一种能够高效调湿的高分子调湿剂的制备方法
【专利摘要】本发明公开一种能够高效调湿的高分子调湿剂的制备方法。丙烯酸加入NaOH溶液中得到调pH值后的丙烯酸溶液；再加入甲基丙烯酸、丙烯酰胺，混合均匀后得到混合溶液；置于温水中进行充氮排氧0.5～2小时，然后加入交联剂、引发剂，形成反应溶液；置于50～70℃恒温水浴中加热，反应3～6小时，获得凝胶状聚合产物，最后切片、造粒、烘干处理、粉碎、过筛，得到最终产品。采用该方法制备的高分子调湿剂具有调湿容量大、快速的响应能力、成本低和可再生使用等优点，且该制备方法具有产物分子量比较均匀、工艺简单、成本低和易于控制等优点、易于实现工业化的特点。
【专利说明】ー种能够高效调湿的高分子调湿剂的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于环保建筑材料领域，具体涉及ー种能够高效调湿的高分子调湿剂的制备方法。
【背景技术】
[0002]我国南方降雨量多，尤其是毎年6月中下旬至7月上半月之间持续天明有雨的梅雨季节，空气湿度大、气温高，衣物等容易发霉。例如，现代的建造房屋多是镶板、预制板(或顶制品)、钢筋混凝土、金属框格窗等材料，故气密性高，结露的问题多。其原因是房屋气密性好，通风差，生活水平提高，用水増加，使用石油气炉、煤气炉等暖房器具等，造成结露观象严重。特别是厨房、洗澡房、洗脸间、大型室内澡堂等潮湿房屋在壁面、房顶、地面的结露更是严重。
[0003]调湿材料是指不需要借助任何人工能源和机械设备，依靠自身的吸放湿特性感应所调空间空气的湿度变化，自动调节湿度的功能材料。当湿度较高时，调湿材料能够吸附环境中的水蒸气，使空间的湿度降低；当湿度较低吋，材料将释放出自身吸附的水蒸气，増加空间的相対湿度，从而保持环境空间湿度的相对恒定。例如添加了调湿剂的壁纸可以防结露，调节房间的湿度；将添加物与调湿剂混合制备调湿涂料，用于建筑物的内壁、储存设备内壁的表面涂饰，从而达到调湿的目的；将橡胶与高分子调湿剂并用做成止水(隔水)材料，常用在建筑物建造隙的填充、密封、止水及各类机器的气密、防水等土木建筑工程领域中。
[0004]利用调湿材料的吸放湿特性来调节湿度，虽然是一种被动的控制措施，但它无需任何机械设备和能源消耗，因而是ー种生态性的控制调节方法。这对于改善人居环境、植物(花卉、农作物等)的健康生长、提高物品(食品、药品、文物)的保存质量、仪器的正常运行、維持生态环境的可持续发展，无疑都具有重要的应用价值和社会意义。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供ー种エ艺简单、成本低廉、能源消耗低和高效调湿的高分子调湿剂的制备方法，使之适合于除湿系统、止水(隔水)材料和调湿涂料等需要调节湿度的场合。
[0006]本发明方法包括以下步骤:
步骤(I).将丙烯酸加入到装有搅拌器的反应器中，边搅拌边加入浓度为14-20 %的NaOH溶液，得到丙烯酸溶液；
其中，氢氧化钠的质量=(丙烯酸+甲基丙烯酸)X (65 %-85 %) X40，丙烯酸和甲基丙烯酸均为物质的量，单位为mol，40为氢氧化钠的分子量，65 %-85 %为中和度。
[0007]步骤(I)在冰水浴中进行，防止氢氧化钠溶液发热会导致丙烯酸的挥发。
