環保型聚碳酸亞丙酯復合調濕材料的性能研究

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(1.河南天冠集團，河南 南陽 473000；2.南陽農業職業學院，河南 南陽 47300)

環保型聚碳酸亞丙酯復合調濕材料的性能研究

符英1，于國玲2

(1.河南天冠集團，河南 南陽 473000；2.南陽農業職業學院，河南 南陽 47300)

以溶液共混法將聚碳酸亞丙酯(PPC)、木質素、沸石、硅藻土制得復合材料，測試復合材料的吸放濕性能。結果表明：無機調濕材料吸放濕速度快，但濕容量小；有機調濕材料吸放濕速度中等或較慢，但濕容量大。而通過復合無機與有機調濕材料料，可以得到吸放濕速度快且濕容量大的調濕材料。

沸石；硅藻土；木質素；聚碳酸亞丙酯；調濕

濕度與人類的生產生活密切相關，濕度過低或過高都會影響人們的正常生活。濕度過低，會引起物品開裂、粉化，還會引發靜電現象；濕度過高，微生物繁殖加快，物品易霉變、腐爛或銹蝕、電器絕緣性能下降，從而引發各種問題，給國民經濟造成重大的損失。目前，調節室內相對濕度主要依靠空調或其它耗能調濕器，不僅耗費電能較大，而且不利于溫室氣體的排放控制。因此，研究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，通過對空氣中水分的吸附與解吸來自動調節密閉空間內的濕度，就顯得具有重要的實用意義[1]。

常見幾種有機調濕材料，如聚乙烯類、聚丙烯酰胺類，均無法徹底降解[2]。聚碳酸亞丙酯(PPC)具有完全可生物降解性能[3]，木質素是世界上第二大最豐富的天然有機物，含有多種親水基團，如羥基、羰基、羧基等基團[4-5]，親水基團越多，親水基極性越大，高分子吸濕量就越大[6-7]。沸石、硅藻土具有孔穴結構，是常見無機調濕材料。有機材料調濕吸濕容量大，放濕速度慢，無機調濕吸濕容量小，放濕速度快[5]。復合調濕材料是將不同類型的調濕材料經復合后制得，使得其吸放濕速度、容量得到調整。

本實驗以聚碳酸亞丙酯(PPC)、木質素、沸石、硅藻土為原料制PPC-木質素、PPC-沸石、PPC-硅藻土、PPC-木質素-沸石、PPC-木質素-硅藻土復合材料。通過測定它們吸濕、放濕質量的變化，比較其調濕性能和特點，為進一步研究開發環保型調濕材料提供參考。

1 實驗部分

1.1主要原料

聚碳酸亞丙酯(PPC)：相對分子質量10萬，河南天冠集團；木質素：吉林延邊石峴白麓紙業股份有限公司；乙酸乙酯：分析純，天津科密歐化學試劑有限公司；沸石：化學純，天津科密歐化學試劑有限公司；硅藻土：化學純，天津科密歐化學試劑有限公司。

1.2主要設備、儀器

真空烘箱：DZF6050型，上海精宏實驗設備有限公司；恒溫恒濕箱：HS-100L型，無錫精創科技有限公司；電子天平：AB204-S型，美國Mettler Toledo公司。

1.3樣品制備

以乙酸乙酯為溶劑，將聚碳酸亞丙酯(PPC)、木質素、沸石、硅藻土分別按以單一物質或按質量比1∶1(兩種物質)或1∶1∶1(三種物質)混合，放入烘箱內加熱，分別制得單一或PPC-木質素、PPC-沸石、PPC-硅藻土、PPC-木質素-沸石、PPC-木質素-硅藻土復合材料。

1.4調濕性能測試

1.4.1 吸濕性能測試

將樣品放置在調濕箱內，調濕箱的溫度為25度、濕度為80%，每隔1 h，進行精確稱重。記錄所得數據分別為M1、M2、...、Mn。在相同的條件下保持約24 h。

按下式計算吸濕率：

吸濕率=(Mn-M0)/M0×100%

式中：Mn為樣品每隔1 h后在恒溫恒濕環境中吸濕至濕平衡后質量；M0為起始質量。

分別作出吸濕率對時間的變化曲線，即為各種材料的吸濕曲線，并加以比較。

1.4.2 放濕性能測試

將樣品放置在烘箱內，烘箱的溫度調為60 ℃，每隔0.5 h，進行精確稱重。記錄所得數據分別為M1、M2、...、Mn。在相同的條件下保持約24 h。

按下式計算放濕率：

分別作出放濕率對時間的變化曲線，即為各種材料的放濕曲線，并加以比較。

2 結果與分析

2.1有機、無機物吸放濕性能

2.1.1 吸濕性能

木質素、沸石、硅藻土、PPC的吸濕曲線如圖1所示。24 h內，四種樣品的吸濕率分別為40.0%、16.1%、14.8%、0.3%，木質素的飽和吸濕量較大；沸石、硅藻土、PPC飽和吸濕量較低。從曲線走勢看，沸石5 h內吸濕速度較快且基本達到飽和吸濕。前5 h內，沸石吸濕曲線斜率最大，吸濕速度最快，其后斜率逐漸變小，吸濕速度變慢,說明人造沸石吸濕速度快但濕容量較小；木質素曲線斜率自始至終都比較大,說明具有較大的吸濕速度且吸濕容量大；硅藻土曲線的斜率第三大，吸濕速度和吸濕容量均居第三； PPC曲線幾乎相當于一條直線，說明吸濕性小。

