包装用干燥剂等温吸湿特性的研究

干燥剂在食品和药品包装中经常用来延长产品的保质期。以食品包装中常用的干燥剂硅胶、蒙脱石为试验对象,采用静态称量法研究干燥剂的平衡含水率与水分活度的关系,并用等温吸湿模型对所得试验数据进行了拟合。结果表明:硅胶和蒙脱石干燥剂的等温吸湿曲线分别为Ⅰ型和Ⅱ型等温吸附曲线,拟合精度最高的等温吸湿模型分别为Langmuir和Oswin模型;在水分活度小于0.32时,硅胶干燥剂的吸湿能力低于蒙脱石干燥剂,高水分活度时则相反。     

有机高分子吸湿材料的吸附模型与机理

选聚丙烯酸钠(PAA)、聚丙烯酰胺(PAM)、丙烯酸-甲基丙烯酸共聚物P(AA-MA)、丙烯酸-丙烯酰胺共聚物P(AA-AM)、丙烯酸-甲基丙烯酸-丙烯酰胺共聚物P(AA-AM-MA),系统研究其吸湿过程和机理。吸湿性能的测试结果表明,硅胶和分子筛10 h内便饱和,有机高分子吸湿材料仍能持久吸湿,其饱和吸湿容量比硅胶提高至少6%以上,比分子筛提高至少50%以上,吸湿速率快于硅胶和分子筛。吸附动力学实验表明,有机高分子吸湿材料的吸湿主要遵循准二级动力学模型,吸湿率受湿度和高分子树脂自身的吸附性能影响。Freundlich吸附等温模型证实有机高分子吸湿材料吸湿并非单层吸附,而是物理吸附和化学吸附同时发生,且多以化学吸附为主。热力学分析得该吸湿过程为吸热反应且可自发进行。     

分子筛在包装容器中的应用研究

简述了分子筛的特点、性能指标及再生、封装要求,试验研究了不同状态下分子筛的吸附性能,获得了分子筛的饱和吸附量与环境湿度的关系曲线,通过贮存和随机振动试验,考核了分子筛在包装容器中的使用效果和环境适应性.研究结果表明:分子筛的饱和吸附量随相对湿度的降低略有减小,但其饱和吸附量仍可达到20%以上;专用的干燥剂包装纸袋只会减小分子筛的吸附速率,而对饱和吸附量无影响;分子筛用于包装容器中不仅可有效降湿,而且能在相当长时间内保持较干燥、稳定的贮存环境.     

不同湿热条件下碳纤维/QY9611复合材料湿热性能研究

研究国产碳纤维/QY9611复合材料在3种不同湿热环境(水煮、70℃水浸、70℃下85%相对湿度)下的吸湿规律;考察不同湿热条件对复合材料层间剪切性能的影响规律;在3种不同湿热环境下对复合材料进行定量吸湿,并测试定量吸湿下复合材料常温的层间剪切性能。结果表明:湿热环境越恶劣,平衡吸湿量越大,吸湿速率越快;3种湿热环境的吸湿过程中材料并没有发生化学变化;碳纤维/QY9611复合材料在湿态23℃和150℃层间剪切性能保持率分别在88%和70%以上;碳纤维/QY9611复合材料吸湿后层间剪切性能主要由吸湿率决定,不同湿热条件相同吸湿率下层间剪切性能的下降幅度基本相同。     

硅藻土/重质碳酸钙复合调湿材料的制备及表征

调湿材料是一种重要的健康环保材料。本工作以硅藻土(DE)和重质碳酸钙(GCC)为原料, 用焙烧法制备了硅藻土/重质碳酸钙复合调湿材料(DE/GCC)。采用X射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪、场发射扫描电子显微镜和低温氮吸附法对样品的物相、表面官能团、微观形貌、表面元素组成和孔结构特性进行了表征, 在恒温高湿度环境(RH=70%、80%、90%; 30℃)下测试了样品的吸湿性能, 并进行吸湿动力学和吸湿机理分析。结果表明, 焙烧法制备的DE/GCC中生成了硅酸钙和氢氧钙石, DE/GCC的介孔含量增多, 易于形成毛细管凝聚。在相对湿度为70%、80%和90%恒温高湿度环境下, DE/GCC的36 h吸湿量分别达到7.213%、11.159%和14.701%, 分别提高到DE的2.1、2.9和3.0倍。吸湿过程动力学符合准二级动力学模型。     

