一種透熱透溼的複合薄膜及其製備方法
2023-05-04 21:49:16
專利名稱：一種透熱透溼的複合薄膜及其製備方法
技術領域：
本發明涉及高分子薄膜技術領域，尤其涉及一種透熱透溼的複合薄膜及其製備方 法，應用於空氣換熱器、離子交換膜、海水淡化電滲析膜以及記載文字的特種功能紙張等用 途。
背景技術：
隨著生活水平的提高，人們的生活空間越來越受到現代文明的影響，例如，很多建 築物安裝了空調，室內長期密閉不通風。室內長時間密閉不通風會使空氣變得汙濁，因此需 要不斷與室外進行空氣交換，將室外的新鮮空氣引進室內。在空氣交換過程中存在冷空氣 或熱空氣的能量損失，儘可能減少能量損失對節能和環保具有重要的意義。目前，國內一般使用空氣換熱器進行室內外空氣的能量交換，有些空氣換熱器能 夠同時對進入室內的空氣與從室內排出的空氣進行能量和溼度的交換，從而調整進入室內 的空氣的溫度和溼度接近室內的溫度和溼度。熱交換元件是空氣換熱器的關鍵部件，目前 的空氣換熱器中的熱交換元件一般由鋁製材料製成，存在兩側氣流之間熱量傳遞效率較 低、無溼度交換能力，以及設備造價偏高、外形偏笨重的缺點。目前，國外一般使用採用紙芯的空氣換熱器進行室內外能量和溼度的交換。最近 幾年我國也在逐漸開發此類空氣換熱器，但是大部分高檔紙芯仍然需要依賴日本等國進 口，這大大增加了產品的成本，降低了產品的市場競爭力。另外，使用紙芯在抗菌、耐候、阻 燃性能和吸溼性控制上存在很多不足，產品的性能穩定和使用壽命也難以控制，同時，在生 產和使用過程中紙張容易打滑，不易加工與使用。
發明內容
本發明要解決的技術問題是針對現有技術的不足，提供一種透熱透溼的複合薄膜 及其製備方法，該複合薄膜平整均一，具有透熱透溼性能及一定的機械強度和柔韌性，適合 應用於空氣換熱器等領域。本發明解決上述技術問題所採用的技術方案為一種透熱透溼的複合薄膜，由高 聚物、矽酸鹽和添加劑組成，所述的矽酸鹽以晶相粉粒分散在高聚物中，形成多相固態薄 膜；所述的高聚物具有可溶性或可熔性，矽酸鹽具有層狀或孔狀結構；按照質量百分比計， 所述的高聚物的含量為10% 80%，矽酸鹽的含量為10% 90%，添加劑的含量為0% 30%。作為優選，所述的高聚物的含量為20% 50%。作為優選，所述的聚合物為聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯醇、可溶性氟碳聚合物、氯化聚 乙烯、聚氯乙烯、氧化聚乙烯以及其他具有熱塑性的高聚物中的一種或幾種的混合物。作為優選，所述的矽酸鹽為有蒙脫石、沸石、高嶺土、凹凸棒、天然含伴生相的礦物 或經人工處理的矽酸鹽的混合物或化合物。作為優選，所述的添加劑包括吸溼劑、抗菌劑、阻燃劑和抗氧化劑中的一種或幾種。其中，吸溼劑優選為氯化鋰、氯化鋅、高氯酸鋰和高氯酸鋅中的一種或幾種的混合物。為 了提高對二氧化碳的阻隔，所述的添加劑還包括羧甲基纖維素鈉。本發明一種透熱透溼固體薄膜的製備方法是將所述的高聚物用有機溶劑溶解或 升溫軟化製成流體，然後加入適量矽酸鹽粉粒和添加劑，攪拌均勻成懸濁液，最後採用流延 法、壓延法、模壓法或蒸發溶劑法等方法將該懸濁液製成薄膜。上述製備方法中，所述的有機溶劑為碳酸丙烯酯、乙二醇二甲醚、四氫呋喃、二甲
