專利名稱：一種具有調(diào)濕功能的硅藻土基多孔材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)保建筑材料領(lǐng)域，具體涉及一種具有調(diào)濕功能硅藻土基多孔材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
濕度是與溫度同等重要的生態(tài)環(huán)境參數(shù)，過高或過低的濕度不但會(huì)影響建筑物的壽命，而且對(duì)居住者的健康帶來不良影響，濕度過高容易滋生霉菌、加速建筑物及室內(nèi)裝飾腐蝕，而過于干燥則又容易導(dǎo)致呼吸系統(tǒng)和皮膚過敏，濕度還影響人類對(duì)溫度的感知，高濕度環(huán)境容易使人產(chǎn)生悶熱的感覺，因而控制居住環(huán)境合適的濕度不但可以保護(hù)建筑物和居 住者的健康，而且能夠起到建筑物節(jié)能的作用。目前控制建筑物內(nèi)濕度的方法主要有機(jī)械式的主動(dòng)調(diào)節(jié)和采用具有吸放濕功能材料的被動(dòng)調(diào)節(jié)方式兩種，后者相比前者不需消耗電力能源且無噪聲污染，是一種環(huán)境友好的建筑物內(nèi)濕度調(diào)節(jié)方式。目前，以硅藻土為原料制備具有調(diào)濕功能多孔陶瓷建筑材料的技術(shù)主要是采用無機(jī)鹽作為添加劑添加到硅藻土中，并高溫煅燒，這種方法易導(dǎo)致對(duì)吸放濕起決定作用的硅藻土的5-15nm小孔消失。申請(qǐng)?zhí)枮?00610046325.9的中國專利“硅藻土內(nèi)墻磚及其制備工藝”以硅藻土精土、硅藻土助濾劑、碳酸鈉、硅酸鈉混合后經(jīng)制坯、烘干工序，在1000° C 1200° C焙燒制備硅藻土內(nèi)墻磚，由于硅藻土的吸放濕能力主要依賴于孔徑小于20 nm的小孔，較高的焙燒溫度容易使硅藻土小孔消失，從而失去吸放濕的能力；申請(qǐng)?zhí)枮?01110356267. O的中國專利“一種以硅藻土為主要成分的裝飾磚”公開了以硅藻精土 20%-40%和石膏粉50%-70%為主要原料，利用石膏粉遇水凝固的特點(diǎn)通過倒模凝固并在70-90° C下烘干制備不同形狀的裝飾磚，由于基體為透氣性差的石膏，水蒸汽難以以擴(kuò)散的方式進(jìn)出硅藻土的天然孔道，因而難以有較高的吸放濕性能；申請(qǐng)?zhí)枮?01110403109. 6的中國專利“一種室內(nèi)裝修用硅藻土素面磚的制作方法和產(chǎn)品”公開了以66-89%的硅藻土精土為原料，與二氧化鈦、電氣石、硅酸鈉、水混合后壓坯、干燥、燒結(jié)制得室內(nèi)裝飾磚，該方法制備的磚僅能使表面的硅藻土發(fā)揮吸放濕功能，由于沒有水蒸汽擴(kuò)散出入的通道，磚表層以下的硅藻土不能參與發(fā)揮吸放濕的功能。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種具有調(diào)濕功能的硅藻土基多孔材料及其制備方法，目的是通過引入一種容易燒失的有機(jī)造孔劑制備一種既保留有對(duì)吸放濕起決定作用的小孔、又有可供水蒸汽擴(kuò)散傳輸?shù)拇罂椎墓柙逋粱嗫撞牧?。?shí)現(xiàn)發(fā)明目的的技術(shù)方案是
一種具有調(diào)濕功能硅藻土基多孔材料，其原料成分質(zhì)量百分比為硅藻土 70 95%、凹凸棒石或海泡石O 15%、有機(jī)造孔劑5 30%，其比表面積為15-80 m2/g，相對(duì)濕度為85%條件下24小時(shí)吸濕率高于8%，相對(duì)濕度為35%條件下24小時(shí)放濕率高于5%。
所述的有機(jī)造孔劑是在300° C以上才能被燒除的有機(jī)物，如淀粉和葡萄糖。一種具有調(diào)濕功能多孔陶瓷材料的制備方法按照以下步驟進(jìn)行
