环保型聚碳酸亚丙酯复合调湿材料的性能研究

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(1.河南天冠集团，河南 南阳 473000；2.南阳农业职业学院，河南 南阳 47300)

环保型聚碳酸亚丙酯复合调湿材料的性能研究

符英1，于国玲2

(1.河南天冠集团，河南 南阳 473000；2.南阳农业职业学院，河南 南阳 47300)

以溶液共混法将聚碳酸亚丙酯(PPC)、木质素、沸石、硅藻土制得复合材料，测试复合材料的吸放湿性能。结果表明：无机调湿材料吸放湿速度快，但湿容量小；有机调湿材料吸放湿速度中等或较慢，但湿容量大。而通过复合无机与有机调湿材料料，可以得到吸放湿速度快且湿容量大的调湿材料。

沸石；硅藻土；木质素；聚碳酸亚丙酯；调湿

湿度与人类的生产生活密切相关，湿度过低或过高都会影响人们的正常生活。湿度过低，会引起物品开裂、粉化，还会引发静电现象；湿度过高，微生物繁殖加快，物品易霉变、腐烂或锈蚀、电器绝缘性能下降，从而引发各种问题，给国民经济造成重大的损失。目前，调节室内相对湿度主要依靠空调或其它耗能调湿器，不仅耗费电能较大，而且不利于温室气体的排放控制。因此，研究不需要借助任何人工能源和机械设备,依靠自身的吸放湿性能，通过对空气中水分的吸附与解吸来自动调节密闭空间内的湿度，就显得具有重要的实用意义[1]。

常见几种有机调湿材料，如聚乙烯类、聚丙烯酰胺类，均无法彻底降解[2]。聚碳酸亚丙酯(PPC)具有完全可生物降解性能[3]，木质素是世界上第二大最丰富的天然有机物，含有多种亲水基团，如羟基、羰基、羧基等基团[4-5]，亲水基团越多，亲水基极性越大，高分子吸湿量就越大[6-7]。沸石、硅藻土具有孔穴结构，是常见无机调湿材料。有机材料调湿吸湿容量大，放湿速度慢，无机调湿吸湿容量小，放湿速度快[5]。复合调湿材料是将不同类型的调湿材料经复合后制得，使得其吸放湿速度、容量得到调整。

本实验以聚碳酸亚丙酯(PPC)、木质素、沸石、硅藻土为原料制PPC-木质素、PPC-沸石、PPC-硅藻土、PPC-木质素-沸石、PPC-木质素-硅藻土复合材料。通过测定它们吸湿、放湿质量的变化，比较其调湿性能和特点，为进一步研究开发环保型调湿材料提供参考。

1 实验部分

1.1主要原料

聚碳酸亚丙酯(PPC)：相对分子质量10万，河南天冠集团；木质素：吉林延边石岘白麓纸业股份有限公司；乙酸乙酯：分析纯，天津科密欧化学试剂有限公司；沸石：化学纯，天津科密欧化学试剂有限公司；硅藻土：化学纯，天津科密欧化学试剂有限公司。

1.2主要设备、仪器

真空烘箱：DZF6050型，上海精宏实验设备有限公司；恒温恒湿箱：HS-100L型，无锡精创科技有限公司；电子天平：AB204-S型，美国Mettler Toledo公司。

1.3样品制备

以乙酸乙酯为溶剂，将聚碳酸亚丙酯(PPC)、木质素、沸石、硅藻土分别按以单一物质或按质量比1∶1(两种物质)或1∶1∶1(三种物质)混合，放入烘箱内加热，分别制得单一或PPC-木质素、PPC-沸石、PPC-硅藻土、PPC-木质素-沸石、PPC-木质素-硅藻土复合材料。

