凹土基复合调湿材料的制备及性能测试(附件)
调湿材料作为一种新型的调湿技术，更加的节能环保，复合可持续发展。作为一种调湿方式，既可以在低湿度时进行放湿，同时可以在高湿度环境中时进行吸湿。本文通过将原土进行离心、干燥等一系列的处理制得纯凹土，纯凹土本身就具备一定的调湿能力，吸湿量仅仅只有自身质量的20%左右，对比于目前的调湿材料，调湿性能并不是很突出。本实验通过在凹土浆料内加入纸浆进行复合，制备出凹土纸浆调湿材料，但是调湿性能没有明显的提高，可以在调湿材料中加入氯化钙进行改性。本文研究加入氯化钙改性后性能的改善。最后实验表明加入氯化钙改性吸湿量提高到高达60%左右。对比于目前调湿材料，以凹土为基础并加入氯化钙改性的复合调湿材料性能显得更加突出。关键词 调湿材料，调湿性能，复合调湿材料
目 录
1.引言 1
1.1调湿材料简介 1
1.2调湿材料的作用机制及分类 2
1.3凹土基复合调湿材料的可行性 6
1.4指导思想与研究方法 7
2.实验部分 7
2.1原料及药品 7
2.2仪器及设备 8
2.3实验步骤 8
3.结果与讨论 11
3.1 样品表征与分析 11
3.2调湿性能测试 12
结 论 17
致 谢 18
参 考 文 献 19
1.引言
近年来，随着社会的发展，人们开始对生活的舒适性更加的注重。影响生活的舒适性有着许多的因素，其中空气的湿度就是影响生活的舒适性的一个重要因素，它直接的影响人类的感知和身心健康、对环境物品的破坏。Anthony V．Arundel等通过大量的参考，总结出了人体感最佳相对湿度范围在40%到60%之间[1]，当人处于这种环境中，会感受到最舒适，呼吸道感染的可能性最低由于在这湿度范围内的细菌含量最低，还可以进化空气。
1.1调湿材料简介
由于日本国内资源的匮乏，特别的重视对湿度调节的研究。调湿材料这个概念也最早由日本学者西藤等首先提出，这种材料是指不需要借助外界手段，仅仅依靠自身的一些物理化学性质，从而自动调节空气相对湿度的材料[2]。通过调湿材料的使用来调节湿度，相对于目前一些调湿方式，显得更 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
加的被动，但是不需要消耗太多资源，并且可以自动调节，因此是一种生态的调节控制方法。
具有调湿功能的材料一般都是多孔材料，或者通过化学反应来调节湿度，或者是两者的复合材料，调湿材料的调湿原理如图1所示[3]，空气湿度过高时材料可以吸附空气中水蒸气，空气的湿度过低时又可以从材料中储存的水蒸气放出，从而达到调湿效果，使得空气中的相对湿度保持在Φ1到Φ2之间[4]，图11调湿材料的平衡吸放湿曲线可以清晰的看出调湿材料的工作机理，随着空气湿度的变化而变化的这一类材料就是调湿材料。
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图11： 调湿材料的平衡曲线
1.2调湿材料的作用机制及分类
调湿材料的作用机理大致相同，但根据不同的材料的类别，具体的机理也有所差异。首先对于无机和有机调湿材料来说，孔径的大小及分布、孔容以及比表面积都影响着材料的调湿性能，对于有机材料来说，材料本身的性质也影响着调湿性能，例如亲水基团所含的极性以及聚合度等因素。
调湿材料可以分为无机调湿材料、有机调湿材料以及复合调湿材料三大类[5]。
首先无机调湿材料可以分为天然无机非金属调湿材料以及人工合成无机化合物调湿材料。天然无机非金属调湿材料是一种铝硅酸盐组成的材料，一般具有两种结构，一种是层状，一种是微孔状结构，如蒙脱土、天然沸石、硅藻土、膨润土等。无机化合物调湿材料包括硅胶、硅酸钙以及人造沸石等。材料自身的孔道形状决定了这种材料的调湿性能，除此之外，还有一个重要影响因素就是水分子在孔道的扩散作用。因此，对于这类调湿材料来说，它的工作原理是当空气中的水蒸气分压比这类材料内部孔径内的饱和蒸气压高的环境中时，这类材料可以通过吸附空气中的水蒸气来调节空气的湿度，反之则脱附。
表11是无机矿物调湿材料的结构与吸湿性能，从表1的数据可以看出，影响无机调湿材料的性能因素有微观形貌、比表面积、孔容和孔径分布等。目前在多种调湿材料中，较为成熟的一种则是海泡石。无机矿物调湿材料在不同的相对湿度环境中，调湿的工作原理也不同。在湿度低于43%时，它的工作机理是通过单、多分子层吸附，材料的比表面积往往决定了自身的调湿能力。而在湿度大于43%时，影响调湿性能的主要因素不再是比表面积，主要依靠毛细的凝聚作用，孔容则是决定了调湿的性能。
表11 无机矿物类调湿材料的结构与吸湿性能
矿物名称
平均孔径（nm）
比表面积（m2/g）
孔容（cm3/g）
平衡吸湿量
硅藻土
1.45
3.46
0.13
3.93%（20℃，80%RH）
海泡石
13.9
43.46
0.15
14.8%（20℃，93%RH）
海泡石酸化处理
12.23
90.55
0.24
17.4%（20℃，93%RH）
人造沸石
0.89
26.36
0.59
26.67%（20℃，80%RH）
天然沸石
10.4
36.79
0.09571
3.5%（20℃，80%RH）
天然沸石酸活化
9.759
72.22
0.1762
6.4%（20℃，80%RH）
HaibinLi等的研究也证明了这一点,他们使用了溶胶凝胶法，通过对比平均孔容、比表面积和孔径0.545cm3/g、510m2/g、4.2nm(F127)和0.354cm3/g、739m2/g、0.65~2nm（Brij56）的两种介孔硅材料，这两种材料的吸附与解析等温曲线如图12（实心图标为吸附曲线，空心图标为解析曲线）[6]。
