0引言 空氣濕度是一個與人們生活和生產(chǎn)有密切關系的重要環(huán)境參數(shù),濕度對人體舒適度、產(chǎn)品生產(chǎn)過程、產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)品保存都有重要影響。在低濕環(huán)境下,人的呼吸系統(tǒng)黏膜變得干燥,易引發(fā)呼吸系統(tǒng)疾病。在許多工業(yè)部門,生產(chǎn)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(chǎn)。物品在潮濕的環(huán)境里存放,由于霉菌的侵蝕而發(fā)霉變質(zhì);使金屬生銹、儀表精度下降、絕緣參數(shù)降低。在過分干燥的環(huán)境里存放會發(fā)生開裂變形,造成經(jīng)濟損失?？梢?span lang=en-us>,濕度控制無論是對人類的居住環(huán)境,還是對生產(chǎn)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(diào)調(diào)節(jié)建筑物室內(nèi)空氣環(huán)境。但是空調(diào)要消耗大量的能源,而除濕的能耗占到空調(diào)能耗的20%～40%,因此,開發(fā)節(jié)能的濕度控制技術(shù),對節(jié)能和環(huán)保有重要意義。非機械性濕度控制方法是利用調(diào)濕材料的性質(zhì)來達到控濕的目的。調(diào)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(diào)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(diào)節(jié)密閉空間內(nèi)的濕度,是一項可以減少空調(diào)濕負荷,實現(xiàn)建筑節(jié)能的重要技術(shù)。利用調(diào)濕材料來控制調(diào)節(jié)濕度的研究,在日本已有20多年歷史[1],技術(shù)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(diào)濕建材、調(diào)濕涂料已經(jīng)形成市場。最近10多年來,隨著人們對居住環(huán)境質(zhì)量要求的提高,濕度對熱舒適和空氣質(zhì)量的影響,對物品保存和空調(diào)負荷的影響引起了越來越多的人重視,我國的研究者對調(diào)濕材料的被動式調(diào)濕進行了廣泛的研究。1990年,清華大學土木系開展了調(diào)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(nèi)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(diào)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(diào)濕材料的吸濕機理[4],但是這些都是散裝的調(diào)濕材料,用在調(diào)節(jié)房間內(nèi)的濕度不現(xiàn)實。2004年北京工業(yè)大學李雙林等人研究出新型調(diào)濕涂料,在封閉空間中應用,起到了很好的調(diào)濕作用[5],但是這種涂料散發(fā)的有害物質(zhì)較多,不是環(huán)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(diào)濕功能的粉末涂料,在調(diào)節(jié)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(chǎn)業(yè)公司王立華等研制成環(huán)保調(diào)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(diào)濕涂料。使用調(diào)濕材料前后的效果如圖1所示,從圖1中可以看出,使用調(diào)濕材料可以避免璧面嚴重的結(jié)露現(xiàn)象[8]。 圖1調(diào)濕涂料調(diào)節(jié)密閉空間的效果
1調(diào)濕材料的飽和吸濕性能實驗 1.1實驗材料 國內(nèi)外開發(fā)的調(diào)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(diào)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(diào)濕涂料,各材料規(guī)格為沸石:人造沸石;海泡石:未經(jīng)處理的原礦;活性炭:普通活性炭;硅藻土:經(jīng)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(zhì)量的幾種無機材料(質(zhì)量記為m1),放入相對濕度是80%,溫度恒定為(20±0.2)℃的密閉環(huán)境中,每隔一定時間稱取樣品質(zhì)量,直至樣品每天的質(zhì)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(zhì)量記為m2,其飽和吸濕量為m2-m1,調(diào)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(diào)濕材料在該濕度下的吸濕性能曲線,結(jié)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(diào)濕涂料的添加材料。另據(jù)報道[9],硅藻土由于質(zhì)輕、細膩、松散、多孔、吸著力和滲透性強、顆粒細小,使之成為環(huán)保建材的優(yōu)良選材。日本的研究結(jié)果表明,用硅藻土生產(chǎn)的室內(nèi)裝修材料除了不會散發(fā)出對人體有害的化學物質(zhì)外,還有改善居住環(huán)境的作用。首先,可以自動調(diào)節(jié)室內(nèi)濕度。用硅藻土生產(chǎn)的壁材具有超纖維、多孔質(zhì)等特性,其超微細孔比木炭還要多出5000～6000倍。在室內(nèi)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(nèi)空氣中的水分減少、濕度下降,硅藻土壁材就能夠?qū)Υ嬖诔⒓毧字械乃轴尫懦鰜?。其?span lang=en-us>,硅藻土壁材還具有消除異味的功能,保持室內(nèi)清潔,在家庭和賓館衛(wèi)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(diào)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(chǎn);高速分散機、電動攪拌機:姜堰市天力器械有限公司產(chǎn);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(diào)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(zhì)量分數(shù)),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(nèi)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(zhì)量,計算放濕量。實驗結(jié)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(fā)揮出吸放濕作用。 |
