非金屬礦物種類繁多，且價格低廉，無需復雜加工就能制造出大孔容積、高比表面積、寬孔徑范圍的多孔載體功能材料，有望在調溫、控濕和防治環境污染等領域發揮重要作用。

1、非金屬礦物基調溫復合材料

　　建筑應用得最廣泛的調溫復合材料是多孔基復合相變材料，它是指多孔礦物材料對相變材料進行定形封裝再加入到建筑材料，根據相變材料發生相變吸放熱的特性，可以降低室內溫度波動，達到隔熱保溫的目的。定形復合相變材料加入水泥砂漿可吸收水泥水化過程產生的水化熱，防止建筑表面熱裂縫現象的發生。
　　多孔礦物材料對相變材料的封裝制備方法主要有真空吸附（浸漬）法、液相插層法及熔融插層法。
　　真空吸附法：是將載體加入到錐形瓶中進行真空處理，達到真空度后，加入熔融狀態的相變材料，進行吸附處理一段時間。
　　液相插層法：是通過有機或無機溶劑將相變材料溶解，將載體材料加入到該混合液，相變材料能夠吸附在載體材料的孔隙結構中，加熱待溶劑揮發后即可形成復合材料。
　　熔融插層法：是將相變材料與載體進行熔融共混，利用孔隙結構的表面張力和毛細管作用力，使相變材料能轉移進入載體的孔隙之間，形成相變復合材料。
　　這些方法都是將相變儲熱材料嵌入到非金屬礦物材料的微孔隙結構，對相變材料起到密封作用，防止其受熱液化產生宏觀流動，減小泄漏的可能性。

（1）硅藻土基復合相變材料

　　硅藻土是由古代硅藻的遺骸沉積而成，表面布滿孔隙，可吸附自身質量3-4倍的物質，它具有疏松多孔，密度小，比表面積大等特性，表明其有優良的吸附能力。
 

　　硅藻土是生產輕質高強墻體的絕佳原材料，在保證墻體力學強度的基礎上，硅藻土可有效降低建筑物質量，進而提高房屋抗震強度。同時具備耐高溫、耐腐蝕的特點，與水泥混凝土相容性好，因此以硅藻土為基體的調溫調濕功能性材料一直是國內外學者研究的重點。
　　Jeong等采用真空浸漬法將正十六烷、正十八烷和石蠟分別嵌入到硅藻土孔內，實驗結果表明當相變材料含量為50%（質量分數）時，定形相變材料無泄漏現象，具有良好的形狀穩定性，它的耐熱性甚至優于純相變材料。
　　錢婷婷采用水熱還原法和溶液共混法在硅藻土表面分別修飾Ag顆粒和碳納米管，并嵌入液態聚乙二醇，導熱率分別提高了240%和260%，PEG的過冷度也得到一定程度降低，更適用于建筑節能材料領域。

（2）海泡石基復合相變材料

　　海泡石是一種長纖維狀富鎂硅酸鹽礦物，在高溫下不燃燒，物質結構性能穩定，是性能極佳的保溫材料，適用于航空、航天等特殊領域。海泡石具有兩層硅氧四面體，還有中間一層氧鎂八面體，水分子和可交換的陽離子位于層狀結構單元上下相間與鍵平行的孔道。該特殊孔道可有效吸附相變材料，從而制備海泡石基復合相變材料，進而加入到相關建筑材料。
 

　　張鑫林等曾采用液相法制備硬脂酸/海泡石復合相變儲能建筑材料，實驗結果表明該復合材料儲熱性能大、耐熱性能良好，有效阻止和延緩熱量流出或流入建筑室內。
　　Shen等采用真空浸漬法將月桂酸浸漬到改性海泡石中，研究了煅燒、堿浸和鹽酸處理對海泡石的相變材料最大負載量的影響。改性后的海泡石比原礦材料提升了50%的負載量，該復合相變材料的導熱率則提高了1.8倍，過冷度降低了0.9-1.2℃。

（3）膨潤土基復合相變材料

　　膨潤土是一種含水粘土礦，主要成分是蒙脫石，含量在30%-90%之間，層狀結構與海泡石類似。以膨潤土為原材料的輕質墻體，可用模型打墻，成型速度快，無需蒸汽養護，便于施工。鈣基膨潤土具有粘結性和高塑性，可作為墻體材料的膠凝劑和固化劑。
 

