鍋中，以300?500r/min轉(zhuǎn)速保溫?cái)嚢璺磻?yīng)60?SOmin后停止攪拌，過濾得到濾渣，將濾渣移入烘箱，在75?85°C下干燥I?2h后即得生物質(zhì)基復(fù)合調(diào)濕材料。
[0007]本發(fā)明的應(yīng)用方法:將本發(fā)明制得的生物質(zhì)基復(fù)合調(diào)濕材料應(yīng)用于建筑內(nèi)墻粉刷涂料中，其中摻入量為涂料總質(zhì)量的8?10%，經(jīng)檢測，本發(fā)明制得的生物質(zhì)基復(fù)合調(diào)濕材料在相對(duì)濕度為75%的環(huán)境下最大平衡含濕量達(dá)到98.0%以上，在相對(duì)濕度為33%的環(huán)境下的飽和放濕率為29.0?30.5%，調(diào)濕速度是單一組份調(diào)濕材料的15?20倍，具有極佳的調(diào)濕效果O
[0008]本發(fā)明的有益效果是:
(1)本發(fā)明制得的生物質(zhì)基復(fù)合調(diào)濕材料原料來源廣泛，成本低廉，制備工藝簡單易行；
(2)本發(fā)明制得的生物質(zhì)基復(fù)合調(diào)濕材料原料為核桃殼，無毒無害，穩(wěn)定性好，具備循環(huán)利用的潛力，是一種環(huán)境友好型調(diào)濕材料；
(3)本發(fā)明制得的生物質(zhì)基復(fù)合調(diào)濕材料調(diào)濕速度調(diào)濕速度是單一組份調(diào)濕材料的15?20倍，具有極佳的調(diào)濕效果。
【具體實(shí)施方式】
[0009]稱取400?500g核桃殼用去離子水沖洗3?5次，放入烘箱烘干后移入球磨機(jī)，按球料比為30:1向球磨罐中加入氧化鋯球磨珠，球磨I?2h后過30目標(biāo)準(zhǔn)篩，得到研磨后的核桃殼顆粒;將上述得到的核桃殼顆粒按固液比為1:3加入到濃度為0.3mol/L磷酸溶液中，放置在搖床上振蕩浸漬過夜，過濾分離得到濾渣，將濾渣放入真空干燥箱，調(diào)節(jié)真空度至0.01?
0.03MPa，加熱升溫至90?95°C保溫活化2?4h，得到活化核桃殼顆粒;按固液比為1:5將上述活化核桃殼顆粒加入裝有質(zhì)量濃度為30%氯化鈣溶液的燒杯中，將燒杯移入50?60°C水浴鍋中，再加入核桃殼顆粒總質(zhì)量3?5%的十六烷基三甲基溴化銨，用攪拌器以300?400r/min轉(zhuǎn)速攪拌I?2h后再轉(zhuǎn)入4?6°C冰水浴中，靜置過夜后將混合物倒入布氏漏斗，用去離子水抽濾洗滌3?5次后干燥，得改性核桃殼顆粒;稱取35?40g丙烯酸溶于100?120mL環(huán)己烷中，將其移入35?45°C水浴鍋中，用攪拌棒邊攪拌邊滴加質(zhì)量濃度為25%氫氧化鈉溶液對(duì)丙烯酸進(jìn)行中和，中和度為65?70%，再加入50?60g上述制得的改性核桃殼顆粒和3?5g十八醇磷酯，轉(zhuǎn)入超聲分散機(jī)中以300?400W功率分散40?60min，得分散液;將上述分散液移入帶有攪拌器和溫度計(jì)的三口燒瓶中，加入0.2?0.4gN，N’ -亞甲基雙丙烯酰胺，啟動(dòng)攪拌器進(jìn)行攪拌，在攪拌的狀態(tài)下再加入0.8?1.2g過硫酸鉀并向三口燒瓶中通入氮?dú)庵敝僚懦銎績?nèi)所有空氣;將上述燒瓶移入55?65°C水浴鍋中，以300?500r/min轉(zhuǎn)速保溫?cái)嚢璺磻?yīng)60?80min后停止攪拌，過濾得到濾渣，將濾渣移入烘箱，在75?85°C下干燥I?2h后即得生物質(zhì)基復(fù)合調(diào)濕材料。