基甲醯胺或二甲基乙醯胺。與現有技術相比，本發明用具有溶性或熔性的高聚物作為有機粘合劑粘合具有層 狀或孔狀結構矽酸鹽，並根據使用需要加入適當添加劑而製成多相的複合薄膜，該複合薄 膜的結構特徵是含有高聚物無序相和矽酸鹽晶相。與使用纖維素基的紙芯相比，本發明的 複合薄膜具有如下優點(1)由於使用了具有高導熱性和很大吸附表面的層狀或孔狀的矽酸鹽，薄膜的傳 熱透溼性能高；(2)通過控制有機粘合劑的成分和用量，能夠有效控制薄膜的吸溼透溼性能；(3)由於使用了抗菌劑、抗氧化劑和阻燃劑等添加劑，薄膜的抗菌、耐候和阻燃等 性能有很大的提高。(4)通過調控有機粘合劑、矽酸鹽、添加劑的成分和用量，可以有效控制薄膜的加 工工藝、力學性能和成本。另外，本發明的複合薄膜由於採用非金屬的高分子薄膜材料，材料價格及使用量 明顯低於金屬材料，能夠大幅度降低產品造價；以複合薄膜作為熱交換材料的空氣換熱器 的製造工藝比以金屬材料作為熱交換材料的空氣換熱器的製造工藝簡單得多，也有利於降 低空氣換熱器的造價。最後，由於加入矽酸鹽的離子交換性能，使本發明的複合薄膜還可以作為離子交 換膜和海水淡化電滲析膜等，如果適當調節組份，還可以製作特種功能紙張，用於文字記載 等多種用途。
圖1是實施例1中得到的複合薄膜的X射線衍射圖；圖2是實施例1中得到的複合薄膜的熱重圖；圖3是本發明的複合薄膜在空氣換熱器中的透熱透溼示意圖；圖4是用鋼筆在本發明的複合薄膜上書寫後的清晰筆跡。
具體實施例方式實施例1 透熱透溼的複合薄膜，由聚氯乙烯和鈉基蒙脫石組成，其中鈉基蒙脫石以晶相粉 粒分散在聚氯乙烯中，形成多相固態薄膜；聚氯乙烯和鈉基蒙脫石的質量比為3 7。上述複合薄膜的製備方法為取工業用聚氯乙烯粉3g溶於150mL四氫呋喃有機溶 劑中，所得澄清液中加入鈉基蒙脫石，聚氯乙烯粉與鈉基蒙脫石的質量比為3 7;超聲振 蕩20分鐘製成懸濁液，在玻璃板上流延、晾乾成自懸掛式薄膜；在40°C鼓風乾燥箱內保持
4半小時後揭下薄膜，膜厚為20μπι ΙΟΟμπι，膜質軟，任意角度卷折不開裂。在大氣氣氛下 存放2天後，其外觀無明顯變化。圖1是實施例1製備得到的複合薄膜的X射線衍射圖，可見該複合薄膜中有鈉基 蒙脫石晶相和高聚物無序相共存，在顯微鏡下可觀察鈉基蒙脫石粉料在高聚物中的相貌。 圖2是實施例1中製成的複合薄膜的熱重圖，從圖中看到的聚合物分解溫度和含量與所加 鈉基蒙脫石的比例是一致的。對上述複合薄膜進行水蒸氣透過率測試，在測試溫度為38°C，透過面溼度為90% 的測試條件下，得到每天每平方米薄膜的水蒸氣透過為796. 8克，即透溼效果為796. 8g/m2/ day ο將上述複合薄膜樣品製成空氣換熱器機芯，按照GB/T21087-2007進行熱交換性 能檢測，得到溫度效率為48. 5%，焓效率為47. 5%。實施例2 透熱透溼的複合薄膜，由聚氯乙烯和鈉基蒙脫石組成，其中鈉基蒙脫石以晶相粉 粒分散在聚氯乙烯中，形成多相固態薄膜；聚氯乙烯和鈉基蒙脫石的質量比為4 6。