CN102951925A - 一种具有调湿功能的硅藻土基多孔材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于环保建筑材料领域，具体涉及一种具有调湿功能硅藻土基多孔材料及其制备方法。本发明具有调湿功能硅藻土基多孔材料，其原料成分质量百分比为硅藻土70～95%、凹凸棒石或海泡石0～15%、有机造孔剂5～30%，其比表面积为15-80m2/g，相对湿度为85%条件下24小时吸湿率高于8%，相对湿度为35%条件下24小时放湿率高于5%，其制备方法是将硅藻土、凹凸棒石和有机造孔剂5～30%混合，加入水压制成砖坯，于600-1100°C下煅烧1-4小时。本发明通过添加有机造孔剂和低温烧结克服了高温煅烧会毁坏硅藻土原有微孔结构的缺点，加上硅藻土提供的独特的亲水性表面，因而可以成为一种效果显著的控制建筑物内环境湿度的材料，兼具空气净化、防火和审美功能。
Description
技术领域
本发明属于环保建筑材料领域，具体涉及一种具有调湿功能硅藻土基多孔材料及其制备方法。
背景技术
湿度是与温度同等重要的生态环境参数，过高或过低的湿度不但会影响建筑物的寿命，而且对居住者的健康带来不良影响，湿度过高容易滋生霉菌、加速建筑物及室内装饰腐蚀，而过于干燥则又容易导致呼吸系统和皮肤过敏，湿度还影响人类对温度的感知，高湿度环境容易使人产生闷热的感觉，因而控制居住环境合适的湿度不但可以保护建筑物和居住者的健康，而且能够起到建筑物节能的作用。
目前控制建筑物内湿度的方法主要有机械式的主动调节和采用具有吸放湿功能材料的被动调节方式两种，后者相比前者不需消耗电力能源且无噪声污染，是一种环境友好的建筑物内湿度调节方式。
目前，以硅藻土为原料制备具有调湿功能多孔陶瓷建筑材料的技术主要是采用无机盐作为添加剂添加到硅藻土中，并高温煅烧，这种方法易导致对吸放湿起决定作用的硅藻土的5-15nm小孔消失。申请号为200610046325.9的中国专利“硅藻土内墙砖及其制备工艺”以硅藻土精土、硅藻土助滤剂、碳酸钠、硅酸钠混合后经制坯、烘干工序，在1000°C～1200°C焙烧制备硅藻土内墙砖，由于硅藻土的吸放湿能力主要依赖于孔径小于20 nm的小孔，较高的焙烧温度容易使硅藻土小孔消失，从而失去吸放湿的能力；申请号为201110356267.0的中国专利“一种以硅藻土为主要成分的装饰砖”公开了以硅藻精土20%-40%和石膏粉50%-70%为主要原料，利用石膏粉遇水凝固的特点通过倒模凝固并在70-90°C下烘干制备不同形状的装饰砖，由于基体为透气性差的石膏，水蒸汽难以以扩散的方式进出硅藻土的天然孔道，因而难以有较高的吸放湿性能；申请号为201110403109.6的中国专利 “一种室内装修用硅藻土素面砖的制作方法和产品”公开了以66-89%的硅藻土精土为原料，与二氧化钛、电气石、硅酸钠、水混合后压坯、干燥、烧结制得室内装饰砖，该方法制备的砖仅能使表面的硅藻土发挥吸放湿功能，由于没有水蒸汽扩散出入的通道，砖表层以下的硅藻土不能参与发挥吸放湿的功能。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种具有调湿功能的硅藻土基多孔材料及其制备方法，目的是通过引入一种容易烧失的有机造孔剂制备一种既保留有对吸放湿起决定作用的小孔、又有可供水蒸汽扩散传输的大孔的硅藻土基多孔材料。
实现发明目的的技术方案是：
一种具有调湿功能硅藻土基多孔材料，其原料成分质量百分比为硅藻土70～95%、凹凸棒石或海泡石0～15%、有机造孔剂5～30%，其比表面积为15-80 m2/g，相对湿度为85%条件下24小时吸湿率高于8%，相对湿度为35%条件下24小时放湿率高于5%。
所述的有机造孔剂是在300°C以上才能被烧除的有机物，如淀粉和葡萄糖。
一种具有调湿功能多孔陶瓷材料的制备方法按照以下步骤进行：