[0010]實(shí)例I
稱取400g核桃殼用去離子水沖洗3次，放入烘箱烘干后移入球磨機(jī)，按球料比為30:1向球磨罐中加入氧化鋯球磨珠，球磨Ih后過30目標(biāo)準(zhǔn)篩，得到研磨后的核桃殼顆粒;將上述得到的核桃殼顆粒按固液比為1: 3加入到濃度為0.3mo I/L磷酸溶液中，放置在搖床上振蕩浸漬過夜，過濾分離得到濾渣，將濾渣放入真空干燥箱，調(diào)節(jié)真空度至0.0lMPa，加熱升溫至90°(:保溫活化2h，得到活化核桃殼顆粒;按固液比為1:5將上述活化核桃殼顆粒加入裝有質(zhì)量濃度為30%氯化鈣溶液的燒杯中，將燒杯移入50°C水浴鍋中，再加入核桃殼顆?？傎|(zhì)量3%的十六烷基三甲基溴化銨，用攪拌器以300r/min轉(zhuǎn)速攪拌Ih后再轉(zhuǎn)入4°C冰水浴中，靜置過夜后將混合物倒入布氏漏斗，用去離子水抽濾洗滌3次后干燥，得改性核桃殼顆粒;稱取35g丙烯酸溶于10mL環(huán)己烷中，將其移入35°C水浴鍋中，用攪拌棒邊攪拌邊滴加質(zhì)量濃度為25%氫氧化鈉溶液對(duì)丙烯酸進(jìn)行中和，中和度為65%，再加入50g上述制得的改性核桃殼顆粒和3g十八醇磷酯，轉(zhuǎn)入超聲分散機(jī)中以300W功率分散40min，得分散液;將上述分散液移入帶有攪拌器和溫度計(jì)的三口燒瓶中，加入0.2gN，N’ -亞甲基雙丙烯酰胺，啟動(dòng)攪拌器進(jìn)行攪拌，在攪拌的狀態(tài)下再加入0.Sg過硫酸鉀并向三口燒瓶中通入氮?dú)庵敝僚懦銎績?nèi)所有空氣；將上述燒瓶移入55°C水浴鍋中，以300r/min轉(zhuǎn)速保溫?cái)嚢璺磻?yīng)60min后停止攪拌，過濾得到濾渣，將濾渣移入烘箱，在75°C下干燥Ih后即得生物質(zhì)基復(fù)合調(diào)濕材料。
[0011]本發(fā)明的應(yīng)用方法:將本發(fā)明制得的生物質(zhì)基復(fù)合調(diào)濕材料應(yīng)用于建筑內(nèi)墻粉刷涂料中，其中摻入量為涂料總質(zhì)量的8%，經(jīng)檢測，本發(fā)明制得的生物質(zhì)基復(fù)合調(diào)濕材料在相對(duì)濕度為75%的環(huán)境下最大平衡含濕量達(dá)到98.5%，在相對(duì)濕度為33%的環(huán)境下的飽和放濕率為29.0%，調(diào)濕速度是單一組份調(diào)濕材料的15倍，具有極佳的調(diào)濕效果。
[0012]實(shí)例2
稱取450g核桃殼用去離子水沖洗4次，放入烘箱烘干后移入球磨機(jī)，按球料比為30:1向球磨罐中加入氧化鋯球磨珠，球磨Ih后過30目標(biāo)準(zhǔn)篩，得到研磨后的核桃殼顆粒;將上述得到的核桃殼顆粒按固液比為1: 3加入到濃度為0.3mo I/L磷酸溶液中，放置在搖床上振蕩浸漬過夜，過濾分離得到濾渣，將濾渣放入真空干燥箱，調(diào)節(jié)真空度至0.02MPa，加熱升溫至93°(:保溫活化3h，得到活化核桃殼顆粒;按固液比為1:5將上述活化核桃殼顆粒加入裝有質(zhì)量濃度為30%氯化鈣溶液的燒杯中，將燒杯移入55°C水浴鍋中，再加入核桃殼顆?？