無(wú)機(jī)有機(jī)調(diào)濕材料研究現(xiàn)狀及其應(yīng)用領(lǐng)域,高分子材料論文

無(wú)機(jī)有機(jī)調(diào)濕材料研究現(xiàn)在狀況及其應(yīng)用領(lǐng)域,高分子材料論文摘要：調(diào)濕材料能夠感應(yīng)環(huán)境濕度變化，利用本身物理構(gòu)造和化學(xué)特性實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境濕度的調(diào)控。該調(diào)節(jié)方式方法不消耗人工能源，屬于被動(dòng)式調(diào)節(jié)，符合綠色可持續(xù)發(fā)展理念。調(diào)濕材料的研究開場(chǎng)于無(wú)機(jī)材料，后來(lái)發(fā)展到有機(jī)材料，但兩類材料都各自存在缺點(diǎn)，吸濕與導(dǎo)濕性能不能兼并實(shí)現(xiàn)，這嚴(yán)重阻礙調(diào)濕材料的應(yīng)用與發(fā)展。調(diào)濕材料的發(fā)展趨向于有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合調(diào)濕體系，有機(jī)高分子材料超高吸水、高吸濕容量能夠彌補(bǔ)無(wú)機(jī)材料易潮解、濕容量小的缺點(diǎn)，同時(shí)無(wú)機(jī)材料多孔隙構(gòu)造能夠彌補(bǔ)有機(jī)高分子材料導(dǎo)濕性差的缺乏，兩者優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)賦予了調(diào)濕材料應(yīng)答性好、吸放濕滯后環(huán)小的特點(diǎn)。近些年將具備調(diào)濕性能的原材料制備成復(fù)合調(diào)濕材料，使得調(diào)濕材料的吸濕與導(dǎo)濕性能得到提升，應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬，例如，調(diào)濕材料依靠其無(wú)源、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)在建筑室內(nèi)濕度調(diào)節(jié)、館藏書籍文物保衛(wèi)、食品藥品儲(chǔ)存等領(lǐng)域均有應(yīng)用。本文概括了調(diào)濕材料的調(diào)濕機(jī)理，綜述了不同調(diào)濕材料的研究現(xiàn)在狀況以及調(diào)濕材料在建筑、文物保衛(wèi)和食品藥品保存領(lǐng)域的應(yīng)用情況，同時(shí)瞻望了調(diào)濕材料的發(fā)展方向。本文關(guān)鍵詞語(yǔ):調(diào)濕材料;機(jī)理;有機(jī);無(wú)機(jī);復(fù)合材料;Abstract：Humidity-controllingmaterialscansensethehumiditychangesinenvironment,andusetheirownphysicalstructureandchemicalpropertiestoachieveenvironmenthumidity-controlling.Thisadjustmentmethoddoesnotconsumeartificialenergyandbelongstopassiveadjustment,inlinewiththeconceptofgreensustainabledevelopment.Theinorganichumidity-controllingmaterialsarefirstusedandtheorganicaredevelopedlater,butbothtypesofmaterialshavetheirownshortcomings.Theirmoistureabsorptionandmoistureconductivitypropertiescannotbecombined,whichseriouslyhinderstheirapplicationanddevelopment.Thedevelopmentofhumidity-controllingmaterialstendstobeorganic/inorganiccompositesystem.Inthissystem,organicmaterialsshowultrahighwaterabsorptionandhighmoistureabsorptioncapacity,whichcanmakeupfortheshortcomingsofinorganicmaterials,thattheinorganicmaterialsdeliquesceeasilyandshowsmallmoisturecapacity.Whiletheinorganicmaterialshasaporousstructure,whichcanmakeupfortheshortcomingoforganicmaterials,thattheorganicmaterialslackmoistureconductivity.Thecombinationofinorganicandorganicmaterialsenablesthehumidity-controllingmaterialsagoodresponseandasmallhysteresisloop.Inrecentyears,compositematerialscomposedofdifferentmaterialswithhumidity-controllingpropertyshowanimprovedmoisture-absorbingandmoisture-conductingproperties.Andtheprocessofhumidity-controllingispassiveandgreen.Thatexpandedtheapplicationsofhumidity-controllingmaterialsindifferentfields.Forexample,theyhavebeenusedinthefieldsofindoorhumidityadjustment,protectionofbooksandculturalrelicsinthecollection,andstorageoffoodandmedicine.Thisarticlesummarizesthehumidity-controllingmechanism,andtheresearchstatusofdifferenthumidity-controllingmaterialsandtheapplicationofhumiditycontrolmaterialsinthefieldsofconstruction,culturalrelicsprotection,andfoodanddrugpreservation.Atthesametime,thedevelopmentdirectionofhumidity-controllingmaterialsisprospected.Keyword：humidity-controllingmaterials;mechanism;organic;inorganic;compositematerial;0、引言日本科學(xué)家西藤、宮野于1949年提出“調(diào)濕材料〞[1]這一概念，其是指在不借助外部能量和機(jī)械設(shè)備的條件下，利用本身物理構(gòu)造和化學(xué)特性實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境濕度的控制與調(diào)節(jié)，是一種能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)空氣相對(duì)濕度(Relativehumidity,RH)的智能材料[2]。由于調(diào)濕經(jīng)過(guò)不需要消耗能源，采用調(diào)濕材料調(diào)控環(huán)境濕度屬于被動(dòng)式調(diào)節(jié)，是一種綠色無(wú)能耗的濕度調(diào)控方式方法，符合可持續(xù)發(fā)展理念[3,4]。根據(jù)化學(xué)性質(zhì)的不同，調(diào)濕材料能夠分為無(wú)機(jī)調(diào)濕材料、有機(jī)調(diào)濕材料和有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合調(diào)濕材料。華而不實(shí)，有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合調(diào)濕材料具備有機(jī)材料高吸水性與無(wú)機(jī)材料多孔性的優(yōu)點(diǎn)，能夠彌補(bǔ)有機(jī)材料放濕能力差和無(wú)機(jī)材料易潮解、易產(chǎn)生污染的缺點(diǎn)，因而，通過(guò)優(yōu)化有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合調(diào)濕材料中有機(jī)相與無(wú)機(jī)相的化學(xué)組成、比例以及構(gòu)造，容易得到對(duì)環(huán)境濕度反響更敏感、應(yīng)答性更強(qiáng)的調(diào)濕材料，是當(dāng)前調(diào)濕材料領(lǐng)域中的研究熱門。