CN100500429C - 净化空气及防水透气的三层复合膜、其制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新的用于建筑领域的具有净化空气及防水、透气、透湿功能的三层复合膜，其制备方法及应用。本发明通过在微孔膜中引入光催化剂/吸附剂复合物而赋予微孔膜的空气净化功能，并将其作为中间层，再将该中间层微孔膜在无粘合剂条件下与内外两层无纺布直接热压复合制成三层复合膜。本发明复合膜不但具有良好的防水和透气(湿)功能，还具有较强的空气净化功能，能够有效分解各类有害气体。本发明复合膜可用作对室内空气质量和环境要求高的生态建筑中非混凝土(如瓦片)斜式屋顶内侧的衬垫层，也可作为在露天条件下进行建筑装配作业时用的覆盖膜。
Description
技术领域
本发明涉及一种建筑材料，尤其涉及一种具有净化空气及防水透气(湿)功能的三层复合膜、其制备方法及在建筑领域中的应用，属于建筑材料领域。
背景技术
舒适和有利健康的室内环境是生态建筑的重要特征之一，室内环境包括室内空气品质(IAQ)、热环境、光环境及声环境等。对IAQ的损害来源于两个方面，其一是室内有害气体，主要来自现代居室中大量使用的合成材料和居住人员的生活活动。室内有害气体主要有硫化氢、甲醛、甲硫醇、氨气等，即便是这些气体的浓度只是数个ppm，对人体健康所产生的危害也是不可忽视的。其二是主要来自汽车尾气和工业废气的氨氧化合物及硫化物的大气污染气体，通过室内外的气体交换也会影响IAQ。随着生活水平的不断提高，人们对居室内环境，尤其是对IAQ的要求越来越高。
以微孔膜为中间层，内外两层为丙纶(或涤纶)无纺布经复合而成的膜，在建筑中可供非混凝土(如瓦片)斜式屋顶内侧衬垫之用，它可使室内环境干爽舒适。已有的以微孔膜为中间层的多层复合膜，虽然可使居室内的气候干爽，但是不具备净化室内空气以提高IAQ的功能。
在上述的多层复合膜中，通常为三层复合膜，其内外两层无纺布主要用来体现膜强度、抗紫外光及阻燃等功能，而中间层即微孔膜用于提供防水及透气(湿)功能。
目前，防水透气(湿)膜主要有两类，即微孔膜和无孔膜。
微孔膜主要包括聚烯烃拉伸膜和聚四氟乙烯拉伸膜。
无孔膜有聚氨酯膜、壳聚糖及聚乙二醇膜等，无孔膜靠高分子链上的亲水基团实现水分子的通膜迁移。由聚氨酯无孔膜经织物或无纺布复合后的复合膜，主要用于潜水服、防化服、登山服、运动服等特种服装。
聚烯烃微孔膜经复合后主要用于帐篷、卫生用品和医院工作服。微孔聚四氟乙烯拉伸膜主要用于特种服装，多层烧结拉伸聚四氟乙烯膜可用于大型体育馆穹顶。
聚烯烃微孔膜是由在合成树脂中加入无机填料，挤出机挤出流延成片后单轴(或双轴)拉伸致孔，或压延成膜后放电致孔。
CN1521201A专利公开了一种微孔膜的制备方法及用途，该方法在聚烯烃和聚酯等合成树脂中加入无机填充物、增塑剂及润滑剂，混合后挤出压延成型，用溶剂洗去增塑剂和润滑剂以实现第一步成孔，然后对第一步成孔的材料进行拉伸实现第二步致孔而获得防水透气微孔膜。该微孔膜用于服装、卫生用品和床上用品等。该专利的特点在于两步致孔且在第一步致孔需使用有机溶剂。
CN1381624A专利公开了一种中间层为聚乙烯微孔膜，内外两层为丙纶无纺布的三层复合材料的制备方法及用途，其中丙纶无纺布为已有技术，中间层聚乙烯微孔膜是通过对流延成型聚乙烯拉伸膜在半固化状态时经点纹压辊再牵伸实现致孔，在致孔的同时实现中间层与内外两层无纺布的复合，产品用于防护服。相似的专利还有CN1258305A、CN1041167A、CN1014794B、USP3903234、USP498372以及EP-A-2702026等。
USP5415924公开了一种三层复合防水透湿材料的制备方法及用途，其中间层为防水透湿的聚氨酯膜，内外两层为聚氨酯或聚酯织物，三层间的复合由热熔胶点粘实现，产品主要用于特殊服装，如潜水服、登山服和冰上运动服等。
聚四氟乙烯微孔膜是由在聚四氟乙烯塑料中加入无机填料、成型制片和拉伸致孔而成。相关的专利有CN1203610、EPA-0463106、USP4153661、USP4194040以及CN1034357C等。
在上述诸多专利中，虽然所用的合成树脂、无机填料及致孔方法有所不同，防水透气(湿)性能也有所差异，都具备一定的防水透气(湿)功能，但都不具备空气净化功能。
发明内容
本发明首先所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种具有空气净化及防水透气(湿)功能的三层复合膜。
本发明首先所要解决的技术问题是通过以下技术途径来实现的：