傎|(zhì)量4%的十六烷基三甲基溴化銨，用攪拌器以350r/min轉(zhuǎn)速攪拌Ih后再轉(zhuǎn)入5°C冰水浴中，靜置過夜后將混合物倒入布氏漏斗，用去離子水抽濾洗滌4次后干燥，得改性核桃殼顆粒;稱取38g丙烯酸溶于IlOmL環(huán)己烷中，將其移入40°C水浴鍋中，用攪拌棒邊攪拌邊滴加質(zhì)量濃度為25%氫氧化鈉溶液對(duì)丙烯酸進(jìn)行中和，中和度為68%，再加入55g上述制得的改性核桃殼顆粒和4g十八醇磷酯，轉(zhuǎn)入超聲分散機(jī)中以350W功率分散45min，得分散液;將上述分散液移入帶有攪拌器和溫度計(jì)的三口燒瓶中，加入0.3gN，N’ -亞甲基雙丙烯酰胺，啟動(dòng)攪拌器進(jìn)行攪拌，在攪拌的狀態(tài)下再加入1.0g過硫酸鉀并向三口燒瓶中通入氮?dú)庵敝僚懦銎績?nèi)所有空氣；將上述燒瓶移入60°C水浴鍋中，以400r/min轉(zhuǎn)速保溫?cái)嚢璺磻?yīng)70min后停止攪拌，過濾得到濾渣，將濾渣移入烘箱，在80°C下干燥Ih后即得生物質(zhì)基復(fù)合調(diào)濕材料。
[0013]本發(fā)明的應(yīng)用方法:將本發(fā)明制得的生物質(zhì)基復(fù)合調(diào)濕材料應(yīng)用于建筑內(nèi)墻粉刷涂料中，其中摻入量為涂料總質(zhì)量的9%，經(jīng)檢測，本發(fā)明制得的生物質(zhì)基復(fù)合調(diào)濕材料在相對(duì)濕度為75%的環(huán)境下最大平衡含濕量達(dá)到99.0%，在相對(duì)濕度為33%的環(huán)境下的飽和放濕率為30.2%，調(diào)濕速度是單一組份調(diào)濕材料的18倍，具有極佳的調(diào)濕效果。
[0014]實(shí)例3
稱取500g核桃殼用去離子水沖洗5次，放入烘箱烘干后移入球磨機(jī)，按球料比為30:1向球磨罐中加入氧化鋯球磨珠，球磨2h后過30目標(biāo)準(zhǔn)篩，得到研磨后的核桃殼顆粒;將上述得到的核桃殼顆粒按固液比為1: 3加入到濃度為0.3mo I/L磷酸溶液中，放置在搖床上振蕩浸漬過夜，過濾分離得到濾渣，將濾渣放入真空干燥箱，調(diào)節(jié)真空度至0.03MPa，加熱升溫至95°(:保溫活化4h，得到活化核桃殼顆粒;按固液比為1:5將上述活化核桃殼顆粒加入裝有質(zhì)量濃度為30%氯化鈣溶液的燒杯中，將燒杯移入60°C水浴鍋中，再加入核桃殼顆粒總質(zhì)量5%的十六烷基三甲基溴化銨，用攪拌器以400r/min轉(zhuǎn)速攪拌2h后再轉(zhuǎn)入6°C冰水浴中，靜置過夜后將混合物倒入布氏漏斗，用去離子水抽濾洗滌5次后干燥，得改性核桃殼顆粒;稱取40g丙烯酸溶于120mL環(huán)己烷中，將其移入45°C水浴鍋中，用攪拌棒邊攪拌邊滴加質(zhì)量濃度為25%氫氧化鈉溶液對(duì)丙烯酸進(jìn)行中和，中和度為70%，再加入60g上述制得的改性核桃殼顆粒和5g十八醇磷酯，轉(zhuǎn)入超聲分散機(jī)中以400W功率分散60min，得分散液;將上述分散液移入帶有攪拌器和溫度計(jì)的三口燒瓶中，加入0.4gN，N’ -亞甲基雙丙烯酰胺，啟動(dòng)攪拌器進(jìn)行攪拌，在攪拌的狀態(tài)下再加入1.2g過硫酸鉀并向三口燒瓶中通入氮?dú)庵敝僚懦銎績?nèi)所有空氣；將上述燒瓶移入65°C水浴鍋中，以500r/min轉(zhuǎn)速保溫?cái)嚢璺磻?yīng)80min后停止攪拌，過濾得到濾渣，將濾渣移入烘箱，在85°C下干燥2h后即得生物質(zhì)基復(fù)合調(diào)濕材料。