本文概括了無(wú)機(jī)調(diào)濕材料、有機(jī)調(diào)濕材料和有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合調(diào)濕材料的調(diào)濕機(jī)理，在這里基礎(chǔ)上，重點(diǎn)介紹了不同調(diào)濕材料的研究現(xiàn)在狀況和應(yīng)用情況，并對(duì)調(diào)濕材料的發(fā)展方向和潛在應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行了瞻望。1、理想調(diào)濕材料理想調(diào)濕材料的調(diào)濕原理可從如此圖1所示的吸放濕曲線來(lái)講明:當(dāng)空氣相對(duì)濕度(即F值)超過(guò)某一值F2時(shí)，調(diào)濕材料的含濕量急劇增加，即材料吸收空氣中水分，阻止空氣相對(duì)濕度增加;當(dāng)空氣相對(duì)濕度低于某一值F1時(shí)，調(diào)濕材料的含濕量迅速降低，調(diào)濕材料釋放出水分加濕空氣，阻止空氣相對(duì)濕度下降。根據(jù)調(diào)濕原理圖可知，只要材料的含濕量處于U1～U2之間，室內(nèi)空氣相對(duì)濕度就自動(dòng)維持在F1～F2范圍內(nèi)。若吸放濕曲線間滯后環(huán)寬度足夠小，在F1～F2之間斜率足夠大，即調(diào)濕材料對(duì)空氣濕度反響敏感、應(yīng)答性強(qiáng)，則材料可使室內(nèi)相對(duì)濕度穩(wěn)定在相對(duì)窄小的范圍內(nèi)[5]。圖1理想調(diào)濕材料吸放濕原理圖[5]Fig.1Schematicdiagramofabsorptionandreleaseofidealhumidity-control-lingmaterials[5]2、無(wú)機(jī)調(diào)濕材料2.1、無(wú)機(jī)調(diào)濕材料調(diào)濕機(jī)理對(duì)無(wú)機(jī)調(diào)濕材料而言，硅膠、無(wú)機(jī)鹽、無(wú)機(jī)礦物等調(diào)濕材料中孔道構(gòu)造以及孔道內(nèi)氣相水分子的擴(kuò)散情況決定了無(wú)機(jī)調(diào)濕材料的性能[6]。對(duì)該類無(wú)機(jī)調(diào)濕材料來(lái)講，一定的孔徑?jīng)Q定了其孔內(nèi)凹液面上水的飽和蒸氣壓，環(huán)境內(nèi)的水蒸氣分壓高于該飽和蒸氣壓時(shí)，水蒸氣會(huì)在孔的內(nèi)壁液化成水分子并被材料吸附;反之，環(huán)境內(nèi)的水蒸氣分壓低于該飽和蒸氣壓時(shí)，液態(tài)水分子汽化后被釋放，實(shí)現(xiàn)吸放濕經(jīng)過(guò)，進(jìn)而對(duì)環(huán)境濕度進(jìn)行調(diào)節(jié)[7]。對(duì)于無(wú)機(jī)調(diào)濕材料的挑選，能夠根據(jù)開爾文(Kelvin)毛細(xì)管凝聚理論，計(jì)算出開爾文半徑(無(wú)機(jī)調(diào)濕材料孔道的半徑)，然后選擇所需孔徑的無(wú)機(jī)材料，計(jì)算公式為:式中:rk為開爾文半徑(即細(xì)孔中水的最大半徑)，σ為因氣體凝聚而液態(tài)化的水的外表張力，M為液態(tài)水的分子量，θ為接觸角，ρ為氣體密度，h為孔中相對(duì)濕度，R為理想氣體常數(shù)，T為絕對(duì)溫度。舉例來(lái)講，孔道內(nèi)的水分子吸附在孔道外表上鋪展開來(lái)，此時(shí)接觸角為0，設(shè)計(jì)環(huán)境相對(duì)濕度控制范圍為40%～70%，環(huán)境溫度為5～30℃，按照上述公式，無(wú)機(jī)調(diào)濕材料的孔徑范圍為2～20nm，該孔徑范圍的無(wú)機(jī)材料可實(shí)現(xiàn)吸放濕的經(jīng)過(guò)[8]。通過(guò)自然界獲取的無(wú)機(jī)材料往往不能擁有適宜的孔徑以及調(diào)濕性能，能夠運(yùn)用物理或化學(xué)手段對(duì)無(wú)機(jī)材料進(jìn)行外表改性、化學(xué)接枝、疏通與擴(kuò)大孔道、優(yōu)化孔徑分布等到達(dá)期望性能。2.2、硅膠硅膠是一種非晶態(tài)的二氧化硅，擁有多孔構(gòu)造，吸附性好，且孔多為開放狀態(tài)，對(duì)水的吸附經(jīng)過(guò)可逆，可作為調(diào)濕材料。硅膠吸放濕曲線間滯后環(huán)面積大，飽和吸濕后對(duì)環(huán)境濕度反響不靈敏，通過(guò)對(duì)硅膠球徑控制、擴(kuò)孔、復(fù)合無(wú)機(jī)鹽等手段來(lái)提高硅膠的吸濕容量和響應(yīng)速度[3]。李鑫等[9]采用復(fù)合無(wú)機(jī)鹽的方式方法對(duì)硅膠進(jìn)行改性，經(jīng)過(guò)CaCl2或LiCl改性的C型中孔硅膠，孔容變小而平均孔徑變大，在相對(duì)濕度小于80%的范圍內(nèi)，對(duì)水的吸附與解吸性能都比未改性的C型中孔硅膠高。