專利名稱：自調(diào)濕功能礦物復(fù)合材料的制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種自調(diào)濕功能礦物復(fù)合材料的制備工藝。
背景技術(shù)：
濕度對環(huán)境的影響舉足輕重，適宜的相對濕度有利于人們的身心健康、貴重物品的保護和保存、工作學(xué)習(xí)效率和產(chǎn)品質(zhì)量的提高，相對濕度對人類生產(chǎn)生活至關(guān)重要。人類生存適宜的環(huán)境濕度為40% 70%，相對濕度過高或過低，會對很多物品產(chǎn)生危害，也不利于人體健康。人們?yōu)榱藸I造和改善適宜的環(huán)境濕度，大量使用了空調(diào)器、加濕器、干燥器以及通排風(fēng)等空氣調(diào)節(jié)裝置，不但消耗大量的能源，使能源資源變得日趨緊張，同時還會污染環(huán)境，破壞生態(tài)熱平衡以及由此引發(fā)“空調(diào)綜合癥”。因此，利用天然資源，研究開發(fā)能夠在常溫下根據(jù)濕度的不同，自行對水蒸汽產(chǎn)生吸附、脫附并且具有抗菌功能的自律性調(diào)濕材料對于節(jié)約和有效利用能源、改善生態(tài)環(huán)境意義重大。目前研究開發(fā)的調(diào)濕材料其作用機理因種類差別而不同，但都具備吸附和排放環(huán)境空氣中水蒸汽的功能，即當室內(nèi)濕度升高時，吸收空氣中的水蒸汽使室內(nèi)濕度下降；室內(nèi)濕度降低時釋放出所吸附的水分使室內(nèi)濕度升高，從而達到隨環(huán)境濕度的變化自動調(diào)節(jié)、 控制空氣中水分的目的。天然無機礦物調(diào)濕材料由于取材容易、經(jīng)濟、環(huán)保等特點，是最有應(yīng)用前景的調(diào)濕材料之一。但是由于各種材料本身化學(xué)、物理結(jié)構(gòu)的局限，很難滿足實際應(yīng)用的要求，需要通過改性手段來提高調(diào)濕材料的綜合性能。在國外，日本是最早開展調(diào)濕材料研究的國家之一。由于自然環(huán)境和地理條件等原因，日本的建筑大多為木質(zhì)結(jié)構(gòu)，濕度的過高和過低都會造成木材的開裂變形或腐蝕。 1972年日本學(xué)者牧田昭信、町長治等首次以30%的天然沸石與水泥及纖維材料混合制成天然吸放濕板材后，在許多學(xué)校、科研機構(gòu)以及企業(yè)廣泛地開展了對調(diào)濕材料的研究和應(yīng)用，陸續(xù)在住宅、博物館、資料館、紀念館、寺廟、圖書館、美術(shù)館以及書庫等建筑中就使用了調(diào)濕材料。他們把調(diào)濕材料做成添加劑添加到石膏、礦渣等材料中作為基材，在表面粘貼經(jīng)過特殊處理的透水天然木皮制成的調(diào)濕內(nèi)裝飾板材用于建筑物內(nèi)，非常有效地起到了調(diào)節(jié)室內(nèi)濕度的作用。2002年日本INAX公司展示了一種- 二力，^卜的無機調(diào)濕內(nèi)裝飾材料，調(diào)濕量是硅藻土或木材的4倍。在不使用機械調(diào)濕設(shè)備的情況下，可以使室內(nèi)濕度保持在 40% -70%的范圍內(nèi)。冬季不干燥、窗上不結(jié)露，夏季不發(fā)霉，同時具有脫除有害化學(xué)物質(zhì)、 脫臭功能，去除異味使室內(nèi)空氣異常清新，有效地避免了“不良建筑綜合癥”。