一种具有空气净化及防水透气(湿)功能的三层复合膜，该复合膜的中间层为微孔膜，内外两层为丙纶或涤纶无纺布，其中所述的微孔膜由以下重量份的原料制成：
合成树脂90-110重量份，无机填料110-150重量份，光催化剂/吸附剂复合物10-30重量份，偶联剂2-6重量份，润滑剂2-5重量份，阻燃剂0-8重量份；
优选的，各原料的重量份是：合成树脂100重量份、无机填料120重量份，光催化剂/吸附剂复合物15重量份，偶联剂3重量份，润滑剂3重量份，阻燃剂7重量份。
其中，所述的合成树脂优选为线性低密度聚乙烯(LLDPE)/乙烯辛烯共聚物(POE)共混树脂或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)/热塑性聚氨酯弹性体(TPU)共混树脂；其中，LLDPE与POE二者的重量配比优选为60-90：10-40，更优选为80：20；PET与TPU二者的重量配比优选为75-95：5-25，更优选为80：20。
所述的无机填料优选为短玻纤、玻璃微珠或晶须硅中的任一种，或一种以上以任意比例所组成的混合物；其中，短玻纤的直径和长度分别优选为1～20μm和100～150μm，更优选为3～10μm和100～120μm；玻璃微珠的直径优选为5～10μm；晶须硅为一维纳米材料(注：此处所谓“一维纳米材料”指直径小于100纳米，但其长度可以大于100纳米的纳米材料)，具体来说，其直径和长度分别优选为30～80nm和100～500nm，更优选为30～60nm和150～300nm。本发明中的无机填料在膜的拉伸过程中起致孔作用。
所述的光催化剂/吸附剂复合物，是吸附剂(例如活性碳纤维或活性炭等)上涂覆有光催化剂(例如纳米TiO2等)的复合物。
优选的，所述光催化剂/吸附剂复合物是通过本发明的特定复合工艺制备的：
1)按下述重量份称取各原料：
纳米TiO22-20份、活性碳纤维(ACF)或活性炭(AC)80-98份；
2)用超声分散法将纳米二氧化钛(TiO2)粉体直接分散于水中，制得团聚体尺寸小于100nm、固含量为5～8％的浆料；将ACF或AC用上述浆料浸涂3次，每次浸涂后在150～160℃和真空条件下烘3-5h(优选为4h)，由此制备得到所述的光催化剂/吸附剂复合物。
上述制备方法中，优选的，各原料的重量份为：纳米TiO25份、ACF或AC 95份；或纳米TiO210份、ACF或AC 90份。
其中所述的纳米TiO2优选直径为10～90nm的粉体，更优选直径为20～60nm的粉体，最优选直径为20～50nm的粉体；所述的ACF的直径和长度分别优选为1～10μm和100～150μm，更优选为1～5μm和100～120μm的；所述的AC优选为200～700目，更优选为500～600目。
所述的偶联剂优选为钛酸酯/乙烯基三乙氧基硅烷复合偶联剂或铝酸酯/乙烯基三甲氧基硅烷复合偶联剂，更优选是铝酸酯/乙烯基三甲氧基硅烷复合偶联剂。其中，铝酸酯(或钛酸酯)与乙烯基三甲氧基硅烷(或乙烯基三乙氧基硅烷)的重量配比优选为85-100∶5-15，更优选是90∶10。
所述的润滑剂可以为稀土硬脂酸盐与聚乙烯蜡所组成的复合润滑剂，例如，可以为硬脂酸鈰或硬脂酸镧与聚乙烯蜡所组成的复合润滑剂，优选为硬脂酸镧与聚乙烯蜡组成的复合润滑剂；其中，硬脂酸盐与聚乙烯蜡的重量配比优选为60-70∶30-40，更优选为50∶50。
所述的阻燃剂可以为三氧化二锑或氢氧化铝，优选为氢氧化铝。
本发明中所用到的原料都可从市场购买得到，其规格符合行业标准。
本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种制备上述具有空气净化及防水透气(湿)功能的三层复合膜的方法。
本发明所要解决的另一个技术问题是通过以下技术途径来实现的：
一种制备上述具有空气净化及防水透气(湿)功能的三层复合膜的方法，包括以下步骤：
1、制备中间层微孔膜：
(1)光催化剂/吸附剂复合物的制备
a、按下述重量份称取各原料：
纳米TiO22-20份、ACF或AC 80-98份；
b、用超声分散法将纳米TiO2粉体直接分散于水中，制得团聚体尺寸小于100nm、固含量为5～8％的浆料，将ACF或AC用上述浆料浸涂3次，每次浸涂后在150～160℃和真空条件下烘3-5h(优选为4h)，得到光催化剂/吸附剂复合物；
(2)微孔膜的制备
a、按下述重量份称取各原料：
合成树脂90～110重量份，无机填料110～150重量份，光催化剂/吸附剂复合物10～30重量份，偶联剂2～6重量份，润滑剂2～5重量份，阻燃剂0～8重量份；