上述複合薄膜的製備方法為取工業用聚氯乙烯粉4g溶於150mL四氫呋喃有機溶 劑中，所得澄清液中加入鈉基蒙脫石，聚氯乙烯粉與鈉基蒙脫石的質量比為4 6;超聲振 蕩20分鐘製成懸濁液，在玻璃板上流延、晾乾成自懸掛式膜；在40°C鼓風乾燥箱內保持半 小時後揭下薄膜，膜厚為20 μ m 100 μ m，膜質軟，任意角度卷折不開裂。在大氣氣氛下存 放2天後，其外觀無明顯變化。實施例2製備得到的複合薄膜的X-射線衍射圖與熱重圖分別與圖1和圖2類似， 可以得到該複合薄膜中有鈉基蒙脫石晶相和高聚物無序相共存，聚合物分解溫度和含量與 所加鈉基蒙脫石的比例是一致的。對上述複合薄膜進行水蒸氣透過率測試，在測試溫度為38°C，透過面溼度為90% 的測試條件下，得到每天每平方米薄膜的水蒸氣透過為679. 6克，即透溼效果為679. 6g/m2/ day ο將上述複合薄膜樣品製成空氣換熱器機芯，按照GB/T21087-2007進行熱交換性 能檢測，得到溫度效率為47. 5%，焓效率為45. 5%。實施例3 透熱透溼的複合薄膜，由聚氯乙烯和鈉基蒙脫石組成，其中鈉基蒙脫石以晶相粉 粒分散在聚氯乙烯中，形成多相固態薄膜；聚氯乙烯和鈉基蒙脫石的質量比為5 5。上述複合薄膜的製備方法為取工業用聚氯乙烯粉5g溶於150mL四氫呋喃有機溶 劑中，所得澄清液中加入鈉基蒙脫石，聚氯乙烯粉與鈉基蒙脫石的質量比為5 5;超聲振 蕩20分鐘製成懸濁液，在玻璃板上流延、晾乾成自懸掛式膜；在40°C鼓風乾燥箱內保持半 小時後揭下薄膜，膜厚為20 μ m 100 μ m，膜質軟，任意角度卷折不開裂。在大氣氣氛下存 放2天後，其外觀無明顯變化。實施例3製備得到的複合薄膜的X-射線衍射圖與熱重圖分別與圖1和圖2類似， 可以得到該複合薄膜中有鈉基蒙脫石晶相和高聚物無序相共存，聚合物分解溫度和含量與 所加鈉基蒙脫石的比例是一致的。對上述複合薄膜進行水蒸氣透過率測試，得到類似實施例1的測試結果，表明該複合薄膜具有良好的透溼性能。將上述複合薄膜樣品製成空氣換熱器機芯，按照GB/T21087-2007進行熱交換性 能檢測，得到類似實施例1的測試結果，表明該複合薄膜具有良好的透熱性能。實施例4 透熱透溼的複合薄膜，由聚氯乙烯和鈉基蒙脫石組成，其中鈉基蒙脫石以晶相粉 粒分散在聚氯乙烯中，形成多相固態薄膜；聚氯乙烯和鈉基蒙脫石的質量比為6 4。上述複合薄膜的製備方法為取工業用聚氯乙烯粉6g溶於150mL四氫呋喃有機溶 劑中，所得澄清液中加入鈉基蒙脫石，聚氯乙烯粉與鈉基蒙脫石質量比為6 4;超聲振蕩 20分鐘製成懸濁液，在玻璃板上流延、晾乾成自懸掛式膜；在40°C鼓風乾燥箱內保持半小 時後揭下薄膜，膜厚為20 μ m 100 μ m，膜質軟，任意角度卷折不開裂。在大氣氣氛下存放 2天後，其外觀無明顯變化。實施例4製備得到的複合薄膜的X-射線衍射圖與熱重圖分別與圖1和圖2類似， 可以得到該複合薄膜中有鈉基蒙脫石晶相和高聚物無序相共存，聚合物分解溫度和含量與 所加鈉基蒙脫石的比例是一致的。對上述複合薄膜進行水蒸氣透過率測試，得到類似實施例1的測試結果，表明該 複合薄膜具有良好的透溼性能。