劉業(yè)鳳等[10]將一種粗孔球形硅膠和氯化鈣復(fù)合制備新型復(fù)合吸附枯燥劑，實(shí)驗(yàn)表示清楚:在空氣溫度恒為25℃、相對(duì)濕度為40%的條件下，這種復(fù)合吸附劑的平衡吸附量是粗孔球形硅膠的5.7倍、細(xì)孔球形硅膠的2.1倍、人工沸石13X的1.9倍、椰殼活性炭的6.8倍;比照分析其吸附速度曲線表示清楚，通過(guò)復(fù)合無(wú)機(jī)鹽的手段，所得新型枯燥劑的吸附量大、吸附速度快。2.3、無(wú)機(jī)鹽無(wú)機(jī)鹽調(diào)濕材料的調(diào)濕作用完全由鹽溶液所對(duì)應(yīng)的飽和蒸氣壓所決定，如LiCl·6H2O、CaCl2·6H2O、NaNO3、NH4Cl、Pb(NO3)2等。在一樣的溫度下，飽和鹽溶液蒸氣壓的大小決定了其所控制環(huán)境相對(duì)濕度的大小。不同種類的無(wú)機(jī)鹽飽和溶液所維持的環(huán)境相對(duì)濕度為10%～90%，幾乎包含了整個(gè)濕度范圍，供可選擇的無(wú)機(jī)鹽種類也較多，但大部分無(wú)機(jī)鹽飽和溶液不穩(wěn)定、易產(chǎn)生鹽析，固體狀態(tài)下也易潮解，對(duì)保存物品的空間易產(chǎn)生污染，導(dǎo)致其使用遭到限制[11]，要想將無(wú)機(jī)鹽應(yīng)用于調(diào)濕領(lǐng)域，將其制備成復(fù)合材料是一種優(yōu)選的方式方法。黃沛增等[12]通過(guò)實(shí)驗(yàn)優(yōu)選海泡石、聚丙烯酸鈉、氯化鋰(LiCl)三種材料研制高效復(fù)合調(diào)濕材料，通過(guò)研究可知，LiCl飽和鹽溶液的相對(duì)濕度為(11.3±0.3)%，遠(yuǎn)低于同族其他堿金屬飽和鹽溶液的相對(duì)濕度，飽和鹽溶液所對(duì)應(yīng)的相對(duì)濕度越小，其鹽凝膠的吸濕能力越大。在正交試驗(yàn)中，LiCl表現(xiàn)出優(yōu)異的調(diào)濕性能，環(huán)境的濕度越高，對(duì)LiCl的影響越顯著。2.4、無(wú)機(jī)礦物無(wú)機(jī)礦物的孔道構(gòu)造豐富、比外表積大、吸附能力強(qiáng)，通過(guò)煅燒、堿洗、修飾等物理化學(xué)手段進(jìn)行處理可大幅度提高無(wú)機(jī)礦物的吸濕、導(dǎo)濕能力，制備出各類調(diào)濕材料;該類材料常見的有硅藻土、蒙脫土、沸石粉、海泡石、高嶺土等。Zhou等[13]采用微波加熱法去除沸石孔隙內(nèi)的有機(jī)雜質(zhì)，擴(kuò)大沸石孔徑，同時(shí)采用NH4Cl溶液對(duì)沸石進(jìn)一步改性得到大孔徑(72.8nm)的再改性沸石，然后將再改性沸石與丙烯酸、水玻璃、氫氧化鈉、二氧化鈦和助劑混合制備改性沸石調(diào)濕材料;實(shí)驗(yàn)結(jié)果表示清楚，所制備的改性沸石調(diào)濕材料對(duì)室內(nèi)濕度的影響顯著，室內(nèi)相對(duì)濕度變化范圍較小，具有優(yōu)良的調(diào)濕性能。郭振華等[14]將海泡石原礦經(jīng)過(guò)粉碎、剪切、清洗、篩分、加熱等物理和化學(xué)方式方法改變其幾何尺寸、疏通孔道、去除雜質(zhì)，實(shí)現(xiàn)海泡石纖維剝離和活化處理;實(shí)驗(yàn)表示清楚加熱的溫度是影響海泡石微孔構(gòu)造的關(guān)鍵因素，當(dāng)處理溫度為200～250℃、加熱6h時(shí)海泡石內(nèi)部微孔構(gòu)造最多、比外表積最大、吸附性最強(qiáng)，自調(diào)濕性能最為理想。3、有機(jī)調(diào)濕材料3.1、有機(jī)調(diào)濕材料的調(diào)濕機(jī)理有機(jī)調(diào)濕材料的調(diào)濕機(jī)理可理解為有機(jī)分子外表與水分子間多種類型的范德華力的互相作用，如偶極-偶極作用、氫鍵作用等。高分子調(diào)濕材料的吸濕性主要取決于其本身的化學(xué)構(gòu)造和物理構(gòu)造。理論上講，只要是分子構(gòu)造中含有羧基、氨基、羥基等親水基團(tuán)的有機(jī)高分子材料都能夠作為調(diào)濕劑，親水基團(tuán)越多，其吸濕量就越大[15]。3.2、人工合成有機(jī)高分子材料微觀構(gòu)造中含有強(qiáng)吸濕性基團(tuán)的一類有機(jī)高分子材料能夠通過(guò)物理化學(xué)改性制備。這類調(diào)濕材料的吸濕量是與單體所含親水基團(tuán)的極性相關(guān)的，隨著極性加強(qiáng)，吸濕量也會(huì)增加，也就是講，含強(qiáng)極性離子基團(tuán)的有機(jī)高分子調(diào)濕材料的吸濕能力明顯大于含非離子基團(tuán)的有機(jī)高分子調(diào)濕材料[16]。