一種親水與疏水複合式水蒸汽透過膜及其製備方法與應用的製作方法
2024-03-10 15:46:15 3
專利名稱：一種親水與疏水複合式水蒸汽透過膜及其製備方法與應用的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種親水與疏水複合式水蒸汽透過膜，特別涉及一種用於進行空氣調溼及調溫的全熱交換元件中的親水與疏水複合式水蒸汽透過膜及其製備方法與應用。
背景技術：
為製造室內的舒適環境，出現了一種具有調溫調溼功能的空調裝置，這種空調裝置具有加溼功能和除溼功能，在空氣乾燥的冬季從室外空氣(大氣)中吸取水分並向室內輸送該水分，使室內保持爽快的相對溼度；在梅雨季節等溼度高的季節對室內空氣進行除溼。而且，在工業用空調設備中，為了維持在室內生產的物品、或保管的物品、機械等的最佳條件，還有一種能夠進行嚴密的溼度控制的空調裝置。具有這種調溼調溫效果的空調中，為了不損壞製冷或制暖效果且可進行換氣，使用在換氣時使其在供氣與排氣之間進行全熱交換的全熱交換元件。現有的全熱交換元件，主要有旋轉式全熱交換器和靜止式全熱交換器。旋轉式全熱交換器具有轉輪，該轉輪是在特殊加工紙或鋁板層上浸透吸溼劑並將其層疊成蜂窩狀而組成。該全熱交換器通過旋轉轉輪，使排氣和供氣交替通過蜂窩狀通路，從而使旋轉的轉輪重複進行蓄熱吸溼運行以及放熱放溼運行過程，向室內提供新鮮的空氣及向室外排放汙染的空氣的同時，進行溫度(溼熱)與溼度(潛熱)交換。但是，旋轉式全熱交換器存在排氣與供氣之間易發生空氣洩漏以及製造、維護管理轉輪的費用高的問題。靜止式全熱交換器具有如下結構使具有透溼性的多個熱交換元件蜂窩狀地相互垂直交叉且層疊而形成蜂窩狀通道，並在蜂窩狀通道內排氣與供氣分別通過相鄰的垂直交叉的通道，排氣與供氣之間的溼熱通過熱傳導進行交換、潛熱通過水分透溼進行交換的結構。這種熱交換元件，需要兼備導熱性和透溼性，而且希望具有氣體選擇性(主要為阻止 CO2通過)，並希望防止供氣與排氣相混合。一直以來，作為熱交換元件使用特殊加工紙，但這些特殊加工紙存在熱溼回收器的回收率低、供氣與排氣間易發生混合及洩漏等問題。於是，在日本專利文獻特開平7-133994中公開了一種用隔膜代替這種特殊加工紙，具有在高分子樹脂多孔板上設置硬化的透溼性樹脂層結構的熱交換膜。而且，在日本專利文獻特開 2006-150323中，還公開了使多孔質膜與加強材料相熔接，將加強材料層疊到透溼性樹脂外部為止的隔膜。但是，專利文獻特開平7-133994所公開的熱交換膜由於透溼性樹脂外露在熱交換膜的表面，耐水性低，且透溼性樹脂容易與因結露產生的水滴一同被衝洗。此外，為解決專利文獻特開平7-133994中因熱交換膜的透溼性樹脂的結露造成的耐水性問題而提出的利文獻特開2006-150323公開的隔膜，由於隔膜的厚度很厚，因此空氣阻力變大，潛熱交換的效率低。
發明內容
本發明的目的在於解決上述缺陷和不足，提供一種具有良好的透溼性，且氣體選擇性能良好的親水與疏水複合式水蒸汽透過膜。