(1)將烘干后的硅藻土原礦粉碎，按照質(zhì)量百分比硅藻土70 95%、凹凸棒石粉或海泡石粉O 15%、有機(jī)造孔劑5 30%，與凹凸棒石或海泡石、有機(jī)造孔劑在混料機(jī)中均勻混合形成混合粉料；
(2)向混合粉料中加入水并進(jìn)一步混合形成混合物，水的加入量是混合粉料的質(zhì)量比例5% 35% ；
(3)使用壓力機(jī)于2-100MPa下將上述混合物壓制成磚坯，將磚坯送入煅燒窯中，于600-1100° C下煅燒1-4小時(shí)，冷卻得到具有調(diào)濕功能硅藻土基多孔材料。 所述的有機(jī)造孔劑是在300° C以上才能被燒除的有機(jī)物，如淀粉和葡萄糖。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的特點(diǎn)和有益效果是
目前采用的環(huán)境濕度調(diào)控材料往往添加無機(jī)鹽或石膏等容易與水蒸汽結(jié)合形成結(jié)晶水的材料，但這部分結(jié)晶水在空氣干燥的時(shí)候往往不能及時(shí)地放出吸收的水分子，而且還可能發(fā)生鹽析并對(duì)建筑物起到一定的腐蝕作用，本發(fā)明的技術(shù)方案能夠有效避免上述問題。硅藻土的主要成分是非晶態(tài)氧化硅，表面容易形成親水的羥基基團(tuán)，在有小于20nm微孔存在的條件下形成曲率半徑為負(fù)值的液面，根據(jù)開爾文公式可知在相同溫度下凹液面處水的飽和蒸氣壓比平面小，即水蒸汽在硅藻土的微孔中達(dá)到了過飽和因而凝結(jié)成液體，從而達(dá)到吸濕的目的，由于該過程僅受微孔曲率半徑與溫度的影響，因而在干燥條件下凝結(jié)的水又容易被釋放出來，對(duì)人體舒適的濕度條件而言，控制材料使其中富有大量小于20 nm的微孔是材料具有將濕度調(diào)節(jié)至人體舒適范圍的關(guān)鍵。本發(fā)明的技術(shù)方案通過添加有機(jī)造孔劑和低溫?zé)Y(jié)克服了高溫煅燒會(huì)毀壞硅藻土原有微孔結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)，加上硅藻土提供的獨(dú)特的親水性表面，因而可以成為一種效果顯著的控制建筑物內(nèi)環(huán)境濕度的材料，兼具空氣凈化、防火和審美功能。


圖I是本發(fā)明實(shí)施例I制備具有調(diào)濕功能硅藻土基多孔材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)掃面電鏡照片；
圖2是本發(fā)明實(shí)施例I制備具有調(diào)濕功能硅藻土基多孔材料的孔徑分布 圖3是本發(fā)明實(shí)施例I制備具有調(diào)濕功能硅藻土基多孔材料的在濕度分別為83冊(cè)％和35RH%條件下的吸放濕性能；
圖4是本發(fā)明實(shí)施例2制備具有調(diào)濕功能硅藻土基多孔材料的氮?dú)獾葴匚骄€；
圖5是本發(fā)明實(shí)施例2制備具有調(diào)濕功能硅藻土基多孔材料在濕度分別為83冊(cè)％和35RH%條件下的吸放濕曲線。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明實(shí)施例采用的硅藻土產(chǎn)自吉林省長白地區(qū)；
本發(fā)明對(duì)實(shí)施例中制備的硅藻土基多孔材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)觀察采用的儀器是日本電子生產(chǎn)的掃面電子顯微鏡(JSM-6510A)；孔徑分布利用氮?dú)馕椒椒ㄔ诿绹鳰icromeritics公司TriStarII 3020孔隙分析儀上進(jìn)行測(cè)試；