[0008]步骤(2).在调PH值后的丙烯酸溶液中，边搅拌边加入甲基丙烯酸、丙烯酰胺，混合均匀后得到混合溶液；其中，甲基丙烯酸、丙烯酸、丙烯酰胺的质量比为(2-18): (I-3):1 ；
步骤(3).将步骤(2)配制的混合溶液，置于温度为22-25°C的温水中进行充氮排氧
0.5-2小时，然后加入交联剂、引发剂，充分搅拌均匀后，最終形成反应溶液。
[0009]其中，交联剂的质量=(丙烯酸+丙烯酰胺+甲基丙烯酸)X (0.2 %-2 %)，其中丙烯酸、丙烯酰胺和甲基丙烯酸均为质量，单位为g ;引发剂的质量=(丙烯酸+丙烯酰胺+甲基丙烯酸)X (0.2 %-2 %)，其中丙烯酸、丙烯酰胺和甲基丙烯酸均为质量，单位为g。
[0010]所述的交联剂为N-羟甲基丙烯酰胺、N，N’ -亚甲基双丙烯酰胺或双丙酮丙烯酰胺；
所述的引发剂为过硫酸钾、亚硫酸氢钠/过硫酸铵、双氧水、过硫酸铵/硫酸亚铁或过硫酸钠；
步骤(4).将步骤(3)得到的反应溶液置于温度为50-70°C的恒温水浴中加热，让其充分反应3-6小吋，获得凝胶状聚合产物。
[0011]步骤(5).将步骤(4)得到的凝胶状聚合产物经切片、造粒、烘干处理、粉碎、过筛后，即得到本发明制备的能够高效调湿的高分子调湿剂。
[0012]所述经切片后的凝胶状聚合产物的厚度为0.5-1.5cm ；
所述的烘干处理为80-120°C温度下烘干4-6小时，至凝胶状聚合产物的质量不发生变化；
所述的过筛选择45-60目。`
[0013]本发明采用丙烯酸、丙烯酰胺和甲基丙烯酸等为单体，通过共聚物中羧酸基团、酰胺基团等多种基团的相互协同作用，明显地提高高分子调湿剂的调湿性能，且产品的形状多祥化可适用不同的场合。相比无机类调湿材料，本发明具有如下优点:
1.硅胶和分子筛类等无机类调湿剂几十分钟内便达到吸湿饱和，不再发挥作用；而该高分子调湿剂7天后仍未达到吸湿饱和且调湿容量大，最高吸湿量可达0.95g/g，体现了长效调湿的优越性。
[0014]2.制备エ艺简单，采用“ー锅法”即可实现。
[0015]3.再生能耗低，再生后的调湿性能下降不超过2 %。
[0016]采用该方法制备的高分子调湿剂具有调湿容量大、快速的响应能力、成本低和可再生使用等优点，广泛地应用于防结露和调湿壁纸、结露防止片与调湿片、调湿涂料、隔水材料和建筑等行业。并且该制备方法具有产物分子量比较均匀、エ艺简单、成本低和易于控制等优点、易于实现エ业化的特点。
【具体实施方式】
[0017]将本发明的具体实施例说明如下，但并非限制本发明所表述的范围只为更具体说明本发明的特点。
[0018]实施例1
⑴取3g丙烯酸加入到装有搅拌器的三ロ烧瓶中，边搅拌边加入浓度为18.3 %的NaOH溶液，得到丙烯酸溶液。其中，NaOH溶液中NaOH的质量为19.lg。
[0019]⑵将第⑴步在冰水浴中进行，防止氢氧化钠溶液发热会导致丙烯酸的挥发。
[0020]⑶将第⑴步已调好PH值的丙烯酸溶液，边搅拌边加入54g甲基丙烯酸、3g丙烯酰胺，得到混合溶液。
[0021]⑷将第⑶步配好的混合溶液，置于25 °C温水中充氮排氧0.5小吋，之后加入
0.1SgN-羟甲基丙烯酰胺和0.18g过硫酸钾，充分搅拌后最終形成反应溶液。
[0022](5)将第⑷步配好的反应溶液于65°C的恒温水浴中加热，让其充分反应3小时，获得凝胶状聚合产物。
