阅读说明：本技术 一种生物智能可降解的控湿材料及其制作方法 (Biological intelligent degradable humidity control material and manufacturing method thereof ) 是由 谷少克 吴龙涛 宋宝祥 王亚飞 陈凯 于 2020-06-23 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种生物智能可降解的控湿材料及其制作方法,由如下重量百分比的原料制成：5～30％的丙烯酸壳聚糖接枝物,0.1～30％的纤维素,1～35％的无机盐,余量为水。本发明通过以壳聚糖接枝丙烯酸官能团形成的可降解丙烯酸壳聚糖接枝物复合多孔水凝胶为载体,然后与纤维素及无机盐类共混制成调湿性能优异、且生物智能可降解可循环利用的控湿材料。本发明的主要原料来源于海洋生物,来源广泛,价格低廉,可自然降解且循环利用率高,由此制得的控湿材料无毒无害,稳定性好,是一种环境友好型控湿材料,可规模化生产；且本发明合成温度低,大大节约了复杂设备及高温带来的生产制备成本。(The invention discloses a biodegradable moisture control material and a preparation method thereof, wherein the material is prepared from the following raw materials in percentage by weight: 5-30% of chitosan acrylate graft, 0.1-30% of cellulose, 1-35% of inorganic salt and the balance of water. The invention takes degradable acrylic acid chitosan graft compound porous hydrogel formed by grafting acrylic acid functional group with chitosan as a carrier, and then the porous hydrogel is blended with cellulose and inorganic salts to prepare the moisture control material which has excellent humidity control performance, is biologically intelligent, degradable and can be recycled. The main raw materials of the invention are derived from marine organisms, have wide sources and low price, can be naturally degraded and have high recycling rate, and the prepared humidity control material is non-toxic and harmless, has good stability, is an environment-friendly humidity control material and can be produced in large scale; the invention has low synthesis temperature, and greatly saves complex equipment and production and preparation cost caused by high temperature.)

一种生物智能可降解的控湿材料及其制作方法

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种生物智能可降解的控湿材料及其制作方法。

背景技术

空气相对湿度是衡量室内环境的一项重要参数，合适的湿度对人体健康、工农业生产都具有十分重要的作用。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，自动调节空气相对湿度的功能材料。当空间湿度较高时，调湿材料能够吸附环境中的水蒸气，使空间的湿度降低；当空间的湿度较低时，材料将释放出自身吸附的水蒸气，增加空间的相对湿度，从而保持环境空间湿度的相对恒定。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，因而是一种生态性的控制调节方法。

传统调湿材料主要包括天然调湿材料、有机高分子调湿材料、无机矿物调湿材料等。其中，有机高分子调湿材料主要为人造发泡塑料产品或聚酯纤维产品，该类调湿材料无论在低湿度还是高湿度下其含湿率变化都远小于1％(质量比)，因此对室内空气基本都不具备调湿功能。同时上述产品的原材料和生产过程中都需要使用大量不可再生的资源和能源，且制备复杂、成本高，吸放湿可逆性差，限制了调湿材料的大规模推广。此外，部分产品在使用过程中还会长期释放甲醛等有毒有害气体，而且这些产品在使用后均不能循环使用且难以自然降解，遗弃后将对人类生活环境(土壤和地下水)造成严重的二次污染。无机矿物调湿材料多以硅胶类产品为主，该类控湿材料的吸放湿性能不稳定和控温效果差。天然调湿材料以木浆纤维为载体，虽然木浆可降解，但造浆过程会对生态环境造成毁坏并对水体造成严重污染。

因此，亟需提供一种生物智能可降解的控湿材料、且制备工艺简便、成本低的控湿材料具有重要的实际意义。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种生物智能可降解的控湿材料及其制作方法，该材料以壳聚糖接枝丙烯酸官能团形成可降解的丙烯酸壳聚糖接枝物为载体，然后与纤维素及无机盐类共混制成调湿性能优异、且生物智能可降解可循环利用的控湿材料。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种生物智能可降解的控湿材料，由如下重量百分比的原料制成：5～30％的丙烯酸壳聚糖接枝物，0.1～30％的纤维素，1～35％的无机盐，余量为水。

作为上述方案的进一步限定，所述丙烯酸壳聚糖接枝物的制备方法，包括如下步骤：

S1、惰性气体保护条件下，将壳聚糖溶解于乙酸中，然后向溶液中添加十二烷基硫酸钠溶液，混合均匀后备用；

S2、搅拌条件下，将丙烯酸单体、交联剂N，N’-亚甲基双丙烯酰胺溶液加入到步骤S1的反应液中并混合均匀，再缓慢滴加引发剂，引发丙烯酸与壳聚糖接枝聚合反应，并持续反应；