將上述複合薄膜樣品製成空氣換熱器機芯，按照GB/T21087-2007進行熱交換性 能檢測，得到類似實施例1的測試結果，表明該複合薄膜具有良好的透熱性能。實施例5 透熱透溼的複合薄膜，由聚氯乙烯和鈉基蒙脫石組成，其中鈉基蒙脫石以晶相粉 粒分散在聚氯乙烯中，形成多相固態薄膜；聚氯乙烯和鈉基蒙脫石的質量比為7 3。上述複合薄膜的製備方法為取工業用聚氯乙烯粉7g溶於150mL四氫呋喃有機溶 劑中，所得澄清液中加入鈉基蒙脫石，聚氯乙烯粉與鈉基蒙脫石質量比為7 3;超聲振蕩 20分鐘製成懸濁液，在玻璃板上流延、晾乾成自懸掛式膜；在40°C鼓風乾燥箱內保持半小 時後揭下薄膜，膜厚為20 μ m 100 μ m，膜質軟，任意角度卷折不開裂。在大氣氣氛下存放 2天後，其外觀無明顯變化。實施例5製備得到的複合薄膜的X-射線衍射圖與熱重圖分別與圖1和圖2類似， 可以得到該複合薄膜中有鈉基蒙脫石晶相和高聚物無序相共存，聚合物分解溫度和含量與 所加鈉基蒙脫石的比例是一致的。對上述複合薄膜進行水蒸氣透過率測試，得到類似實施例1的測試結果，表明該 複合薄膜具有良好的透溼性能。將上述複合薄膜樣品製成空氣換熱器機芯，按照GB/T21087-2007進行熱交換性 能檢測，得到類似實施例1的測試結果，表明該複合薄膜具有良好的透熱性能。實施例6 其他條件同實施例1，所不同的是用沸石取代鈉基蒙脫石製得薄膜。實施例7 其他條件同實施例1，所不同的是用高嶺土取代鈉基蒙脫石製得薄膜。實施例8 其他條件同實施例1，所不同的是用凹凸棒取代鈉基蒙脫石製得薄膜。
實施例9 透熱透溼的複合薄膜，由聚氯乙烯、鈉基蒙脫石和氯化鋅組成，其中鈉基蒙脫石以 晶相粉粒分散在聚氯乙烯中，形成多相固態薄膜；聚氯乙烯粉、鈉基蒙脫石和氯化鋅的質量 比為3:6:1。上述複合薄膜的製備方法為取工業用聚氯乙烯粉3g溶於150mL四氫呋喃有機溶 劑中，所得澄清液中加入鈉基蒙脫石和氯化鋅，聚氯乙烯粉、鈉基蒙脫石和氯化鋅的質量比 為3 6 1;超聲振蕩20分鐘製成懸濁液，在玻璃板上流延、晾乾成自懸掛式膜；在40°C 鼓風乾燥箱內保持半小時後揭下薄膜，膜厚為20 μ m 100 μ m，膜質軟，任意角度卷折不開 裂。在大氣氣氛下存放2天後，其外觀無明顯變化。實施例9製備得到的複合薄膜的X-射線衍射圖與熱重圖分別與圖1和圖2類似， 可以得到該複合薄膜中有鈉基蒙脫石晶相和高聚物無序相共存，聚合物分解溫度和含量與 所加鈉基蒙脫石的比例是一致的。對上述複合薄膜進行水蒸氣透過率測試，得到類似實施例1的測試結果，表明該 複合薄膜具有良好的透溼性能。將上述複合薄膜樣品製成空氣換熱器機芯，按照GB/T21087-2007進行熱交換性 能檢測，得到類似實施例1的測試結果，表明該複合薄膜具有良好的透熱性能。實施例10 其他條件同實施例9，所不同的是用聚乙烯取代聚氯乙烯粉製得薄膜。實施例11 其他條件同實施例9，所不同的是用聚丙烯取代聚氯乙烯粉製得薄膜。實施例12 其他條件同實施例9，所不同的是用聚乙烯醇取代聚氯乙烯粉製得薄膜。將以上實施例1 實施例12製得的複合薄膜應用於實用的空調換熱器的機芯隔 膜，達到了傳熱透溼的效果。複合薄膜在空氣換熱器中的透熱透溼示意圖如圖3所示，圖3 中上方箭頭代表進氣方向，下方箭頭代表出氣方向，中間斜線填充部分代表製備出的薄膜 材料，薄膜材料在其中的作用是在空氣交換的同時形成水分與熱量的交換，確保室內空氣 的溼度與溫度儘量不受損失，沒有交差汙染和二次汙染。如果作為紙張，用毛筆、原子筆和 鋼筆等在該複合薄膜上書寫繪畫等，如圖4所示，可得到清晰的字跡。