本發(fā)明實(shí)施例中對(duì)材料的吸濕和放濕性能按如下方法進(jìn)行測(cè)試將樣品在150° C條件下干燥10小時(shí)去除表面水，然后取一定質(zhì)量(10 g左右)的樣品置于相對(duì)濕度為83%、室溫環(huán)境中，并利用千分之一天平記錄樣品的質(zhì)量變化，記錄時(shí)間間隔為I分鐘；吸濕24小時(shí)后取出樣品將其重新置于35%相對(duì)濕度環(huán)境中連續(xù)放濕24小時(shí)，以吸濕過程相同條件記錄質(zhì)量變化；以質(zhì)量相對(duì)變化對(duì)時(shí)間作圖即得吸放濕曲線。實(shí)施例I
(1)將烘干后的硅藻土原礦粉碎，按照質(zhì)量百分比硅藻土90%和 淀粉10%在混料機(jī)中均勻混合形成混合粉料；
(2)按混合粉料的質(zhì)量比例5%，向混合粉料中加入水并進(jìn)一步混合形成混合物；
(3)使用壓力機(jī)于50MPa下將上述混合物壓制成10cmX18 cmX8 mm的磚坯，將磚坯送入煅燒窯中，于800° C下煅燒3小時(shí)，冷卻得到具有調(diào)濕硅藻土基多孔材料。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)掃面電鏡形貌如圖I所示，孔徑結(jié)構(gòu)分布如圖2所示，可以看出材料的孔徑分布均勻，且集中在< 20nm的尺度，其BET比表面積為50. 6 m2 · g—1在濕度分別為83RH%和35RH%條件下的吸放濕性能如圖3所示，經(jīng)相對(duì)濕度83%環(huán)境下吸濕24小時(shí)后吸濕量可達(dá)8%以上，相對(duì)濕度為35%條件下24小時(shí)放濕率高于5%。實(shí)施例2
(1)將烘干后的硅藻土原礦粉碎，按照質(zhì)量百分比硅藻土85%、凹凸棒石10%和葡萄糖5%在混料機(jī)中均勻混合形成混合粉料；
(2)按混合粉料的質(zhì)量比例20%,向混合粉料中加入水并進(jìn)一步混合形成混合物；
(3)使用壓力機(jī)于50MPa下將上述混合物壓制成10cmX 18 cmX8 mm的磚坯，將磚坯送入煅燒窯中，于850° C下煅燒2小時(shí)，冷卻得到具有調(diào)濕硅藻土基多孔材料。其氮?dú)馕降葴鼐€如圖4所示，BET比表面積為20. I m2 -g^1 ;在濕度分別為83RH%和35RH%條件下的吸放濕性能如圖5所示，從圖中可以看出經(jīng)相對(duì)濕度83%環(huán)境下吸濕24小時(shí)后吸濕量可達(dá)8%以上，相對(duì)濕度為35%條件下24小時(shí)放濕率高于5%。。實(shí)施例3
(1)將烘干后的硅藻土原礦粉碎，按照質(zhì)量百分比硅藻土70%和淀粉30%在混料機(jī)中均勻混合形成混合粉料；
(2)按混合粉料的質(zhì)量比例35%，向混合粉料中加入水并進(jìn)一步混合形成混合物；
(3)使用壓力機(jī)于40MPa下將上述混合物壓制成10cmX 18 cmX8 mm的磚還,將磚還送入煅燒窯中，于600° C下煅燒4小時(shí)，冷卻得到具有調(diào)濕硅藻土基多孔材料。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，其比表面積為15 m2/g，相對(duì)濕度為85%條件下24小時(shí)吸濕率高于8%，相對(duì)濕度為35%條件下24小時(shí)放濕率高于5%。實(shí)施例4
(1)將烘干后的硅藻土原礦粉碎，按照質(zhì)量百分比硅藻土95%和葡萄糖5%在混料機(jī)中均勻混合形成混合粉料；
(2)按混合粉料的質(zhì)量比例25%，向混合粉料中加入水并進(jìn)一步混合形成混合物；
(3)使用壓力機(jī)于70MPa下將上述混合物壓制成10cmX 18 cmX8 mm的磚還,將磚還送入煅燒窯中，于1100° C下煅燒1小時(shí)，冷卻得到具有調(diào)濕硅藻土基多孔材料。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，其比表面積為80 m2/g，相對(duì)濕度為85%條件下24小時(shí)吸濕率高于 8%，相對(duì)濕度為35%條件下24小時(shí)放濕率高于5%。實(shí)施例5
