[发明专利]复合硅胶调湿剂

说明书

技术领域

本发明涉及一种湿度调控材料，尤其针对博物馆馆藏文物微环境相对湿度的调控具有较好的效果。复合硅胶调湿剂可将具有一定体积、相对密闭的空间的相对湿度控制在一定范围内，通过对环境温湿度变化的感应自动吸放湿来调节湿度，无需消耗电力，并且可以再生利用，是一种高精度、低碳、环保的新型调试材料。

背景技术

室内空气相对湿度是衡量室内环境的一个重要参数。适当的湿度对人体健康、室内空气质量、产品生产过程、产品质量及物品保护具有重要的意义。国家《空气质量标准》规定室内相对湿度标准值，夏季空调房间为40％～60％，冬季采暖房间为30％～60％。Brimblecombe P.等人提出，现代博物馆室内馆藏环境的空气湿度应维持在40～70％，其中金属物品保存环境的相对湿度应低于45％。

我国南北气候差异显著，潮湿地区年平均相对湿度在70～80％，有时高达95～100％，北方干燥时期的相对湿度甚至不足10％。这些地区就需要采取高效的方法解决相对湿度带来的室内环境质量问题。目前常见的调湿方法可分为机械性和非机械性两大类。机械性调湿主要是指传统的压缩式制冷，该技术虽较为完善，但存在能耗大且工作过程对环境不友好两大致命缺点。目前正在发展的吸附式除湿空调系统从保护环境、节约能源等方面来看是极具吸引力的新空调方式。非机械性调湿是利用调湿材料的性质来达到控湿的目的。调湿材料，即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，感应所处空间空气温湿度的变化，从而自动调节空气相对湿度的材料。调湿材料是无需消耗电力等不可再生能源，具有良好自动调节空气湿度能力的材料，对节约能源、改善环境舒适性、促进生态环境的可持续发展等具有重要的实际意义。

硅胶是一种多孔的无定型的二氧化硅类物质，其化学组成为SiO₂·xH₂O。其内部具有多孔径，比表面积大等特性，经过活化处理，其有效面积可达100～1000m²/g。此外，硅胶体现了较好的平衡吸附量和较低的再生温度(150℃)，并且这一过程是可逆的。因此硅胶可作为调湿材料。

1硅胶类

硅胶表面有许多Si-OH键，有很好的亲水性，因此对水有很好的吸附能力。硅胶的吸潮是一种物理吸附现象，在一定相对湿度下只能吸附一定量的水蒸气。硅胶本身作为一种调湿材料已经得到较广泛的应用。Tomita Y等由水玻璃制备硅胶并对其调湿能力进行研究，发现所得硅胶的平衡吸湿量高达0.7g/g，并发现硅胶的调适性能与其孔径尺寸有很大关系。Belal D等对CaCl₂改性硅胶吸附水蒸气动力学进行的研究，结果表明盐的浸入使水在孔中的扩散动力增大，细孔硅胶水蒸气的平衡吸湿量是中孔硅胶的两倍，但是吸附速率略低。Larisa G等利用不同盐类对中孔硅胶进行改性，通过XRD分析和热重分析证明，不同的改性条件(pH等)所制备的改性硅胶的相态不同，主要分为晶相和X衍射非晶相，并以CaCl₂为例分析了改性硅胶对水的吸附性能与其相组成和制备条件的关系。Irina A S等将中孔硅胶浸泡在饱和Ca(NO₃)₂溶液进行改性，所得产物平衡吸湿量明显提高，且与CaCl₂、MgSO₄和LiBr改性产物相比，该改性硅胶更适合用于低温下空气湿度的被动调控。Chung等利用中子辐射对硅胶进行硼掺杂改性研究，结果表明，改性后硅胶由于微孔结构遭破坏导致内部微孔区增大，从而使每单位体积的吸-脱附量增加，且再生所需能量降低，改性硅胶的吸湿量比原有商业硅胶提高23％。Fang等制备的Al³⁺掺杂硅胶与普通硅胶比较，其平衡吸湿量高10％～25％左右。Si-O-Al键的形成，不仅增强了孔道骨架的支撑力，提高了材料的耐热性能，而且增强了吸附剂与陶瓷纤维的相互作用，提高了材料的机械强度。

2无机盐类