一种自动调节环境湿度的功能材料及制备方法与流程

本发明涉及一种功能材料及制备方法，尤其涉及一种自动调节环境湿度的功能材料及制备方法。

背景技术：

随着互联网技术的快速发展，环境湿度对物联网终端的影响越发显著。当环境湿度高于80%时，设备会发生绝缘度下降、滋生霉菌、锈蚀金属等不良现象，从而影响设备寿命，增加维护成本；当环境湿度低于30%时，则会引起静电累积，而且会导致塑料等绝缘材料变形、龟裂，同样也会给设备的长期稳定运行带来危害。

为了将环境湿度控制在40～55%之间，传统的调湿方式采用空调、除湿机等设备进行调节，但是长时间运行，除了会消耗大量的能源以外，设备本身的投入高，后期维护成本也不低。因此，为了达到节能环保的效果，开发一种可调节环境湿度的功能材料是急需解决的问题。

技术实现要素：

发明目的：本发明提出一种自动调节环境湿度的功能材料及制备方法，该环境调湿功能材料能够自动调节环境湿度，能够改善物联网终端湿度环境，使得后期维护更便捷。

技术方案：本发明所采用的技术方案是一种自动调节环境湿度的功能材料的制备方法，包括如下步骤：

（1）将无机酸盐同去离子水混合，搅拌溶解得无机酸盐溶液，所述无机酸盐为硝酸钾和氯化锂的混合物；

（2）取煅烧后的硅藻土进行活化得活化硅藻土，待用；

（3）取活化硅藻土、纤维素粉、丙烯酸、丙烯酰胺、过硫酸钾和n,n-亚甲基双丙烯酰胺加入到无机酸盐溶液中，搅拌反应得聚合物调湿材料；

（4）将聚合物调湿材料烘干，制得自动调节环境湿度的功能材料。

其中，步骤（1）中，按质量份计，所述硝酸钾为1～3质量份，所述氯化锂为2～6质量份，所述去离子水为30～50质量份。

其中，步骤（2）中，所述煅烧后的硅藻土进行活化是将煅烧后的硅藻土加入到盐酸溶液中，60～90℃加热搅拌4h，抽滤、分离后烘干得活化硅藻土。

进一步地，按质量份计，所述硅藻土为1质量份，所述盐酸溶液为5质量份。

更进一步地，所述盐酸溶液的浓度为10～14%。

其中，步骤（3）中，按质量份计，所述活化硅藻土为0.3～1质量份，所述纤维素为1～3质量份α纤维素，所述丙烯酸为6～10质量份，所述丙烯酰胺为3～5质量份，所述过硫酸钾为0.04～0.08质量份，所述n,n-亚甲基双丙烯酰胺为0.004～0.008质量份，所述无机酸盐溶液为30～50质量份。

进一步地，所述搅拌反应的温度为50～65℃，时间为3～5h。

更进一步地，所述活化硅藻土、α纤维素、丙烯酸、丙烯酰胺和过硫酸钾先加入到无机酸盐溶液中，50～65℃下搅拌1～2h，再加入n,n-亚甲基双丙烯酰胺，50～65℃下反应2～3h。

其中，步骤（4）中，所述烘干的温度为50～80℃，时间为20～24h。

本发明还提供一种自动调节环境湿度的功能材料，采用上述的制备方法制备而成。

有机调湿材料的调湿机理为有机分子表面与水分子间范德华力的相互作用，如偶极-偶极作用、氢键作用等。因水分子为极性分子，若有机分子材料的极性大，则与水分子的作用力就大，吸湿量也相应增大；反之，若有机分子材料为非极性分子，则吸湿量几乎为零。分子结构中含有羧基、胺基、羟基等亲水基团的有机高分子材料作为调湿剂，亲水基团越多，吸湿量就越大。

无机酸盐材料本身具有一定的湿度调节能力，其调湿作用由盐溶液所对应的饱和蒸汽压所决定。相同温度下，饱和盐溶液的蒸汽压越低，所控制的相对湿度也越小。选择适当的盐水饱和溶液可维持空间的湿度，但是大部分固体无机盐吸湿后容易潮解，常温下不稳定，容易发生盐析。因此单一的无机盐类调湿材料存在很多局限性。