b、将上述重量份的原料依次在高速混合机和低速混合机中混合均匀，用同向双螺杆挤出机挤出造粒，再由单螺杆挤出机经口模挤出流延成厚度为8～40μm、幅宽为1.2～2.4m的片材；将片材在60～110℃条件下经2～4级单轴拉伸装置(拉伸倍数3～8)拉伸制成幅宽1～2m，厚度为8～40μm的微孔膜；
2、复合三层复合膜
以所制备的微孔膜为中间层，丙纶或涤纶无纺布为内外两层，按照现有技术复合工艺制备成三层复合膜。
上述制备方法中，步骤1中制备光催化剂/吸附剂复合物时，其中所述的纳米TiO2优选为直径为10～90nm的粉体，更优选直径为20～60nm的粉体，最优选直径为20～50nm的粉体；所述的ACF的直径和长度分别优选为1～10μm和100～150μm，更优选为1～5μm和100～120μm的；所述的AC优选为200～700目，更优选为500～600目。
在制备微孔膜时，优选的，首先将无机填料加入到高速(900～1000转/分钟)混合机中，混合3～5min后加入复合偶联剂，混合3～5min后加入光催化剂/吸附剂复合物、润滑剂、阻燃剂和合成树脂，再混合3～5min，混合温度为100～115℃(更优选为110℃)，得混合料；将上述混合料加入到低速(60～85转/分钟)混合机中，混合10～30min，待物料冷却至30～60℃(更优选为冷却至室温)，出料；加入到同向双螺杆挤出机挤出造粒，经风冷后的粒料加入单螺杆挤出机，经口模和流延机组流延制成厚度100～150μm(较好为100～130μm)，幅宽为1.2～2.4m(较好为1.4～1.7m)的片材；将此片材在60～110℃(更优选为70～80℃)条件下经2～4级单轴拉伸装置(拉伸倍数为3～8倍，较好是4～6倍)拉伸成幅宽为1.4～2m(较好是1.5～1.6m)，厚度为8～40μm(较好是15～25μm)的微孔膜；
在复合三层复合膜时，优选的，将所制备的微孔膜不经收卷直接经冷却辊、过桥辊和预热辊进入复合机构，内外两层丙纶或涤纶无纺布经退卷、预热后从上述微孔膜向前运行方向的上下两侧同步进入复合机构，依靠复合机构中辊面具有均布突起构造的热压辊和衬辊，在无粘合剂情况下热压复合成中间层为微孔膜和内外两层为无纺布的三层复合膜；其中热合温度为130～180℃，更优选为145～155℃。
本发明通过在微孔膜中引入光催化剂/吸附剂复合物而赋予微孔膜的空气净化功能，即微孔膜中的光催化剂/吸附剂复合物同时具备吸附、分解有害气体和吸附剂原位活化再生功能，再将所制备的中间层微孔膜在无粘合剂条件下与内外两层无纺布直接热压复合成三层复合膜。本发明复合膜不但具有防水和透气(湿)功能，还具有较强的空气净化功能。
本发明将纳米二氧化钛(TiO2)负载于活性碳纤维(ACF)或活性炭(AC)上制备成本发明所述的光催化剂/吸附剂复合物。ACF的孔分布基本上呈单分散态，主要由小于2nm的微孔组成，具有高比表面积，吸附容量大和吸附速度快的特点。ACF除在膜拉伸过程中起致孔作用外，更重要的作用是在微孔膜制备完成后可吸附室内有害气体。纳米TiO2的光催化活性高，光催化过程中的光致空穴具有极强的氧化能力，可分解多达80多种有害有机化合物。纳米TiO2可在弱光源(室内光线、日光灯)条件下光催化分解吸附在ACF上的有害有机化合物成为二氧化碳和水，在光催化分解吸附在ACF上的有害有机物的同时完成ACF的原位活化再生，从而提供净化室内空气的持久功能。
本发明三层复合膜不仅具有良好的防水透气(湿)功能，还具有较强的净化空气功能。检测表明，本发明三层复合膜的透气量可达0.09～0.35cm3/cm2.s，透湿量高达2400～4800g/m2.24h，静水压为2000～2300mm H2O，纵向抗拉为220～280N/5cm，横向抗拉为160～190N/5cm，表示阻燃性能的氧指数可达30～34。对各种有害气体的净化率如下：甲苯净化率为90.8～94.5％，硫化氢净化率91.8～96％，氨气净化率90～92.5％，甲醛净化率92.1～96.5％；三氯乙烯净化率88.5～90.5％，一氧化碳净化率52.4～56％。
本发明三层复合膜可用于生态建筑中非混凝土(如瓦片)斜式屋顶内侧的衬垫层，也可作为在露天条件下进行建筑装配作业时用的覆盖膜。
具体实施方式
以下通过实施例来进一步描述本发明，应该理解的是，这些实施例仅用于例证的目的，决不限制本发明的范围。
实施例1
1、光催化剂/吸附剂复合物的制备
a、按下述重量份称取各原料：
纳米TiO25份、ACF95份；
