[发明专利]一种用于净化空气和调节湿度的功能材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种功能材料及其制备方法，更具体地说，涉及一种主要用于室内建筑空间的空气净化和湿度调节的功能材料及其制备方法。

背景技术

随着经济的快速发展，环境质量不断下降与人们对于环境质量要求不断提高之间的矛盾越来越严重，人们在要求环境清洁同时也希望可以调节其湿度、使生活更舒适。

活性炭，在结构上是微晶碳无规则排列，相互连接间形成细孔，经活化后产生缺陷而形成的一种多孔碳，具有较好的吸附功能，可以吸附多种气体，如用来吸附甲醛、SO₂、NO₂等，对于异味也有一定的清除作用。

调湿材料作为一种环境友好材料，可以有效地吸附和释放空气中的水分，并自动地调节室内环境的湿度至40％～60％RH。与传统的空调调湿技术相比，调湿材料具有无污染、节能、可回收的优势。调湿材料的种类虽然较多，如硅胶、无机盐、无机矿物和有机高分子材料等，但各有自己的优势和缺陷。而将无机矿物与有机高分子复合所制得的复合调湿材料，相比于其它调湿材料，具有调湿量大、响应速度快、环境友好性高的特点。活性炭作为吸附剂，进行空气净化具有较好的效果。在进行环境调节的时候，如何让产品在兼具调湿与净化性能的同时，方便实用、且调湿量要大、响应速度快是急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，解决传统调湿产品调湿量小、响应速度慢的缺陷，并同时达到调节空气湿度与净化环境的目的，将具有调湿功能的无机矿物/有机高分子复合材料与活性炭材料进行有效复合，从而使材料兼有净化空气和调节湿度的双重功能。

本发明的目的通过下述技术方案予以实现：

本发明首先制备出具有高调湿能力的硅藻土/聚丙烯酸(钠)复合调湿材料，然后再与活性碳进行复合，从而制备出兼有净化与调湿功能的环保材料产品。本发明选用价格低廉、本身孔隙度大、具有良好的吸附性和化学稳定性、无毒无害的硅藻土作为原材料，通过反相悬浮聚合方法与丙烯酸(钠)进行聚合制备纳米调湿复合材料组分；然后与活性炭进行机械结合，进而经压制成型或造粒、烘干处理后得到能净化空气和调节湿度的新型环保产品。具体来说，如下：

(1)对硅藻土进行有机改性，以增强其与有机聚合物之间的结合性。具体来说，可以先将硅藻土原料进行焙烧以去除水份，例如在550-700℃下焙烧30-120min，然后利用酸液对硅藻土原料进行清洗，以去除杂质，例如按固液质量比1∶1-1∶5的比例放入到质量百分数为60％-90％H₂SO₄水溶液中，在80-100℃下浸泡2-5小时；接着利用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)对硅藻土进行有机改性，例如按固液比为1∶5-1∶2的比例将硅藻土加入到质量百分数为1％-10％的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)的水溶液中，并在40-80℃下搅拌2-4h；冷却、洗涤，在80-100℃下真空干燥60-90min及研磨粉碎后即可得到有机改性硅藻土。

(2)配置反应单体溶液，具体来说，配置一定浓度的碱性溶液，然后缓慢滴入丙烯酸中，通过改变碱性溶液的加入量以获得不同中和度(50％～100％)的丙烯酸-丙烯酸钠溶液；所述一定浓度的碱性溶液可以选择质量分数为25％的NaOH水溶液、KOH水溶液。

(3)通过反相悬浮聚合方法制备硅藻土/聚(丙烯酸-丙烯酰胺)复合调湿材料，具体来说，将有机改性硅藻土按一定的比例(单体溶液总质量的10％～70％，即步骤(2)中配置的丙烯酸-丙烯酸钠溶液质量)加入到单体溶液中进行搅拌混合，并进行超声波震荡分散，使溶液乳化，作为水相；按水油体积比1∶5的比例在反应容器中加入油相(例如环己烷)及分散剂(例如司班Span60、司班Span80，其加入量为丙烯酸-丙烯酸钠单体溶液质量的1％～30％)，并通入惰性气体以除去氧；将水相加入到反应容器中，并加入引发剂和交联剂，升温至引发温度(例如60-80℃)引发聚合直至反应完毕即得到硅藻土/聚(丙烯酸-丙烯酸钠)复合调湿组分。

其中所述引发剂选择水溶性过硫酸盐，例如过硫酸钾、过硫酸铵，其加入量为步骤(2)配置的丙烯酸-丙烯酸钠溶液质量的1％-5％，优选1％-3％。

所述交联剂选择N，N’-亚甲基双丙烯酰胺，其加入量为步骤(2)配置的丙烯酸-丙烯酸钠溶液质量的1％-5％，优选1％-3％。

制备复合调湿组分后，将制得的凝胶样品(即复合调湿组分)取出、清洗去除杂质和未反应的物质，在100℃真空干燥2小时，之后研磨、过筛(50目)后备用。