日本鈴木公司研制成一種具有調(diào)濕功能的建筑瓷磚，其主要原料是含80%以上SiO2，質(zhì)地堅硬的硅藻變質(zhì)泥巖，以及粘土和石膏按7 2 1混合，在800°C溫度下燒制而成。實驗表明，這種瓷磚在濕度60%時的吸放濕量達到0. 045g/g。1998年，西班牙的Catutla等人研究了經(jīng)改性處理的海泡石的調(diào)濕性能，不同方法處理的改性海泡石經(jīng)測定，在相對濕度80%溫度25°C 條件下最大平衡吸放濕量約達到0. 3g/g。2006年日本一家公司開發(fā)出一種多孔結(jié)構(gòu)硅藻土陶瓷，該產(chǎn)品除具有濕度調(diào)節(jié)功能外，還對有害物質(zhì)及異味有吸附凈化作用。
此外，在美國、德國、西班牙等國家對調(diào)濕性功能材料也有很多研究成果。他們從理論角度提出了微孔毛細凝聚理論和圓柱毛細孔模型。經(jīng)實驗論證，要使毛細管在40% 70% RH濕度范圍內(nèi)吸收水分，微孔的平均直徑應(yīng)在1. 16 2. 96nm ；放濕時平均直徑應(yīng)在 2. 32 5. 92nm。因此平均孔徑在3. 0 7. 4nm之間且分布均勻的材料調(diào)濕效果最佳。層狀納米微孔天然礦物材料作為調(diào)濕材料存在的問題是吸放濕量小、吸放濕過程不均衡以及達到濕度平衡時間長等。事實上，吸濕過程是由于材料主體結(jié)構(gòu)中微孔的毛細管收縮對濕氣產(chǎn)生吸附力完成的，只要材料具備適當均勻的微孔結(jié)構(gòu)就會有吸濕效果。脫濕過程則是外界濕度變低時，界面的分壓比作為動力學(xué)驅(qū)動力，使水分克服毛細孔表面的張力從微孔中析出。自發(fā)放濕要比吸濕過程困難得多。所以，要想得到性能優(yōu)良的調(diào)濕材料，必須要對吸放濕動力學(xué)機理、材料制備工藝進行深入的研究。海泡石(s印iolite)是一種斜方系層狀富鎂硅酸鹽多孔質(zhì)無機礦物材料，具有貫穿整個結(jié)構(gòu)的沸石水通道和管狀貫穿通道。理論比表面積可達900m2/g，而實際的比表面積一般只有230m2/g，但通過熱活化、酸活化后比表面積可達400m2/g以上。結(jié)構(gòu)上的特點使其具備了吸附大量的濕氣水分和極性有害化學(xué)物質(zhì)的能力，再加入適當?shù)臍⒕鷦┖?，制成具有自動調(diào)濕、吸附有害物質(zhì)以及抗菌防霉功能的建筑材料，可以有效改善居室環(huán)境。我國吸放濕材料的研究開發(fā)工作開展的較晚，除清華大學(xué)與深圳大學(xué)有關(guān)于以水泥與沸石為原料制備調(diào)濕材料的報道(1994年)外，一些高校和研究單位把研究的重點均放在具有吸放濕性能的原料(海泡石、高嶺土等)的提純、活化、復(fù)合改性和改性后吸濕性能的測試上，尚未見到具有吸放濕功能建筑材料的商品(如板材、壁紙或涂料等)面市和有關(guān)研究的報道。河北工業(yè)大學(xué)的王繼忠等采用物理和化學(xué)方法對天然海泡石以及廢鋼渣材料進行纖維剝離和活化處理，作了不少工作，直接開發(fā)具有森林環(huán)境功能的高效調(diào)濕建筑材料，對海泡石纖維受熱失水情況和熱活化后的海泡石在不同溫度下的吸水情況分別進行相關(guān)試驗，對海泡石的吸放濕性能獲得了大量的數(shù)據(jù)。我們對調(diào)濕材料在吸濕性能方面的研究已有很多論著，但對放濕機理研究的還不多，既有的調(diào)濕材料的調(diào)濕作用并不十分理想，性能有待于提高。因此，有必要對調(diào)濕性功能材料作深入、全面的研究。