圖1 木質素、沸石、硅藻土、PPC的吸濕率曲線

2.1.2 放濕性能

木質素、沸石、硅藻土、PPC的放濕曲線如圖2所示。24 h內，四種樣品的放濕率分別為26.1%、15.2%、12.1%、0.2%。木質素的完全放濕量最大，沸石、硅藻土的完全放濕量較小。

圖2 木質素、沸石、硅藻土、PPC的放濕率曲線

從圖1、圖2對比可以發現樣品的放濕能力均明顯遠弱于其自身吸濕能力。沸石、硅藻土前5 h內放濕速度較快，在5 h左右基本達到完全放濕。在5 h內，沸石、硅藻土放濕曲線具有相近的斜率，5 h后，硅藻土曲線斜率小于沸石曲線斜率，說明沸石放濕容量比硅藻土大，PPC曲線斜率變化較小，幾乎是一條直線，說明PPC不具有放濕性。木質素具有較大放濕量，5 h內，木質素放濕速度小于沸石、硅藻土。

2.2復合材料吸放濕性能

2.2.1 吸濕性能

PPC-木質素、PPC-沸石、PPC-硅藻土、PPC-木質素-沸石、PPC-木質素-硅藻土復合材料吸濕曲線如圖3所示。24 h內，五種樣品的吸濕率分別為：30.1%，13.8%，8.2%，20.2%，15.3%。PPC-沸石的吸濕速度最快，PPC-木質素吸濕容量最大，PPC-木質素-沸石、PPC-木質素-硅藻土其次；本來幾乎沒有吸濕性的PPC，通過與木質素、沸石、硅藻土的復合，具有了吸濕性，具有較快吸濕速度的人造沸石，通過與PPC、木質素的復合，吸濕速度有所減慢，但濕容量卻增加了。

圖3 PPC-木質素、PPC-沸石、PPC-硅藻土、PPC-木質素-沸石、PPC-木質素-硅藻土的吸濕率曲線

2.2.2 放濕性能

PPC-木質素、PPC-沸石、PPC-硅藻土、PPC-木質素-沸石、PPC-木質素-硅藻土復合材料放濕曲線如圖4所示。24 h內，五種樣品的放濕量分別為：11.1%，12.1%，7.3%，18.2%，10.2%。PPC-沸石的放濕速度最快，PPC-木質素放濕量最大，PPC-木質素-沸石、PPC-木質素-硅藻土其次。本來幾乎沒有放濕性的PPC，通過與木質素、沸石、硅藻土復合，放濕速度和放濕量都有較大提高。而有較快放濕速度的沸石，通過與PPC的復合，放濕速度減少了很多。

圖4 PPC-木質素、PPC-沸石、PPC-硅藻土、PPC-木質素-沸石、PPC-木質素-硅藻土的放濕率曲線

3 結論

無機材料人造沸石吸放濕速度快，但濕容量小；木質素濕容量大，但吸放濕速度中等。通過選擇無機材料與有機材料進行復合，可以克服原來無機和有機材料各自的缺點，得到吸放濕速度快且濕容量大的調濕材料，如PPC-木質素-沸石。

[1]Wai L Tse,Albert T P So,C Eng.Implementation of comfort-based air-handing·unit control algorithms[J].Ashrae Trans,2000,106(1):29-44.

[2]呂維華.調濕涂料研究進展[J].涂料工業，2009，(2)：59-72.

[3]Inoue S,Koinuma H,Tsuruta T.Copolymerization of carbon dioxide and epoxide[J].J Polym Sci Polym Lett Ed,1969(7):287-292.

[4]中野準三.木質素的化學—基礎與應用[M].北京：輕工業出版社，1979：169-193.

[5]蔣挺大.木質素[M].北京：化學工業出版社，2009：34-43.

[6]李 鑫.不同吸濕官能團對高分子調濕材料吸濕和放濕性能的影響[J].中南大學學報，2011(1)：28-32.

[7]萬紅敬.調濕材料的化學物理結構與性能研究進展[J].材料導報，2013(2)：60-63.

PerformanceResearchofEnvironmentalFriendlyhumidity-controllingPolyPropyleneCarbonateCompositeMaterial

FUYing1，YUGuo-ling2

(1.Henan Tianguan Enterprise Group Co.Ltd，Nanyang 473000,China；2.Nan Yang Agricultural Professional Academy，Nanyang 473000，China)

The solution mixing is used to fabricate a series of poly propylene carbonate、Lignin、zeolite、diatomite composites，the moisture absorption and desorption property are tested。It is found that inorganic humidity cont rolling materials had a high absorbing and releasing moisture speed,but lit tle moisture capacity.organic humidity controlling material had great moisture capacity,but a low absorbing and releasing moisture speed.Through the compostion of inorganic and organic materials could obtain the humidity cont rolling materials with large moisture capacity and high absorbing and releasing moisture speed.

zeolite;diatomite;lignin;poly propylene carbonate;adjustment humidity

2014-08-13

符 英(1973-)，女，工程師，從事復合材料方面研究工作，E-Mail：clayldh@163.com。

TQ323.41

A

1003-3467(2014)11-0036-03