楊海亮等[17]以NaHCO3作為致孔劑，利用二次致孔法制備了CMC-g-PAM/PAAS多孔樹脂，合成的樹脂帶有酰胺基、羧基、羥基等極性基團(tuán)，對(duì)氣相水蒸氣的吸附能力強(qiáng);實(shí)驗(yàn)證明該多孔樹脂內(nèi)部的孔洞比擬均勻，發(fā)生吸附時(shí)能迅速充滿孔，脫附時(shí)能迅速排出孔，在相對(duì)濕度波動(dòng)±5%時(shí)，調(diào)控消耗時(shí)間不超過(guò)2h。王榮民等[18]將丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸甲酯兩種單體接枝到馬鈴薯淀粉上制備共聚物乳液，該乳液聚物分子鏈上含有大量的離子基團(tuán)，將共聚物乳液與多孔填料混合后制備了馬鈴薯淀粉共聚物乳液基調(diào)濕涂料板，實(shí)驗(yàn)中調(diào)濕涂料板可將人工調(diào)濕箱相對(duì)濕度從30%增加到85%，可以將相對(duì)濕度由90%降至60%，該乳液作為涂料具有良好的調(diào)濕性能。3.3、天然有機(jī)高分子材料近年來(lái)，隨著綠色發(fā)展理念深切進(jìn)入人心，材料工作者逐步開場(chǎng)利用木材、農(nóng)作物、廢棄物等天然有機(jī)高分子材料來(lái)進(jìn)行復(fù)合調(diào)濕材料的開發(fā)。張秀梅[19]利用稻稈、稻殼等生物質(zhì)有機(jī)材料，參加凝膠材料和不同質(zhì)量比的添加劑制成生態(tài)調(diào)濕建筑材料。當(dāng)生物質(zhì)與添加劑比例在8∶5～6∶5之間時(shí)，該材料的調(diào)濕性能最佳，吸濕狀態(tài)下能夠獲得45%～60%的相對(duì)濕度，放濕狀態(tài)下能夠獲得30%～40%的相對(duì)濕度。尚建麗等[20]以廢棄核桃殼為原料，采用磨細(xì)、化學(xué)-物理耦合活化、微波加熱法制備出生物質(zhì)多孔材料，該多孔材料的孔徑主要集中在104～105nm之間，孔徑較大，孔隙率為76%，將其摻入石膏中，體系的吸濕能力隨著多孔材料的參加逐步加強(qiáng)，表示清楚以核桃殼制備的多孔材料合適作調(diào)濕材料。4、有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合調(diào)濕材料4.1、有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合調(diào)濕材料的調(diào)濕機(jī)理有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合調(diào)濕材料是由不同類型的有機(jī)材料和無(wú)機(jī)材料經(jīng)過(guò)一系列反響或混合后得到的，其最常見的是將高吸水性樹脂與無(wú)機(jī)填料復(fù)合制備成復(fù)合調(diào)濕材料[21]。有機(jī)高分子材料因其含有強(qiáng)極性親水基團(tuán)，對(duì)極性水分子的吸附能力強(qiáng)，表現(xiàn)出高吸濕容量，但另一方面，由于分子的規(guī)整性，被吸附的水分子難解吸，導(dǎo)致其放濕能力差，所以若將其與無(wú)機(jī)材料復(fù)合，有機(jī)高分子材料的吸水性得到發(fā)揮，無(wú)機(jī)填料使聚合物內(nèi)部離子濃度提高，進(jìn)而增大聚合物內(nèi)外外表的浸透壓，加速聚合物外外表水分進(jìn)入內(nèi)部。在有機(jī)材料和無(wú)機(jī)材料的協(xié)同作用下，復(fù)合調(diào)濕材料不但吸濕速度增加，放濕速度也得到了很大的提高[8]。4.2、無(wú)機(jī)鹽/有機(jī)高分子復(fù)合材料無(wú)機(jī)鹽與有機(jī)高分子材料復(fù)合后，無(wú)機(jī)鹽的吸附與嵌入增大了聚合物與空氣中水蒸氣分子的接觸面積，其外表也由規(guī)整光滑變得疏松且呈鱗片狀，還使得聚合物的內(nèi)孔增加，提高其內(nèi)部的離子濃度，增大聚合物內(nèi)外外表水分子的浸透壓，進(jìn)而加速外表的水分子擴(kuò)散進(jìn)入聚合物的內(nèi)部，同時(shí)，也有利于及時(shí)釋放被吸附的水分[22]。因而無(wú)機(jī)鹽與有機(jī)高分子制備而成的復(fù)合調(diào)濕材料既能有效提高對(duì)濕度的響應(yīng)速度，又能充分發(fā)揮出高分子材料高吸濕性的特點(diǎn)[23]。李鑫等[24]以甲基纖維素(MC)作為接枝共聚的原料合成纖維素基濕度控制材料，并參加CaCl2和異丙基丙烯酰胺(PAM)改善其吸放濕性能，在PAM-MC二元材料中參加CaCl2后，在相對(duì)濕度為100%時(shí)，其平衡吸濕量為145%，其他二元吸濕材料的最高吸濕量為40%，參加CaCl2可使材料的吸濕效果顯著提升，這是由于CaCl2顆粒在高分子外表結(jié)合水分子，使得顆粒內(nèi)外浸透壓增大，水分子的擴(kuò)散逐步進(jìn)行，進(jìn)而使其吸濕量較大。