北京工业大学传热强化与过程节能教育部重点实验室传热与能源利用北京市重点实验室

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1、(北京工业大学传热强化与过程节能教育部重点实验室传热与能源利用北京市重点实验室,北京100022)    摘要:将硅藻土做成乳胶型涂料,并得到了不同湿度下这种涂料的吸放湿性能曲线,但是吸放湿能力不是很理想。为了提高涂料的吸放湿能力,在基料中加入无机成膜物质制成硅藻土复合涂料,结果表明,通过复合,最大吸湿能力从615%提高到11%,最大放湿能力从5%提高到10%,并且确定了无机成膜物质的比例。复合涂料符合建筑涂料的常规性能要求,在调节湿度的同时克服了传统空调能耗高的缺点,具有很好的应用前景。    关

2、键词:调湿涂料;乳胶型;复合型;吸放湿特性    0引言    空气湿度是一个与人们生活和生产有密切关系的重要环境参数,湿度对人体舒适度、产品生产过程、产品质量和产品保存都有重要影响。在低湿环境下,人的呼吸系统黏膜变得干燥,易引发呼吸系统疾病。在许多工业部门,生产过程能否正常进行,在很大程度上取决于湿度,例如造纸、精密仪器的生产。物品在潮湿的环境里存放,由于霉菌的侵蚀而发霉变质;使金属生锈、仪表精度下降、绝缘参数降低。在过分干燥的环境里存放会发生开裂变形,造成经济损失。可见,湿度控制无论是对人类的居

3、住环境,还是对生产和物品保护都显得十分重要。    常见的湿度控制方法可分为机械性和非机械性两大类。在机械性湿度控制方法中,可用空调调节建筑物室内空气环境。但是空调要消耗大量的能源,而除湿的能耗占到空调能耗的20%～40%,因此,开发节能的湿度控制技术,对节能和环保有重要意义。非机械性湿度控制方法是利用调湿材料的性质来达到控湿的目的。调湿材料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,感应所调空间空气湿度的变化,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,是一项可以减少空调湿

4、负荷,实现建筑节能的重要技术。利用调湿材料来控制调节湿度的研究,在日本已有20多年历史[1],技术领先于其他国家,尤其在机理研究方面,更是拥有相对先进的理论基础,很多调湿建材、调湿涂料已经形成市场。最近10多年来,随着人们对居住环境质量要求的提高,湿度对热舒适和空气质量的影响,对物品保存和空调负荷的影响引起了越来越多的人重视,我国的研究者对调湿材料的被动式调湿进行了广泛的研究。1990年,清华大学土木系开展了调湿材料的研究[2]。1994年,冯乃谦利用沸石做实验,并撰写了论文,可使容器内的湿度维持在

5、60%～70%。1997年,上海博物馆的罗曦芸详细介绍了硅胶、无机盐、蒙托土、高分子材料的调湿特性,并对其机理进行了初步分析研究[3]。2001年华侨大学冉茂宇探讨了调湿材料的吸湿机理[4],但是这些都是散装的调湿材料,用在调节房间内的湿度不现实。2004年北京工业大学李双林等人研究出新型调湿涂料,在封闭空间中应用,起到了很好的调湿作用[5],但是这种涂料散发的有害物质较多,不是环保涂料。2005年,中国建筑材料科学研究院张连松等,在海泡石中加入纳米材料制成具有抗菌,调湿功能的粉末涂料,在调节湿度的

6、同时,兼具净化空气,抗菌作用[6]。2006年5月,山东科技大学科技产业公司王立华等研制成环保调湿乳胶漆,研究了各成分用量对涂膜性能的影响[7],但是在涂覆美观方面欠佳。本实验室研究人员在借鉴前人研究成果的基础上,旨在研究一种吸放湿能力强、涂膜美观、符合建筑涂料标准的调湿涂料。使用调湿材料前后的效果如图1所示,从图1中可以看出,使用调湿材料可以避免璧面严重的结露现象[8]。    图1调湿涂料调节密闭空间的效果    1调湿材料的饱和吸湿性能实验    1.1实验材料    国内外开发的调湿材料种类

7、繁多,大致可以分为以下几种:硅胶、无机盐类、有机高分子类和复合型调湿材料。但是,这些材料均不易做成水性涂料。本实验选取几种无机矿物材料做调湿涂料,各材料规格为沸石:人造沸石;海泡石:未经处理的原矿;活性炭:普通活性炭;硅藻土:经过特殊处理工艺后的硅藻土。    1.2吸湿性能测试    称取相同质量的几种无机材料(质量记为m1),放入相对湿度是80%,温度恒定为(20±0.2)℃的密闭环境中,每隔一定时间称取样品质量,直至样品每天的质量变化在0.05%之间,认为此时样品在该湿度下达到吸湿饱和,质量记

8、为m2,其饱和吸湿量为m2-m1,调湿材料的饱和吸湿率为(m2-m1)/m1,以吸湿率对时间做图,即可得到调湿材料在该湿度下的吸湿性能曲线,结果如图2所示。    从图2可以看出硅藻土和沸石的吸湿能力强,饱和吸湿量可以达到15%～16%,相比之下,相同实验条件下的海泡石和活性炭的饱和吸湿量还不到5%。而它们达到吸湿饱和所需要的时间却大致相当,因此,初步选定沸石和硅藻土作为调湿涂料的添加材料。另据报道[9],硅藻土由于质轻、细腻、松散、多孔、吸着力和渗透性强、颗粒细小,