本發明的目的還在於提供上述親水與疏水複合式水蒸汽透過膜的製備方法。本發明的第三目的在於提供含有上述親水與疏水複合式水蒸汽透過膜的全熱交換單元。本發明所謂「親水性」、「疏水性」是表示表面易濡溼程度；與材料的表面相接觸的水分子被材料表面的分子與水珠內的水分子雙方拉緊，如果水分子之間的拉力大於水分子與材料表面分子的拉力，水珠不會在材料表面濡溼擴展，保持水珠的狀態，不易濡溼，材料與水之間的界面張力大，這種材料的性質定義為疏水性。相反，當被材料表面的分子拉拽的力大時，構成水分子的水珠接連不斷地被材料表面的分子拉拽，濡溼擴展，材料與水之間的界面張力小。這種材料的性質定義為親水性。本發明中，「親水層」是指親水膜，具有強吸溼能力，使水分子選擇性地透過，且可阻擋其他氣體分子透過的膜。「疏水層」是指多孔質疏水膜，可避免微細孔內水分子的凝結且水分子透過時的阻力小的膜。本發明中，通過在基底層的一面塗敷親水層，可促進空氣中水蒸汽的吸收的同時， 通過在基底層的另一面塗敷疏水層，可促進水蒸汽的蒸發，提高水蒸汽透過膜內部的水蒸汽的移動速度，並可提良好的透溼性能。本發明目的通過如下技術方案實現一種親水與疏水複合式水蒸汽透過膜，包括基底層；基底層是面密度為20 80g/m2的聚對苯二甲酸乙二醇酯類樹脂；疏水層；疏水層由5 15重量份的聚偏氟乙烯、聚碸、聚乙烯醇縮丁醛、聚四氟乙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物和聚三氟氯乙烯中的一種與2 10重量份的聚乙二醇加入到二甲基乙醯胺溶劑中，形成疏水性膜用塗敷液塗敷在基底層的第一面，用於釋放水蒸汽；疏水層為內部形成有多個孔道的多孔質膜，疏水層包括外露部和內入部；外露部是從基底層的第一面露出的部分；內入部是從基底層的第一面進入到基底層內部的部分；親水層；親水層由聚乙烯醇、聚丙烯酸鈉、三乙醯纖維素和甲基丙烯樹脂中的任意一種與氯化鋰為主要原料製成親水性膜用塗敷液，塗敷在基底層的第二面，用於吸收水蒸汽；親水層的整體進入到基底層中，親水層的第二面與基底層的第二面聚合；親水層的第一面與疏水層的內入部相接觸的邊界上，形成有通過疏水層表面部的孔，釋放親水層內液狀水的界面。所述基底層優選面密度為50g/m2的聚對苯二甲酸乙二醇酯製備的無紡布。所述基底層的厚度優選為50 100 μ m。所述的親水與疏水複合式水蒸汽透過膜的製備方法，包括如下步驟(1)將面密度為40 60g/m2的聚對苯二甲酸乙二醇酯類樹脂製成無紡布作為基底層；(2)將2 10重量份的聚乙二醇和5 15重量份的聚偏氟乙烯、聚碸、聚乙烯醇縮丁醛、聚四氟乙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物或聚三氟氯乙烯加入到二甲基乙醯胺溶劑中， 在30°C 50°C下攪拌1 2小時；然後靜置5小時以上，製得疏水性膜用塗敷液；(3)在基底層的第一面上塗敷疏水性膜用塗敷液，並使其乾燥，形成用於釋放水蒸汽的疏水層；(4)以重量份數計，以聚乙烯醇、聚丙烯酸鈉、三乙醯纖維素和甲基丙烯樹脂中的
5任意一種與氯化鋰為主要原料，加入水中，在30°C 50°C下攪拌1 2小時，靜置5小時以上，獲得親水性膜用塗敷液；(5)在基底層的第二面上塗敷由步驟4得到的親水性膜用塗敷液，並使其乾燥，形成吸收水蒸汽的親水層。優選地，所述步驟C3)塗敷膜的厚度控制在20 60 μ m;塗敷作業的室內溫度保持在沈°C以下，室內溼度保持在50 % RH以下；完成塗敷後，在水中水洗8小時，然後進行幹
