0引言

空氣濕度是一個(gè)與人們生活和生產(chǎn)有密切關(guān)系的重要環(huán)境參數(shù),濕度對(duì)人體舒適度、產(chǎn)品生產(chǎn)過程、產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)品保存都有重要影響。在低濕環(huán)境下,人的呼吸系統(tǒng)黏膜變得干燥,易引發(fā)呼吸系統(tǒng)疾病。在許多工業(yè)部門,生產(chǎn)過程能否正常進(jìn)行,在很大程度上取決于濕度,例如造紙、精密儀器的生產(chǎn)。物品在潮濕的環(huán)境里存放,由于霉菌的侵蝕而發(fā)霉變質(zhì);使金屬生銹、儀表精度下降、絕緣參數(shù)降低。在過分干燥的環(huán)境里存放會(huì)發(fā)生開裂變形,造成經(jīng)濟(jì)損失?？梢?span lang=en-us>,濕度控制無論是對(duì)人類的居住環(huán)境,還是對(duì)生產(chǎn)和物品保護(hù)都顯得十分重要。

常見的濕度控制方法可分為機(jī)械性和非機(jī)械性兩大類。在機(jī)械性濕度控制方法中,可用空調(diào)調(diào)節(jié)建筑物室內(nèi)空氣環(huán)境。但是空調(diào)要消耗大量的能源,而除濕的能耗占到空調(diào)能耗的20%～40%,因此,開發(fā)節(jié)能的濕度控制技術(shù),對(duì)節(jié)能和環(huán)保有重要意義。非機(jī)械性濕度控制方法是利用調(diào)濕材料的性質(zhì)來達(dá)到控濕的目的。調(diào)濕材料不需要借助任何人工能源和機(jī)械設(shè)備,依靠自身的吸放濕性能,感應(yīng)所調(diào)空間空氣濕度的變化,通過對(duì)空氣中水分的吸附與解吸來自動(dòng)調(diào)節(jié)密閉空間內(nèi)的濕度,是一項(xiàng)可以減少空調(diào)濕負(fù)荷,實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能的重要技術(shù)。利用調(diào)濕材料來控制調(diào)節(jié)濕度的研究,在日本已有20多年歷史[1],技術(shù)領(lǐng)先于其他國(guó)家,尤其在機(jī)理研究方面,更是擁有相對(duì)先進(jìn)的理論基礎(chǔ),很多調(diào)濕建材、調(diào)濕涂料已經(jīng)形成市場(chǎng)。最近10多年來,隨著人們對(duì)居住環(huán)境質(zhì)量要求的提高,濕度對(duì)熱舒適和空氣質(zhì)量的影響,對(duì)物品保存和空調(diào)負(fù)荷的影響引起了越來越多的人重視,我國(guó)的研究者對(duì)調(diào)濕材料的被動(dòng)式調(diào)濕進(jìn)行了廣泛的研究。1990年,清華大學(xué)土木系開展了調(diào)濕材料的研究[2]。1994年,馮乃謙利用沸石做實(shí)驗(yàn),并撰寫了論文,可使容器內(nèi)的濕度維持在60%～70%。1997年,上海博物館的羅曦蕓詳細(xì)介紹了硅膠、無機(jī)鹽、蒙托土、高分子材料的調(diào)濕特性,并對(duì)其機(jī)理進(jìn)行了初步分析研究[3]。2001年華僑大學(xué)冉茂宇探討了調(diào)濕材料的吸濕機(jī)理[4],但是這些都是散裝的調(diào)濕材料,用在調(diào)節(jié)房間內(nèi)的濕度不現(xiàn)實(shí)。2004年北京工業(yè)大學(xué)李雙林等人研究出新型調(diào)濕涂料,在封閉空間中應(yīng)用,起到了很好的調(diào)濕作用[5],但是這種涂料散發(fā)的有害物質(zhì)較多,不是環(huán)保涂料。2005年,中國(guó)建筑材料科學(xué)研究院張連松等,在海泡石中加入納米材料制成具有抗菌,調(diào)濕功能的粉末涂料,在調(diào)節(jié)濕度的同時(shí),兼具凈化空氣,抗菌作用[6]。2006年5月,山東科技大學(xué)科技產(chǎn)業(yè)公司王立華等研制成環(huán)保調(diào)濕乳膠漆,研究了各成分用量對(duì)涂膜性能的影響[7],但是在涂覆美觀方面欠佳。

本實(shí)驗(yàn)室研究人員在借鑒前人研究成果的基礎(chǔ)上,旨在研究一種吸放濕能力強(qiáng)、涂膜美觀、符合建筑涂料標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)濕涂料。使用調(diào)濕材料前后的效果如圖1所示,從圖1中可以看出,使用調(diào)濕材料可以避免璧面嚴(yán)重的結(jié)露現(xiàn)象[8]。

圖1調(diào)濕涂料調(diào)節(jié)密閉空間的效果

1調(diào)濕材料的飽和吸濕性能實(shí)驗(yàn)