自調(diào)濕技術(shù)研究現(xiàn)狀及存在的主要問題在室內(nèi)環(huán)境條件下，當相對濕度降低時， 調(diào)濕材料能迅速釋放出大量水氣，阻止空氣相對濕度的下降；當相對濕度升高時，調(diào)濕材料同樣能感應(yīng)空氣濕度的變化，自動、迅速吸收空氣中的水氣，阻止相對濕度的上升，從而達到自動控制相對濕度的目的。國內(nèi)外研究開發(fā)的調(diào)濕材料大致可分為5種有機高分子、硅膠、無機鹽、無機礦物質(zhì)和復(fù)合材料類等。自調(diào)濕功能材料的國內(nèi)發(fā)展趨勢及需求目前，國際上吸放濕性材料研究的總體發(fā)展趨勢是，調(diào)濕功能板材、壁紙、涂料兼顧發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域已從文物、資料保護領(lǐng)域向住宅和辦公場所擴展。在功能上力求多樣化，并兼?zhèn)湔{(diào)濕、隔熱、隔音、防火、防霉菌、除臭及裝飾性；在組成上越來越簡化，盡量減少組成成份；在制造工藝上力求簡化，以利于高度機械化生產(chǎn)(日本已有40m/min的成材裝置)，其目的都是保留功能，降低成本。我國歷史悠久，有大量的文物和珍貴資料需要保護，已經(jīng)證明文物與資料的妥善保存與儲藏環(huán)境的濕度密切相關(guān)，自調(diào)濕功能材料的誕生可解決文物保護領(lǐng)域的霉變難題。此外，我國人口眾多，隨著人們生活水平的提高，其對生活質(zhì)量的追求也隨之改變，室內(nèi)環(huán)境的舒適度越來越成為關(guān)注的焦點，對吸放濕材料、抗菌防霉變材料、空氣凈化材料的需求也會逐年增加。這都說明具有空氣濕度調(diào)節(jié)功能、空氣凈化動能的建筑材料，已成為建筑市場必不可少的一部分。研究開發(fā)自調(diào)濕、空氣凈化功能的建筑裝飾材料，對于改善市內(nèi)居住環(huán)境、提高商品房屋的賣點、解決困擾人們裝修中的甲醛、苯等有害氣體的污染將會有積極的作用。經(jīng)調(diào)查和預(yù)測，該類材料將是未來建筑行業(yè)開發(fā)新的綠色環(huán)保功能材料的重要組成部分。吸放濕、空氣凈化功能材料的應(yīng)用有著廣闊的發(fā)展前景，本課題開發(fā)的高效自調(diào)濕、抗菌防霉、空氣凈化功能的建材添加劑；開發(fā)成功的高效自調(diào)濕、空氣凈化功能的天花板等建筑內(nèi)裝飾材料對帶動住房領(lǐng)域的革命起到了積極的推動作用。據(jù)測算，如果該材料加入到裝飾材料后，制成自調(diào)濕、空氣凈化功能的天花板、內(nèi)墻涂料、壁紙等產(chǎn)品，將會大大提高產(chǎn)品的附加值，促進我國裝飾建材的功能化提升，對改善人們的生活環(huán)境有較好的效果，產(chǎn)業(yè)化后將會有極大的經(jīng)濟和社會效益。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種自調(diào)濕功能礦物復(fù)合材料的制備工藝，對海泡石進行改性處理，達到較高的吸附量。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是提供一種自調(diào)濕功能礦物復(fù)合材料的制備工藝，其特征在于按以下步驟進行(1)將海泡石與硫酸按海泡石硫酸質(zhì)量比=1 10 1 30比例混合，用磁力攪拌器攪拌6 14小時后，抽濾，得到濾餅；(2)將濾餅粉碎，與去離子水混合，然后攪拌、清洗、再抽濾；(3)反復(fù)重復(fù)步驟O)，直到濾液中檢驗不出S042_離子，停止清洗；(4)將濾餅放入電熱真空干燥箱，在105°C下烘干至恒重；(5)將烘干后的濾餅放入恒溫干燥箱或箱型電阻爐中，在150 500°C溫度下加熱焙燒，時間為8小時，然后取出、粉碎，得到調(diào)濕材料。