李冶调湿材料.doc

影响调湿材料调湿性能的主要因素分析李治程小苏曾令可王慧周黎明邓伟彬韩鑫(华南理工大学材料科学与工程学院,广东广州510640)摘要:本文对影响调湿材料调湿性能的主要因素进行分析。有机调湿材料,主要因素包括:材料本身的性质和结构如亲水基团的极性、聚合度、孔容和孔径大小分布、比表面积、表面状态等;无机调湿材料,主要有孔径的大小及其分布、孔容积、比表面积。此外,对于调湿材料,还受到环境湿度、吸湿接触面积以及制备工艺的影响。结合以上主要因素,指出调湿材料的研究方向及其研究重点。关键词:调湿材料;调湿原理;调湿性能;影响因素随着政府和全社会公民的环保意识不断增强,加上材料产业不断朝着高性能化、智能化、功能化和生态化的方向发展,使得各类绿色生态环保产品的开发显得愈加重要。空气湿度是一种重要的人类居住环境舒适度指标,这里提到的相对湿度是指空气中水蒸气的含量与在相同情况下能够渗透到空气中的水蒸气总的含量之比[1],也是空气干湿程度的物理量,过高或过低的空气湿度对人类的健康以及文物、仪器寿命等有很大的影响,如广州地区在春季的“回南天”,空气湿度很高,对人们的日常生活造成了不便。调湿材料的概念最早由日本学者西藤、宫野等提出的[2],是指不需要借助任何人工能源和机械设备,依靠自身吸放空气湿度的性能,感应所调空间空气温湿度的变化,自动调节空气相对湿度的材料。这种生态调湿材料不需要消耗电能等其他不可再生能源,故开发与应用具有良好调湿性能的调湿材料对节约能源、改善环境舒适度、促进生态环境的可持续发展等具有重要的现实意义。国外对调湿材料的研究已经有几十年历史,许多研究成果也已经广泛应用于建筑、化工、文物保护等领域[3~7]。目前,国内在这一领域的研究也逐渐增多。如木材、竹炭、木炭等天然调湿材料、无机盐调湿材料、无机矿物调湿材料、有机高分子调湿材料、复合调湿材料、纸类调湿材料等[8]。此外,,当相对湿度范围为40%~60%时,环境中的细菌含量最低,使得呼吸道感染的可能性降到最小,并且可以使空气中的臭氧保持一定的发生率,使空气清新净化[9]。由此可见,调湿材料作为一种重要的绿色、低碳功能性材料,其在节能环保方面具有深远的意义。为此,本文重点分析影响调湿材料调湿性能的主要因素,为调湿材料的开发及研究重点提供借鉴。基金项目:广东省教育部产学研结合项目(编号:2012B091100306)通信联系人:李治,E-mail:******@1影响有机材料调湿性能的主要因素调湿材料调湿性能的优劣主要取决于两个指标:湿容量的大小和吸、放湿率的快慢,前者反映吸放湿能力,后者反映吸放湿的应答性[10]。有机调湿材料一般具有三维网状结构或类似结构,网络内部含有大量羧基、氨基、羟基等亲水基团,使其能够吸收自身重量百倍甚至千倍水分。由此可见,对于有机调湿材料,其湿容量较大[11~13]。李万芬等人[14]研究了墨鱼葡甘聚糖接枝丙烯酸共聚物(KAC)的吸湿特性,实验发现KAC具有优异的高效吸湿特性,且对比了硅胶和蒙脱石的吸湿性能,结果如图1所示。由图可见,无机材料的湿容量一般要小于有机材料。而且在高湿度(RH=90%)和低湿度(RH=10%)环境中,分别表现出长效吸湿和强保水能力。图1(90±1)%RH、(25±1)℃条件下几种材料的吸湿率曲线