聚乙烯醇和聚丙烯酸钠复合纳米纤维膜吸湿材料研究

本文通过纳米纺丝法制备了一类新型聚乙烯醇(PVA)与聚丙烯酸钠(PAAS)的复合纳米纤维膜吸湿材料(NFMs),并对该类材料进行性能测试和吸附模型验证,与通过溶液蒸发法制备的普通膜(SCMs)进行性能对比。结果表明:在25℃、相对湿度为80%下,PAAS质量分数为20%的PVA-PAAS复合纳米纤维膜最大吸附量为0.3 kg/kg,相比纯PVA纳米纤维膜吸附剂提高78%。在复合纳米纤维膜中,约90%的水蒸气吸附在5 min内完成,仅需15 min就能达到最大平衡吸附量。PVA-PAAS纳米纤维膜具有较快的脱附速率,在15 min内达到最大脱附量平衡点,是PVA-PAAS普通膜达到平衡所需时间的1/200。当再生空气状态为45℃、4 MPa和50℃、6 MPa时,吸附的水蒸气量脱除比率均高于80%。由此可见,PVA-PAAS纳米纤维膜能够在低温条件下较好地实现再生,可以利用太阳能等低品位能源。10次循环后,纳米纤维膜的吸附与脱附量、吸附与脱附速率均未发生变化,具有较好的稳定性。     

基于c‒MWCNTs/GO体系的湿敏型智能包装研究

目的 优选羧基化多壁碳纳米管(c–MWCNTs)与氧化石墨烯(GO)作为敏感材料制备湿度传感器,对其湿敏特性进行研究,探索一种能够快速精确监测包装内湿度变化的传感器。方法 通过丝网印刷工艺印制传感器电极基底,在电极表面涂布c–MWCNTs/GO湿敏溶液,混合湿敏溶液中c–MWCNTs的质量分数分别为20%和67%,烘干后得到电阻型湿度传感器,测定其灵敏度、动态响应、响应恢复时间、吸湿滞后性、重复性等湿敏特性。结果 选用长度为0.5~2 μm的c–MWCNTs制备的湿度传感器灵敏度、线性度优于10~30 μm的。质量分数分别为20%和67%的c–MWCNTs的湿敏溶液制备而得的传感器均对不同湿度敏感,而当c–MWCNTs质量分数为67%时灵敏度更高,线性度更好,在低湿(相对湿度为33%)时响应和恢复时间分别为7 s和3.9 s,高湿(相对湿度为85%)时分别为20 s和15 s,最大吸湿滞后值为17%。结论 将c–MWCNTs与GO掺杂用于制备湿度传感器,可以检测的相对湿度范围为11%~98%,且c–MWCNTs质量分数为67%时传感器具有较高的灵敏度、良好的线性度、良好的重复性、快速的响应恢复能力和较小的吸湿滞后,在未来包装湿度监控应用方面具有广阔前景。     

离子改性的聚丙烯酸除湿换热器系统性能研究

干燥剂吸附性能对除湿换热器系统的除湿性能有重要影响。本文通过改进的ASAP2020气体吸附仪和恒温恒湿箱,先后对Na+和K+改性的聚丙烯酸聚合物的水蒸气平衡吸附性能和吸附动力学特性进行了测试研究,并与硅胶相对比。研究结果表明:平衡吸附测试显示Na⁺改性的聚丙烯酸在整个相对压力区间性能优于硅胶,K⁺改性的在高相对压力区间(>0. 8)逊于硅胶;基于Polanyi吸附势理论对干燥剂吸附特征曲线进行拟合,以用于后续的除湿换热器模拟研究;动态吸附性能表明聚丙烯酸干燥剂的吸附速率均低于硅胶,但Na⁺改性的聚丙烯酸整个吸附过程的动态吸附量仍多于硅胶;通过模拟除湿换热器除湿性能,在ARI summer、ARI humid和上海夏季这3种典型室外工况下,Na⁺改性的聚丙烯酸换热器可以从待处理空气中去除更多的水分,较硅胶换热器提升49%～118%,适用于室外湿度较小的气候工况。     

改性聚丙烯酸钠-LiCl共混物的恒湿性能研究

以有机高分子吸水树脂对水分子的强吸附能力为启示,以改性聚丙烯酸钠吸水树脂为基础,研究了该树脂与LiCl共混物在不同相对湿度条件下的吸湿性能,分析了该共混物对密闭容器相对湿度的影响。在此基础上,提出了对该共混物的平衡吸湿量及密闭空间内吸湿平衡点进行理论预测的方法。利用该方法,通过调整吸湿材料的用量,可将空间湿度控制在实际需要的范围。     