步驟(1)所述的硫酸的質(zhì)量濃度為15%。步驟⑴所述的抽濾使用循環(huán)水式多用真空泵和布氏漏斗。步驟(3)所述的檢驗SO/—離子的方法是用硝酸鋇溶液檢驗濾液中有無SO/—離子。采用物理或化學(xué)的方法使天然礦物材料的活性增加，如增大比表面積和孔隙率， 增強吸附和離子交換能力。1、酸活化酸活化是經(jīng)典的粘土改性方法，其活化機理為一方面可以除去分布于海泡石礦中的碳酸鹽雜質(zhì)，清除孔道內(nèi)雜質(zhì)，增加孔容積；另一方面，酸中的氫離子取代其層間鈣、 鎂、鉀和鈉離子(主要是鎂離子)，使其具有活性氫原子，生成新的表面而改善其表面特性， 修飾其孔徑和結(jié)構(gòu)，增大微孔隙率，提高其吸附、凈化、脫色能力。一般情況下海泡石的吸附能力與活化所用酸的濃度有極大關(guān)系，酸度過低時，活化效果較差。當酸的濃度增加時，海泡石的吸附能力也隨之增加，但濃度過大也會適得其反。這是由于酸度低時，難以溶出海泡石中的鎂離子，其結(jié)構(gòu)和比表面變化不明顯，故吸附與交換能力較弱；當酸度過大時，海泡石的結(jié)構(gòu)會發(fā)生較大的變化，大孔隙率增加，且有可能變?yōu)楣枘z，使其吸附能力與交換能力下降。2、焙燒
焙燒處理是將海泡石在一定溫度下加熱、焙燒，使之結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，也即為海泡石脫水、結(jié)構(gòu)調(diào)整、相變的過程。海泡石結(jié)構(gòu)中通常存在吸附水、結(jié)晶水和羥基水。吸附水容納于結(jié)構(gòu)空洞或通道內(nèi)，無固定配位位置，與周圍離子之間靠分子鍵結(jié)合；結(jié)晶水位于結(jié)構(gòu)空洞壁上，參加八面體配位，受鎂離子束縛較強；羥基水位于硅氧四面體帶和陽離子八面體帶之間。研究表明，將海泡石進行焙燒時，其吸附與脫色能力隨溫度和時間而改變。從室溫至300°C是脫吸附水的過程，晶胞參數(shù)值基本不變，說明吸附水的脫失，沒有引起礦物結(jié)構(gòu)的變化。因此300°C以下海泡石保持穩(wěn)定，性質(zhì)保持不變。溫度升至800°C時，主要是結(jié)晶水脫失，海泡石結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化。但結(jié)晶水的逸出，并沒有使海泡石的結(jié)構(gòu)骨架遭到徹底破壞。而是隨著成分的變化，在保持海泡石結(jié)構(gòu)骨架的前提下，原子排列作了局部調(diào)整，結(jié)構(gòu)發(fā)生了畸變，其結(jié)果必然造成海泡石吸附能力減弱。焙燒溫度在800 KKKTC時，為脫羥基水過程，使海泡石的結(jié)構(gòu)完全破壞，礦物成分重新組合，形成了新礦物相斜頑輝石相和方英石相。本發(fā)明的有益效果是通過處理可以除去分布于海泡石礦中的碳酸鹽雜質(zhì)，清除孔道內(nèi)雜質(zhì)，增加孔容積；使海泡石的結(jié)構(gòu)完全破壞，礦物成分重新組合，形成了新礦物相斜頑輝石相和方英石相；于此使得吸附能力與交換能力上升。