（1）将烘干后的硅藻土原矿粉碎，按照质量百分比硅藻土70～95%、凹凸棒石粉或海泡石粉0～15%、有机造孔剂5～30%，与凹凸棒石或海泡石、有机造孔剂在混料机中均匀混合形成混合粉料；
（2）向混合粉料中加入水并进一步混合形成混合物，水的加入量是混合粉料的质量比例5%～35%；
（3）使用压力机于2-100MPa下将上述混合物压制成砖坯，将砖坯送入煅烧窑中，于600-1100°C下煅烧1-4小时，冷却得到具有调湿功能硅藻土基多孔材料。
所述的有机造孔剂是在300°C以上才能被烧除的有机物，如淀粉和葡萄糖。
与现有技术相比，本发明的特点和有益效果是：
目前采用的环境湿度调控材料往往添加无机盐或石膏等容易与水蒸汽结合形成结晶水的材料，但这部分结晶水在空气干燥的时候往往不能及时地放出吸收的水分子，而且还可能发生盐析并对建筑物起到一定的腐蚀作用，本发明的技术方案能够有效避免上述问题。
硅藻土的主要成分是非晶态氧化硅，表面容易形成亲水的羟基基团，在有小于20 nm微孔存在的条件下形成曲率半径为负值的液面，根据开尔文公式可知在相同温度下凹液面处水的饱和蒸气压比平面小，即水蒸汽在硅藻土的微孔中达到了过饱和因而凝结成液体，从而达到吸湿的目的，由于该过程仅受微孔曲率半径与温度的影响，因而在干燥条件下凝结的水又容易被释放出来，对人体舒适的湿度条件而言，控制材料使其中富有大量小于20 nm的微孔是材料具有将湿度调节至人体舒适范围的关键。
本发明的技术方案通过添加有机造孔剂和低温烧结克服了高温煅烧会毁坏硅藻土原有微孔结构的缺点，加上硅藻土提供的独特的亲水性表面，因而可以成为一种效果显著的控制建筑物内环境湿度的材料，兼具空气净化、防火和审美功能。
附图说明
图1是本发明实施例1制备具有调湿功能硅藻土基多孔材料的内部结构扫面电镜照片；
图2是本发明实施例1制备具有调湿功能硅藻土基多孔材料的孔径分布图；
图3是本发明实施例1制备具有调湿功能硅藻土基多孔材料的在湿度分别为83RH%和35RH%条件下的吸放湿性能；
图4是本发明实施例2制备具有调湿功能硅藻土基多孔材料的氮气等温吸附线；
图5是本发明实施例2制备具有调湿功能硅藻土基多孔材料在湿度分别为83RH%和35RH%条件下的吸放湿曲线。
具体实施方式
本发明实施例采用的硅藻土产自吉林省长白地区；
本发明对实施例中制备的硅藻土基多孔材料内部结构观察采用的仪器是日本电子生产的扫面电子显微镜（JSM-6510A）；
孔径分布利用氮气吸附方法在美国Micromeritics公司TriStarII 3020孔隙分析仪上进行测试；
本发明实施例中对材料的吸湿和放湿性能按如下方法进行测试：将样品在150°C条件下干燥10小时去除表面水，然后取一定质量（10 g左右）的样品置于相对湿度为83%、室温环境中，并利用千分之一天平记录样品的质量变化，记录时间间隔为1分钟；吸湿24小时后取出样品将其重新置于35%相对湿度环境中连续放湿24小时，以吸湿过程相同条件记录质量变化；以质量相对变化对时间作图即得吸放湿曲线。
实施例1
（1）将烘干后的硅藻土原矿粉碎，按照质量百分比硅藻土90%和淀粉10%在混料机中均匀混合形成混合粉料；
（2）按混合粉料的质量比例5%，向混合粉料中加入水并进一步混合形成混合物；
（3）使用压力机于50MPa下将上述混合物压制成10 cm×18 cm×8 mm的砖坯，将砖坯送入煅烧窑中，于800°C下煅烧3小时，冷却得到具有调湿硅藻土基多孔材料。
其内部结构扫面电镜形貌如图1所示，孔径结构分布如图2所示，可以看出材料的孔径分布均匀，且集中在＜20nm的尺度，其BET比表面积为50.6 m2·g-1在湿度分别为83RH%和35RH%条件下的吸放湿性能如图3所示，经相对湿度83%环境下吸湿24小时后吸湿量可达8%以上，相对湿度为35%条件下24小时放湿率高于5%。
实施例2
