【摘 要】 本文嘗試研制一種新型吸濕型材料，利用該材料的自我調(diào)濕恢復(fù)功能，即在高濕度時(shí)可除濕并排出水分，干燥季節(jié)可恢復(fù)自身除濕功能，用來(lái)改善建筑物地下層潮濕環(huán)境，并進(jìn)行初步的實(shí)驗(yàn)研究。

【關(guān)鍵詞】 吸濕型材料；潮濕環(huán)境；建筑物地下層；改善

1.引言

寧波受梅雨和臺(tái)風(fēng)兩大氣候影響，室內(nèi)的濕度往往達(dá)到95%以上，甚至達(dá)到100%，導(dǎo)致建筑物墻體處于高濕度環(huán)境。在濕度過(guò)高的環(huán)境中，容易影響人的正常情緒，還可能引發(fā)關(guān)節(jié)炎、凍瘡、呼吸系統(tǒng)等一些疾??；高濕度也會(huì)降低建筑結(jié)構(gòu)材料的使用質(zhì)量和耐久性以及裝飾效果甚至造成裝飾層的脫落，降低建筑節(jié)能效果，甚至影響建筑物使用壽命。

建筑物的防潮有主動(dòng)防潮和被動(dòng)防潮兩大類(lèi)。一般以主動(dòng)防潮為主，被動(dòng)防潮為輔。但主動(dòng)防潮存在防潮材料涂布不勻，使用壽命短，粘附性差，易剝落等缺點(diǎn)，而被動(dòng)防潮如使用干燥劑，吸濕器等方法，時(shí)間長(zhǎng)了就會(huì)失去防潮效果。

本文嘗試研制一種新型吸濕型材料，通過(guò)“以排治潮”，來(lái)改善建筑物地下層潮濕環(huán)境。該材料具有自我恢復(fù)功能，即在高濕度時(shí)可以除濕并排出水分，干燥季節(jié)可以恢復(fù)自身除濕功能，這樣可以避免干燥劑，吸濕器等因使用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而吸濕效果差的問(wèn)題。

2.吸濕型材料調(diào)濕原理分析

吸濕型材料對(duì)濕氣的吸收與釋放取決于表面的濕氣分壓力及周?chē)h(huán)境空氣的濕氣分壓力，如圖1所示。其中Ps表示吸濕型材料表面濕氣分壓力，Pa表示周?chē)h(huán)境空氣的濕氣分壓力。當(dāng)Ps>Pa時(shí)，濕氣被釋放；當(dāng)Ps

本吸濕型材料主要材料是蒙脫土，輔助其他材料進(jìn)行改性處理，形成一種具有許多能吸附和解析水蒸氣的微孔材料，即新型吸濕型材料。蒙脫土是一種具有層狀結(jié)構(gòu)的鋁硅酸鹽礦物。它的單位晶胞系由二層狀四面體，中間夾著一層八面體所組成，相鄰層的硅氧四面體通過(guò)鋁氧八面體構(gòu)成層結(jié)構(gòu)。由于層間靠陽(yáng)離子的靜電引力聯(lián)接，這種靜電引力較弱，使它具有可交換性能，在極性溶劑如水的作用下，層間距有可膨脹性。蒙脫土的層狀結(jié)構(gòu)及能吸附和釋放水蒸氣的特性，使它成為較好的吸濕材料。當(dāng)空氣中的水蒸汽分壓高于其孔內(nèi)凹液面上水的飽和蒸汽壓時(shí)，水蒸汽被吸附，反之則脫附。

3.吸濕型材料調(diào)濕實(shí)驗(yàn)

3.1 飽和蒸汽壓下吸濕性實(shí)驗(yàn)

吸濕型材料飽和蒸汽壓下吸濕量的測(cè)量在干燥器中進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)時(shí)，首先將干燥器中的干燥劑取出，加水至液面接近隔板，然后將干燥器的蓋子蓋上，此時(shí)干燥器內(nèi)空間就形成了一個(gè)封閉環(huán)境，可以近似認(rèn)為是一個(gè)飽和濕度環(huán)境。

隨后，在天平上稱(chēng)取一定質(zhì)量的調(diào)濕材料質(zhì)量（記為W0），置于玻璃皿中，放到干燥器中的隔板上，蓋上干燥器后，每隔一定的時(shí)間將玻璃皿取出，并測(cè)出此時(shí)調(diào)濕材料的質(zhì)量（記為Wt），因而此時(shí)的含濕量Wt-W0，吸濕率δ為（Wt-W0）*100%/W0。以吸濕率相對(duì)時(shí)間為坐標(biāo)，可得到飽和蒸汽壓下該調(diào)濕材料的吸濕曲線，如圖2所示。

