CN107298821A - 一种高吸湿速率吸湿材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于高分子材料制备技术领域,具体涉及一种高吸湿速率吸湿材料的制备方法。本发明以天然海绵为模板,经硅酸盐浸渍改性制得预处理天然海绵粉末,再将丙烯酸、氢氧化钠溶液以及海藻酸钠溶液混合后与预处理天然海绵粉末、丙烯酰胺溶液等反应,经过滤分离得吸湿材料粗品,接着将富含氨基酸的植物静置发霉,发酵收集得到富含氨基酸和微生物的发酵滤液,再将胃蛋白酶和吸湿剂粗品混合浸渍,经过滤分离后将滤饼与发酵滤液堆置反应,最后将反应产物洗涤干燥,即可得高吸湿速率吸湿材料,本发明所得吸湿材料具有较快的吸、放湿速率,同时吸湿容量较大,是一种理想的吸湿产品。
Description
技术领域
本发明属于高分子材料制备技术领域,具体涉及一种高吸湿速率吸湿材料的制备方法。
背景技术
湿度不但影响人们的生活环境,还直接关联到工农业生产、物品仓库、文物、档案等的保存。因此,空气除湿已经是普遍存在的问题,随着生产的发展和生活水平的提高,空气除湿已经发展并形成一门新的技术。
吸湿材料包括无机吸湿材料和有机吸湿材料两大类。无机吸湿材料如木炭、分子筛、变色硅胶等,多呈固体颗粒状,吸湿容量低,用量大,重复吸湿放湿过程很容易粉碎,影响使用效果。有机高分子吸湿材料是新型的功能高分子材料,它是由高吸水性树脂发展而产生的,具有优异的吸湿、保湿性能,是一种经过化学与物理方法改性的水性树脂,以分子中的亲水基团来吸收水分。有机高分子吸湿材料吸收空气中水分的能力高于一般的无机吸湿材料,且无腐蚀、无污染,并可再生。根据吸附剂对吸附质之间吸附力的不同,吸附可被分为物理吸附及化学吸附。高分子吸湿的过程主要分为2个阶段:第一阶段是通过气体流通,空气中的水分通过聚合物颗粒表面接触,称为外部传递过程或外扩散;第二阶段是水分从聚合物颗粒表面传向颗粒孔隙内部,称为内部传递过程或内扩散。第一阶段主要是物理吸附,而第二阶段主要是化学吸附。而有机高分子的吸附以化学吸附为主。化学吸附容量的大小随被吸附分子和吸附剂表面原子间形成吸附化学键力大小的不同而有所差异。化学吸附需要一定的活化能,在相同的条件下,化学吸附(或解吸)速度比物理吸附慢。
聚丙烯酸类树脂是有机高分子吸湿材料中使用最早的一类产品,其吸水原理是利用化学键的方式把水和亲水性物质结合在一起,具有超强的吸水性能,但聚丙烯酸类树脂吸湿性能并不尽如人意。具体问题表现在,吸湿容量很低,另外其吸湿机理主要是通过化学吸附,相比物理吸附,吸湿、放湿速率较慢。因此,如何克服现有技术不足,开发一种具有较大吸湿容量及较快吸、放湿速率的吸湿材料,具有重要的现实意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题,针对目前传统的聚丙烯酸类吸湿材料存在吸湿容量低并且吸、放湿速率慢的问题,提供了一种高吸湿速率吸湿材料的制备方法。
为了解决上述技术问题,本发明所采用的技术方案是:
(1)取天然海绵晾干后粉碎,并过50目筛,收集过筛物得到天然海绵粉末,将天然海绵粉末用硅酸钠溶液浸泡后取出,再次晾干,得到预处理天然海绵粉末;
(2)将丙烯酸、氢氧化钠溶液以及海藻酸钠溶液混合,在室温下搅拌反应,得到预聚液;
(3)将预处理天然海绵粉末和丙烯酰胺溶液加入到预聚液中,搅拌混合得到混合液,再向混合液中加入过硫酸钾,加热,搅拌反应,过滤分离得到滤渣,即为吸湿材料粗品,备用;
(4)按等质量比将大豆、山药和莲藕粉碎,得到混合粉碎物,将所得混合粉碎物平铺在竹筛中,将竹筛放入大棚中,静置直至混合粉碎物表面发霉,得到发霉混合粉碎物;
(5)将上述发霉混合粉碎物和水混合后装入发酵罐中,密封发酵,发酵结束后过滤,分离得到发酵滤液;
(6)将备用的吸湿材料粗品和胃蛋白酶溶液混合后振荡浸渍,浸渍结束后过滤分离得到滤饼,再将滤饼和上述发酵滤液混合后堆置在温室中,静置反应,待反应完成后,得到反应产物,用无水乙醇反复冲洗后冷冻干燥,即得高吸湿速率吸湿材料。