环境湿度对瓦楞纸箱品质的影响

目的评价环境相对湿度对瓦楞纸箱质量的影响。方法在23℃和相对湿度为50%,70%,98%的环境中,比较3层、5层和7层瓦楞纸箱的抗压强度、耐破强度以及吸湿率等性能指标。结果瓦楞纸箱的吸湿率和含水率随环境湿度的升高而增大;当环境相对湿度在50%~70%时,瓦楞纸箱的耐破强度、边压强度及抗压强度等性能保持稳定;当环境相对湿度达到98%时,3层、5层和7层瓦楞纸箱的耐破强度比相对湿度50%条件下分别降低了53.8%,74.1%和76.3%,边压强度分别降低了71.4%,70.3%和77.5%,抗压强度和堆码层数显著下降;7层瓦楞纸箱的防潮耐压能力优于3层和5层。结论高湿度会引起瓦楞纸箱的性能指标显著降低,功能受损。     

复合材料密封包装容器干燥控湿设计研究

目的针对复合材料长贮密封包装容器,研究探讨如何进行合理、可靠的内部环境湿度控制设计。方法通过对密封包装容器内环境相对湿度的主要影响因素进行分析,并结合实例针对包装容器防潮阻隔结构设计、干燥吸湿材料选用与用量计算,以及典型干燥剂活化处理工艺参数优化确定开展分析探讨。结果提出了长贮密封复合材料包装容器防潮阻隔结构设计的方法和注意要点,改进优化确定了一种较为符合实际的干燥剂用量计算公式。结论在分析试验数据基础上,获得了典型干燥剂细孔硅胶的活化处理温度(140~150℃)、时间(8~9 h)等最佳工艺参数控制范围。     

丙烯酸-甲基丙烯酸共聚物的合成和吸湿性能

采用甲基丙烯酸(MAA)、丙烯酸(AA)为聚合单体,以亚硫酸氢钠-过硫酸铵为引发剂,采用水溶液聚合法制备了聚丙烯酸-甲基丙烯酸P(AA-MAA).系统地研究了单体浓度、单体配比、反应温度等各项聚合条件对聚合物吸湿性能的影响.在T=20℃、RH=90%条件下,与传统的硅胶、分子筛等吸湿材料的吸湿性能进行了对比.结果表明,硅胶和分子筛在10h内已经逼近吸湿平衡点,而P(AA-MAA)的吸湿率明显＞80%且仍未达到其最大吸湿容量.在吸湿性能测试的各个阶段,P(AA-MAA)的吸湿率是它们的5倍以上,明显优于传统的硅胶和分子筛.红外光谱分析证实了P(AA-MAA)共聚物的生成.     

羧甲基纤维素钠/甲壳素基复合调湿材料的制备与表征

采用甲壳素(CT)和羧甲基纤维素钠(CMC)为基质,与硅胶、无机盐氯化锂复合制备调湿材料,考察了基质配比、硅胶用量对调湿性能的影响,并利用红外光谱、扫描电镜对复合调湿材料的结构进行了表征。结果表明,在最佳配比m(CT)∶m(CMC)∶m(LiCl)∶m(硅胶)=2∶2∶2∶1所制得的调湿材料在25℃相对湿度分别为80%,60%和40%时,最大吸湿量可达到134%,70%和45%,添加硅胶的甲壳素和羧甲基纤维素钠基质复合调湿材料具有优异的吸放湿性能。     

聚乙二醇对明胶/壳聚糖复合膜性能的影响

采用流延成型法制备了不同用量聚乙二醇200(PEG200)和聚乙二醇800(PEG800)增塑的明胶/壳聚糖复合膜,研究了PEG对明胶/壳聚糖复合膜吸湿性能、透水汽性和拉伸性能的影响,用X射线衍射(XRD)法分析了复合膜的结晶行为。结果表明,PEG的种类和用量会影响明胶/壳聚糖复合膜的结构和性能。在水活度较低时,PEG会降低复合膜的初始吸湿速率和吸湿能力;水活度较高时,PEG会提高复合膜的初始吸湿速率和吸湿能力。PEG能降低明胶/壳聚糖复合膜的单分子层吸附值和拉伸强度,增大复合膜的透水汽性、断裂伸长率及结晶度。     

PSA制取氮气的高度纯化

常规变压吸附装置(N2:98.5%～99.9%)制取的氮气存在两个问题:一是在一个吸附周期内随着吸附量的增加,氮气中氧含量增加(氮气纯度下降);二是在两个吸附塔交替工作之间有较大的压力波动。以上两个缺欠的存在,就决定了使用目前通用的加氢脱氧技术路线是不能够净化出高纯氮气的(氢气含量严重超标)。介绍了一种净化工艺方法以及专用的双功能脱氧催化剂和脱氧干燥剂,可以将常规变压吸附装置制取的氮气净化到高纯氮气标准。     

