一種生物質(zhì)基復合調(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、無機鹽和季銨鹽插層改性后，用反相懸浮聚合法與丙烯酸復合改性后即得生物質(zhì)基復合調(diào)濕材料。本發(fā)明通過無機鹽和季銨鹽對核桃殼改性，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鹽的化學吸附，兩者相互促進提高了吸濕量，再將丙烯酸引入生物質(zhì)材料的層間或孔內(nèi)，進一步增大其層間距和孔徑，兩者復配，克服了各自缺陷，使得復合材料濕容量和調(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，從而到達調(diào)濕效果，調(diào)濕過程伴隨有熱量傳遞，對溫度也能進行一定程度地調(diào)節(jié)。
[0003]調(diào)濕材料的具體作用機理因祌類差別而不同。材料對水分子的吸附主要分為物理吸附和化學吸附兩種。物理吸附主要取決于極性的相似性，發(fā)生在固體的整個自由表面?；瘜W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。有機類調(diào)濕材料調(diào)濕作用主要是有機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。理論上來說，分子內(nèi)只要含有親水性基團(如胺基、羧基、羥基等)的有機類材料，都具有吸濕能力，都可能成為調(diào)濕材料，親水性基團越多吸濕能力越強。無機礦物材料，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，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)材料是指由動物、植物及微生物等生命體衍生得到的材料，主要由有機高分子物質(zhì)組成，在化學成分上生物質(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:針對目前單一的無機礦物調(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、無機鹽和季銨鹽插層改性后，用反相懸浮聚合法與丙烯酸復合改性后即得生物質(zhì)基復合調(diào)濕材料。本發(fā)明通過無機鹽和季銨鹽對核桃殼改性，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鹽的化學吸附，兩者相互促進提高了吸濕量，再將丙烯酸引入生物質(zhì)材料的層間或孔內(nèi)，進一步增大其層間距和孔徑，兩者復配，克服了各自缺陷，使得復合材料濕容量和調(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，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目標準篩，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%氫氧化鈉溶液對丙烯酸進行中和，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的三口燒瓶中，加入0.2?0.4gN，N’-亞甲基雙丙烯酰胺，啟動攪拌器進行攪拌，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氣直至排出瓶內(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)速保溫攪拌反應(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)基復合調(diào)濕材料在相對濕度為75%的環(huán)境下最大平衡含濕量達到98.0%以上，在相對濕度為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，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目標準篩，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?？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;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%氫氧化鈉溶液對丙烯酸進行中和，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的三口燒瓶中，加入0.2?0.4gN，N’ -亞甲基雙丙烯酰胺，啟動攪拌器進行攪拌，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氣直至排出瓶內(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)速保溫攪拌反應(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)基復合調(diào)濕材料。
[0010]實例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，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目標準篩，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%氫氧化鈉溶液對丙烯酸進行中和，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的三口燒瓶中，加入0.2gN，N’ -亞甲基雙丙烯酰胺，啟動攪拌器進行攪拌，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氣直至排出瓶內(nèi)所有空氣；將上述燒瓶移入55°C水浴鍋中，以300r/min轉(zhuǎn)速保溫攪拌反應(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)基復合調(diào)濕材料在相對濕度為75%的環(huán)境下最大平衡含濕量達到98.5%，在相對濕度為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，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目標準篩，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%氫氧化鈉溶液對丙烯酸進行中和，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的三口燒瓶中，加入0.3gN，N’ -亞甲基雙丙烯酰胺，啟動攪拌器進行攪拌，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氣直至排出瓶內(nèi)所有空氣；將上述燒瓶移入60°C水浴鍋中，以400r/min轉(zhuǎn)速保溫攪拌反應(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)基復合調(diào)濕材料在相對濕度為75%的環(huán)境下最大平衡含濕量達到99.0%，在相對濕度為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，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目標準篩，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%氫氧化鈉溶液對丙烯酸進行中和，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的三口燒瓶中，加入0.4gN，N’ -亞甲基雙丙烯酰胺，啟動攪拌器進行攪拌，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氣直至排出瓶內(nèi)所有空氣；將上述燒瓶移入65°C水浴鍋中，以500r/min轉(zhuǎn)速保溫攪拌反應(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)基復合調(diào)濕材料在相對濕度為75%的環(huán)境下最大平衡含濕量達到99.0%，在相對濕度為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】
1.一種生物質(zhì)基復合調(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，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目標準篩，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%氫氧化鈉溶液對丙烯酸進行中和，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的三口燒瓶中，加入0.2?0.4gN，N’ -亞甲基雙丙烯酰胺，啟動攪拌器進行攪拌，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氣直至排出瓶內(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)速保溫攪拌反應(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)基復合調(diào)濕材料。
【文檔編號】C08F2/32GK105924595SQ201610484625
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年6月28日
【發(fā)明人】陳建峰, 林茂平
【申請人】陳建峰