[0023](6)将第(5)步得到的反应产物经切片、造粒、120°C下烘干处理4h、粉碎、过筛，得到高效调湿的高分子调湿剂。
[0024](7)性能测试:
吸湿性能:将实施例1所制备的高分子调湿剂放入恒温恒湿箱中进行吸湿，直至吸湿饱和。测试条件为:T=25°C，RH=90 %。最终测得其吸湿量为0.825g/g。
再生性能:将实施例1所制备的高分子调湿剂再生处理，再生五次后的平衡吸湿率下降也不超过2 %。
[0025]实施例2
⑴取15g丙烯酸加入到装有搅拌器的三ロ烧瓶中，边搅拌边加入浓度为16 %的NaOH溶液，得到丙烯酸溶液。其中，NaOH溶液中NaOH的质量为16.7g。
[0026]⑵将第⑴步在冰水浴中进行，防止氢氧化钠溶液发热会导致丙烯酸的挥发。
[0027]⑶将第⑴步已调好PH值的丙烯酸溶液，边搅拌边加入30g甲基丙烯酸、15g丙烯酰胺，得到混合溶液。
[0028]⑷将第⑶步配好的混合溶液，置于25°C温水中充氮排氧0.7小吋，之后加入
0.18gN，N’_亚甲基双丙烯酰胺和0.18g亚硫酸氢钠/过硫酸铵，充分搅拌后最終形成反应溶液。
[0029](5)将第⑷步配好的混合溶液于65°C的恒温水浴中加热，让其充分反应3小时，获得凝胶状聚合产物。
[0030](6)将第(5)步得到的反应产物经切片、造粒、120°C下烘干处理4h、粉碎、过筛后，得到高效调湿的高分子调湿剂。
[0031](7)性能测试:
吸湿性能:将实施例2所制备的高分子调湿剂放入恒温恒湿箱中进行吸湿，直至吸湿饱和。测试条件为:T=25°C，RH=90 %。最终测得其吸湿量为0.885g/g。
再生性能:实施例2所制备的高分子调湿剂再生处理，再生五次后的平衡吸湿率下降也不超过2 %。
[0032]实施例3
⑴取5.5g丙烯酸加入到装有搅拌器的三ロ烧瓶中，边搅拌边加入浓度为14 %的NaOH溶液，得到混合溶液。其中，NaOH溶液中NaOH的质量为10.21g。
[0033]⑵将第⑴步在冰水浴中进行，防止氢氧化钠溶液发热会导致丙烯酸的挥发；
⑶将第⑴步已调好PH值的丙烯酸溶液，边搅拌边加入19.25g甲基丙烯酸、2.75g丙烯
酰胺，得到混合溶液。
[0034]⑷将第⑶步配好的混合溶液，置于25°C温水中充氮排氧0.5小时，之后加入0.25g双丙酮丙烯酰胺和0.35g双氧水，充分搅拌后最終形成反应溶液。
[0035](5)将第⑷步配好的反应溶液于65°C的恒温水浴中加热，让其充分反应4小时，获得凝胶状聚合产物。
[0036](6)将第(5)步得到的反应产物经切片、造粒、120°C下烘干处理4h、粉碎、过筛后，得到高效调湿的高分子调湿剂。
[0037](7)性能测试:
吸湿性能:将实施例3所制备的高分子调湿剂放入恒温恒湿箱中进行吸湿，直至吸湿饱和。测试条件为:T=25°C，RH=90 %。其吸湿量为0.95g/g。
再生性能:将实施例3所制备的高分子调湿剂再生处理，再生五次后的平衡吸湿率下降也不超过2 %。
[0038]实施例4
⑴取6.5g丙烯酸加入到装有搅拌器的三ロ烧瓶中，边搅拌边加入浓度为14.2 %的NaOH溶液，得到丙烯酸溶液。其中，NaOH溶液中NaOH的质量为9.52 g.⑵将第⑴步在冰水浴中进行，防止氢氧化钠溶液发热会导致丙烯酸的挥发。
[0039](3)将第⑴步已调好PH值的丙烯酸溶液，边搅拌边加入19.5g甲基丙烯酸、6.5g丙烯酰胺，得到混合溶液。