另一方面，蒙脱土、沸石、硅藻土、膨润土等材料，是具有层状或微孔道结构的铝硅酸盐矿物，且具有阳离子的可交换性，使得这些材料能够吸附和释放水蒸气，可作为调湿材料。

本发明将亲水的无机矿物材料硅藻土进行活化，活化后其表面具有大量羟基和硅羟基，能与有机亲水单体的羧酸基团反应；利用亲水性的α纤维素作为高分子骨架，将有机亲水单体接枝到其纤维素骨架上后，引发单体间进行均聚反应，活化硅藻土与生成聚合物中的羧酸基团发生化学反应，从而复合到聚合物网络中，得到硅藻土纤维素丙烯酸树脂聚合物，即一种新型的自动调节环境湿度的功能材料。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明将无机矿物材料与有机高分子类调湿材料进行复合，并在体系中分散适量无机盐，得到湿容量大，调湿速率快的功能材料；制备方法简单易于实现。

附图说明

图1是本发明实施例1-3的自动调节环境湿度的功能材料的吸湿率；

图2是本发明实施例1的自动调节环境湿度的功能材料的主动吸放湿效果曲线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。

实施例1

（1）按质量份称取1份硝酸钾和2份氯化锂混合得无机酸盐，再将无机酸盐加入到30份去离子水中，搅拌溶解后得无机酸盐溶液，待用；

（2）按质量份称取2份煅烧后200目硅藻土，将其加入到10份浓度为12%的盐酸溶液中，80℃水浴加热4h，抽滤分离并洗涤，100℃烘干得活化硅藻土，待用；

（3）按质量份称取0.6份活化硅藻土、1份α纤维素、10份丙烯酸、3份丙烯酰胺、0.04份的过硫酸钾先加入到50份无机酸盐溶液中，50℃下搅拌1h，再加入0.005份n,n-亚甲基双丙烯酰胺，升温至65℃反应3h得聚合物调湿材料；

（4）将聚合物调湿材料于70℃烘干20h，制得自动调节环境湿度的功能材料。

实施例2

（1）按质量份称取3份硝酸钾和5份氯化锂混合得无机酸盐，再将无机酸盐加入到50份去离子水中，搅拌溶解后得无机酸盐溶液，待用；

（2）按质量份称取1份煅烧后200目硅藻土，将其加入到5份浓度为14%的盐酸溶液中，80℃水浴加热4h，抽滤分离并洗涤，100℃烘干得活化硅藻土，待用；

（3）按质量份，称取0.3份活化硅藻土、3份α纤维素、6份丙烯酸、5份丙烯酰胺、0.08份的过硫酸钾先加入到30份无机酸盐溶液中，65℃下搅拌2h，再加入0.008份n,n-亚甲基双丙烯酰胺，65℃下继续反应2h得聚合物调湿材料；

（4）将聚合物调湿材料于80℃烘干20h，制得自动调节环境湿度的功能材料。

实施例3

（1）按质量份称取2份硝酸钾和6份氯化锂混合得无机酸盐，再将无机酸盐加入到50份去离子水中，搅拌溶解后得无机酸盐溶液，待用；

（2）按质量份称取3份煅烧后200目硅藻土，将其加入到10份浓度为10%的盐酸溶液中，80℃水浴加热4h，抽滤分离并洗涤，100℃烘干得活化硅藻土，待用；

（3）按质量份称取1份活化硅藻土、1份α纤维素、6份丙烯酸、5份丙烯酰胺、0.04份的过硫酸钾先加入到30份无机酸盐溶液中，50℃下搅拌2h，再加入0.004份n,n-亚甲基双丙烯酰胺，升温至60℃反应2h得聚合物调湿材料；

（4）将聚合物调湿材料于50℃烘干24h，制得自动调节环境湿度的功能材料。

将实施例1-3制得的自动调节环境湿度的功能材料分别进行吸湿极限测试，测试其吸湿率，如图1，测试条件及过程为：精确称取2g调湿材料置于恒温恒湿箱中，温度为25℃，湿度为90%，开始每隔24小时进行一次称量；

计算吸湿率为：w吸=（mt-m0）/m0×100%；

其中w吸为吸湿率；mt为吸湿后材料质量；m0为原始样品的质量。

将实施例1制得的自动调节环境湿度的功能材料分别进行湿度环境调节测试，测试其主动吸放湿效果，如图2，测试条件及过程为：将1m³密闭空间湿度稳定为95%rh后，切断湿度来源，将125g调湿功能材料放入其中，用湿度传感器监测湿度变化，待环境湿度稳定后，取出样品，放入到另一湿度稳定为25%rh的密闭空间，用湿度传感器监测湿度变化。

从图1可以看出，该调湿材料可吸湿自重550%的水汽。从图2可以看出，在1m³密闭空间内，本发明的自动调节环境湿度的功能材料可使环境湿度稳定在45%左右，湿度调节时间为30～60min。