0引言 空氣濕度是一個與人們生活和生產有密切關系的重要環境參數,濕度對人體舒適度、產品生產過程、產品質量和產品保存都有重要影響。在低濕環境下,人的呼吸系統黏膜變得干燥,易引發呼吸系統疾病。在許多工業部門,生產過程能否正常進行,在很大程度上取決于濕度,例如造紙、精密儀器的生產。物品在潮濕的環境里存放,由于霉菌的侵蝕而發霉變質;使金屬生銹、儀表精度下降、絕緣參數降低。在過分干燥的環境里存放會發生開裂變形,造成經濟損失。可見,濕度控制無論是對人類的居住環境,還是對生產和物品保護都顯得十分重要。 常見的濕度控制方法可分為機械性和非機械性兩大類。在機械性濕度控制方法中,可用空調調節建筑物室內空氣環境。但是空調要消耗大量的能源,而除濕的能耗占到空調能耗的20%～40%,因此,開發節能的濕度控制技術,對節能和環保有重要意義。非機械性濕度控制方法是利用調濕材料的性質來達到控濕的目的。調濕材料不需要借助任何人工能源和機械設備,依靠自身的吸放濕性能,感應所調空間空氣濕度的變化,通過對空氣中水分的吸附與解吸來自動調節密閉空間內的濕度,是一項可以減少空調濕負荷,實現建筑節能的重要技術。利用調濕材料來控制調節濕度的研究,在日本已有20多年歷史[1],技術領先于其他國家,尤其在機理研究方面,更是擁有相對先進的理論基礎,很多調濕建材、調濕涂料已經形成市場。最近10多年來,隨著人們對居住環境質量要求的提高,濕度對熱舒適和空氣質量的影響,對物品保存和空調負荷的影響引起了越來越多的人重視,我國的研究者對調濕材料的被動式調濕進行了廣泛的研究。1990年,清華大學土木系開展了調濕材料的研究[2]。1994年,馮乃謙利用沸石做實驗,并撰寫了論文,可使容器內的濕度維持在60%～70%。1997年,上海博物館的羅曦蕓詳細介紹了硅膠、無機鹽、蒙托土、高分子材料的調濕特性,并對其機理進行了初步分析研究[3]。2001年華僑大學冉茂宇探討了調濕材料的吸濕機理[4],但是這些都是散裝的調濕材料,用在調節房間內的濕度不現實。2004年北京工業大學李雙林等人研究出新型調濕涂料,在封閉空間中應用,起到了很好的調濕作用[5],但是這種涂料散發的有害物質較多,不是環保涂料。2005年,中國建筑材料科學研究院張連松等,在海泡石中加入納米材料制成具有抗菌,調濕功能的粉末涂料,在調節濕度的同時,兼具凈化空氣,抗菌作用[6]。2006年5月,山東科技大學科技產業公司王立華等研制成環保調濕乳膠漆,研究了各成分用量對涂膜性能的影響[7],但是在涂覆美觀方面欠佳。 本實驗室研究人員在借鑒前人研究成果的基礎上,旨在研究一種吸放濕能力強、涂膜美觀、符合建筑涂料標準的調濕涂料。使用調濕材料前后的效果如圖1所示,從圖1中可以看出,使用調濕材料可以避免璧面嚴重的結露現象[8]。 圖1調濕涂料調節密閉空間的效果
1調濕材料的飽和吸濕性能實驗 1.1實驗材料 國內外開發的調濕材料種類繁多,大致可以分為以下幾種:硅膠、無機鹽類、有機高分子類和復合型調濕材料。但是,這些材料均不易做成水性涂料。本實驗選取幾種無機礦物材料做調濕涂料,各材料規格為沸石:人造沸石;海泡石:未經處理的原礦;活性炭:普通活性炭;硅藻土:經過特殊處理工藝后的硅藻土。 1.2吸濕性能測試 稱取相同質量的幾種無機材料(質量記為m1),放入相對濕度是80%,溫度恒定為(20±0.2)℃的密閉環境中,每隔一定時間稱取樣品質量,直至樣品每天的質量變化在0.05%之間,認為此時樣品在該濕度下達到吸濕飽和,質量記為m2,其飽和吸濕量為m2-m1,調濕材料的飽和吸濕率為(m2-m1)/m1,以吸濕率對時間做圖,即可得到調濕材料在該濕度下的吸濕性能曲線,結果如圖2所示。 從圖2可以看出硅藻土和沸石的吸濕能力強,飽和吸濕量可以達到15%～16%,相比之下,相同實驗條件下的海泡石和活性炭的飽和吸濕量還不到5%。而它們達到吸濕飽和所需要的時間卻大致相當,因此,初步選定沸石和硅藻土作為調濕涂料的添加材料。另據報道[9],硅藻土由于質輕、細膩、松散、多孔、吸著力和滲透性強、顆粒細小,使之成為環保建材的優良選材。日本的研究結果表明,用硅藻土生產的室內裝修材料除了不會散發出對人體有害的化學物質外,還有改善居住環境的作用。首先,可以自動調節室內濕度。用硅藻土生產的壁材具有超纖維、多孔質等特性,其超微細孔比木炭還要多出5000～6000倍。在室內的濕度上升時,硅藻土壁材上的超微細孔能夠自動吸收空氣中的水分,將其儲存起來。如果室內空氣中的水分減少、濕度下降,硅藻土壁材就能夠將儲存在超微細孔中的水分釋放出來。其次,硅藻土壁材還具有消除異味的功能,保持室內清潔,在家庭和賓館衛生間使用,可去除硫化氫和氨等臭味氣體,殺滅有害細菌,并預防疾病的傳播。因此,本實驗最終確定選用硅藻土作為涂料的主要吸水材料。 圖2調濕材料吸濕曲線 2乳膠型涂料的制備 2.1實驗儀器及配方 恒溫恒濕箱:北京吉海爾特產;高速分散機、電動攪拌機:姜堰市天力器械有限公司產;電子天平:感量0.00001g;洗刷試驗機。 涂料配方見表1。
表1涂料配方 2.2工藝流程 制備乳膠型涂料的工藝流程為:
2.3涂料調濕性能的測試 按照以上工藝流程制備出幾種不同硅藻土含量的乳膠型涂料(圖中比例為硅藻土在填料中的質量分數),每種涂料各取10g樣品,均勻涂抹于0.005m2的玻璃板上,充分干燥后,放入恒溫恒濕箱中,設定箱內溫度為(20±0.5)℃,在不同的相對濕度下,測定它們的飽和吸濕量。然后做放濕實驗,完全放濕稱質量,計算放濕量。實驗結果如圖3和圖4。 圖3涂料的飽和吸濕量曲線
圖4涂料的放濕曲線
從圖3、圖4可知,硅藻土在填料中的比例為50%～75%時,有較好的吸放濕效果。在rh=85時,75%硅藻土含量的涂料最大吸濕量達到6.5%;從rh=85%到rh=10%做放濕實驗,最大放濕量為5.25%。隨著硅藻土含量的增加,涂膜中的孔增多,吸濕能力和放濕能力都增強了,但是當硅藻土的含量增加到75%以后,再增加時涂料的吸放濕性能反而下降,這可能是因為此時涂料中缺少了多種粒子的復配,使得硅藻土的微孔之間相互重疊,沒有發揮出吸放濕作用。 |