S3、将步骤S2所得产物用氢氧化钠调整溶液pH至中性，以制得丙烯酸壳聚糖接枝物复合多孔水凝胶。

作为上述方案的进一步限定，所述丙烯酸单体与壳聚糖的质量比为(1～10)：(0.1～1.5)。

作为上述方案的进一步限定，所述十二烷基硫酸钠溶液的浓度为1～3mmol/L。

作为上述方案的进一步限定，所述壳聚糖与交联剂N，N’-亚甲基双丙烯酰胺溶液中的N，N’-亚甲基双丙烯酰胺的质量比为1：(0.0002～0.002)。

作为上述方案的进一步限定，引发剂的用量占丙烯酸单体与壳聚糖总量的4～10％。

作为上述方案的进一步限定，所述引发剂为过硫酸钾、过氧化月桂酰、过氧化苯甲酰中的一种或多种。

作为上述方案的进一步限定，步骤S2中，反应温度为40～60℃，反应时间为4～6h。

作为上述方案的进一步限定，所述纤维素包括但不限于为羧甲基纤维素、羧乙基纤维素、甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素或甲基纤维素醚或羟丙基纤维素醚。

作为上述方案的进一步限定，所述无机盐包括但不限于为锂的无机盐、钾的无机盐、钠的无机盐、钙的无机盐。

优选地，任一金属元素的无机盐包括盐酸盐、硝酸盐和硫酸盐中的一种或多种。

本发明还提供所述的一种生物智能可降解的控湿材料的制作方法，包括如下步骤：

1)按所述重量百分比依次称取丙烯酸壳聚糖接枝物、纤维素、无机盐备用；

2)将上述原料混合均匀，并在混合料中加入所述重量百分比的水，搅拌均匀后进行压片，烘干即制得所述生物智能可降解的控湿材料。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明首先以壳聚糖接枝丙烯酸官能团形成可降解的丙烯酸壳聚糖接枝物复合多孔水凝胶为载体，然后与纤维素及无机盐类共混制成调湿性能优异、且生物智能可降解可循环利用的控湿材料。本发明的主要原料来源于海洋生物，具有原料来源广泛，价格低廉，可自然降解且循环利用率高的优点，由此制得的控湿材料无毒无害，稳定性好，是一种环境友好型控湿材料，可规模化生产；且合成温度低，大大节约了复杂设备及高温带来的生产制备成本。

(2)本发明以海洋生物为原料合成智能控湿材料，工艺简单，能耗低，生成物稳定性好，可以根据应用需要控制有效孔径范围，有效扩展了其应用领域。

(3)本发明采用海洋生物为原料制备高性能控湿材料，一方面变废为宝，另一方面制备的调湿材料用于室内调湿，能够调节室内空气湿度保持在20-90％。

附图说明

图1为本发明丙烯酸壳聚糖接枝物的制备原理图。

图2中(A)为丙烯酸壳聚糖接枝物在无SDS存在下的扫描电子显微镜表征图；图2中(B)为丙烯酸壳聚糖接枝物在1.5mmol/L SDS水溶液中的扫描电子显微镜表征图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明；除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。

下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

实施例1

一种生物智能可降解的控湿材料，由如下重量百分比的原料制成：20％的丙烯酸壳聚糖接枝物，15％的羧甲基纤维素，20％氯化钠无机盐，余量为水。

请参照图1，所述丙烯酸壳聚糖接枝物的制备方法，包括如下步骤：

S1、氮气保护条件下，将壳聚糖溶解于乙酸中，然后向溶液中添加1.5mmol/L的十二烷基硫酸钠溶液，混合均匀后备用；

S2、搅拌条件下，将丙烯酸单体、交联剂N，N’-亚甲基双丙烯酰胺溶液加入到步骤S1的反应液中并混合均匀，再缓慢滴加过硫酸钾引发剂，引发丙烯酸与壳聚糖接枝聚合反应，并于50℃下持续反应5h；

所述丙烯酸单体与壳聚糖的质量比为5：0.8；所述壳聚糖与交联剂N，N’-亚甲基双丙烯酰胺溶液中的N，N’-亚甲基双丙烯酰胺的质量比为1：0.001；过硫酸钾引发剂的用量占丙烯酸单体与壳聚糖总量的8％；

S3、将步骤S2所得产物用氢氧化钠调整溶液pH至中性，以制得丙烯酸壳聚糖接枝物复合多孔水凝胶。

所述的一种生物智能可降解的控湿材料的制作方法，包括如下步骤：

1)按所述重量百分比依次称取丙烯酸壳聚糖接枝物、纤维素、无机盐备用；

2)将上述原料混合均匀，并在混合料中加入所述重量百分比的水，搅拌均匀后进行压片，并于105℃烘箱内干燥2h即制得所述生物智能可降解的控湿材料，最后将制成的干片放进65℃，95％湿度的恒温恒湿相中预调控湿精度。