步骤(1)中所述的天然海绵为象耳海绵、蜂窝绵、丝绵、草绵中的一种。
步骤(2)中所述的丙烯酸、氢氧化钠溶液以及海藻酸钠溶液的体积比为3:3:1,氢氧化钠溶液的质量分数为50%,海藻酸钠溶液的质量分数为10%,搅拌反应时间为20~30min。
步骤(3)中所述的预处理天然海绵粉末和丙烯酰胺溶液以及预聚液的质量比为1:1:10,丙烯酰胺溶液的质量分数为10%,过硫酸钾的加入量为混合液质量的0.5~1.0%,加热后的温度为65~75℃,搅拌反应时间为2~3h。
步骤(4)中所述的大棚中温度为30~40℃、空气相对湿度为70~80%,静置时间为5~7天。
步骤(5)中所述的发霉混合粉碎物和水的质量比为1:3,密封发酵温度为30~40℃,密封发酵时间为7~9天。
步骤(6)中所述的吸湿材料粗品和胃蛋白酶溶液的质量比为1:10,胃蛋白酶溶液的质量分数为20%,振荡浸渍时间为5~7h,滤饼和发酵滤液的质量比为1:3,温室温度为30~50℃,静置反应时间为10~15天。
本发明的有益效果是:
(1)本发明以具有丰富孔隙结构的天然生物海绵为模板,经硅酸盐浸渍改性,使模板表面的硅羟基数量增加,提高模板的吸附能力,再通过海藻酸钠与丙烯酸的混合物在过硫酸钾的引发下,丙烯酸分子中带羟基的碳原子上的H被夺走而产生自由基,再引发丙烯酸钠和模板生成海藻酸钠/丙烯酸钠/模板自由基,从而与丙烯酸钠进行链增长聚合,同时丙烯酸钠也会产生自由基,进行丙烯酸钠的均聚反应,最终在模板表面形成一层聚丙烯酸吸水树脂层,得到具有多孔结构的吸湿剂粗品,接着将富含氨基酸的植物静置发霉,发酵,然后收集得到富含氨基酸和微生物的发酵滤液,通过胃蛋白酶对吸湿剂粗品进行酶解,对粗品中的天然生物海绵模板进行初步降解,再用富含氨基酸和微生物的发酵滤液中微生物对初步降解后的粗品进行二次降解,直至天然生物海绵模板降解完全,使本身具有多孔结构的吸湿剂粗品进一步呈现中空结构,进而增加了吸湿剂的孔隙率以及有效吸湿比表面积,提高了吸湿剂的物理吸湿能力,从而提高了吸湿剂的吸湿速率和放湿速率;
(2)本发明发酵滤液中富含的氨基酸在微生物的作用下降解生成亲水性的氨基和羧基,在生物自交联的作用下附着在吸湿剂表面,从而增加了吸湿剂表面的亲水性氨基和羧基数量,又提高了吸湿剂的化学吸湿能力,而化学吸湿性能的提高可以使吸湿剂的吸湿容量进一步增大,具有极佳的吸湿效果。
具体实施方式
取天然海绵晾干后放入粉碎机中粉碎20~30min,并过50目筛,收集过筛物得到天然海绵粉末,将天然海绵粉末用质量分数为20%的硅酸钠溶液浸泡1~2h后取出,再次晾干,得到预处理天然海绵粉末,按体积比为3:3:1将丙烯酸、质量分数为50%氢氧化钠溶液以及质量分数为10%海藻酸钠溶液装入反应釜中混合,启动搅拌器以100~200r/min的转速在室温下搅拌反应20~30min,得到预聚液,按质量比为1:1:10将预处理天然海绵粉末和质量分数为10%的丙烯酰胺溶液加入到预聚液中,搅拌混合均匀得到混合液,再向反应釜中加入混合液质量0.5~1.0%过硫酸钾,加热升温至65~75℃,以200~300r/min转速搅拌反应2~3h,过滤分离得到滤渣,即为吸湿材料粗品,按等质量比将大豆、山药和莲藕粉碎,得到混合粉碎物,将所得混合粉碎物平铺在竹筛中,将竹筛放入温度为30~40℃、空气相对湿度为70~80%的大棚中,静置5~7天直至混合粉碎物表面发霉,得到发霉混合粉碎物,再将发霉混合粉碎物和水按质量比为1:3混合后装入发酵罐中,在30~40℃下密封发酵7~9天,发酵结束后过滤,分离得到发酵滤液,随后将吸湿材料粗品和质量分数为20%胃蛋白酶溶液按质量比为1:10混合后放置在摇床上振荡浸渍5~7h,浸渍结束后过滤分离得到滤饼,再将滤饼和发酵滤液按质量比为1:3混合后堆置在温度为30~50℃的温室中,静置反应10~15天,待反应完成后,得到反应产物,用无水乙醇反复冲洗20~30min后冷冻干燥,即得高吸湿速率吸湿材料。所述的天然海绵为象耳海绵、蜂窝绵、丝绵、草绵中的一种。