O優選地，所述步驟( 塗敷膜的厚度控制在20 60 μ m;塗敷作業的室內溫度保持在^TC以下，室內溼度保持在50% RH以下；完成塗敷後，用熱風進行乾燥。本發明親水層由聚乙烯醇、聚丙烯酸鈉、三乙醯纖維素、甲基丙烯樹脂中的任意一種與氯化鋰為主要原料製成親水性膜用塗敷液，塗敷在基底層的第二面形成，具體可以通過如下幾種方式實現(1)選擇聚乙烯醇為親水膜的主要成分以重量份數計，在100-150份純水中，加入2-15份聚乙烯醇好0. 1-0. 15份氯化鋰，在90 100°C下攪拌1-2小時，配製成聚乙烯醇溶液，靜置M小時以上，製成親水性膜用塗敷液。(2)選擇聚丙烯酸鈉為親水膜的主要成分以重量份數計，將2-15份的聚丙烯酸鈉和0. 05-0. 15份的氯化鋰加入到100-200份純水中，在90-100°C下攪拌1-2小時，加入 0. 03-0. 1份的丙三醇、0. 1-0. 3份的過硫酸鉀及0. 01-0. 03份的酞酸，在70_90°C下攪拌 1-2小時，得到用於形成親水膜的塗敷液。(3)選擇三乙醯纖維素為親水膜的主要成分以重量份數計，將2-10份的三乙醯纖維素和0. 08-0. 3份的氯化鋰加入到100-150份的丙酮中，在60-70°C下攪拌1_2小時，加入0. 1-0. 3份的二氧六環和0. 1-0. 2份的順丁烯二酸進行攪拌，配製成溶液，靜置1-2天， 得到用於形成親水膜的塗敷液。(4)選擇甲基丙烯樹脂為親水膜的主要成分以重量份數計，用80-120份的二甲亞碸溶解2-10份的甲基丙烯樹脂和0. 1-0. 15份的氯化鋰，在90-100°C下攪拌1-2小時，加入30-50份的蒸餾水，在90-100°C下攪拌1-2小時，配製成溶液，溶液靜置1_3天，得到用於形成親水膜的塗敷液。一種全熱交換單元由多個全熱交換元件、多個第一墊片部件及多個第二墊片部件層疊而成；所述全熱交換元件是由所述的親水與疏水複合式水蒸汽透過膜構成的平板狀部件；第一墊片部件和第二墊片部件為波板狀部件，全熱交換元件通過第一墊片部件或第二墊片部件間隔配置，以使第一空氣流流動的多個第一流路與第二空氣流流動的多個第二流路形成交叉；所述第一空氣流是向室內供應新鮮的空氣的供氣流，第二空氣流是將在室內汙染的空氣向室外排放的排氣流。所述第一墊片部件及第二墊片部件配置成使第一流路與第二流路相互垂直。通過在基底層的一面塗敷親水層可促進吸收空氣中水蒸汽的同時，通過在基底層的另一面塗敷疏水層可促進水蒸汽的蒸發，可提高水蒸汽透過膜內部的水蒸汽的移動速度，還可提良好的透溼性能。由於疏水層的一部分進入到基底層中，因此基底層與疏水層的剝離強度變大。親水層的第二面形成於基底層的第二面上，親水層的第一面與疏水層的內入部相接觸的邊界上，形成有通過疏水層表面部的孔可釋放親水層內液狀水的界面。
由於親水層的整體進入到基底層中，對結露的耐久性良好。而且，由於親水層的第二面形成在基底層的第二面上，膜厚變小，空氣阻力也小。過去因在高分子樹脂多孔板上設置硬化的透溼性樹脂層，而且在該透溼性樹脂層上設置加強布料時，為使凝結水流下而不停留在膜表面，且防止降低熱交換效率，使多孔質膜與加強材料的表面親水化。其結果水蒸汽在多孔質表面凝結且不易蒸發，降低了滲透速度及擴散速度的同時，降低了透溼性能。本發明中，由於在親水層的第一面與疏水層的內入部相接觸的邊界上，形成有通過疏水層表面部的孔可釋放親水層內液狀水的界面，凝結水在疏水層的界面蒸發，水蒸汽在疏水層內移動。水蒸汽不會凝結在疏水層的表面，滲透速度變大。本發明的其他側面方面，基底層是面密度為40 60g/m2的聚對苯二甲酸乙二醇酯類樹脂。基底層的面密度不足40g/m2時，基底層的強度容易變得不足。此外，基底層的面密度大於60g/m2時，由於水蒸汽透過的阻力變大，會降低水蒸汽透過量。因此，作為基底層，優選地選擇面密度為40 60g/m2的聚對苯二甲酸乙二醇酯類樹脂，進一步優選地選擇面密度為50g/m2的無紡布。相對於現有技術，本發明具有如下優點和有益效果對親水與疏水複合式水蒸汽透過膜進行實驗的結果，在同等實驗條件下，該複合膜的水蒸汽交換效率比同等厚度的單層固體親水膜高50% 200%。本發明的親水與疏水複合式水蒸汽透過膜具有良好的滲透性和氣體選擇性，擁有較高強度可廣泛應用於水處理技術、空調系統、能源、化學、冶金及生化系統等領域，尤其適用於空氣除溼與空調換氣的全熱回收過程。