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图12 以Brij56和F127为模板制备的两种介孔硅材料的水蒸气吸附解析曲线
目 录
1.引言 1
1.1调湿材料简介 1
1.2调湿材料的作用机制及分类 2
1.3凹土基复合调湿材料的可行性 6
1.4指导思想与研究方法 7
2.实验部分 7
2.1原料及药品 7
2.2仪器及设备 8
2.3实验步骤 8
3.结果与讨论 11
3.1 样品表征与分析 11
3.2调湿性能测试 12
结 论 17
致 谢 18
参 考 文 献 19
1.引言
近年来，随着社会的发展，人们开始对生活的舒适性更加的注重。影响生活的舒适性有着许多的因素，其中空气的湿度就是影响生活的舒适性的一个重要因素，它直接的影响人类的感知和身心健康、对环境物品的破坏。Anthony V．Arundel等通过大量的参考，总结出了人体感最佳相对湿度范围在40%到60%之间[1]，当人处于这种环境中，会感受到最舒适，呼吸道感染的可能性最低由于在这湿度范围内的细菌含量最低，还可以进化空气。
1.1调湿材料简介
由于日本国内资源的匮乏，特别的重视对湿度调节的研究。调湿材料这个概念也最早由日本学者西藤等首先提出，这种材料是指不需要借助外界手段，仅仅依靠自身的一些物理化学性质，从而自动调节空气相对湿度的材料[2]。通过调湿材料的使用来调节湿度，相对于目前一些调湿方式，显得更 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
加的被动，但是不需要消耗太多资源，并且可以自动调节，因此是一种生态的调节控制方法。
具有调湿功能的材料一般都是多孔材料，或者通过化学反应来调节湿度，或者是两者的复合材料，调湿材料的调湿原理如图1所示[3]，空气湿度过高时材料可以吸附空气中水蒸气，空气的湿度过低时又可以从材料中储存的水蒸气放出，从而达到调湿效果，使得空气中的相对湿度保持在Φ1到Φ2之间[4]，图11调湿材料的平衡吸放湿曲线可以清晰的看出调湿材料的工作机理，随着空气湿度的变化而变化的这一类材料就是调湿材料。
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图11： 调湿材料的平衡曲线
1.2调湿材料的作用机制及分类
调湿材料的作用机理大致相同，但根据不同的材料的类别，具体的机理也有所差异。首先对于无机和有机调湿材料来说，孔径的大小及分布、孔容以及比表面积都影响着材料的调湿性能，对于有机材料来说，材料本身的性质也影响着调湿性能，例如亲水基团所含的极性以及聚合度等因素。
调湿材料可以分为无机调湿材料、有机调湿材料以及复合调湿材料三大类[5]。
首先无机调湿材料可以分为天然无机非金属调湿材料以及人工合成无机化合物调湿材料。天然无机非金属调湿材料是一种铝硅酸盐组成的材料，一般具有两种结构，一种是层状，一种是微孔状结构，如蒙脱土、天然沸石、硅藻土、膨润土等。无机化合物调湿材料包括硅胶、硅酸钙以及人造沸石等。材料自身的孔道形状决定了这种材料的调湿性能，除此之外，还有一个重要影响因素就是水分子在孔道的扩散作用。因此，对于这类调湿材料来说，它的工作原理是当空气中的水蒸气分压比这类材料内部孔径内的饱和蒸气压高的环境中时，这类材料可以通过吸附空气中的水蒸气来调节空气的湿度，反之则脱附。
表11是无机矿物调湿材料的结构与吸湿性能，从表1的数据可以看出，影响无机调湿材料的性能因素有微观形貌、比表面积、孔容和孔径分布等。目前在多种调湿材料中，较为成熟的一种则是海泡石。无机矿物调湿材料在不同的相对湿度环境中，调湿的工作原理也不同。在湿度低于43%时，它的工作机理是通过单、多分子层吸附，材料的比表面积往往决定了自身的调湿能力。而在湿度大于43%时，影响调湿性能的主要因素不再是比表面积，主要依靠毛细的凝聚作用，孔容则是决定了调湿的性能。
表11 无机矿物类调湿材料的结构与吸湿性能
矿物名称
平均孔径（nm）
比表面积（m2/g）
孔容（cm3/g）
平衡吸湿量
硅藻土
1.45
3.46
0.13
3.93%（20℃，80%RH）
海泡石
13.9
43.46
0.15
14.8%（20℃，93%RH）
海泡石酸化处理
12.23
90.55
0.24
17.4%（20℃，93%RH）
人造沸石
0.89
26.36
0.59
26.67%（20℃，80%RH）
天然沸石
10.4
36.79
0.09571
3.5%（20℃，80%RH）
天然沸石酸活化
9.759
72.22
0.1762
6.4%（20℃，80%RH）
HaibinLi等的研究也证明了这一点,他们使用了溶胶凝胶法，通过对比平均孔容、比表面积和孔径0.545cm3/g、510m2/g、4.2nm(F127)和0.354cm3/g、739m2/g、0.65~2nm（Brij56）的两种介孔硅材料，这两种材料的吸附与解析等温曲线如图12（实心图标为吸附曲线，空心图标为解析曲线）[6]。
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图12 以Brij56和F127为模板制备的两种介孔硅材料的水蒸气吸附解析曲线
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