黃季宜等[25]利用高分子樹脂凝膠吸收CaCl2溶液后制備了具有吸放濕能力的復(fù)合材料，將其與水泥、珍珠巖混合，制成板狀調(diào)濕建材。在房間相對(duì)濕度為40%～65%的環(huán)境中，該調(diào)濕建材在濕度變化經(jīng)過(guò)中前后含濕量差值可達(dá)270kg/m3，在該房間中使用0.89m3的該調(diào)濕建材即可將房間濕度控制在舒適范圍內(nèi)。4.3、無(wú)機(jī)礦物/有機(jī)高分子復(fù)合材料蒙脫土、硅藻土、沸石粉、海泡石、高嶺土等無(wú)機(jī)礦物本身帶有層片狀、微孔狀構(gòu)造，吸附能力強(qiáng)，同時(shí)也具有釋放水蒸氣的特性，是制備調(diào)濕材料的優(yōu)選原料，但無(wú)機(jī)礦物濕容量小限制了其在調(diào)濕領(lǐng)域的應(yīng)用。人們通過(guò)將無(wú)機(jī)礦物與有機(jī)高分子材料復(fù)合制備調(diào)濕材料，協(xié)同發(fā)揮無(wú)機(jī)礦物的導(dǎo)濕能力和有機(jī)高分子的高濕容量，制備出濕容量高、快速導(dǎo)濕的無(wú)機(jī)礦物/有機(jī)高分子復(fù)合調(diào)濕材料。Yang等[26]制備了包含羧甲基纖維素(CMC)、多孔的天然礦物(海泡石)和丙烯酸(AA)/丙烯酰胺(AM)的共聚物。該共聚物對(duì)水分的吸附能力強(qiáng)，對(duì)濕度變化響應(yīng)快速，可將濕度控制在較窄的平衡范圍內(nèi)，其吸濕含量為0.786g/g，平衡濕度控制范圍為57%～60.7%RH，能夠在3.5h內(nèi)使微環(huán)境的相對(duì)濕度到達(dá)平衡水平。吳智敏等[27]利用癸酸和十八烷酸、二氧化硅通過(guò)溶膠-凝膠法合成二氧化硅相變微膠囊材料(MPCM)，將MPCM、硅藻土與蒸餾水配制成混合溶液，真空枯燥后得到復(fù)合調(diào)濕材料(CMPCM)。通過(guò)傳濕特性試驗(yàn)結(jié)果顯示，新型復(fù)合相變調(diào)濕材料具有比單純的多孔材料(如石膏、硅藻土和木材)更大的傳濕系數(shù)5×10-8kg/ms%RH(石膏的傳濕系數(shù)僅為5×10-8kg/ms%RH)和濕緩沖值1.57g/m2%RH(理想的濕緩沖值介于1～2g/m2%RH，石膏的濕緩沖值僅為0.26g/m2%RH)。因硅藻土本身具有的豐富孔道構(gòu)造和MPCM中的微膠囊構(gòu)造提高了復(fù)合材料的孔隙率，兩者互相作用，比任意單一組分的調(diào)濕性能更佳。4.4、金屬/有機(jī)高分子復(fù)合材料金屬-有機(jī)框架(Metal-organicframeworks,MOFs)，是由有機(jī)配體和金屬離子或團(tuán)簇通過(guò)配位鍵自組裝構(gòu)成的具有分子內(nèi)孔隙的有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化材料[28]。MOFs具有模塊化的特點(diǎn)，通過(guò)控制孔外表官能度、孔徑大小和形狀，能夠?qū)崿F(xiàn)超高比外表積和大孔隙體積，使MOFs成為高效易控制的濕度調(diào)節(jié)材料的優(yōu)選對(duì)象。Rasha等[29]選擇基于高度連接的多核稀土(RE)羧酸鹽基金屬簇通過(guò)分子構(gòu)建模塊(MBB)的組裝來(lái)構(gòu)建MOFs，該團(tuán)隊(duì)推出了具有吸濕和放濕雙重功能的Y-shp-MOF-5作為水分吸附劑，該吸附劑的最佳工作濕度范圍為45%～65%RH，能夠在大于50%RH水平下吸收水分，在低于50%RH水平下釋放水分，在室溫下平衡吸水率和吸水容量分別為50%、0.45g/g。Eddaoudi等[30]設(shè)計(jì)了一種由羧酸鹽基有機(jī)配體連接在一起的鉻離子構(gòu)成的MOF，即Cr-socMOF-1，有機(jī)配體保存了空隙和孔道，可作為吸放濕經(jīng)過(guò)水分子移動(dòng)的通道。鉻離子以雙齒方式固定在羧基上，提供了水解穩(wěn)定性。研究人員在吸水特性的測(cè)試中發(fā)現(xiàn)MOF在60%～75%RH之間急劇增加，到達(dá)最大吸濕容量，捕獲幾乎兩倍于它的重量(1.95g/g)，同時(shí)Cr-soc-MOF-1在100多個(gè)測(cè)試水蒸氣吸附-解吸循環(huán)中保持其構(gòu)造完好性和性能。5、調(diào)濕材料的應(yīng)用領(lǐng)域5.1、建筑室內(nèi)領(lǐng)域調(diào)濕材料在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用主要針對(duì)寓居房屋、辦公室的濕度調(diào)節(jié)，維持40%～60%相對(duì)濕度環(huán)境，使人能夠在舒適的環(huán)境內(nèi)工作、生活。