实例1
取象耳海绵晾干后放入粉碎机中粉碎20min,并过50目筛,收集过筛物得到象耳海绵粉末,将象耳海绵粉末用质量分数为20%的硅酸钠溶液浸泡1h后取出,再次晾干,得到预处理象耳海绵粉末,按体积比为3:3:1将丙烯酸、质量分数为50%氢氧化钠溶液以及质量分数为10%海藻酸钠溶液装入反应釜中混合,启动搅拌器以100r/min的转速在室温下搅拌反应20min,得到预聚液,按质量比为1:1:10将预处理象耳海绵粉末和质量分数为10%的丙烯酰胺溶液加入到预聚液中,搅拌混合均匀得到混合液,再向反应釜中加入混合液质量0.5%过硫酸钾,加热升温至65℃,以200r/min转速搅拌反应2h,过滤分离得到滤渣,即为吸湿材料粗品,按等质量比将大豆、山药和莲藕粉碎,得到混合粉碎物,将所得混合粉碎物平铺在竹筛中,将竹筛放入温度为30℃、空气相对湿度为70%的大棚中,静置5天直至混合粉碎物表面发霉,得到发霉混合粉碎物,再将发霉混合粉碎物和水按质量比为1:3混合后装入发酵罐中,在30℃下密封发酵7天,发酵结束后过滤,分离得到发酵滤液,随后将吸湿材料粗品和质量分数为20%胃蛋白酶溶液按质量比为1:10混合后放置在摇床上振荡浸渍5h,浸渍结束后过滤分离得到滤饼,再将滤饼和发酵滤液按质量比为1:3混合后堆置在温度为30℃的温室中,静置反应10天,待反应完成后,得到反应产物,用无水乙醇反复冲洗20min后冷冻干燥,即得高吸湿速率吸湿材料。
实例2
取蜂窝绵晾干后放入粉碎机中粉碎25min,并过50目筛,收集过筛物得到天然海绵粉末,将蜂窝绵粉末用质量分数为20%的硅酸钠溶液浸泡1h后取出,再次晾干,得到预处理蜂窝绵粉末,按体积比为3:3:1将丙烯酸、质量分数为50%氢氧化钠溶液以及质量分数为10%海藻酸钠溶液装入反应釜中混合,启动搅拌器以150r/min的转速在室温下搅拌反应25min,得到预聚液,按质量比为1:1:10将预处理蜂窝绵粉末和质量分数为10%的丙烯酰胺溶液加入到预聚液中,搅拌混合均匀得到混合液,再向反应釜中加入混合液质量0.8%过硫酸钾,加热升温至70℃,以250r/min转速搅拌反应2h,过滤分离得到滤渣,即为吸湿材料粗品,按等质量比将大豆、山药和莲藕粉碎,得到混合粉碎物,将所得混合粉碎物平铺在竹筛中,将竹筛放入温度为35℃、空气相对湿度为75%的大棚中,静置6天直至混合粉碎物表面发霉,得到发霉混合粉碎物,再将发霉混合粉碎物和水按质量比为1:3混合后装入发酵罐中,在35℃下密封发酵8天,发酵结束后过滤,分离得到发酵滤液,随后将吸湿材料粗品和质量分数为20%胃蛋白酶溶液按质量比为1:10混合后放置在摇床上振荡浸渍6h,浸渍结束后过滤分离得到滤饼,再将滤饼和发酵滤液按质量比为1:3混合后堆置在温度为40℃的温室中,静置反应13天,待反应完成后,得到反应产物,用无水乙醇反复冲洗25min后冷冻干燥,即得高吸湿速率吸湿材料。
实例3
取丝绵晾干后放入粉碎机中粉碎30min,并过50目筛,收集过筛物得到天然海绵粉末,将丝绵粉末用质量分数为20%的硅酸钠溶液浸泡2h后取出,再次晾干,得到预处理丝绵粉末,按体积比为3:3:1将丙烯酸、质量分数为50%氢氧化钠溶液以及质量分数为10%海藻酸钠溶液装入反应釜中混合,启动搅拌器以200r/min的转速在室温下搅拌反应30min,得到预聚液,按质量比为1:1:10将预处理丝绵粉末和质量分数为10%的丙烯酰胺溶液加入到预聚液中,搅拌混合均匀得到混合液,再向反应釜中加入混合液质量1.0%过硫酸钾,加热升温至75℃,以300r/min转速搅拌反应3h,过滤分离得到滤渣,即为吸湿材料粗品,按等质量比将大豆、山药和莲藕粉碎,得到混合粉碎物,将所得混合粉碎物平铺在竹筛中,将竹筛放入温度为40℃、空气