（1）将烘干后的硅藻土原矿粉碎，按照质量百分比硅藻土85%、凹凸棒石10%和葡萄糖5%在混料机中均匀混合形成混合粉料；
（2）按混合粉料的质量比例20%，向混合粉料中加入水并进一步混合形成混合物；
（3）使用压力机于50MPa下将上述混合物压制成10 cm×18 cm×8 mm的砖坯，将砖坯送入煅烧窑中，于850°C下煅烧2小时，冷却得到具有调湿硅藻土基多孔材料。
其氮气吸附等温线如图4所示，BET比表面积为20.1 m2·g-1；在湿度分别为83RH%和35RH%条件下的吸放湿性能如图5所示，从图中可以看出经相对湿度83%环境下吸湿24小时后吸湿量可达8%以上，相对湿度为35%条件下24小时放湿率高于5%。。
实施例3
（1）将烘干后的硅藻土原矿粉碎，按照质量百分比硅藻土70%和淀粉30%在混料机中均匀混合形成混合粉料；
（2）按混合粉料的质量比例35%，向混合粉料中加入水并进一步混合形成混合物；
（3）使用压力机于40MPa下将上述混合物压制成10 cm×18 cm×8 mm的砖坯，将砖坯送入煅烧窑中，于600°C下煅烧4小时，冷却得到具有调湿硅藻土基多孔材料。
经试验验证，其比表面积为15 m2/g，相对湿度为85%条件下24小时吸湿率高于8%，相对湿度为35%条件下24小时放湿率高于5%。
实施例4
（1）将烘干后的硅藻土原矿粉碎，按照质量百分比硅藻土95%和葡萄糖5%在混料机中均匀混合形成混合粉料；
（2）按混合粉料的质量比例25%，向混合粉料中加入水并进一步混合形成混合物；
（3）使用压力机于70MPa下将上述混合物压制成10 cm×18 cm×8 mm的砖坯，将砖坯送入煅烧窑中，于1100°C下煅烧1小时，冷却得到具有调湿硅藻土基多孔材料。
经试验验证，其比表面积为80 m2/g，相对湿度为85%条件下24小时吸湿率高于8%，相对湿度为35%条件下24小时放湿率高于5%。
实施例5
（1）将烘干后的硅藻土原矿粉碎，按照质量百分比硅藻土75%、海泡石15%和葡萄糖10%在混料机中均匀混合形成混合粉料；
（2）按混合粉料的质量比例30%，向混合粉料中加入水并进一步混合形成混合物；
（3）使用压力机于50MPa下将上述混合物压制成10 cm×18 cm×8 mm的砖坯，将砖坯送入煅烧窑中，于1000°C下煅烧1.5小时，冷却得到具有调湿硅藻土基多孔材料。
其比表面积为30.5 m2/g，相对湿度为85%条件下24小时吸湿率高于8%，相对湿度为35%条件下24小时放湿率高于5%。
Claims (4)
1.一种具有调湿功能硅藻土基多孔材料，其特征在于原料成分质量百分比为硅藻土70～95%、凹凸棒石或海泡石0～15%、有机造孔剂5～30%，其比表面积为15-80 m2/g，相对湿度为85%条件下24小时吸湿率高于8%，相对湿度为35%条件下24小时放湿率高于5%。
2.根据权利要求1所述的一种具有调湿功能硅藻土基多孔材料，其特征在于所述的有机造孔剂是在300°C以上才能被烧除的有机物，如淀粉和葡萄糖。
3.一种具有调湿功能硅藻土基多孔材料的制备方法，其特征在于按照以下步骤进行：
（1）将烘干后的硅藻土原矿粉碎，按照质量百分比硅藻土70～95%、凹凸棒石粉或海泡石粉0～15%、有机造孔剂5～30%，与凹凸棒石或海泡石、有机造孔剂在混料机中均匀混合形成混合粉料；
（2）向混合粉料中加入水并进一步混合形成混合物，水的加入量是混合粉料的质量比例5%～35%；
（3）使用压力机于2-100MPa下将上述混合物压制成砖坯，将砖坯送入煅烧窑中，于600-1100°C下煅烧1-4小时，冷却得到具有调湿功能硅藻土基多孔材料。
4.根据权利要求3所述的一种具有调湿功能硅藻土基多孔材料的制备方法，其特征在于所述的有机造孔剂是在300°C以上才能被烧除的有机物，如淀粉和葡萄糖。
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