[发明专利]木制品湿度控制系统

说明书

相关申请交叉参考

不适用

有关联邦资助研发的声明

不适用

背景技术

I.发明领域

本发明总体涉及通过控制包含木材的物品的储存环境中的湿度保护此类物品，尤其涉及包含木材的物品，如博物馆文物和乐器。

II.相关技术

视温度和储存环境的湿度，封闭储存的木制品会吸收和释放湿气。遗憾的是，随着湿气含量的变化，木材会收缩和膨胀，常常永久性改变所储存的木制品的物理性质和外观，还可能造成其损坏。例如，众所周知，在寒冷的气候里，特别是在极地纬度地区，室内湿气含量非常低，低湿度导致木制品收缩到可能造成破坏的程度。反之，在高湿度环境里，如在赤道地区，高湿度也会由于湿气吸收和溶胀而损坏木制品。因环境湿度方面的考虑，高价木制品，如艺术品、乐器，甚至昂贵的运动设备，常常密封在湿度受控的环境中。对于木制品的储存，推荐的相对湿度(RH)在40％-60％之间。

如美国专利5,936,178所披露，封闭环境的相对湿度可利用湿度控制系统来稳定，所述系统包含装有特定盐溶液的湿气渗透小袋(pouch)。也可采用某些非离子溶液，其包含低分子量分子，如乙二醇、丙二醇、甘油、尿素、胍、乙醇胺、单糖或糖醇。水溶液中溶质和溶质浓度的选择决定了溶液的水活度(a_w)。溶液的水活度会与周围气氛平衡，直至相对湿度(RH)等于水活度。因此，RH百分比等于a_wxl0²。例如，a_w为0.75的含过量晶体的饱和氯化钠水溶液会与封闭环境中的湿空气或干空气平衡，直至达到75％的相对湿度。

然而，人们也发现，在建立和维持最佳相对湿度范围(40％-60％)方面最有效的许多溶液具有不利的性质，与包装材料的化学反应性、腐蚀性，形成不利的气体，或者传湿量(TC)(定义见下文)受到限制。例如，含过量晶体的碳酸钾饱和溶液会保持所需的40％-60％的稳定湿度，但该材料的高pH会使许多包装膜降解。另一个问题是用硝酸盐控制湿度时形成的腐蚀性气体。

传湿量(moisturetransfercapacity)(MTC)定义为在规定的相对湿度范围内，传入或传出指定的控制系统(即设备、小袋等)的水分的量。例如，氯化钙、氯化镁或甘油的水溶液可用来控制40％-60％之间的湿度，但MTC仅约为包装重量的15％-20％。另外，采用固体基材(如硅胶)或吸水性有机聚合物(例如丙烯酰胺)的湿气控制系统可配制成特定的相对湿度；然而，这些系统具有低传湿量的特征，对于维持受控的湿度环境来说用处较小。显然，为了在一定的环境条件范围内维持所需的湿度，湿度控制系统的传湿量非常重要。随着设备的传湿量增加，该设备提供所需湿气的能力也增加，从而维持所需湿度，以保护所关注的木制品。

发明内容

本发明提供了包(packet)或小袋形式的设备或容器，内装湿度控制溶液形式的材料体系，在将木制品和博物馆文物置于通常封闭的环境中时，用来为这些物品提供最佳水平的相对湿度。本发明公开了提供优异传湿量的优选体系，用来将相对湿度一般地控制在木制品所需的40％-60％的临界范围内。所公开的配方在此范围内提供了优异的传湿量，而不会造成不当腐蚀或包装降解。在优选的形式中，本发明采用与乙酸盐、乳酸盐或柠檬酸盐混合的甲酸钠的饱和水溶液。这些溶液可装在各种聚合物膜中，所述聚合物膜允许湿气通过而液体溶液不能通过，能够将密封容器如乐器盒或陈列橱里的相对湿度控制在40％-60％之间。

为了提高和控制黏度，在向这些湿度控制溶液中添加某些增稠剂。高黏度产品会在包装存在缺陷时最大程度减少不利的溶液泄漏。上面引用的美国专利5,936,178公开了许多可能的增稠剂。在本发明的材料中，优选的增稠剂包括羟乙基纤维素()、黄原胶、氧化铝()和气相法二氧化硅()。这些增稠剂具有高分子量，以低浓度添加，因而它们对上述设备的相对湿度控制仅有最小影响，同时大大增加溶液的黏度。