b、用超声分散法将纳米TiO2(直径为20～60nm)粉体直接分散于水中，制得团聚体尺寸小于100nm的固含量为6％的浆料，将ACF(直径和长度分别为1～10μm和100～150μm)用上述浆料浸涂3次，每次浸涂后在150～160℃和真空条件下烘4h，得到光催化剂/吸附剂复合物；
2、将表1所列的无机填料加入到混合机组的高速混合机(张家港市五合机械有限公司，WH-SRL-Z200/500高速/低速混合机组)中，混合3min后加入表1所列的复合偶联剂，混合3min后，依次加入所光催化剂/吸附剂复合物、润滑剂、阻燃剂和合成树脂(按照表1的重量份加入)，混合4min，混合温度控制在110℃。高速混合结束后，上述混合料进入混合机组的低速混合机(张家港市五合机械有限公司，WH-SRL-Z200/500高速/低速混合机组)，混合20min，待物料冷却至40℃，出料，将此已冷却的混合料加入到同向双螺杆挤出机(南京科倍隆·科亚机械有限公司，CTE-65)于100～180℃塑化挤出造粒，经风冷至室温的粒料用单螺杆挤出机(武汉现代塑料机械模具有限公司，螺杆直径120mm，长径比L/D＝33∶1)和口模，在100～200℃塑化挤出，经流延机组(武汉现代塑料机械模具有限公司)流延冷却制成厚度为100μm，幅宽为1.6m的片材，将此片材在75±2℃条件下经2级单轴拉伸装置(武汉现代塑料机械模具有限公司，拉伸倍数调至为5倍)拉伸制成幅宽为1.5m，厚度为25μm的微孔膜。
3、将所制备的微孔膜不经收卷直接经冷却辊、过桥辊和预热辊进入复合机构(武汉现代塑料机械模具有限公司)，按表1所列的无纺布类型作为内外两层无纺布，经退卷、预热后从上述微孔膜向前运行方向的上下两侧同步进入复合机构，依靠复合机构中辊面具有均布突起构造的热压辊和衬辊，在无粘合剂情况下于155℃热压复合成中间层为微孔膜和内外两层为无纺布的三层复合膜。按下面试验例1的方法进行检测，经检测该三层复合膜的性能指标示于表2。
实施例2
1、光催化剂/吸附剂复合物的制备
a、按下述重量份称取各原料：
纳米TiO25份、AC 95份；
b、用超声分散法将纳米TiO2(直径为50nm以下)粉体直接分散于水中，制得团聚体尺寸小于100nm的固含量为8％的浆料，将600目的AC用上述浆料浸涂3次，每次浸涂后在150～160℃和真空条件下烘4h，得到光催化剂/吸附剂复合物；
2、将表1所列的各组分按实施例1同样方法和条件进行高速混合、低速混合和双螺杆挤出机塑化挤出造粒后，经单螺杆挤出机塑化挤出流延制成厚度为120μm，幅宽为1.6m的片材，将此片材在80±2℃条件下经2级单轴拉伸装置(拉伸倍数4倍)拉伸制成幅宽为1.5m，厚度为30μm的微孔膜；
3、将此微孔膜不经收卷直接经冷却辊、过桥辊和预热辊进入复合机构，按表1所列的无纺布类型，内外两层无纺布，经退卷、预热后从上述微孔膜向前运行方向的上下两侧同步进入复合机构，依靠复合机构中辊面具有均布突起构造的热压辊和衬辊，在无粘合剂情况下于160℃热压复合成中间层为微孔膜和内外两层为无纺布的三层复合膜。性能指标测试方法和标准见试验例1。性能指标示于表2。
实施例3
1、光催化剂/吸附剂复合物的制备
a、按下述重量份称取各原料：
纳米TiO2 10份、ACF 90份；
b、用超声分散法将纳米TiO2(直径为20～60nm)粉体直接分散于水中，制得团聚体尺寸小于100nm的固含量为5％的浆料，将ACF(直径和长度分别为5μm以下和100～120μm)用上述浆料浸涂3次，每次浸涂后在150～160℃和真空条件下烘4h，得到光催化剂/吸附剂复合物；
2、将表1所列的各组分按实施例1同样方法和条件进行高速混合、低速混合和双螺杆挤出机塑化挤出造粒后，经单螺杆挤出机塑化挤出流延制成厚度为140μm，幅宽为1.6m的片材，将此片材在70±2℃条件下经2级单轴拉伸装置(拉伸倍数6倍)拉伸制成幅宽为1.5m，厚度为35μm的具有空气净化功能及防水透气(湿)的微孔膜。
3、将此微孔膜不经收卷直接经冷却辊、过桥辊和预热辊进入复合机构，按表1所列的无纺布类型，内外两层无纺布，经退卷、预热后从上述微孔膜向前运行方向的上下两侧同步进入复合机构，依靠复合机构中辊面具有均布突起构造的热压辊和衬辊，在无粘合剂情况下于150℃热压复合成中间层为微孔膜和内外两层为无纺布的具有空气净化及防水透气(湿)功能和合适强度的三层复合膜。性能指标测试方法和标准见试验例1。性能指标示于表2。
实施例4
1、光催化剂/吸附剂复合物的制备
a、按下述重量份称取各原料：
纳米TiO27份、AC 93份；