圖1表示親水與疏水複合式水蒸汽透過膜結構示意圖；圖2表示全熱交換單元的示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的說明，但本發明要求保護的範圍並不局限於實施例表述的範圍。一、親水與疏水複合式水蒸汽透過膜圖1為親水與疏水複合式水蒸汽透過膜結構示意圖。如圖1所示，親水與疏水複合式水蒸汽透過膜包含基底層、疏水層和親水層。親水層塗敷在基底層的第二面(圖1中為基底層的上面)上，吸收來自大氣的水蒸汽。疏水層相對基底層，塗敷在親水層相反側的基底層的第一面上，向室內釋放從親水層吸收的水蒸汽。基底層採用面密度為40 60g/m2的聚對苯二甲酸乙二醇酯類樹脂，厚度為50 100 μ m。當基底層的面密度不足40g/m2時，基底層的強度會變得不足。此外，當基底層的面密度大於60g/m2時，由於水蒸汽透過時的阻力變大，易降低水蒸汽透過量。因此，作為基底層，優選地選擇面密度為40 60g/m2的聚對苯二甲酸乙二醇酯類樹脂為佳。本實施例中採用了面密度為50g/m2的無紡布。疏水層為內部形成有多個孔道的多孔質膜，包括外露部和內入部。外露部是從基
7底層的第一面露出的部分。內入部是從基底層的第一面進入到基底層內部的部分。親水層的第二面與基底層的第二面聚合，使親水層的整體進入到基底層中。親水層的第一面與疏水層的內入部相接觸的邊界上，形成有通過疏水層表面部的孔，可釋放親水層內液狀水的界面。這裡涉及的第一面是指圖中向下的一面；第二面是指圖中向上的一面。疏水層採用聚偏氟乙烯、聚碸、聚乙烯醇縮丁醛、聚四氟乙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物、聚三氟氯乙烯中的任意一種，厚度為30 100 μ m,優選地、平均細孔經為0. 1 2 μ m 為佳。本實施例中採用了厚度為40 μ m的聚偏氟乙烯。親水層採用聚乙烯醇、聚丙烯酸鈉、三乙醯纖維素、及甲基丙烯樹脂中的任意一種，厚度為5 20 μ m。同時，為增加親水層的極性，親水層中添加主成分質量1^-5^^3 氯化鋰。二、親水與疏水複合式水蒸汽透過膜的除溼工序新鮮的外界空氣(OA)在親水與疏水複合式水蒸汽透過膜的上方移動，且作為供氣(SA)被送往室內。此時，大氣中的水蒸汽被吸收凝結在親水層的表面，以冷凝水的狀態在親水膜內移動。另一方面，大氣中的臭氣被親水層阻擋。親水層的第一面與疏水層的內入部相接觸的邊界上，形成有通過疏水層表面部的孔可釋放親水層內液狀水的界面。冷凝水在該親水層與疏水層的界面上蒸發，作為水蒸汽在疏水層內移動。在疏水層內，水蒸汽不會凝結在微細孔的表面，水蒸汽的滲透速度變大。 之後，水蒸汽從疏水層外露部的表面被釋放到室內的空氣(RA)中，最終作為廢氣(EA)被排放到室外。一直以來，在高分子樹脂多孔板上設置硬化的透溼性樹脂層，而且在該透溼性樹脂層上設置加強布料時，為使凝結水流下而不停留在膜表面，且防止降低熱交換效率，使多孔質膜與加強材料的表面親水化。其結果水蒸汽在多孔質表面凝結且不易蒸發，降低了滲透速度及擴散速度的同時，降低了透溼性能。但是在本發明中，由於冷凝水在該親水層與疏水層的界面蒸發並作為水蒸汽在疏水層內移動，且在位於親水層的相反側的基底層設置了疏水層，在疏水層內水蒸汽不會凝結在微細孔的表面，水蒸汽的滲透速度變大。