從圖2可見(jiàn)，該吸濕型材料較好的吸濕量效果，可見(jiàn)初期的吸濕速度比較快，在2h時(shí)吸濕率δ可達(dá)10%左右，10h時(shí)達(dá)到30%以上，在40h時(shí)大體上達(dá)到飽和吸濕量的90%左右，可見(jiàn)達(dá)到飽和吸濕量的時(shí)間較短。

3.2 高濕環(huán)境下的吸濕實(shí)驗(yàn)

為模擬寧波用4～6月的梅雨季節(jié)和8～9月臺(tái)風(fēng)雨導(dǎo)致的高濕度環(huán)境，采用40L大小密封有機(jī)玻璃箱作為實(shí)驗(yàn)?zāi)M室，用溫濕度傳感儀器不間斷測(cè)量相對(duì)濕度。實(shí)驗(yàn)時(shí)，充入高濕空氣并靜止，使實(shí)驗(yàn)?zāi)M室內(nèi)部相對(duì)濕度維持在95%，然后放入該吸濕型材料進(jìn)行除濕實(shí)驗(yàn)，直至實(shí)驗(yàn)?zāi)M室內(nèi)部濕度保持恒定。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

由圖3可見(jiàn)，該吸濕型材料在相對(duì)濕度大的時(shí)候，具有良好吸濕性能，能在幾小時(shí)內(nèi)可以使實(shí)驗(yàn)?zāi)M室的相對(duì)濕度降到90%以下，在20h內(nèi)降到80%以下，而后基本上在相對(duì)濕度70%左右保持平衡。這可以明顯改善環(huán)境中的相對(duì)濕度，但與人類(lèi)活動(dòng)中最佳濕度范圍45%～65%有一些差距，這可能是吸濕型材料內(nèi)部已處于吸水飽和狀態(tài)，就是增加吸濕型材料數(shù)量也無(wú)法再使實(shí)驗(yàn)?zāi)M室的相對(duì)濕度降低。

3.3 低濕環(huán)境下的放濕實(shí)驗(yàn)

為模擬低濕環(huán)境，在該實(shí)驗(yàn)?zāi)M室充入干燥的空氣，保持相對(duì)濕度35%左右，然后該吸濕型材料（事先已作飽和吸水處理），直至實(shí)驗(yàn)?zāi)M室內(nèi)部濕度保持恒定。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4。

由圖4可見(jiàn)，該吸濕型材料在相對(duì)濕度比較低的時(shí)候，具有較好的放濕性能，10 h內(nèi)可以使實(shí)驗(yàn)?zāi)M室內(nèi)濕度達(dá)到45%以上，但隨后放濕速度放慢，平衡時(shí)相對(duì)濕度在52%左右。分析原因，這可能是蒙脫土在持續(xù)放濕過(guò)程中，水蒸氣分子逐漸封閉了蒙脫土的內(nèi)孔，導(dǎo)致后來(lái)水蒸氣分子擴(kuò)散比較慢，放濕過(guò)程停滯。

3.4 模擬環(huán)境下的調(diào)濕實(shí)驗(yàn)及分析

為了模擬真實(shí)環(huán)境下該吸濕型材料的調(diào)濕效果，在某建筑物地下層進(jìn)行應(yīng)用，實(shí)驗(yàn)時(shí)間為9月中旬到9月下旬，測(cè)量到的室內(nèi)平均室溫在23～30℃之間。通過(guò)放置該吸濕型材料，發(fā)現(xiàn)該地下層的平均相對(duì)濕度持續(xù)保持在65%～75%，相比未放置前的平均相對(duì)濕度在80%～90%之間，明顯改善許多。這可以從圖5吸濕材料的等溫平衡含濕曲線看出。圖5中的曲線1和2分別為吸濕材料吸濕和放濕性能曲線，dmin和dmax分別為材料放濕后的最小和最大含濕量，φ1和φ2分別為該材料放濕和吸濕前地下層周?chē)南鄬?duì)濕度。

當(dāng)建筑物地下層的相對(duì)濕度超過(guò)φ2時(shí)，平衡含濕量急劇增加，材料吸收建筑物地下層周?chē)械乃?；?dāng)建筑物地下層周?chē)械南鄬?duì)濕度低于φ1時(shí)，平衡含濕量迅速降低，材料緩慢恢復(fù)自身吸濕功能。只要材料的含濕量處于dmin～dmax之間，室內(nèi)空氣相對(duì)濕度就自動(dòng)維持在φ1～φ2范圍內(nèi)。

4.結(jié)論

本文對(duì)新型吸濕型材料的調(diào)濕性能進(jìn)行了初步研究，嘗試?yán)迷摬牧系淖晕艺{(diào)濕恢復(fù)功能，即在高濕度時(shí)可除濕并排出水分，干燥季節(jié)可恢復(fù)自身除濕功能，用來(lái)改善建筑物地下層潮濕環(huán)境。

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基金項(xiàng)目

2011年浙江省大學(xué)生科研創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)資助項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2011R419016）