b、用超声分散法将(直径为20～60nm)纳米TiO2粉体直接分散于水中，制得团聚体尺寸小于100nm的固含量为7％的浆料，将700目的AC用上述浆料浸涂3次，每次浸涂后在150～160℃和真空条件下烘4h，得到光催化剂/吸附剂复合物；
2、将表1所列的各组分按实施例1同样方法和条件进行高速混合、低速混合和双螺杆挤出机塑化挤出造粒后，经单螺杆挤出机塑化挤出流延制成厚度为150μm，幅宽为1.6m的片材，将此片材在85±2℃条件下经2级单轴拉伸装置(拉伸倍数7倍)拉伸制成幅宽为1.5m，厚度为35μm的具有空气净化功能及防水透气(湿)的微孔膜。
3、将此微孔膜不经收卷直接经冷却辊、过桥辊和预热辊进入复合机构，按表1所列的无纺布类型，内外两层无纺布，经退卷、预热后从上述微孔膜向前运行方向的上下两侧同步进入复合机构，依靠复合机构中辊面具有均布突起构造的热压辊和衬辊，在无粘合剂情况下于150℃热压复合成中间层为微孔膜和内外两层为无纺布的三层复合膜。性能指标测试方法见试验例1。性能指标示于表2。
实施例5
1、光催化剂/吸附剂复合物的制备
a、按下述重量份称取各原料：
纳米TiO210份、ACF 90份；
b、用超声分散法将纳米TiO2(直径为20～60nm)粉体直接分散于水中，制得团聚体尺寸小于100nm的固含量为6％的浆料，将ACF(直径和长度分别为5μm以下和100～120μm)用上述浆料浸涂3次，每次浸涂后在150～160℃和真空条件下烘4h，得到光催化剂/吸附剂复合物；
2、将表1所列的各组分按实施例1同样方法和条件进行高速混合、低速混合和双螺杆挤出机塑化挤出造粒后，经单螺杆挤出机塑化挤出流延制成厚度为150μm，幅宽为1.6m的片材，将此片材在80±2℃条件下经2级单轴拉伸装置(拉伸倍数8倍)拉伸制成幅宽为1.5m，厚度为30μm的具有空气净化功能及防水透气(湿)的微孔膜。
3、将此微孔膜不经收卷直接经冷却辊、过桥辊和预热辊进入复合机构，按表1所列的无纺布类型，内外两层无纺布，经退卷、预热后从上述微孔膜向前运行方向的上下两侧同步进入复合机构，依靠复合机构中辊面具有均布突起构造的热压辊和衬辊，在无粘合剂情况下于150℃热压复合成中间层为微孔膜和内外两层为无纺布的具有空气净化及防水透气(湿)功能和合适强度的三层复合膜。性能指标示于表2。
表1
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | |
| 合成树脂 | — | — | — | — | — |
| 聚对苯二甲酸乙二醇酯 | 90 | — | 80 | — | — |
| 热塑性聚氨酯弹性体 | 10 | — | 20 | — | — |
| 线性低密度聚乙烯 | — | 80 | — | 85 | 70 |
| 乙烯辛烯共聚物 | — | 10 | — | 15 | 40 |
| 无机填料 | — | — | — | — | — |
| 短玻纤 | 110 | — | — | — | 60 |
| 玻璃微珠 | — | — | — | 60 | — |
| 晶须硅 | — | 120 | 120 | 70 | 90 |
| 光催化剂/吸附剂复合物 | — | — | — | — | — |
| 纳米Tio2/ACF | 10 | — | 20 | — | 15 |
| Tio2/ACF配比 | 5/95 | — | 10/90 | — | 10/90 |
| 纳米Tio2/AC | — | 15 | — | 30 | — |
| Tio2/AC配比 | — | 5/95 | — | 7/93 | — |
| 偶联剂 | — | — | — | — | — |
| 铝酸酯 | 1.7 | — | 2.5 | 4.55 | 4 |
| 钛酸酯 | — | 3.5 | — | — | — |
| 乙烯基三乙氧基硅烷 | — | 0.5 | 0.5 | — | — |
| 乙烯基三甲氧基硅烷 | 0.3 | — | — | 0.45 | 2 |
| 润滑剂 | — | — | — | — | — |
| 硬脂酸镧 | 1 | — | 1.5 | — | 2.5 |
| 硬脂酸铈 | — | 2.5 | — | 2 | — |
| 聚乙烯蜡 | 1 | 1.5 | 1.5 | 1 | 2.5 |
| 阻燃剂 | — | — | — | — | — |
| 氢氧化铝 | 8 | — | — | — | 4 |
| 三氧化二锑 | — | — | 7 | — | — |
| 无纺布 | — | — | — | — | — |
| 阻燃丙纶无纺布(R-PPF) | R-PPF | — | — | — | — |