实施例2-13

实施例2-13提供一种生物智能可降解的控湿材料，与实施例1相比，不同之处在于，改变原料的重量百分比，其余与实施例1均相同，在此不再赘述，具体实验条件参数及性能测试结果如下表所示。

由上表结果可知，本发明以壳聚糖接枝丙烯酸官能团形成的可降解丙烯酸壳聚糖接枝物复合多孔水凝胶为载体，然后与一定量的纤维素及无机盐类共混，通过丙烯酸壳聚糖接枝物、纤维素与无机盐之间的协同作用，能够显著提升控湿材料的调湿性能。

实施例14-18

实施例14-18提供一种生物智能可降解的控湿材料，与实施例1相比，不同之处在于，改变所述丙烯酸壳聚糖接枝物制备方法中丙烯酸单体与壳聚糖的质量比，其余与实施例1均相同，在此不再赘述，具体实验条件参数及性能测试结果如下表所示。

对比实施例1与实施例14-18结果可知，改变丙烯酸壳聚糖接枝物制备方法中丙烯酸单体与壳聚糖的质量比，会对制得的控湿材料的调湿性能产生显著影响，当丙烯酸单体与壳聚糖的质量比为(1～10)：(0.1～1.5)时，制得的控湿材料均具有较好的调湿性能；同时对比实施例1与实施例17-18结果可知，本发明通过壳聚糖接枝丙烯酸官能团形成可降解的丙烯酸壳聚糖接枝物复合多孔水凝胶，通过壳聚糖与丙烯酸的协同作用，能够显著提升控湿材料的控湿调湿性能。

实施例19-21

实施例19-21提供一种生物智能可降解的控湿材料，与实施例1相比，不同之处在于，改变所述丙烯酸壳聚糖接枝物制备方法中所述十二烷基硫酸钠溶液的浓度，其余与实施例1均相同，在此不再赘述，具体实验条件参数及性能测试结果如下表所示。

图2中(A)为丙烯酸壳聚糖接枝物在无SDS存在下(实施例21条件下制得)的扫描电子显微镜表征图；图2中(B)为丙烯酸壳聚糖接枝物在1.5mmol/L SDS水溶液中(实施例1条件下制得)的扫描电子显微镜表征图。由图中结果可知，本发明通过在丙烯酸壳聚糖接枝物制备过程中添加一定量的十二烷基硫酸钠(SDS)，制得的丙烯酸壳聚糖接枝物为高比表面积、极高孔洞率与超高孔体积率的多分枝纳米多孔三维网络结构的纳米材料。因此，可以用来制备生物智能控湿材料，并有助于提高控湿材料的吸放湿性能。

对比实施例1与实施例19-21结果可知，改变所述丙烯酸壳聚糖接枝物制备方法中所述十二烷基硫酸钠溶液的浓度，会对制得的控湿材料的调湿性能产生显著影响，当十二烷基硫酸钠溶液的浓度为1～3mmol/L时，制得的控湿材料均具有较好的调湿性能；同时对比实施例1与实施例21结果可知，本发明通过在丙烯酸壳聚糖接枝物制备过程中添加一定量的十二烷基硫酸钠(SDS)，形成可降解的丙烯酸壳聚糖接枝物复合多孔水凝胶，从而能够显著提升控湿材料的控湿调湿性能。

实施例22-24

实施例22-24提供一种生物智能可降解的控湿材料，与实施例1相比，不同之处在于，改变所述丙烯酸壳聚糖接枝物制备方法中所述引发剂的用量，其余与实施例1均相同，在此不再赘述，具体实验条件参数及性能测试结果如下表所示。

对比实施例1与实施例22-24结果可知，改变所述丙烯酸壳聚糖接枝物制备方法中所述引发剂的用量，会对制得的控湿材料的调湿性能产生显著影响，当引发剂的用量占丙烯酸单体与壳聚糖总量的4～10％时，制得的控湿材料均具有较好的调湿性能。

综上所述，本发明首先以壳聚糖接枝丙烯酸官能团形成可降解的丙烯酸壳聚糖接枝物复合多孔水凝胶为载体，然后与纤维素及无机盐类共混制成调湿性能优异、且生物智能可降解可循环利用的控湿材料，将其用于室内调湿，能够调节室内空气湿度保持在20-90％。同时本发明的主要原料来源于海洋生物，具有原料来源广泛，价格低廉，可自然降解且循环利用率高的优点，由此制得的控湿材料无毒无害，稳定性好，是一种环境友好型控湿材料，可规模化生产；且合成温度低，大大节约了复杂设备及高温带来的生产制备成本。

以上所述，仅为本发明的说明实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，做出的若干改进和补充也应视为本发明的保护范围；凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明精神和范围的情况下，利用以上所揭示的技术内容做出的些许更改、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所做的任何等同变化的更改、修饰与演变，均仍属于本发明的保护范围。