新型空气取水用复合吸附剂的配制及吸附性能研究

提出了一种由粗孔硅胶和氯化镁制成的新型复合吸附剂,分析了不同配制参数对复合吸附剂吸附性能的影响。实验表明:第一种配制参数下配制的复合吸附剂在平均温度29℃,相对湿度76.1%的条件下平衡吸附量和吸附速率随着MgCl2溶液浓度的升高而升高,其中Mg7的平衡吸附量是粗孔硅胶(Mg0)的2.95倍,Mg7在开始后62h的吸附量已经超过了Mg0的平衡吸附量,并在90℃下经过35h脱附,吸附量的90%以上都已经脱附,其中Mg7的脱附量是Mg0的2.98倍。第二种配制参数下配制的复合吸附剂在平均温度30.7℃,相对湿度75.4%的条件下测试了120h,结果表明吸附量随着浸泡时间的增加而增加。因此,在配制复合吸附剂时,MgCl2溶液浓度、浸泡时间会影响复合吸附剂中MgCl2的含量,从而影响复合吸附剂的吸附特性。     

碳纤维/QY9611复合材料湿热性能研究

研究国产碳纤维/QY9611复合材料固定吸湿量下的湿热性能。通过71℃水浸方法测得该型复合材料的饱和吸湿率仅为0.73%左右,选取吸湿率0.2%、0.4%、0.6%和饱和吸湿作为试验的固定吸湿量。每个固定吸湿量分别在室温和高温150℃环境下进行弯曲性能试验和层间剪切性能试验。并在Q800型动态力学热分析仪上进行动态力学性能试验。结果表明:随着复合材料的吸湿量持续增加,复合材料力学性能呈下降趋势;碳纤维/QY9611复合材料在干态150℃下弯曲性能和层间剪切性能保持率在70%以上;碳纤维/QY9611复合材料在湿态150℃下弯曲性能和层间剪切性能保持率在50%以上;吸湿后其玻璃化转变温度Tg下降缓慢,极限使用温度可达132℃。     

羟丙基纤维素/魔芋葡甘聚糖共混膜的制备及性能

采用溶液共混法制备了一系列不同比例的魔芋葡甘聚糖(KGM)/羟丙基纤维素(HPC)共混膜,研究了KGM含量对共混膜的力学性能、透光性、吸湿性能等的影响。结果表明,当KGM含量为10%~40%范围内时,共混膜的拉伸强度均高于纯KGM薄膜和纯HPC薄膜,随着KGM含量的增加,KGM/HPC共混膜的断裂伸长率下降,吸湿率大体呈增大趋势,当KGM含量为20%时,KGM/HPC薄膜的吸湿率达到最小值;共混膜在可见光区400~800nm的透光率均大于80%,表明共混膜中KGM和HPC相容性良好;偏光显微镜观察结果表明,KGM含量为20%的共混膜质地均匀,KGM含量为80%的共混膜中形成了清晰的网状结构。     

紫外照射季铵盐单体接枝改性丙纶非织造布及其吸附作用

基于紫外光照射引发甲基丙烯酰丙基三甲基氯化铵(MAPTAC)接枝改性赋予丙纶非织造布染料吸附功能。用红外光谱、热失重和扫描电镜等方法表征改性织物的微观结构、性能及吸附分离作用。结果表明,MAPTAC成功接入丙纶织物表面,改性织物对阴离子染料表现出优异的吸附分离性能。对于接枝率为89.6%的织物,当吸附时间为120min,在35℃、45℃和55℃时染料(20mg/L,50mL)去除率均大于95%。吸附染料的改性织物可用阳离子活性剂/乙醇解吸。重复吸附10次,每次吸附率仍达99%以上,改性后的织物可以重复使用。     

碳纤维增强环氧复合材料吸湿行为研究

研究碳纤维增强环氧复合材料湿热环境下的吸湿行为。通过试验测试复合材料在温度T=71℃,相对湿度RH=85%环境下吸湿性能,获取吸湿曲线。结果表明复合材料吸湿初始阶段吸湿率和t1/2是呈线性增加的关系,吸湿扩散系数D为3.13×10-3mm2/h,吸湿一定时间后吸湿速率逐渐减小,吸湿1008h左右后,达到吸湿平衡,平衡吸湿率Mm为0.86%左右。结合吸湿Fick定律,建立反映此复合材料吸湿行为的吸湿模型,能较准确的预测此复合材料在该湿热环境下任意时刻的吸湿量及预估达到特定吸湿量所需的时间。