1.1實(shí)驗(yàn)材料

國(guó)內(nèi)外開發(fā)的調(diào)濕材料種類繁多,大致可以分為以下幾種:硅膠、無機(jī)鹽類、有機(jī)高分子類和復(fù)合型調(diào)濕材料。但是,這些材料均不易做成水性涂料。本實(shí)驗(yàn)選取幾種無機(jī)礦物材料做調(diào)濕涂料,各材料規(guī)格為沸石:人造沸石;海泡石:未經(jīng)處理的原礦;活性炭:普通活性炭;硅藻土:經(jīng)過特殊處理工藝后的硅藻土。

1.2吸濕性能測(cè)試

稱取相同質(zhì)量的幾種無機(jī)材料(質(zhì)量記為m1),放入相對(duì)濕度是80%,溫度恒定為(20±0.2)℃的密閉環(huán)境中,每隔一定時(shí)間稱取樣品質(zhì)量,直至樣品每天的質(zhì)量變化在0.05%之間,認(rèn)為此時(shí)樣品在該濕度下達(dá)到吸濕飽和,質(zhì)量記為m2,其飽和吸濕量為m2-m1,調(diào)濕材料的飽和吸濕率為(m2-m1)/m1,以吸濕率對(duì)時(shí)間做圖,即可得到調(diào)濕材料在該濕度下的吸濕性能曲線,結(jié)果如圖2所示。

從圖2可以看出硅藻土和沸石的吸濕能力強(qiáng),飽和吸濕量可以達(dá)到15%～16%,相比之下,相同實(shí)驗(yàn)條件下的海泡石和活性炭的飽和吸濕量還不到5%。而它們達(dá)到吸濕飽和所需要的時(shí)間卻大致相當(dāng),因此,初步選定沸石和硅藻土作為調(diào)濕涂料的添加材料。另?yè)?jù)報(bào)道[9],硅藻土由于質(zhì)輕、細(xì)膩、松散、多孔、吸著力和滲透性強(qiáng)、顆粒細(xì)小,使之成為環(huán)保建材的優(yōu)良選材。日本的研究結(jié)果表明,用硅藻土生產(chǎn)的室內(nèi)裝修材料除了不會(huì)散發(fā)出對(duì)人體有害的化學(xué)物質(zhì)外,還有改善居住環(huán)境的作用。首先,可以自動(dòng)調(diào)節(jié)室內(nèi)濕度。用硅藻土生產(chǎn)的壁材具有超纖維、多孔質(zhì)等特性,其超微細(xì)孔比木炭還要多出5000～6000倍。在室內(nèi)的濕度上升時(shí),硅藻土壁材上的超微細(xì)孔能夠自動(dòng)吸收空氣中的水分,將其儲(chǔ)存起來。如果室內(nèi)空氣中的水分減少、濕度下降,硅藻土壁材就能夠?qū)?chǔ)存在超微細(xì)孔中的水分釋放出來。其次,硅藻土壁材還具有消除異味的功能,保持室內(nèi)清潔,在家庭和賓館衛(wèi)生間使用,可去除硫化氫和氨等臭味氣體,殺滅有害細(xì)菌,并預(yù)防疾病的傳播。因此,本實(shí)驗(yàn)最終確定選用硅藻土作為涂料的主要吸水材料。

圖2調(diào)濕材料吸濕曲線

2乳膠型涂料的制備

2.1實(shí)驗(yàn)儀器及配方

2.1.1儀器

恒溫恒濕箱:北京吉海爾特產(chǎn);高速分散機(jī)、電動(dòng)攪拌機(jī):姜堰市天力器械有限公司產(chǎn);電子天平:感量0.00001g;洗刷試驗(yàn)機(jī)。

2.1.2涂料配方

涂料配方見表1。

表1涂料配方

2.2工藝流程

制備乳膠型涂料的工藝流程為:

2.3涂料調(diào)濕性能的測(cè)試

按照以上工藝流程制備出幾種不同硅藻土含量的乳膠型涂料(圖中比例為硅藻土在填料中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)),每種涂料各取10g樣品,均勻涂抹于0.005m2的玻璃板上,充分干燥后,放入恒溫恒濕箱中,設(shè)定箱內(nèi)溫度為(20±0.5)℃,在不同的相對(duì)濕度下,測(cè)定它們的飽和吸濕量。然后做放濕實(shí)驗(yàn),完全放濕稱質(zhì)量,計(jì)算放濕量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3和圖4。

圖3涂料的飽和吸濕量曲線

圖4涂料的放濕曲線

從圖3、圖4可知,硅藻土在填料中的比例為50%～75%時(shí),有較好的吸放濕效果。在rh=85時(shí),75%硅藻土含量的涂料最大吸濕量達(dá)到6.5%;從rh=85%到rh=10%做放濕實(shí)驗(yàn),最大放濕量為5.25%。隨著硅藻土含量的增加,涂膜中的孔增多,吸濕能力和放濕能力都增強(qiáng)了,但是當(dāng)硅藻土的含量增加到75%以后,再增加時(shí)涂料的吸放濕性能反而下降,這可能是因?yàn)榇藭r(shí)涂料中缺少了多種粒子的復(fù)配,使得硅藻土的微孔之間相互重疊,沒有發(fā)揮出吸放濕作用。