建筑室內(nèi)當(dāng)下的濕度調(diào)節(jié)除采用空調(diào)對(duì)空氣濕度主動(dòng)調(diào)節(jié)外，還會(huì)運(yùn)用相變材料和多孔調(diào)濕材料對(duì)室內(nèi)濕度進(jìn)行被動(dòng)調(diào)節(jié)。相變材料在其相態(tài)變化時(shí)能夠?qū)κ覂?nèi)顯熱進(jìn)行高吸低放，起到平抑室內(nèi)溫度波動(dòng)的作用，擁有細(xì)密多孔構(gòu)造的相變材料能夠輔助水蒸氣在材料內(nèi)部進(jìn)行傳遞，有更大的濕緩沖值，在調(diào)節(jié)室溫的同時(shí)表現(xiàn)出良好的調(diào)濕性能。多孔調(diào)濕材料具有良好的吸濕/放濕性能，能夠調(diào)節(jié)室內(nèi)相對(duì)濕度變化，顯著降低室內(nèi)相對(duì)濕度的峰谷值。調(diào)濕材料在建筑上的應(yīng)用最早出如今日本，規(guī)模較大的有:鹿島建設(shè)技術(shù)研究環(huán)境工學(xué)實(shí)驗(yàn)室(灰漿護(hù)墻板)、小平市圖書館開架書庫(kù)，宮尺賢治紀(jì)念館、枷木縣立博物館、福島縣立博物館、中尊寺金色堂硅酸鈣板等[5]。胡明玉等[31]制備了硅藻土/泥炭蘚復(fù)合調(diào)濕材料，將泥炭蘚的最佳用量控制為5%～13%，將該復(fù)合材料作涂料以1mm厚度涂刷在密閉空間中，其單位空間內(nèi)的最大吸濕量為2.21g/m3，最大放濕量為3.27g/m3，表示清楚硅藻土與泥炭蘚復(fù)合后，泥炭蘚孔徑變小，構(gòu)成毛細(xì)管，加強(qiáng)吸濕效果。該研究作為一種被動(dòng)式的調(diào)節(jié)方式，對(duì)建筑節(jié)能、關(guān)注室內(nèi)生態(tài)健康具有重要意義。5.2、館藏文物保衛(wèi)領(lǐng)域濕度過(guò)高或者過(guò)低會(huì)導(dǎo)致如皮革、竹木、紙張、織物等有機(jī)質(zhì)地文物的霉?fàn)€蟲蛀、褪色、開裂變形等極端危害，促使青銅器、鐵器、陶瓷器等無(wú)機(jī)質(zhì)地文物發(fā)生銹蝕、疲憊形變、崩裂、粉化[3]，因而維持藏展環(huán)境相對(duì)濕度穩(wěn)定對(duì)文物保衛(wèi)具有重要作用。當(dāng)下應(yīng)用于文物保衛(wèi)的調(diào)濕材料，主要集中于在展柜內(nèi)放置具有調(diào)濕功能的紙張來(lái)到達(dá)穩(wěn)定展柜內(nèi)濕度的目的，進(jìn)而保衛(wèi)文物。專利CN101328699A[32]報(bào)道了在紙漿纖維中參加腐蝕性氣體吸收劑、濕度調(diào)節(jié)劑并通過(guò)疏解、抄造、脫水后得到文物保衛(wèi)專用無(wú)酸紙。使用全無(wú)氯漂白紙漿并用磷酸鈣作為緩沖劑，所得制品為堿性，能夠吸收所調(diào)節(jié)環(huán)境中的酸性氣體，其本身也不會(huì)有酸性氣體釋放出來(lái)。該無(wú)酸紙?jiān)谖账嵝詺怏w的同時(shí)，制品能夠吸收所調(diào)節(jié)環(huán)境中的水汽，給予文物脫潮、防腐雙重保衛(wèi)。專利CN101343850A[33]報(bào)道了上海博物館聯(lián)合有關(guān)企業(yè)研發(fā)了纖維調(diào)濕板，它對(duì)纖維素進(jìn)行羧基化處理，將無(wú)機(jī)多孔材料分散在處理后的纖維中，成型后用調(diào)濕液進(jìn)行潤(rùn)濕得到纖維調(diào)濕板。該調(diào)濕板能夠吸收、釋放空氣中的水分，使得藏展空間維持在相對(duì)平衡的濕度范圍內(nèi)，保持文物所處的環(huán)境穩(wěn)定。在選材上，該調(diào)濕板選材綠色環(huán)保，使用后可回收，符合可持續(xù)發(fā)展理念。5.3、食品藥品保存領(lǐng)域食品和藥品對(duì)環(huán)境濕度要求很高，通常水果和蔬菜的冷藏濕度要求65%～95%RH，濕度過(guò)低會(huì)使含水量大的水果失水皮皺，濕度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致霉菌滋生引發(fā)腐爛，影響經(jīng)濟(jì)效益;國(guó)家藥品監(jiān)督管理局公布的(藥品經(jīng)營(yíng)質(zhì)量管理規(guī)范規(guī)定〕中指出藥品儲(chǔ)存則需要45%～75%RH，對(duì)于中藥材，濕度過(guò)大會(huì)導(dǎo)致霉?fàn)€變質(zhì)，產(chǎn)生有毒有害物質(zhì);同樣，西藥濕度過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致有效成分隨著水分流失，藥效降低。