| 丙纶无纺布(N-PPF) | — | N-PPF | — | — | — |
| 阻燃涤纶无纺布(R-PETF) | — | — | R-PETF | — | R-PETF |
| 涤纶无纺布(N-PETF) | — | — | — | N-PETF | — |
注：表1中数据为用量，以重量份计。
试验例1 本发明复合膜的性能测试
一、本实施例所制备的复合膜的透气量、透湿量、耐静水压、纵向抗拉及横向抗拉性能指标按照国家标准测试：透气量用国产Y-561型两箱式低压透气量试验仪测定(GB/T 5453-1997纺织织物透气量试验)；透湿量用干燥剂正杯法测定(GB/T12704-91纺织织物透湿量测试方法干燥剂法)；耐静水压用YG-812型水压仪测定(GB/T 4744-1991，抗渗水性测定静水压试验)；纵向抗拉及横向抗拉性能按照GB/T 4757-1997(纺织织物抗拉强度试验)测定；阻燃氧指数用氧指数仪(南京市江宁区分析仪器厂，HC-2氧指数测定仪)测定(GB/T 5454-85氧指数试验方法)。
测定结果见表2。
二、本发明复合膜催化分解有害气体的试验
本实施例所制备的复合膜催化分解空气中有害气体如甲苯、硫化氢、氨气、甲醛、三氯乙烯和一氧化碳的性能评价方法如下：
本发明设计了一光催化净化器。该光催化净化器为圆筒型中空容器，钢制，内径0.564m，高0.4m，壁厚5mm，有效容积0.1m3，内壁经氟树脂涂料防腐处理。净化器的上盖有一个面积约0.2m2圆型开孔，此开孔外沿具有卡环，用于以复合膜封闭上述开孔时的固定。在净化器内的底部装有一个微型风扇，用于净化器内模拟有害气体的混合。在净化器的外侧壁上(离底部高度5cm处)装有一个氮气进气阀，供试验前以氮气排空净化器内残留有害气体用。在净化器的外侧壁上(离底部高度20cm处)装有一个用硅橡胶密封的气体进样口，供以微量注射器注入模拟有害气体之用。净化器内装有一盏特征波长为254nm，功率为6W的紫外灯。用本发明的复合膜盖于净化器上盖上的开孔并卡紧固定，用微量注射器向净化器内定量注入模拟有害气体，开启净化器内的微型风扇，2min后关闭微型风扇。开启紫外灯并计时，每隔30min取样分析，当净化器内的残留有害气体浓度不再下降，即达到浓度平衡时结束测试(一般需要10h)。该次测试结束后，用高纯氮将净化器内残留的微量有害气体排净，再用上一次刚测试过的复合膜将净化器封闭，定量注入模拟有害气体，开启紫外灯，按前述的时间间隔取样分析。为考核本发明的复合膜的光催化分解有害气体和吸附剂原位活化再生性能，对一个复合膜样品，上述模拟净化的测试次数不少于50次。测试表明，本发明一个复合膜样品经50次模拟净化测试后，其光催化分解有害气体的性能损失小于千分之二。表2中所示的有害气体净化率为模拟净化10h的结果。本发明所述的有害气体的分析方法，参考下列文献实施(空气和废气监测分析方法，中国环境科学出版社，1986；环境监测标准分析方法，中国环境科学出版社，1992)。
表2
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | |
| 透气量(cm<sup>3</sup>/cm<sup>2</sup>.s) | 0.2 | 0.3 | 0.35 | 0.25 | 0.18 |
| 透湿量(g/m<sup>2</sup>24h) | 3800 | 2400 | 4400 | 3500 | 4800 |
| 耐静水压(mmH<sub>2</sub>o) | 2100 | 2050 | 2300 | 2080 | 2000 |
| 纵向抗拉(N/5cm) | 240 | 220 | 280 | 250 | 225 |
| 横向抗拉(N/5cm) | 160 | 170 | 190 | 180 | 165 |
| 阻燃氧指数(—) | 34 | — | 32 | — | 30 |
| 甲苯净化率(％) | 92 | 90.8 | 94.5 | 92.5 | 93.1 |
| 硫化氢净化率(％) | 91.8 | 93.2 | 96 | 91.8 | 93.8 |
| 氨气净化率(％) | 89.1 | 90 | 92.5 | 89.3 | 90.5 |
| 甲醛净化率(％) | 92.1 | 92.4 | 96.5 | 92.1 | 94.2 |
| 三氯乙烯净化率(％) | 87.2 | 88.2 | 90.5 | 88.5 | 89.2 |
| 一氧化碳净化率(％) | 54.8 | 53.6 | 56 | 52.4 | 55.3 |
比较例1