1.4调湿性能测试

1.4.1 吸湿性能测试

将样品放置在调湿箱内，调湿箱的温度为25度、湿度为80%，每隔1 h，进行精确称重。记录所得数据分别为M1、M2、...、Mn。在相同的条件下保持约24 h。

按下式计算吸湿率：

吸湿率=(Mn-M0)/M0×100%

式中：Mn为样品每隔1 h后在恒温恒湿环境中吸湿至湿平衡后质量；M0为起始质量。

分别作出吸湿率对时间的变化曲线，即为各种材料的吸湿曲线，并加以比较。

1.4.2 放湿性能测试

将样品放置在烘箱内，烘箱的温度调为60 ℃，每隔0.5 h，进行精确称重。记录所得数据分别为M1、M2、...、Mn。在相同的条件下保持约24 h。

按下式计算放湿率：

分别作出放湿率对时间的变化曲线，即为各种材料的放湿曲线，并加以比较。

2 结果与分析

2.1有机、无机物吸放湿性能

2.1.1 吸湿性能

木质素、沸石、硅藻土、PPC的吸湿曲线如图1所示。24 h内，四种样品的吸湿率分别为40.0%、16.1%、14.8%、0.3%，木质素的饱和吸湿量较大；沸石、硅藻土、PPC饱和吸湿量较低。从曲线走势看，沸石5 h内吸湿速度较快且基本达到饱和吸湿。前5 h内，沸石吸湿曲线斜率最大，吸湿速度最快，其后斜率逐渐变小，吸湿速度变慢,说明人造沸石吸湿速度快但湿容量较小；木质素曲线斜率自始至终都比较大,说明具有较大的吸湿速度且吸湿容量大；硅藻土曲线的斜率第三大，吸湿速度和吸湿容量均居第三； PPC曲线几乎相当于一条直线，说明吸湿性小。

图1 木质素、沸石、硅藻土、PPC的吸湿率曲线

2.1.2 放湿性能

木质素、沸石、硅藻土、PPC的放湿曲线如图2所示。24 h内，四种样品的放湿率分别为26.1%、15.2%、12.1%、0.2%。木质素的完全放湿量最大，沸石、硅藻土的完全放湿量较小。

图2 木质素、沸石、硅藻土、PPC的放湿率曲线

从图1、图2对比可以发现样品的放湿能力均明显远弱于其自身吸湿能力。沸石、硅藻土前5 h内放湿速度较快，在5 h左右基本达到完全放湿。在5 h内，沸石、硅藻土放湿曲线具有相近的斜率，5 h后，硅藻土曲线斜率小于沸石曲线斜率，说明沸石放湿容量比硅藻土大，PPC曲线斜率变化较小，几乎是一条直线，说明PPC不具有放湿性。木质素具有较大放湿量，5 h内，木质素放湿速度小于沸石、硅藻土。

2.2复合材料吸放湿性能

2.2.1 吸湿性能

PPC-木质素、PPC-沸石、PPC-硅藻土、PPC-木质素-沸石、PPC-木质素-硅藻土复合材料吸湿曲线如图3所示。24 h内，五种样品的吸湿率分别为：30.1%，13.8%，8.2%，20.2%，15.3%。PPC-沸石的吸湿速度最快，PPC-木质素吸湿容量最大，PPC-木质素-沸石、PPC-木质素-硅藻土其次；本来几乎没有吸湿性的PPC，通过与木质素、沸石、硅藻土的复合，具有了吸湿性，具有较快吸湿速度的人造沸石，通过与PPC、木质素的复合，吸湿速度有所减慢，但湿容量却增加了。

图3 PPC-木质素、PPC-沸石、PPC-硅藻土、PPC-木质素-沸石、PPC-木质素-硅藻土的吸湿率曲线

2.2.2 放湿性能

PPC-木质素、PPC-沸石、PPC-硅藻土、PPC-木质素-沸石、PPC-木质素-硅藻土复合材料放湿曲线如图4所示。24 h内，五种样品的放湿量分别为：11.1%，12.1%，7.3%，18.2%，10.2%。PPC-沸石的放湿速度最快，PPC-木质素放湿量最大，PPC-木质素-沸石、PPC-木质素-硅藻土其次。本来几乎没有放湿性的PPC，通过与木质素、沸石、硅藻土复合，放湿速度和放湿量都有较大提高。而有较快放湿速度的沸石，通过与PPC的复合，放湿速度减少了很多。

图4 PPC-木质素、PPC-沸石、PPC-硅藻土、PPC-木质素-沸石、PPC-木质素-硅藻土的放湿率曲线

3 结论

无机材料人造沸石吸放湿速度快，但湿容量小；木质素湿容量大，但吸放湿速度中等。通过选择无机材料与有机材料进行复合，可以克服原来无机和有机材料各自的缺点，得到吸放湿速度快且湿容量大的调湿材料，如PPC-木质素-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]吕维华.调湿涂料研究进展[J].涂料工业，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]中野准三.木质素的化学—基础与应用[M].北京：轻工业出版社，1979：169-193.

[5]蒋挺大.木质素[M].北京：化学工业出版社，2009：34-43.

[6]李 鑫.不同吸湿官能团对高分子调湿材料吸湿和放湿性能的影响[J].中南大学学报，2011(1)：28-32.

[7]万红敬.调湿材料的化学物理结构与性能研究进展[J].材料导报，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，工程师，从事复合材料方面研究工作，E-Mail：clayldh@163.com。

TQ323.41

A

1003-3467(2014)11-0036-03