對(duì)于食品藥品的保存能夠通過(guò)對(duì)倉(cāng)庫(kù)環(huán)境的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)，但對(duì)其包裝材料進(jìn)行調(diào)濕功能設(shè)計(jì)更為直接。當(dāng)下對(duì)于食品藥品保存調(diào)濕材料的研究報(bào)道不多，在幾例研究中，筆者多采用外表含有極性基團(tuán)的高分子材料來(lái)作為包裝材料的構(gòu)件，也有延續(xù)傳統(tǒng)打包方式，但在打包材料中添加無(wú)機(jī)鹽來(lái)賦予外包裝調(diào)濕性能。王叢等[34]向紙模果蔬托盤中參加膨潤(rùn)土能夠賦予紙漿模塑托盤調(diào)節(jié)濕度的性能，當(dāng)膨潤(rùn)土參加量到達(dá)40%時(shí)，能夠平衡托盤的吸濕速度和放濕速度，使包裝內(nèi)的濕度環(huán)境控制在相對(duì)穩(wěn)定的范圍內(nèi)，延長(zhǎng)了果蔬的儲(chǔ)存時(shí)間。專利CN106742765A[35]報(bào)道了一種在聚四氟乙烯微孔膜凹形腔內(nèi)注入調(diào)濕混合物并焊接在墊片上構(gòu)成一種食品藥品包裝用的調(diào)濕墊片，調(diào)濕混合物包含二氧化硅氣凝膠、碳?xì)饽z、枯燥劑等，二氧化硅膠粒外表含有大量的-OH，氣凝膠外表含有大量的吸水性硅羥基，加之其高比外表積、納米級(jí)孔隙，故該種調(diào)濕墊片具有較好的吸濕性能。將其應(yīng)用在食品、藥品包裝瓶蓋內(nèi)不僅能夠起到密封作用，也能夠在瓶?jī)?nèi)構(gòu)成枯燥環(huán)境，對(duì)延長(zhǎng)食品藥品保存期限、防止腐敗效果明顯。6、瞻望近些年來(lái)我們國(guó)家調(diào)濕材料的發(fā)展趨向于有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合調(diào)濕體系的發(fā)展，有機(jī)、無(wú)機(jī)材料優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)使得調(diào)濕材料的應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬，固然調(diào)濕材料在建筑室內(nèi)濕度調(diào)節(jié)、館藏書籍文物保衛(wèi)、食品藥品儲(chǔ)存等領(lǐng)域的應(yīng)用均有報(bào)道，但是我們國(guó)家對(duì)調(diào)濕材料的大規(guī)模應(yīng)用落后于日本等國(guó)家，還需要科研工作者進(jìn)一步推動(dòng)調(diào)濕材料的工程化應(yīng)用。將來(lái)調(diào)濕材料的研究應(yīng)具備高飽和平衡濕含量、可逆吸附性、自響應(yīng)性、應(yīng)用功能性，智能、高效、長(zhǎng)壽命仍然是今后調(diào)濕材料的研究熱門。同時(shí)，調(diào)濕材料依靠其無(wú)源、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，將來(lái)的應(yīng)用領(lǐng)域會(huì)逐步得到拓寬。以下為參考文獻(xiàn)[1]西藤,宮野,田中.日本建筑學(xué)會(huì)研究報(bào)告,1949,pp.3.[2]侯國(guó)艷,冀志江，王靜，.等.材料導(dǎo)報(bào),2008,22(8),78.[3]羅曦蕓,吳來(lái)明,張文清,等.文物保衛(wèi)與考古科學(xué),2018.,21(S1),11.[4]閆全智,賈春霞,馮寅爍，等.建筑節(jié)能,2018,38(12).41.[5]冉茂宇.材料導(dǎo)報(bào),2002,16(11).42.[6]冀志江,張連松，王靜等。國(guó)際智能與綠色建筑技術(shù)研討會(huì).北京2005,pp.872.[7]蔣正武,孫振平,王培銘.硅酸鹽學(xué)報(bào),2003,31(8),770.[8]蔣正武.材料導(dǎo)報(bào),2006,20(10),8.[9]李盤，李忠，夏啟斌。華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2006,34(8),13.[10]劉業(yè)鳳，王如竹。上海理工大學(xué)學(xué)報(bào),2006,28(2),107.[11]王吉林，王志偉.科技資訊,2007.25(9),3.[12]黃沛增,李榮，任普亮，等.陜西建筑,2021,13(3),30.[