[0040]⑷将第⑶步配好的混合溶液，置于25 °C温水中充氮排氧0.5小吋，之后加入
0.2gN-羟甲基丙烯酰胺、0.4g过硫酸铵/硫酸亚铁，充分搅拌后最終形成混合溶液。
[0041](5)将第⑷步配好的混合溶液于65°C的恒温水浴中加热，让其充分反应3小时，获得凝胶状聚合产物。
[0042](6)将第(5)步 得到的反应产物经切片、造粒、120°C下烘干处理4h、粉碎、过筛后，得到高效调湿的高分子调湿剂。
[0043](7)性能测试:
吸湿性能:将实施例4所制备的高分子调湿剂放入恒温恒湿箱中进行吸湿，直至吸湿饱和。测试条件为:T=25°C，RH=90 %。其吸湿量为0.87g/g。
再生性能:将实施例4所制备的高分子调湿剂再生处理，再生五次后的平衡吸湿率下降也不超过2 %。
[0044]实施例5
⑴取15g丙烯酸加入到装有搅拌器的三ロ烧瓶中，边搅拌边加入浓度为20 %的NaOH溶液，得到丙烯酸溶液。其中，NaOH溶液中NaOH的质量为14.5g。
[0045]⑵将第⑴步在冰水浴中进行，防止氢氧化钠溶液发热会导致丙烯酸的挥发。
[0046]⑶将第⑴步已调好PH值的丙烯酸溶液，边搅拌边加入30g甲基丙烯酸、5g丙烯酰胺，得到混合溶液。
[0047]⑷将第⑶步配好的混合溶液，置于22°C温水中充氮排氧2小时，之后加入0.1gN,N’ -亚甲基双丙烯酰胺、0.1g过硫酸钠，充分搅拌后最終形成混合溶液。
[0048](5)将第⑷步配好的混合溶液于50°C的恒温水浴中加热，让其充分反应6小时，获得凝胶状聚合产物。
[0049](6)将第(5)步得到的反应产物经切片、造粒、80 V下烘干处理6h、粉碎、过筛后，得到高效调湿的高分子调湿剂。
[0050](7)性能测试:
吸湿性能:将实施例5所制备的高分子调湿剂放入恒温恒湿箱中进行吸湿，直至吸湿饱和。测试条件为:T=25°C, RH=90 %。其吸湿量为0.88g/g。
[0051]再生性能:将实施例5所制备的高分子调湿剂再生处理，再生五次后的平衡吸湿率下降也不超过2 %。
[0052]实施例6
⑴取6g丙烯酸加入到装有搅拌器的三ロ烧瓶中，边搅拌边加入浓度为15 %的NaOH溶液，得到丙烯酸溶液。其中，NaOH溶液中NaOH的质量为9.17 g。
[0053]⑵将第⑴步在冰水浴中进行，防止氢氧化钠溶液发热会导致丙烯酸的挥发。
[0054]⑶将第⑴步已调好PH值的丙烯酸溶液，边搅拌边加入21g甲基丙烯酸、3g丙烯酰胺，得到混合溶液。
[0055]⑷将第⑶步配好的混合溶液，置于22°C温水中充氮排氧1.5小时，之后加入0.6g双丙酮丙烯酰胺、0.6g过硫酸钾，充分搅拌后最終形成混合溶液。
[0056](5)将第⑷步配好的混合溶液于70°C的恒温水浴中加热，让其充分反应3小时，获得凝胶状聚合产物。
[0057](6)将第(5)步得到的反应产物经切片、造粒、100°C下烘干处理5h、粉碎、过筛后，得到高效调湿的高分子调湿剂。
[0058](7)性能测试:
吸湿性能:将实施例6所制备的高分子调湿剂放入恒温恒湿箱中进行吸湿，直至吸湿饱和。测试条件为:T=25°C，RH=90 %。其吸湿量为0.90g/g。
[0059]再生性能:将实施例6所制备的高分子调湿剂再生处理，再生五次后的平衡吸湿率下降也不超过2 %。