三、親水與疏水複合式水蒸汽透過膜的製造方法親水與疏水複合式水蒸汽透過膜的製作工序步驟1 作為基底層，準備市場上銷售的無紡布。所述無紡布是由20 80g/m2的聚對苯二甲酸乙二醇酯類樹脂製成。步驟2 為形成疏水層，作為疏水性膜用塗敷液，製備聚偏氟乙烯類樹脂(PVDF) 溶液。將5 15g的PVDF和2 IOg的聚乙二醇(PEG)加入到80 120g 二甲基乙醯胺 (DMAC)溶劑中，在30°C 50°C下攪拌1 2小時。然後靜置5小時，可獲得疏水性膜用塗敷液PVDF溶液。步驟3 在基底層的第一面上塗敷疏水性膜用塗敷液，並使其乾燥，形成用於釋放水蒸汽的疏水層。在20 80g/m2的無紡布的第一面上塗敷步驟2中製備的PVDF溶液。將塗敷膜的厚度控制在20 60μπι。此時，進行塗敷作業的室內溫度保持在^TC以下，室內溼度保持在50% RH以下。完成塗敷後，在水中水洗8小時，然後進行乾燥。步驟4 為形成親水層，作為親水性膜用塗敷液，製備聚乙烯醇類樹脂(以下稱PVA)。向2 8g的PVA和1 2g的氯化鋰(LiCL)中加入90 IlOg的水，並且加入戊二醛0. 03g和二甲基亞碸(以下稱DMS0)7g，在30°C 50°C下攪拌1 2小時。將上述溶液靜置5小時，可獲得PVA溶液。步驟5 在基底層的第二面上塗敷由步驟4得到的親水性膜用塗敷液，並使其乾燥，形成吸收水蒸汽的親水層。在這裡，在步驟3中塗敷了 PVDF的無紡布的相反面上塗敷步驟4中製備的PVA溶液。將塗敷膜的厚度控制在20 60 μ m。此時，進行塗敷作業的室內溫度保持在^TC以下，室內溼度保持在50% RH以下。完成塗敷後，用熱風進行乾燥。上述實施例所示親水與疏水複合式水蒸汽透過膜的製作工序為一個示例，除此之外，用下列方法也可製造用於形成親水性膜的塗敷液以及用於形成疏水性膜的塗敷液。四、用於形成親水性膜塗敷液的製造方法1、選擇聚乙烯醇為親水膜的主要成分實施例1120g的純水中，添加4g的聚乙烯醇和0. 12g的氯化鋰，在90 100°C下攪拌1小時，配製成聚乙烯醇溶液，將上述溶液靜置M 36小時，得到用於形成親水膜的塗敷液。實施例2IOOg的純水中，添加2g的聚乙烯醇和0. IOg的氯化鋰，在90 100°C下攪拌1. 5 小時，配製成聚乙烯醇溶液。將上述溶液靜置M小時，得到用於形成親水膜的塗敷液。實施例3150g的純水中，添加15g的聚乙烯醇和0. 15g的氯化鋰，在100°C下攪拌2小時， 配製成聚乙烯醇溶液。將上述溶液靜置3天，得到用於形成親水膜的塗敷液。2、選擇聚丙烯酸鈉為親水膜的主要成分實施例4將15g的聚丙烯酸鈉和0. 15g的氯化鋰加入到200g純水中，在100°C下攪拌2小時。並且，加入0. Ig丙三醇、0. Ig的過硫酸鉀及0. Olg的酞酸，在70°C下攪拌1小時，得到用於形成親水膜的塗敷液。實施例5將2g的聚丙烯酸鈉和0. 06g的氯化鋰加入到IOOg純水中，在90°C下攪拌1小時。 並且，加入0. 03g丙三醇、0. 2g的過硫酸鉀及0. 02g的酞酸，在80°C下攪拌2小時，得到用於形成親水膜的塗敷液。實施例6將IOg的聚丙烯酸鈉和0. 05g的氯化鋰加入到160g純水中，在95°C下攪拌1. 5小時。並且，加入0. 06g丙三醇、0. 3g的過硫酸鉀及0. 03g的酞酸，在90°C下攪拌1. 5小時， 得到用於形成親水膜的塗敷液。3、選擇三乙醯纖維素為親水膜的主要成分實施例7將2g三乙醯纖維素和0. 08g的氯化鋰加入到IOOg的丙酮中，在60°C下攪拌1小時。並且，加入0. Ig的二氧六環和0. Ig的順丁烯二酸進行攪拌，配製成溶液。將上述溶液靜置1天，得到用於形成親水膜的塗敷液。實施例8