圖1為本自調(diào)濕功能礦物復(fù)合材料的制備工藝流程框圖；圖2為實施例1的產(chǎn)品顯微結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式下面根據(jù)實施例對本發(fā)明作進一步說明。實施例1 3制備自調(diào)濕功能材料工藝優(yōu)化程序為1.將海泡石與濃度為15%的硫酸混合，常溫下用磁力攪拌器攪拌6 14小時后， 用循環(huán)水式多用真空泵和布氏漏斗抽濾，得到濾餅；2.將濾餅粉碎，與去離子水混合，然后攪拌、清洗、再抽濾，并用硝酸鋇溶液檢驗濾液中的SO42-離子；3.反復(fù)重復(fù)步驟2，直到濾液中檢驗不出S042_離子，停止清洗；4.將濾餅放入電熱真空干燥箱，在105°C下烘干至恒重；5.將烘干后的濾餅放入恒溫干燥箱或箱型電阻爐中，加熱焙燒，進行熱活化，處理時間為8小時。然后取出、粉碎，得到調(diào)濕材料表1海泡石樣品酸活化及熱活化工藝
權(quán)利要求
1.一種自調(diào)濕功能礦物復(fù)合材料的制備工藝，其特征在于按以下步驟進行(1)將海泡石與硫酸按海泡石硫酸質(zhì)量比=1 10 1 30比例混合，用磁力攪拌器攪拌6 14小時后，抽濾，得到濾餅；(2)將濾餅粉碎，與去離子水混合，然后攪拌、清洗、再抽濾；(3)反復(fù)重復(fù)步驟O)，直到濾液中檢驗不出SO/—離子，停止清洗；(4)將濾餅放入電熱真空干燥箱，在105°C下烘干至恒重；(5)將烘干后的濾餅放入恒溫干燥箱或箱型電阻爐中，在150 500°C溫度下加熱焙燒，時間為8小時，然后取出、粉碎，得到調(diào)濕材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自調(diào)濕功能礦物復(fù)合材料的制備工藝，其特征在于步驟(1) 所述的硫酸的質(zhì)量濃度為15%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自調(diào)濕功能礦物復(fù)合材料的制備工藝，其特征在于步驟(1) 所述的抽濾使用循環(huán)水式多用真空泵和布氏漏斗。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自調(diào)濕功能礦物復(fù)合材料的制備工藝，其特征在于步驟(3) 所述的檢驗SO/—離子的方法是用硝酸鋇溶液檢驗濾液中有無SO/—離子。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種自調(diào)濕功能礦物復(fù)合材料的制備工藝，其特征在于按以下步驟進行將海泡石與硫酸按海泡石∶硫酸質(zhì)量比＝1∶10～1∶30比例混合，用磁力攪拌器攪拌6～14小時后，抽濾，得到濾餅；將濾餅粉碎，與去離子水混合，然后攪拌、清洗、再抽濾；將濾餅放入電熱真空干燥箱，在105℃下烘干至恒重；將烘干后的濾餅放入恒溫干燥箱或箱型電阻爐中，在150～500℃溫度下加熱焙燒，時間為8小時，然后取出、粉碎，得到調(diào)濕材料。通過處理可以除去分布于海泡石礦中的碳酸鹽雜質(zhì)，增加孔容積；使海泡石的結(jié)構(gòu)完全破壞，礦物成分重新組合，形成了新礦物相斜頑輝石相和方英石相；于此使得吸附能力與交換能力上升。
文檔編號B01J20/12GK102553518SQ20101057796
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月8日
發(fā)明者劉強, 梁廣州, 梁金生, 王家勝, 魏成章 申請人:淄博博納科技發(fā)展有限公司