魔芋葡甘聚糖基调湿材料的制备及其性能研究

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调湿材料是依靠自身的吸放湿性能,感应所调空间空气湿度的变化,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生态环保材料,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意义。从调湿材料的结构设计入手,制备高效调湿材料,建立调湿材料结构与性能的明确关系以探明调湿作用机理,对调湿材料的开发与产业化推广、实现文物的预防性保护,具有重要的意义。本课题组针对目前国家文物保护中急需解决的文物微环境调控问题,对调湿材料的开发进行了预研究。本课题使用一种天然高分子多糖——魔芋葡甘聚糖(KGM)为基材,采用不同方法对其进行改性、复合无机纳米管状纤维材料——埃洛石纳米管(NHTs)制备了三种不同结构的调湿材料。针对本课题组以往制备调湿材料出现的问题(如制备工艺复杂、结构不稳定、吸放湿性能差、调湿不理想)进行改进、优化,制备性能更加稳定的调湿材料,并研究复合材料种不同组分、不同结构材料对调湿性能的影响。本课题对所制备的三种调湿材料进行形貌、结构表征、吸放湿性能测试、模拟微环境使用性能测试来研究其不同结构材料对吸放湿性能的影响,开发了吸湿容量高、吸放湿速率快、性能稳定的、具有不同调湿范围的调湿材料,主要研究结果如下:交联KGM/NHTs复合调湿材料体系中,热活化埃洛石在材料中分散不均匀,材料吸湿率较低,埃洛石对材料放湿具有促进作用,最佳埃洛石比例为2%,吸湿率和放湿率分别为22.79%和76.02%。材料调湿曲线随着埃洛石量的增加而上升,稳定变差,当复合材料(10%、20%埃洛石含量)的预处理湿含量在5%左右时,可将湿度稳定在40-55%之间,可基本满足使用要求(低湿度要求40%左右)。研究交联KGM-g-PAAS/NHTs复合调湿材料表明:酸活化埃洛石吸湿率最佳,热活化埃洛石复合材料性能最佳,经过KH590改性埃洛石在有机相中分散最好,不同改性埃洛石对复合材料的吸放湿性能影响较小不起决定作用。KH590改性埃洛石复合材料中,随着埃洛石量的增加吸放湿性能先增加后下降,当埃洛石含量为4%时性能达到最佳,分别为117.29%和73.41%。由复合材料对微环境湿度的调节曲线可知,经过聚丙烯酸钠的接枝,复合材料的调湿稳定性得到大大提高,且调湿效果良好,平衡湿度稳定;当复合材料的预处理湿度为20-40%时,其环境最终稳定湿度在49.4-57.1%RH,可以满足使用要求。成功的制备出了粒径均一的纳米级交联魔芋葡甘聚糖微球,通过表征可知,粒径在40-50nm之间,性能稳定。由微球的水蒸气吸附曲线可知,KGM微球化改性后,其吸放湿性能大大的提高,吸湿量由0.22g/g提高到0.89g/g,放湿率由74.7%增加至95.0%;由微环境调湿曲线可知,当微球湿含量10%时,所达到平衡湿度在53%-55%之间,理想湿度范围之间,且平衡湿度稳定。交联魔芋葡甘聚糖微球结构稳定,吸附性能良好,预处理简单、调节湿度能力强且稳定,其各项综合性能最为优异,具有广阔的应用空间,对纺织品文物的预防性保护具有重要意义。
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