改性漂珠的調濕性能研究

辛銀花

(青島職業技術學院，山東青島 266555)

空氣濕度作為一個重要的環境參數正越來越受到人們的重視。人們生產、生活的環境需要適宜的空氣濕度，濕度過高的或過低均會對人的生活及生產產生不利的影響。控制適宜的濕度對人的健康及生產有積極的作用。目前調節濕度的方法有傳統的除濕、加濕及空調設備等，隨著科學技術的發展，各種被動式調濕材料相繼開發問世。所謂被動式調濕材料是指無需消耗人工能源，能依靠自身的吸濕、放濕性能自動調節空氣相對濕度的材料［1］。其研究開發對于改善人居環境、保障人體健康，改善生產及產品環境，節能降耗，保持生態環境的可持續發展有著重要的意義。目前開發的調濕材料主要包括:特種硅膠、無機鹽類、無機礦物類、有機高分子類、復合調濕材料等，各種材料的調濕性能各有特點，其中無機礦物類調濕材料是運用得最多的一類調濕材料，如硅藻土、沸石、海泡石等［2］。本文研究的漂珠是從燃煤廢渣－粉煤灰中提取的一種空心微珠材料，用HF改性將其制成改性漂珠［3］，研究了改性前后其微觀形貌變化以及吸、放濕性能隨時間的變化，吸放濕效果隨時間的變化等，并與硅藻土進行對比，探討改性漂珠作為一種新型的調濕材料的可行性。

1 實驗部分

1．1 原料與試劑

漂珠100目，河北邢臺某漂珠有限公司。

1．2 實驗儀器

精密天平、BSC－150恒溫恒濕箱、減壓抽濾裝置、JSM－7500場發射掃描電鏡(日本電子)、溫濕度計、培養皿。

1．3 改性樣品制備

稱取一定質量篩選后的漂珠，按下列步驟對漂珠進行改性處理。

粉煤灰漂珠→酸處理→堿中和→清洗→減壓抽濾→干燥→改性漂珠

2 測試方法

2．1 樣品的外觀形貌

樣品的表觀形貌在JSM－7500掃描電鏡測定。

2．2 樣品吸濕性能的測試

稱取一定量的改性漂珠樣品，置于培養皿(質量m0)中，稱重記為m1;在干燥箱中干燥(105℃ ±2℃)至恒重記為m2。將樣品置于恒溫恒濕箱中，保持高濕(20℃，90%RH)環境，每間隔1 h分別稱重，記為m，計算吸濕率={(m－m2)/(m2－m0)}×100%。分別作出吸濕率對時間的變化曲線，進行對比。

2．3 樣品放濕性能的測試

將吸濕至恒重m的樣品置于恒溫恒濕箱中，調至高溫低濕(50℃，10%RH)條件進行放濕，每間隔1 h分別稱重mi，計算放濕率。放濕率={(m－mi)/(m2－m0)}×100%。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。

3 結果與討論

3．1 改性漂珠的微觀形貌

圖1 改性前后漂珠的微觀形貌

圖1 是改性前后漂珠的微觀形貌SEM圖。圖1a是改性前的圖片，圖1b是改性后的圖片，很明顯改性后的漂珠表面形成的微孔數量增加。這是因為漂珠在改性過程中，HF酸將表面侵蝕，將原有的微孔擴大，同時又在漂珠表面侵蝕形成新的微孔。因此，改性后的漂珠微孔數量、大小及比表面積均增加。

3．2 改性漂珠的吸濕性能

在相同實驗條件下，分別對漂珠原樣和改性漂珠、硅藻土等樣品進行吸濕性測試，結果發現:隨著吸濕時間的增加，漂珠原樣及改性漂珠的吸濕率均增加，但未改性漂珠的吸濕率增加量少，飽和吸濕量僅為2．443%;而改性漂珠樣品吸濕率增加明顯，飽和吸濕量為9．589%。說明改性漂珠的吸濕性改善明顯。主要原因是改性漂珠中的表面形成微孔結構，增大了比表面積，使樣品吸濕性增加，但隨著吸濕時間增加到一定值，吸濕達到平衡狀態，吸濕量達到飽和。實驗表明:改性漂珠在吸濕4 h左右基本達到飽和吸濕量9．589%。而硅藻土在3 h左右基本達到飽和吸濕量，最大吸濕量為5．183%。改性漂珠的吸濕率明顯高于硅藻土。圖2是各種樣品的吸濕率隨時間變化的曲線。