相对湿度为80%的大棚中,静置7天直至混合粉碎物表面发霉,得到发霉混合粉碎物,再将发霉混合粉碎物和水按质量比为1:3混合后装入发酵罐中,在40℃下密封发酵9天,发酵结束后过滤,分离得到发酵滤液,随后将吸湿材料粗品和质量分数为20%胃蛋白酶溶液按质量比为1:10混合后放置在摇床上振荡浸渍7h,浸渍结束后过滤分离得到滤饼,再将滤饼和发酵滤液按质量比为1:3混合后堆置在温度为50℃的温室中,静置反应15天,待反应完成后,得到反应产物,用无水乙醇反复冲洗30min后冷冻干燥,即得高吸湿速率吸湿材料。
对比例:采用水溶液聚合法,以丙烯酸和丙烯酰胺为原料,以过硫酸钾作引发剂,N, N' -亚甲基双丙烯酰胺作交联剂制得聚丙烯酸/丙烯酰胺高吸湿性树脂。
对实例1~3制得的高吸湿速率吸湿材料与对比例的聚丙烯酸/丙烯酰胺高吸湿性树脂进行性能检测,其检测结果如表1所示:
表1(测试环境:温度25℃,相对湿度90%)
综上所述,本发明制得的高吸湿速率吸湿材料具有较快的吸、放湿速率,同时吸湿容量较大,是一种理想的吸湿产品。
Claims (7)
1.一种高吸湿速率吸湿材料的制备方法,其特征在于具体制备步骤为:
(1)取天然海绵晾干后粉碎,并过50目筛,收集过筛物得到天然海绵粉末,将天然海绵粉末用硅酸钠溶液浸泡后取出,再次晾干,得到预处理天然海绵粉末;
(2)将丙烯酸、氢氧化钠溶液以及海藻酸钠溶液混合,在室温下搅拌反应,得到预聚液;
(3)将预处理天然海绵粉末和丙烯酰胺溶液加入到预聚液中,搅拌混合得到混合液,再向混合液中加入过硫酸钾,加热,搅拌反应,过滤分离得到滤渣,即为吸湿材料粗品,备用;
(4)按等质量比将大豆、山药和莲藕粉碎,得到混合粉碎物,将所得混合粉碎物平铺在竹筛中,再将竹筛放入大棚,静置直至混合粉碎物表面发霉,得到发霉混合粉碎物;
(5)将上述发霉混合粉碎物和水混合后装入发酵罐中,密封发酵,发酵结束后过滤,分离得到发酵滤液;
(6)将备用的吸湿材料粗品和胃蛋白酶溶液混合后振荡浸渍,浸渍结束后过滤分离得到滤饼,再将滤饼和上述发酵滤液混合后堆置在温室中,静置反应,待反应完成后,得到反应产物,用无水乙醇反复冲洗后冷冻干燥,即得高吸湿速率吸湿材料。
2.根据权利要求1所述的一种高吸湿速率吸湿材料的制备方法,其特征在于:步骤(1)中所述的天然海绵为象耳海绵、蜂窝绵、丝绵、草绵中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种高吸湿速率吸湿材料的制备方法,其特征在于:步骤(2)中所述的丙烯酸、氢氧化钠溶液以及海藻酸钠溶液的体积比为3:3:1,氢氧化钠溶液的质量分数为50%,海藻酸钠溶液的质量分数为10%,搅拌反应时间为20~30min。
4.根据权利要求1所述的一种高吸湿速率吸湿材料的制备方法,其特征在于:步骤(3)中所述的预处理天然海绵粉末和丙烯酰胺溶液以及预聚液的质量比为1:1:10,丙烯酰胺溶液的质量分数为10%,过硫酸钾的加入量为混合液质量的0.5~1.0%,加热后的温度为65~75℃,搅拌反应时间为2~3h。
5.根据权利要求1所述的一种高吸湿速率吸湿材料的制备方法,其特征在于:步骤(4)中所述的大棚温度为30~40℃、空气相对湿度为70~80%,静置时间为5~7天。
6.根据权利要求1所述的一种高吸湿速率吸湿材料的制备方法,其特征在于:步骤(5)中所述的发霉混合粉碎物和水的质量比为1:3,密封发酵温度为30~40℃,密封发酵时间为7~9天。
7.根据权利要求1所述的一种高吸湿速率吸湿材料的制备方法,其特征在于:步骤(6)中所述的吸湿材料粗品和胃蛋白酶溶液的质量比为1:10,胃蛋白酶溶液的质量分数为20%,振荡浸渍时间为5~7h,滤饼和发酵滤液的质量比为1:3,温室温度为30~50℃,静置反应时间为10~15天。
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