將5g三乙醯纖維素和0. 25g的氯化鋰加入到120g的丙酮中，在65°C下攪拌1. 5 小時。並且，加入0.2g的二氧六環和0.15g的順丁烯二酸進行攪拌，配製成溶液。將上述溶液靜置1天半，得到用於形成親水膜的塗敷液。實施例9將IOg三乙醯纖維素和0. Ig的氯化鋰加入到150g的丙酮中，在70°C下攪拌2小時。並且，加入0.3g的二氧六環和0.2g的順丁烯二酸進行攪拌，配製成溶液。將上述溶液靜置2天，得到用於形成親水膜的塗敷液。4、選擇甲基丙烯樹脂為親水膜的主要成分實施例10用IOOg的二甲亞碸溶解5g的甲基丙烯樹脂和0. 15g的氯化鋰，在90°C下攪拌1 小時。並且，加入40g的蒸餾水，在95°C下攪拌1.5小時，配製成溶液。將上述溶液靜置2 天，得到用於形成親水膜的塗敷液。實施例11用120g的二甲亞碸溶解IOg的甲基丙烯樹脂和0. IOg的氯化鋰，在100°C下攪拌 1小時。並且，加入50g的蒸餾水，在100°C下攪拌2小時，配製成溶液。將上述溶液靜置3 天，得到用於形成親水膜的塗敷液。實施例12用80g的二甲亞碸溶解2g的甲基丙烯樹脂和0. IOg的氯化鋰，在95°C下攪拌1. 5 小時。並且，加入30g的蒸餾水，在90°C下攪拌1小時，配製成溶液。將上述溶液靜置1天， 得到用於形成親水膜的塗敷液。五、用於形成疏水性膜塗敷液的製造方法實施例13 選擇聚乙烯醇縮丁醛(PVB)為疏水膜的主要成分將12g的PVB和6g的PEG(分子量6000)加入到82g的DMAC溶劑中，在30°C 50°C下攪拌1 2小時。之後，靜置5小時，得到用於形成疏水膜的塗敷液PVB溶液。實施例14 選擇聚碸樹脂(PSU)為疏水膜的主要成分將12g的PSU和6g的PEG(分子量6000)加入到82g的DMAC溶劑中，在30°C 50°C下攪拌1 2小時。之後，靜置5小時，得到用於形成疏水膜的塗敷液PSU溶液。實施例15 選擇聚四氟乙烯(PTFE)為疏水膜的主要成分將15g的PTFE和6g的PEG (分子量6000)加入到79g的DMAC溶劑中，在30°C 50°C下攪拌1 2小時。之後，靜置5小時，得到用於形成疏水膜的塗敷液PTFE溶液。實施例16 選擇乙烯·四氟乙烯共聚物(ETFE)為疏水膜的主要成分將12g的ETFE和6g的PEG (分子量6000)加入到82g的DMAC溶劑中，在30°C 50°C下攪拌1 2小時。之後，靜置5小時，得到用於形成疏水膜的塗敷液ETFE溶液。實施例17 選擇聚三氟氯乙烯(PCTFE)為疏水膜的主要成分將13g的PCTFE和6g的PEG (分子量6000)加入到81g的DMAC溶劑中，在30°C 50°C下攪拌1 2小時。之後，靜置5小時，得到用於形成疏水膜的塗敷液PCTFE溶液。六、全熱交換單元圖2為包括親水與疏水複合式水蒸汽透過膜的全熱交換單元200的示意圖。全熱交換單元200由多個全熱交換元件201、多個第一墊片部件202及多個第二墊片部件203層