3．3 改性漂珠的放濕性能

按照實驗條件在樣品達到飽和吸濕后，再在相同實驗條件下，分別對樣品進行放濕率測試，分別作出樣品放濕率隨時間變化的曲線如圖3。由圖3可見:隨著放濕時間的增加，漂珠原樣及改性樣品的放濕率均增加，未改性漂珠的最大放濕量為2．436%，達到飽和吸濕率的99%;改性漂珠樣品的最大放濕量分別為9．426%，達到飽和吸濕率的98%。說明改性前后漂珠的放濕性明顯。實驗表明:改性漂珠在放濕1 h左右，放濕速度最快，3 h左右基本達到最大放濕量。而硅藻土放濕在2 h左右基本達到最大放濕量5．268%。

圖3 改性漂珠的放濕性能曲線

3．4 改性漂珠調濕性能與時間的關系

表1 改性漂珠調濕性能與時間的關系

將樣品在20℃，90%RH條件下吸濕4 h，測其吸濕率，然后在50℃，10%RH條件下放濕4 h，測其放濕率;然后將樣品在室溫下分別放置24、48 h后再在相同條件下測其吸放濕率，結果見表1。由表1可見:隨著時間的變化，改性漂珠的吸放濕性能變化不明顯，說明其吸放濕性能持續性好，主要原因是:改性漂珠對水分子的吸附以物理吸附為主，在特定條件下水分子能盡快吸附和脫附［4］。

3．5 改性漂珠的調濕機理

決定材料吸放濕能力的主要因素是材料的結構和表面性質。材料對水分子的吸附包括化學吸附和物理吸附，化學吸附與材料的組成構有關。在化學吸附上面再吸附水分形成多層物理吸附，對調濕有著重要作用。物理吸附的特點是速度較快，易達到平衡態，且當外界濕度降低時，有較好的放濕能力。物理吸附的強弱主要與材料的比表面積的大小和孔徑大小的分布有關［4］。漂珠的主要成分為 Si、Al、O和其他金屬與堿土金屬離子，材料與空氣中水分子接觸時表面會產生羥基化反應吸附水分子，此為化學吸附［5］。漂珠在改性過程將原有的微孔擴大，同時又在漂珠表面侵蝕形成新的微孔，因此改性漂珠的微孔數量、大小均增加，從而增大了漂珠表面的比表面積，增大了改性漂珠的物理吸附能力。因此，改性后漂珠其吸放濕能力有很大提高。因改性漂珠的結構不同于硅藻土等其他無機調濕材料，對其調濕機理的研究有待于進一步開展。

4 結論

(1)HF處理后的改性漂珠，表面形成明顯微孔結構，微孔數量及比表面積明顯增加。增加了漂珠的物理吸附性能。

(2)改性漂珠吸、放濕性能較改性前有明顯改善。吸濕率由原來的2．443%增加到9．589%，增加了193%;放濕率由2．436%增加到9．426%，增加了187%。在相同條件下測試硅藻土的吸放濕率分別是5．183%，5．069%。改性漂珠的吸、放濕性能優于硅藻土。且吸、放濕速度快，效率較高。

(3)改性漂珠的連續吸、放濕性能測試發現，其吸、放濕率改變不明顯，說明調濕性能持續性好。

(4)材料對水分子的吸附有化學吸附和物理吸附，改性后的漂珠的微觀結構發生改變，增加了物理吸附效果，改善了調濕性能，但因其結構不同于其他無機調濕材料，對其調濕機理的研究有待于進一步開展。

(5)改性漂珠的吸、放濕性能改善顯著，作為調濕材料應用具有可行性。