将表1中实施例4所列组分，除光催化剂/吸附剂复合物用量为零外的各组分，按实施例1同样方法和条件进行高速混合、低速混合和双螺杆挤出机塑化挤出造粒后，经单螺杆挤出机塑化挤出流延制成140μm，幅宽为1.6m的片材，将此片材在70±2℃条件下经2级单轴拉伸装置(拉伸倍数6倍)拉伸制成幅宽为1.5m，厚度为35μm的具有防水透气(湿)的微孔膜。将此微孔膜不经收卷直接经冷却辊、过桥辊和预热辊进入复合机构，按表1所列的无纺布类型，内外两层无纺布，经退卷、预热后从上述微孔膜向前运行方向的上下两侧同步进入复合机构，依靠复合机构中辊面具有均布突起构造的热压辊和衬辊，在无粘合剂情况下于150℃热压复合成中间层为微孔膜和内外两层为无纺布的具有防水透气(湿)功能和合适强度的三层复合膜，作为对照样品。
按试验例1所述测试方法和标准，测试该复合膜的各项性能指标。性能指标示于表3。从表3可知，当微孔膜中不含光催化剂/吸附剂复合物时，基本上不具备空气净化能力，少量有害气体的去除是靠微孔膜的透气功能实现的。
比较例2
本例中，取表1中实施例4所列的光催化剂/吸附剂复合物，但其纳米TiO2/ACF仍为20份(重量)，但TiO2/AC的配比为0/100，即该复合物中不含光催化剂—纳米TiO2，而只含ACF。将表1中实施例4所列其余各组分与上述20份(重量)ACF，按实施例1同样方法和条件进行高速混合、低速混合和双螺杆挤出机塑化挤出造粒后，经单螺杆挤出机塑化挤出流延制成140μm，幅宽为1.6m的片材，将此片材在70±2℃条件下经2级单轴拉伸装置(拉伸倍数6倍)拉伸制成幅宽为1.5m，厚度为35μm的具有防水透气(湿)的微孔膜。将此微孔膜不经收卷直接经冷却辊、过桥辊和预热辊进入复合机构，按表1所列的无纺布类型，内外两层无纺布，经退卷、预热后从上述微孔膜向前运行方向的上下两侧同步进入复合机构，依靠复合机构中辊面具有均布突起构造的热压辊和衬辊，在无粘合剂情况下于150℃热压复合成中间层为微孔膜和内外两层为无纺布的具有防水透气(湿)功能和合适强度的三层复合膜，作为对照样品。按试验例1所述测试方法和标准测试该复合膜的各项性能指标。性能指标示于表3。
从表3可知，微孔膜中不含光催化剂时，只具备较低的空气净化能力，少部分有害气体的去除是靠微孔膜中的吸附剂ACF的吸附脱附作用和微孔膜的透气功能实现的。
表3
| 实施例3 | 比较例1 | 比较例2 | |
| 透气量(cm<sup>3</sup>/cm<sup>2</sup>.s) | 0.35 | 0.21 | 0.23 |
| 透湿量(g/m<sup>2</sup>24h) | 4400 | 3400 | 3460 |
| 耐静水压(mmH<sub>2</sub>o) | 2300 | 2090 | 2085 |
| 纵向抗拉(N/5cm) | 280 | 260 | 240 |
| 横向抗拉(N/5cm) | 190 | 185 | 170 |
| 阻燃氧指数(—) | 32 | — | — |
| 甲苯净化率(％) | 94.5 | 2.3 | 10.3 |
| 硫化氢净化率(％) | 96 | 1.9 | 8.9 |
| 氨气净化率(％) | 92.5 | 2.3 | 8.3 |
| 甲醛净化率(％) | 96.5 | 4.5 | 9.5 |
| 三氯乙烯净化率(％) | 90.5 | 1.8 | 8.8 |
| 一氧化碳净化率(％) | 56 | 1.4 | 6.4 |
Claims (13)
1.一种能够净化空气及具有防水、透气或透湿功能的三层复合膜，该三层复合膜的中间层为微孔膜，内外两层为丙纶或涤纶无纺布，其特征在于：所述的微孔膜由以下重量份的原料制成：
合成树脂90～110重量份，无机填料110～150重量份，光催化剂和吸附剂的复合物10～30重量份，偶联剂2～6重量份，润滑剂2～5重量份和阻燃剂0～8重量份；
2.按照权利要求1的三层复合膜，其特征在于：所述的微孔膜由以下重量份的原料制成：
合成树脂100重量份、无机填料120重量份，光催化剂和吸附剂的复合物15重量份，偶联剂3重量份，润滑剂3重量份，阻燃剂7重量份。
3.按照权利要求1或2的三层复合膜，其特征在于：所述的光催化剂和吸附剂的复合物是吸附剂活性碳纤维或活性炭上涂覆有光催化剂纳米TiO2的复合物。
4.按照权利要求3的三层复合膜，其特征在于：所述纳米二氧化钛的直径为20～60nm；所述活性碳纤维的直径和长度分别为1～10μm和100～150μm；所述活性炭大小为200～700目。
5.按照权利要求3的三层复合膜，其特征在于：所述光催化剂和吸附剂的复合物是由如下复合工艺制备而成：