10疊而成，在兩個空氣流(第一空氣流F1、第二空氣流之間同時進行溼熱與潛熱的熱交換。第一空氣流Fl是向室內供應(OA—SA)新鮮的空氣的供氣流，第二空氣流F2是將在室內汙染的空氣向室外排放(RA —EA)的排氣流。如圖2所示，全熱交換元件201是由親水與疏水複合式水蒸汽透過膜構成的平板狀部件，間隔一定間隙配置以使空氣流Fl流動的多個第一流路204與空氣流F2流動的多個第二流路205交叉形成。第一墊片部件202為波板狀部件，配置成使其與隔著每個第一流路204相向的每一對全熱交換元件的雙方相接觸，且保持每一對全熱交換元件201的間隔。第二墊片部件203是與第一墊片部件202相同的波板狀部件(波板狀是指第二墊片部件203與第一墊片部件202整體呈波紋狀結構)， 配置成使其與間隔每個第二流路205相向的每一對全熱交換元件201的雙方相接觸，且保持每一對全熱交換元件201的間隔。優選地，第一墊片部件202及第二墊片部件203配置成使第一流路204與第二流路205相互垂直，且使空氣流Fl與空氣流F2朝相互交叉的方向流動。如上所述，由於全熱交換單元具有多個全熱交換元件201及多個墊片部件202、203 層疊的結構，多個第一流路204與多個第二流路205交叉形成。性能測試對於圖2所示的全熱交換單元(簡稱新芯體)，全熱交換元件201是由親水與疏水複合式水蒸汽透過膜構成的平板狀部件，親水與疏水複合式水蒸汽透過膜包括基底層、 疏水層和親水層，選用實施例5作為親水膜的塗敷液，選用實施例15作為疏水膜的塗敷液， 基底層選用面密度為50g/m2的聚對苯二甲酸乙二醇酯製備的無紡布，厚度為80 μ m;實施例15疏水膜的塗敷液塗敷在基底層的第一面，疏水層為內部形成有多個孔道的多孔質膜， 疏水層包括外露部和內入部；外露部是從基底層的第一面露出的部分；內入部是從基底層的第一面進入到基底層內部的部分；親水層用實施例5製備的塗敷液塗敷在基底層的第二面，親水層的整體進入到基底層中，親水層的第二面與基底層的第二面聚合；親水層的第一面與疏水層的內入部相接觸的邊界上，形成有通過疏水層表面部的孔，釋放親水層內液狀水的界面。另外，作為對比例，採用傳統透溼紙作為如圖2所示的全熱交換元件201製備全熱交換單元(簡稱傳統芯體)。採用全熱交換器熱溼交換效率測試臺對圖2所示的全熱交換單元(簡稱新芯體)和傳統芯體進行性能檢測，根據直接檢測的冷、熱流體的進出口溫度和含溼量，由本領域通用公式(1) (C3)計算芯體的顯熱效率、潛熱效率和焓效率，測試結果如表1所示，測試條件如下夏天工況，室內溫度幹球溫度27°C、溼球溫度20°C ；室外溫度幹球溫度35°C、溼球溫度^°C。風量250m7h。表1全熱交換單元性能測試結果
芯體參數傳統芯體新芯體顯熱交換效率ε )8070潛熱交換效率546權利要求
1.一種親水與疏水複合式水蒸汽透過膜，其特徵在於包括基底層；基底層是面密度為20 80g/m2的聚對苯二甲酸乙二醇酯類樹脂；疏水層；疏水層由5 15重量份的聚偏氟乙烯、聚碸、聚乙烯醇縮丁醛、聚四氟乙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物和聚三氟氯乙烯中的一種與2 10重量份的聚乙二醇加入到二甲基乙醯胺溶劑中，形成疏水性膜用塗敷液塗敷在基底層的第一面，用於釋放水蒸汽；疏水層為內部形成有多個孔道的多孔質膜，疏水層包括外露部和內入部；外露部是從基底層的第一面露出的部分；內入部是從基底層的第一面進入到基底層內部的部分；親水層；親水層由聚乙烯醇、聚丙烯酸鈉、三乙醯纖維素和甲基丙烯樹脂中的任意一種與氯化鋰為主要原料製成親水性膜用塗敷液，塗敷在基底層的第二面，用於吸收水蒸汽；親水層的整體進入到基底層中，親水層的第二面與基底層的第二面聚合；親水層的第一面與疏水層的內入部相接觸的邊界上，形成有通過疏水層表面部的孔，釋放親水層內液狀水的界面。
