專利名稱：一種具有調濕功能的硅藻土基多孔材料及其制備方法
技術領域：
本發明屬于環保建筑材料領域，具體涉及一種具有調濕功能硅藻土基多孔材料及其制備方法。
背景技術：
濕度是與溫度同等重要的生態環境參數，過高或過低的濕度不但會影響建筑物的壽命，而且對居住者的健康帶來不良影響，濕度過高容易滋生霉菌、加速建筑物及室內裝飾腐蝕，而過于干燥則又容易導致呼吸系統和皮膚過敏，濕度還影響人類對溫度的感知，高濕度環境容易使人產生悶熱的感覺，因而控制居住環境合適的濕度不但可以保護建筑物和居 住者的健康，而且能夠起到建筑物節能的作用。目前控制建筑物內濕度的方法主要有機械式的主動調節和采用具有吸放濕功能材料的被動調節方式兩種，后者相比前者不需消耗電力能源且無噪聲污染，是一種環境友好的建筑物內濕度調節方式。目前，以硅藻土為原料制備具有調濕功能多孔陶瓷建筑材料的技術主要是采用無機鹽作為添加劑添加到硅藻土中，并高溫煅燒，這種方法易導致對吸放濕起決定作用的硅藻土的5-15nm小孔消失。申請號為200610046325.9的中國專利“硅藻土內墻磚及其制備工藝”以硅藻土精土、硅藻土助濾劑、碳酸鈉、硅酸鈉混合后經制坯、烘干工序，在1000° C 1200° C焙燒制備硅藻土內墻磚，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；申請號為201110356267. 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，水蒸汽難以以擴散的方式進出硅藻土的天然孔道，因而難以有較高的吸放濕性能；申請號為201110403109. 6的中國專利“一種室內裝修用硅藻土素面磚的制作方法和產品”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、燒結制得室內裝飾磚，該方法制備的磚僅能使表面的硅藻土發揮吸放濕功能，由于沒有水蒸汽擴散出入的通道，磚表層以下的硅藻土不能參與發揮吸放濕的功能。
發明內容
針對現有技術存在的問題，本發明提供一種具有調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造孔劑制備一種既保留有對吸放濕起決定作用的小孔、又有可供水蒸汽擴散傳輸的大孔的硅藻土基多孔材料。實現發明目的的技術方案是
一種具有調濕功能硅藻土基多孔材料，其原料成分質量百分比為硅藻土 70 95%、凹凸棒石或海泡石O 15%、有機造孔劑5 30%，其比表面積為15-80 m2/g，相對濕度為85%條件下24小時吸濕率高于8%，相對濕度為35%條件下24小時放濕率高于5%。
所述的有機造孔劑是在300° C以上才能被燒除的有機物，如淀粉和葡萄糖。一種具有調濕功能多孔陶瓷材料的制備方法按照以下步驟進行
(1)將烘干后的硅藻土原礦粉碎，按照質量百分比硅藻土70 95%、凹凸棒石粉或海泡石粉O 15%、有機造孔劑5 30%，與凹凸棒石或海泡石、有機造孔劑在混料機中均勻混合形成混合粉料；
(2)向混合粉料中加入水并進一步混合形成混合物，水的加入量是混合粉料的質量比例5% 35% ；
(3)使用壓力機于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，冷卻得到具有調濕功能硅藻土基多孔材料。 所述的有機造孔劑是在300° C以上才能被燒除的有機物，如淀粉和葡萄糖。與現有技術相比，本發明的特點和有益效果是
目前采用的環境濕度調控材料往往添加無機鹽或石膏等容易與水蒸汽結合形成結晶水的材料，但這部分結晶水在空氣干燥的時候往往不能及時地放出吸收的水分子，而且還可能發生鹽析并對建筑物起到一定的腐蝕作用，本發明的技術方案能夠有效避免上述問題。硅藻土的主要成分是非晶態氧化硅，表面容易形成親水的羥基基團，在有小于20nm微孔存在的條件下形成曲率半徑為負值的液面，根據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到了過飽和因而凝結成液體，從而達到吸濕的目的，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的水又容易被釋放出來，對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節至人體舒適范圍的關鍵。本發明的技術方案通過添加有機造孔劑和低溫燒結克服了高溫煅燒會毀壞硅藻土原有微孔結構的缺點，加上硅藻土提供的獨特的親水性表面，因而可以成為一種效果顯著的控制建筑物內環境濕度的材料，兼具空氣凈化、防火和審美功能。
圖I是本發明實施例I制備具有調濕功能硅藻土基多孔材料的內部結構掃面電鏡照片；
圖2是本發明實施例I制備具有調濕功能硅藻土基多孔材料的孔徑分布 圖3是本發明實施例I制備具有調濕功能硅藻土基多孔材料的在濕度分別為83冊％和35RH%條件下的吸放濕性能；
圖4是本發明實施例2制備具有調濕功能硅藻土基多孔材料的氮氣等溫吸附線；
圖5是本發明實施例2制備具有調濕功能硅藻土基多孔材料在濕度分別為83冊％和35RH%條件下的吸放濕曲線。
具體實施例方式本發明實施例采用的硅藻土產自吉林省長白地區；
本發明對實施例中制備的硅藻土基多孔材料內部結構觀察采用的儀器是日本電子生產的掃面電子顯微鏡(JSM-6510A)；孔徑分布利用氮氣吸附方法在美國Micromeritics公司TriStarII 3020孔隙分析儀上進行測試；
本發明實施例中對材料的吸濕和放濕性能按如下方法進行測試將樣品在150° C條件下干燥10小時去除表面水，然后取一定質量(10 g左右)的樣品置于相對濕度為83%、室溫環境中，并利用千分之一天平記錄樣品的質量變化，記錄時間間隔為I分鐘；吸濕24小時后取出樣品將其重新置于35%相對濕度環境中連續放濕24小時，以吸濕過程相同條件記錄質量變化；以質量相對變化對時間作圖即得吸放濕曲線。實施例I