(1)按下述重量份称取各原料：纳米二氧化钛2～20份、活性碳纤维或活性炭80～98份；
(2)用超声分散法将纳米二氧化钛粉体直接分散于水中，制得团聚体尺寸小于100nm、固含量为5～8％的浆料；将活性碳纤维或活性炭用上述浆料浸涂3次，每次浸涂后在150～160℃和真空条件下烘3～5h，得到所述的光催化剂和吸附剂的复合物。
6.按照权利要求1或2的三层复合膜，其特征在于：所述的合成树脂选自线性低密度聚乙烯与乙烯辛烯共聚物所组成的共混树脂或聚对苯二甲酸乙二醇酯与热塑性聚氨酯弹性体所组成的共混树脂；其中，线性低密度聚乙烯与乙烯辛烯共聚物二者的重量配比为60～90：10～40；聚对苯二甲酸乙二醇酯与热塑性聚氨酯弹性体二者的重量配比为75～95：5～25。
7.按照权利要求1或2的三层复合膜，其特征在于：所述的无机填料选自短玻纤、玻璃微珠或晶须硅中的任一种或一种以上以任意比例所组成的混合物；其中，短玻纤的直径和长度分别为1～20μm和100～150μm；玻璃微珠的直径为5～10μm；晶须硅的直径和长度分别为30～80nm和100～500nm。
8.按照权利要求7的三层复合膜，其特征在于：短玻纤的直径和长度分别为3～10μm和100～120μm；晶须硅的直径和长度分别为30～60nm和150～300nm。
9.按照权利要求1或2的三层复合膜，其特征在于：所述的偶联剂选自钛酸酯与乙烯基三乙氧基硅烷按照85-100∶5-15的重量配比所组成的复合偶联剂，或铝酸酯与乙烯基三甲氧基硅烷按该比例所组成的复合偶联剂；所述的润滑剂为硬脂酸铈或硬脂酸镧与聚乙烯蜡按照60-70∶30-40的重量配比所组成的复合润滑剂；所述的阻燃剂选自三氧化二锑或氢氧化铝。
10.一种制备权利要求1或2的三层复合膜的方法，包括以下步骤：
(1)光催化剂和吸附剂的复合物的制备
a、按下述重量份称取各原料：纳米二氧化钛2～20份、活性碳纤维或活性炭80～98份；
b、用超声分散法将纳米二氧化钛粉体直接分散于水中，制得团聚体尺寸小于100nm、固含量为5～8％的浆料；将活性碳纤维或活性炭用上述浆料浸涂3次，每次浸涂后在150～160℃和真空条件下烘3～5h，得到所述的光催化剂和吸附剂的复合物；
(2)微孔膜的制备
a、按下述重量份称取各原料：
合成树脂90～110重量份，无机填料110～150重量份，光催化剂和吸附剂的复合物10～30重量份，偶联剂2～6重量份，润滑剂2～5重量份，阻燃剂0～8重量份；
b、将上述重量份的原料先后在高速混合机和低速混合机中混合均匀，后挤出造粒，再由单螺杆挤出机经口模挤出流延成厚度为100～150μm、幅宽为1.2～2.4m的片材；将片材在60～110℃条件下拉伸制成幅宽1～2m，厚度为8～40μm的微孔膜；
(3)复合三层复合膜
以所制备的微孔膜作为中间层，丙纶或涤纶无纺布为内外两层，按照现有技术复合工艺制备成三层复合膜。
11.按照权利要求10的方法，其特征在于：步骤(2)所述微孔膜的制备方法如下：
首先将无机填料加入到转速为900-1000转/分钟的高速混合机中，混合3～5min后加入复合偶联剂，混合3～5min后加入光催化剂/吸附剂复合物、润滑剂、阻燃剂和合成树脂，再混合3～5min，混合温度为100～115℃，得混合料；将上述混合料加入到转速为60-85转/分钟的低速混合机中，混合10～30min，待物料冷却至30～60℃，出料，加入到同向双螺杆挤出机挤出造粒，经风冷后的粒料加入单螺杆挤出机，经口模和流延机组流延制成厚度100～130μm，幅宽为1.4～1.7m的片材；将此片材在70～80℃条件下经拉伸级数为2～4级和拉伸倍数为3～8的单轴拉伸装置拉伸成幅宽为1.5～1.6m，厚度为15～20μm的微孔膜。
12.按照权利要求10的方法，其特征在于：步骤(3)所述三层复合膜的复合制备方法如下：将所制备的微孔膜不经收卷直接经冷却辊、过桥辊和预热辊进入复合机构，内外两层丙纶或涤纶无纺布经退卷、预热后从上述微孔膜向前运行方向的上下两侧同步进入复合机构，依靠复合机构中辊面具有均布突起构造的热压辊和衬辊，在无粘合剂，温度为130～180℃的条件下热压复合成中间层为微孔膜、内外两层为丙纶或涤纶无纺布的三层复合膜。
13.权利要求1或2的三层复合膜在建筑领域中的应用，包括：将所述的三层复合膜用于建筑中非混凝土斜式屋顶内侧的衬垫层；或在露天条件下将所述的三层复合膜用于建筑装配作业时用的覆盖膜。
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