2.根據權利要求1所述的親水與疏水複合式水蒸汽透過膜，其特徵在於所述基底層是面密度為50g/m2的聚對苯二甲酸乙二醇酯製備的無紡布。
3.根據權利要求1或2所述的親水與疏水複合式水蒸汽透過膜，其特徵在於所述基底層的厚度為50 100 μ m。
4.權利要求1所述的親水與疏水複合式水蒸汽透過膜的製備方法，其特徵在於包括如下步驟(1)將面密度為40 60g/m2的聚對苯二甲酸乙二醇酯類樹脂製成無紡布作為基底層；(2)將2 10重量份的聚乙二醇和5 15重量份的聚偏氟乙烯、聚碸、聚乙烯醇縮丁醛、聚四氟乙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物或聚三氟氯乙烯加入到二甲基乙醯胺溶劑中，在 30°C 50°C下攪拌1 2小時；然後靜置5小時以上，製得疏水性膜用塗敷液；(3)在基底層的第一面上塗敷疏水性膜用塗敷液，並使其乾燥，形成用於釋放水蒸汽的疏水層；(4)以重量份數計，以聚乙烯醇、聚丙烯酸鈉、三乙醯纖維素和甲基丙烯樹脂中的任意一種與氯化鋰為主要原料，加入水中，在30°C 50°C下攪拌1 2小時，靜置5小時以上， 獲得親水性膜用塗敷液；(5)在基底層的第二面上塗敷由步驟4得到的親水性膜用塗敷液，並使其乾燥，形成吸收水蒸汽的親水層。
5.根據權利要求4所述的親水與疏水複合式水蒸汽透過膜的製備方法，其特徵在於 所述步驟⑶塗敷膜的厚度控制在20 60 μ m;塗敷作業的室內溫度保持在26°C以下，室內溼度保持在50% RH以下；完成塗敷後，在水中水洗8小時，然後進行乾燥。
6.根據權利要求4所述的親水與疏水複合式水蒸汽透過膜的製備方法，其特徵在於 所述步驟(5)塗敷膜的厚度控制在20 60 μ m;塗敷作業的室內溫度保持在26°C以下，室內溼度保持在50% RH以下；完成塗敷後，用熱風進行乾燥。
7.一種全熱交換單元，其特徵在於由多個全熱交換元件、多個第一墊片部件及多個第二墊片部件層疊而成；所述全熱交換元件是由權利要求1所述的親水與疏水複合式水蒸汽透過膜構成的平板狀部件；第一墊片部件和第二墊片部件為波板狀部件，全熱交換元件通過第一墊片部件或第二墊片部件間隔配置，以使第一空氣流流動的多個第一流路與第二空氣流流動的多個第二流路形成交叉；所述第一空氣流是向室內供應新鮮的空氣的供氣流，第二空氣流是將在室內汙染的空氣向室外排放的排氣流。
8.根據權利要求7所述的全熱交換單元，其特徵在於第一墊片部件及第二墊片部件配置成使第一流路與第二流路相互垂直。
全文摘要
本發明公開一種親水與疏水複合式水蒸汽透過膜及其製備方法與應用。親水與疏水複合式水蒸汽透過膜包括基底層、疏水層和親水層；疏水層塗敷在基底層的第一面上，用於釋放水蒸汽；親水層塗敷在基底層的第二面，用於吸收水蒸汽；親水層的整體進入到基底層中，親水層的第一面與基底層的第二面聚合；親水層的第二面與疏水層的內入部相接觸的邊界上，形成有通過疏水層表面部的孔，釋放親水層內液狀水的界面。通過在基底層的一面上塗敷親水層能夠促進空氣中水蒸汽的吸收。同時，通過在基底層的另一面上塗敷疏水層能夠促進水蒸汽的蒸發，從而提高水蒸汽透過膜內部的水蒸汽的移動速度，並能夠提良好的透溼性能。
文檔編號B01D69/12GK102151497SQ20111002767
公開日2011年8月17日 申請日期2011年1月26日 優先權日2011年1月26日
發明者喜冠南, 張立志, 木戶照雄, 神野亮, 裴麗霞 申請人:華南理工大學, 日本大金工業株式會社