　　劉弋潞等采用液相插層-超聲震動方法制備鈉基膨潤土復合相變材料并制成相變石膏板，該相變儲能石膏板的吸水率是（26.8±0.2）%，保溫隔熱性能是普通石膏板的3倍，最大斷裂負荷比國家標準高14.1%，表明了該成果在建筑行業具有良好的應用前景。
　　Chen分別以膨潤土和聚合物為支撐載體制備了定形相變材料，前者主要以毛細管作用力吸附相變材料，后者以氫鍵固定熔融狀態下的相變材料。結果表明，膨潤土最大吸附量為50%（質量分數），聚合物載體相變材料最大負載容量為70%，且后者的相變焓高于前者，但是膨潤土基復合相變材料的導熱率比純相變材料高近一倍，而聚合物基相變材料的導熱效果與相變材料相差無幾。
　　綜上所述，大多數非金屬礦物材料自身質輕、密度小，適合做輕質墻體的原材料，可通過其自身豐富孔隙結構吸附相變材料制成相變細骨料，按等質量代砂法加入到砂漿、混凝土，降低太陽輻射量對室內環境的影響，但是應當注意替砂率對砂漿、混凝土力學強度、耐久性等工作性能的影響。

2、非金屬礦物基調濕復合材料

　　目前非金屬礦物基調濕復合材料主要集中在調濕材料的研制和性能檢測，天然的多孔基礦物材料調濕性能仍達不到實際應用的要求，一般需要用物理或化學的方法對其進行改性，著重于對內部孔道結構以及大小和數量的改進。
　　近年來，學者們著手復合不同類型的調濕材料，如無機鹽/無機礦物、無機礦物/有機高分子、無機礦物/無機礦物等復合材料，使礦物材料的吸濕容量和濕度響應速率進一步提升。

（1）無機鹽/無機礦物復合調濕材料

　　該類材料是利用無機鹽調濕材料（如CaCl2、MgCl2等）對無機礦物材料進行改性或者混合成型制備出高濕容量和高濕度響應速度的復合調濕材料。
　　如采用CaCl2對海泡石進行改性，隨著CaCl2用量的增大，海泡石的吸濕容量呈現先增加后減少的趨勢。
　　劉露以氧化鎂為主要原料，與改性礦物材料加水混合成漿體澆注成型制成氧化鎂基復合調濕材料。實驗結果表明，改性礦物材料均勻分布于復合調濕材料中，當礦物材料摻和量為20%，試塊尺寸為50mm×50mm×50mm的飽和吸濕量為3.1529g（85%RH），飽和放濕量為2.8581g（25%RH），表現出良好的吸濕性能。

（2）無機礦物/有機高分子復合調濕材料

　　該類材料是利用有機材料進行對無機礦物混合改性，提高多孔材料的孔隙大小、層間間距和成膜能力。
　　黃劍鋒等采用丙烯酰胺對膨潤土進行插層聚合處理，制成聚丙酰胺/膨潤土復合調濕膜，膨潤土的層間間距由1.607nm拓寬為2.079nm，同時發現復合調濕膜中膨潤土的含量越高，調濕膜的吸濕容量就越小，吸濕速率也隨著變慢，放濕速率卻增加了。
　　任曙憑將沸石、海泡石、硅藻土等多類無機礦物與丙烯酸聚合，制備出多種復合調濕材料。實驗結果表明，硅藻土類材料對環境濕度控制能力最高，這是因為硅藻土的比表面積較大，易于高分子包裹，使得調濕性能更加優越。

（3）無機礦物/無機礦物復合調濕材料

　　該類材料是將多種無機礦物材料進行混合、復合處理，以制造出寬孔徑范圍的復合多孔材料。
　　呂榮超將海泡石加入到沸石、硅藻土制成混合品試樣。結果表明，隨著海泡石摻入量的增加，兩者的混合品試樣相較沸石、硅藻土調濕能力均有上升，但是均小于海泡石原礦，這是因為樣品之間只是簡單的機械混合，物理性質和化學性質并無改變。
　　馬明明等將硅藻土、鉀長石、黏土和滑石粉高溫燒結制備出復合調濕材料。結果表明，當燒結溫度為900℃，制成的樣品吸濕量最大為32.84mg/g，分別比燒結溫度為950℃和1050℃的吸濕量大34.68%和82.49%。
　　當然，礦物基調溫調濕復合材料不僅局限于調溫或者控濕的單一功能，可針對高溫高濕地區，將材料應用于建筑圍護結構，實現對建筑室內熱濕環境的同步調節。開發礦物基載體功能材料，不僅能拓寬非金屬礦物的應用領域，實現其高附加值、精細化綜合利用，更是目前非金屬礦物精細加工的必然要求，其市場前景值得期待。

參考資料：礦物基載體功能材料調溫調濕性能研究進展，作者：張鑫林等
編輯整理：粉體技術網