[0015]本發(fā)明的應(yīng)用方法:將本發(fā)明制得的生物質(zhì)基復(fù)合調(diào)濕材料應(yīng)用于建筑內(nèi)墻粉刷涂料中，其中摻入量為涂料總質(zhì)量的10%，經(jīng)檢測，本發(fā)明制得的生物質(zhì)基復(fù)合調(diào)濕材料在相對(duì)濕度為75%的環(huán)境下最大平衡含濕量達(dá)到99.0%，在相對(duì)濕度為33%的環(huán)境下的飽和放濕率為30.5%，調(diào)濕速度是單一組份調(diào)濕材料的20倍，具有極佳的調(diào)濕效果。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種生物質(zhì)基復(fù)合調(diào)濕材料的制備方法，其特征在于具體制備步驟為: (1)稱取400?500g核桃殼用去離子水沖洗3?5次，放入烘箱烘干后移入球磨機(jī)，按球料比為30:1向球磨罐中加入氧化鋯球磨珠，球磨I?2h后過30目標(biāo)準(zhǔn)篩，得到研磨后的核桃殼顆粒； (2)將上述得到的核桃殼顆粒按固液比為1:3加入到濃度為0.3mol/L磷酸溶液中，放置在搖床上振蕩浸漬過夜，過濾分離得到濾渣，將濾渣放入真空干燥箱，調(diào)節(jié)真空度至0.01?.03MPa，加熱升溫至90?95 °C保溫活化2?4h，得到活化核桃殼顆粒； (3)按固液比為1:5將上述活化核桃殼顆粒加入裝有質(zhì)量濃度為30%氯化鈣溶液的燒杯中，將燒杯移入50?60°C水浴鍋中，再加入核桃殼顆?？傎|(zhì)量3?5%的十六烷基三甲基溴化銨，用攪拌器以300?400r/min轉(zhuǎn)速攪拌I?2h后再轉(zhuǎn)入4?6°C冰水浴中，靜置過夜后將混合物倒入布氏漏斗，用去離子水抽濾洗滌3?5次后干燥，得改性核桃殼顆粒； (4)稱取35?40g丙烯酸溶于100?120mL環(huán)己烷中，將其移入35?45°C水浴鍋中，用攪拌棒邊攪拌邊滴加質(zhì)量濃度為25%氫氧化鈉溶液對(duì)丙烯酸進(jìn)行中和，中和度為65?70%，再加入50?60g上述制得的改性核桃殼顆粒和3?5g十八醇磷酯，轉(zhuǎn)入超聲分散機(jī)中以300?.400W功率分散40?60min，得分散液； (5)將上述分散液移入帶有攪拌器和溫度計(jì)的三口燒瓶中，加入0.2?0.4gN，N’ -亞甲基雙丙烯酰胺，啟動(dòng)攪拌器進(jìn)行攪拌，在攪拌的狀態(tài)下再加入0.8?1.2g過硫酸鉀并向三口燒瓶中通入氮?dú)庵敝僚懦銎績?nèi)所有空氣； (6)將上述燒瓶移入55?65°C水浴鍋中，以300?500r/min轉(zhuǎn)速保溫?cái)嚢璺磻?yīng)60?SOmin后停止攪拌，過濾得到濾渣，將濾渣移入烘箱，在75?85°C下干燥I?2h后即得生物質(zhì)基復(fù)合調(diào)濕材料。
【文檔編號(hào)】C08F2/32GK105924595SQ201610484625
【公開日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年6月28日
【發(fā)明人】陳建峰, 林茂平
【申請(qǐng)人】陳建峰