(1)將烘干后的硅藻土原礦粉碎，按照質(zhì)量百分比硅藻土75%、海泡石15%和葡萄糖10% 在混料機(jī)中均勻混合形成混合粉料；
(2)按混合粉料的質(zhì)量比例30%，向混合粉料中加入水并進(jìn)一步混合形成混合物；
(3)使用壓力機(jī)于50MPa下將上述混合物壓制成10cmX18 cmX8 mm的磚坯，將磚坯 送入煅燒窯中，于1000° C下煅燒1. 5小時(shí)，冷卻得到具有調(diào)濕硅藻土基多孔材料。其比表面積為30. 5 m2/g，相對(duì)濕度為85%條件下24小時(shí)吸濕率高于8%，相對(duì)濕 度為35%條件下24小時(shí)放濕率高于5%。
權(quán)利要求
1.ー種具有調(diào)濕功能硅藻土基多孔材料，其特征在于原料成分質(zhì)量百分比為硅藻土70 95%、凹凸棒石或海泡石0 15%、有機(jī)造孔劑5 30%，其比表面積為15-80 m2/g，相對(duì)濕度為85%條件下24小時(shí)吸濕率高于8%，相対濕度為35%條件下24小時(shí)放濕率高于5%。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種具有調(diào)濕功能硅藻土基多孔材料，其特征在于所述的有機(jī)造孔劑是在300° C以上才能被燒除的有機(jī)物，如淀粉和葡萄糖。
3.ー種具有調(diào)濕功能硅藻土基多孔材料的制備方法，其特征在于按照以下步驟進(jìn)行 (1)將烘干后的硅藻土原礦粉碎，按照質(zhì)量百分比硅藻土70 95%、凹凸棒石粉或海泡石粉0 15%、有機(jī)造孔劑5 30%，與凹凸棒石或海泡石、有機(jī)造孔劑在混料機(jī)中均勻混合形成混合粉料； (2)向混合粉料中加入水并進(jìn)一歩混合形成混合物，水的加入量是混合粉料的質(zhì)量比例5% 35% ； (3)使用壓カ機(jī)于2-100MPa下將上述混合物壓制成磚坯，將磚坯送入煅燒窯中，于600-1100° C下煅燒1-4小時(shí)，冷卻得到具有調(diào)濕功能硅藻土基多孔材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的ー種具有調(diào)濕功能硅藻土基多孔材料的制備方法，其特征在于所述的有機(jī)造孔劑是在300° C以上才能被燒除的有機(jī)物，如淀粉和葡萄糖。
全文摘要
本發(fā)明屬于環(huán)保建筑材料領(lǐng)域，具體涉及一種具有調(diào)濕功能硅藻土基多孔材料及其制備方法。本發(fā)明具有調(diào)濕功能硅藻土基多孔材料，其原料成分質(zhì)量百分比為硅藻土70～95%、凹凸棒石或海泡石0～15%、有機(jī)造孔劑5～30%，其比表面積為15-80m2/g，相對(duì)濕度為85%條件下24小時(shí)吸濕率高于8%，相對(duì)濕度為35%條件下24小時(shí)放濕率高于5%，其制備方法是將硅藻土、凹凸棒石和有機(jī)造孔劑5～30%混合，加入水壓制成磚坯，于600-1100°C下煅燒1-4小時(shí)。本發(fā)明通過添加有機(jī)造孔劑和低溫?zé)Y(jié)克服了高溫煅燒會(huì)毀壞硅藻土原有微孔結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)，加上硅藻土提供的獨(dú)特的親水性表面，因而可以成為一種效果顯著的控制建筑物內(nèi)環(huán)境濕度的材料，兼具空氣凈化、防火和審美功能。
文檔編號(hào)C04B33/13GK102951925SQ20121049208
公開日2013年3月6日 申請(qǐng)日期2012年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月28日
發(fā)明者秦高梧, 李松, 任玉平, 左良 申請(qǐng)人:東北大學(xué)