[0060]上述实施例第(6)步经切片后的凝胶状聚合产物的厚度为0.5-1.5cm ;过筛选择45-60目。
[0061]上述实施例并非是对于本发明的限制，本发明并非仅限于上述实施例，只要符合本发明要求，均属于本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种能够高效调湿的高分子调湿剂的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤: 步骤(I).将丙烯酸加入到装有搅拌器的反应器中，边搅拌边加入浓度为14-20 %的NaOH溶液，得到丙烯酸溶液； 其中，氢氧化钠的质量=(丙烯酸+甲基丙烯酸)X (65 %-85 %) X40 ;丙烯酸和甲基丙烯酸均为物质的量，单位为mol ；40为氢氧化钠的分子量；65 %-85 %为中和度；步骤(2).在调PH值后的丙烯酸溶液中，边搅拌边加入甲基丙烯酸、丙烯酰胺，混合均匀后得到混合溶液；其中甲基丙烯酸、丙烯酸、丙烯酰胺的质量比为(2-18):(1-3):1 ; 步骤(3).将步骤(2)配制的混合溶液，置于温度为22-25°C的温水中进行充氮排氧0.5-2小时，然后加入交联剂、引发剂，充分搅拌均匀后，最終形成反应溶液； 其中，交联剂的质量=(丙烯酸+丙烯酰胺+甲基丙烯酸)X (0.2 %-2 %)，其中丙烯酸、丙烯酰胺和甲基丙烯酸 均为质量，单位为g ;引发剂的质量=(丙烯酸+丙烯酰胺+甲基丙烯酸)X (0.2 %-2 %)，其中丙烯酸、丙烯酰胺和甲基丙烯酸均为质量，单位为g; 步骤(4).将步骤(3)得到的反应溶液置于温度为50-70°C的恒温水浴中加热，让其充分反应3-6小吋，获得凝胶状聚合产物； 步骤(5).将步骤(4)得到的凝胶状聚合产物经切片、造粒、烘干处理、粉碎、过筛后，得到能够高效调湿的高分子调湿剂。
2.如权利要求1所述的ー种能够高效调湿的高分子调湿剂的制备方法，其特征在于步骤(I)在冰水浴中进行，防止氢氧化钠溶液发热会导致丙烯酸的挥发。
3.如权利要求1所述的ー种能够高效调湿的高分子调湿剂的制备方法，其特征在于所述的交联剂为N-羟甲基丙烯酰胺、N，N’ -亚甲基双丙烯酰胺或双丙酮丙烯酰胺。
4.如权利要求1所述的ー种能够高效调湿的高分子调湿剂的制备方法，其特征在于所述的引发剂为过硫酸钾、亚硫酸氢钠/过硫酸铵、双氧水、过硫酸铵/硫酸亚铁或过硫酸钠。
5.如权利要求1所述的ー种能够高效调湿的高分子调湿剂的制备方法，其特征在于步骤(5)经切片后的凝胶状聚合产物的厚度为0.5-1.5cm。
6.如权利要求1所述的ー种能够高效调湿的高分子调湿剂的制备方法，其特征在于步骤(5)所述的烘干处理为80-120°C温度下烘干4-6小时，至凝胶状聚合产物的质量不发生变化。
7.如权利要求1所述的ー种能够高效调湿的高分子调湿剂的制备方法，其特征在于步骤(5)所述的过筛选择45-60目。
【文档编号】C08F220/06GK103450385SQ201310361423
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年8月19日 优先权日:2013年8月19日
【发明者】张春晓, 赵红挺, 张素玲, 姚志通 申请人:杭州电子科技大学