(1)將烘干后的硅藻土原礦粉碎，按照質量百分比硅藻土90%和 淀粉10%在混料機中均勻混合形成混合粉料；
(2)按混合粉料的質量比例5%，向混合粉料中加入水并進一步混合形成混合物；
(3)使用壓力機于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，冷卻得到具有調濕硅藻土基多孔材料。其內部結構掃面電鏡形貌如圖I所示，孔徑結構分布如圖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，經相對濕度83%環境下吸濕24小時后吸濕量可達8%以上，相對濕度為35%條件下24小時放濕率高于5%。實施例2
(1)將烘干后的硅藻土原礦粉碎，按照質量百分比硅藻土85%、凹凸棒石10%和葡萄糖5%在混料機中均勻混合形成混合粉料；
(2)按混合粉料的質量比例20%,向混合粉料中加入水并進一步混合形成混合物；
(3)使用壓力機于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，冷卻得到具有調濕硅藻土基多孔材料。其氮氣吸附等溫線如圖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，從圖中可以看出經相對濕度83%環境下吸濕24小時后吸濕量可達8%以上，相對濕度為35%條件下24小時放濕率高于5%。。實施例3
(1)將烘干后的硅藻土原礦粉碎，按照質量百分比硅藻土70%和淀粉30%在混料機中均勻混合形成混合粉料；
(2)按混合粉料的質量比例35%，向混合粉料中加入水并進一步混合形成混合物；
(3)使用壓力機于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，冷卻得到具有調濕硅藻土基多孔材料。經試驗驗證，其比表面積為15 m2/g，相對濕度為85%條件下24小時吸濕率高于8%，相對濕度為35%條件下24小時放濕率高于5%。實施例4
(1)將烘干后的硅藻土原礦粉碎，按照質量百分比硅藻土95%和葡萄糖5%在混料機中均勻混合形成混合粉料；
(2)按混合粉料的質量比例25%，向混合粉料中加入水并進一步混合形成混合物；
(3)使用壓力機于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，冷卻得到具有調濕硅藻土基多孔材料。經試驗驗證，其比表面積為80 m2/g，相對濕度為85%條件下24小時吸濕率高于 8%，相對濕度為35%條件下24小時放濕率高于5%。實施例5
(1)將烘干后的硅藻土原礦粉碎，按照質量百分比硅藻土75%、海泡石15%和葡萄糖10% 在混料機中均勻混合形成混合粉料；
(2)按混合粉料的質量比例30%，向混合粉料中加入水并進一步混合形成混合物；
(3)使用壓力機于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，冷卻得到具有調濕硅藻土基多孔材料。其比表面積為30. 5 m2/g，相對濕度為85%條件下24小時吸濕率高于8%，相對濕 度為35%條件下24小時放濕率高于5%。
權利要求
1.ー種具有調濕功能硅藻土基多孔材料，其特征在于原料成分質量百分比為硅藻土70 95%、凹凸棒石或海泡石0 15%、有機造孔劑5 30%，其比表面積為15-80 m2/g，相對濕度為85%條件下24小時吸濕率高于8%，相対濕度為35%條件下24小時放濕率高于5%。
2.根據權利要求I所述的ー種具有調濕功能硅藻土基多孔材料，其特征在于所述的有機造孔劑是在300° C以上才能被燒除的有機物，如淀粉和葡萄糖。
3.ー種具有調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行 (1)將烘干后的硅藻土原礦粉碎，按照質量百分比硅藻土70 95%、凹凸棒石粉或海泡石粉0 15%、有機造孔劑5 30%，與凹凸棒石或海泡石、有機造孔劑在混料機中均勻混合形成混合粉料； (2)向混合粉料中加入水并進一歩混合形成混合物，水的加入量是混合粉料的質量比例5% 35% ； (3)使用壓カ機于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，冷卻得到具有調濕功能硅藻土基多孔材料。
4.根據權利要求3所述的ー種具有調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造孔劑是在300° C以上才能被燒除的有機物，如淀粉和葡萄糖。
全文摘要
本發明屬于環保建筑材料領域，具體涉及一種具有調濕功能硅藻土基多孔材料及其制備方法。本發明具有調濕功能硅藻土基多孔材料，其原料成分質量百分比為硅藻土70～95%、凹凸棒石或海泡石0～15%、有機造孔劑5～30%，其比表面積為15-80m2/g，相對濕度為85%條件下24小時吸濕率高于8%，相對濕度為35%條件下24小時放濕率高于5%，其制備方法是將硅藻土、凹凸棒石和有機造孔劑5～30%混合，加入水壓制成磚坯，于600-1100°C下煅燒1-4小時。本發明通過添加有機造孔劑和低溫燒結克服了高溫煅燒會毀壞硅藻土原有微孔結構的缺點，加上硅藻土提供的獨特的親水性表面，因而可以成為一種效果顯著的控制建筑物內環境濕度的材料，兼具空氣凈化、防火和審美功能。
文檔編號C04B33/13GK102951925SQ20121049208
公開日2013年3月6日 申請日期2012年11月28日 優先權日2012年11月28日
發明者秦高梧, 李松, 任玉平, 左良 申請人:東北大學