權利要求
1.一種透熱透溼的複合薄膜，其特徵是由高聚物、矽酸鹽和添加劑組成，所述的矽酸 鹽以晶相粉粒分散在高聚物中，形成多相固態薄膜；所述的高聚物具有可溶或可熔性，矽酸 鹽具有層狀或孔狀結構；按照質量百分比計，所述的高聚物的含量為10% 80%，矽酸鹽 的含量為10% 90%，添加劑的含量為0^-30 ^
2.根據權利要求1所述的一種透熱透溼的複合薄膜，其特徵是所述的高聚物的含量 為 20% 50%。
3.根據權利要求1或2所述的一種透熱透溼的複合薄膜，其特徵是所述的聚合物為 聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯醇、可溶性氟碳聚合物、氯化聚乙烯、聚氯乙烯和氧化聚乙烯中的一 種或幾種的混合物。
4.根據權利要求1或2所述的一種透熱透溼的複合薄膜，其特徵是所述的矽酸鹽為 沸石、高嶺土、蒙脫石和凹凸棒石中的一種或幾種的混合物。
5.根據權利要求1或2所述的一種透熱透溼的複合薄膜，其特徵是所述的添加劑包 括吸溼劑、抗菌劑、阻燃劑和抗氧化劑中的一種或幾種。
6.根據權利要求5所述的一種透熱透溼的複合薄膜，其特徵是所述的添加劑還包括 羧甲基纖維素鈉。
7.根據權利要求5所述的一種透熱透溼的複合薄膜，其特徵是所述的吸溼劑為氯化 鋰、氯化鋅、高氯酸鋰和高氯酸鋅中的一種或幾種的混合物。
8.如權利要求1所述的一種透熱透溼的複合薄膜的製備方法，其特徵是將所述的高 聚物用有機溶劑溶解或升溫軟化製成流體，然後加入適量矽酸鹽粉粒和添加劑，攪拌均勻 成懸濁液，最後將其製成薄膜。
9.根據權利要求8所述的一種透熱透溼的複合薄膜的製備方法，其特徵是所述的有 機溶劑為碳酸丙烯酯、乙二醇二甲醚、四氫呋喃、二甲基甲醯胺或二甲基乙醯胺。
10.根據權利要求8所述的一種透熱透溼的複合薄膜的製備方法，其特徵是採用流延 法、壓延法、模壓法或蒸發溶劑法將懸濁液製成薄膜。
全文摘要
本發明公開了一種透熱透溼的複合薄膜及其製備方法，該複合薄膜由高聚物、矽酸鹽和添加劑組成，矽酸鹽以晶相粉粒分散在高聚物中形成多相固態薄膜；高聚物具有可溶或可熔性，矽酸鹽具有層狀或孔狀結構；按照質量百分比計，高聚物的含量為10％～80％，矽酸鹽的含量為10％～90％，添加劑的含量為0％～30％。與現有技術相比，本發明的複合薄膜具有高傳熱透溼性、抗菌性、耐候性和阻燃性，可用於空氣換熱器、離子交換膜、海水淡化電滲析膜以及記載文字的特種功能紙張等用途。
文檔編號C08L27/12GK102061026SQ20101057654
公開日2011年5月18日 申請日期2010年11月26日 優先權日2010年11月26日
發明者劉秉鑫, 李娟 , 薛立新, 陳景 申請人:中國科學院寧波材料技術與工程研究所