CN102061026B

CN102061026B - 一种复合快离子导电薄膜作为透热透湿的复合薄膜的应用

Info

Publication number: CN102061026B
Application number: CN 201010576547
Authority: CN
Inventors: 薛立新; 陈景; 刘秉鑫; 李娟�
Original assignee: Ningbo Institute of Material Technology and Engineering of CAS
Current assignee: Ningbo Institute of Material Technology and Engineering of CAS
Priority date: 2010-11-26
Filing date: 2010-11-26
Publication date: 2013-04-24
Anticipated expiration: 2030-11-26
Also published as: CN102061026A

Abstract

本发明公开了公开号为CN1034212A的中国专利提出的一种复合快离子导电薄膜具有透热透湿性能，能够作为透热透湿的复合薄膜而应用。该复合快离子导电薄膜由高聚物、硅酸盐和添加剂组成，硅酸盐以晶相粉粒分散在高聚物中形成多相固态薄膜；高聚物具有可溶或可熔性，硅酸盐具有层状或孔状结构；按照质量百分比计，高聚物的含量为10%～80%，硅酸盐的含量为10%～90%，添加剂的含量为0%～30%。与现有的透热透湿的复合薄膜相比，该复合快离子导电薄膜成本低、工艺简单、透热透湿效果良好，在空气换热器等领域具有良好的应用前景。

Description

一种复合快离子导电薄膜作为透热透湿的复合薄膜的应用

技术领域

本发明涉及高分子薄膜技术领域，尤其涉及一种透热透湿的复合薄膜及其制备方法，应用于空气换热器、离子交换膜、海水淡化电渗析膜以及记载文字的特种功能纸张等用途。

背景技术

随着生活水平的提高，人们的生活空间越来越受到现代文明的影响，例如，很多建筑物安装了空调，室内长期密闭不通风。室内长时间密闭不通风会使空气变得污浊，因此需要不断与室外进行空气交换，将室外的新鲜空气引进室内。在空气交换过程中存在冷空气或热空气的能量损失，尽可能减少能量损失对节能和环保具有重要的意义。

目前，国内一般使用空气换热器进行室内外空气的能量交换，有些空气换热器能够同时对进入室内的空气与从室内排出的空气进行能量和湿度的交换，从而调整进入室内的空气的温度和湿度接近室内的温度和湿度。热交换元件是空气换热器的关键部件，目前的空气换热器中的热交换元件一般由铝制材料制成，存在两侧气流之间热量传递效率较低、无湿度交换能力，以及设备造价偏高、外形偏笨重的缺点。

目前，国外一般使用采用纸芯的空气换热器进行室内外能量和湿度的交换。最近几年我国也在逐渐开发此类空气换热器，但是大部分高档纸芯仍然需要依赖日本等国进口，这大大增加了产品的成本，降低了产品的市场竞争力。另外，使用纸芯在抗菌、耐候、阻燃性能和吸湿性控制上存在很多不足，产品的性能稳定和使用寿命也难以控制，同时，在生产和使用过程中纸张容易打滑，不易加工与使用。

公开号为CN1034212A的中国专利提出了一种复合快离子导电薄膜，由高分子聚合物粘合硅酸盐，并视需要加入添加剂，制成多相的复合快离子导电薄膜。该薄膜结构特征是含有高聚物无序相和硅酸盐晶相。该高聚物是指具有溶（熔）性高聚物。硅酸盐系指具有层状，适于离子传导型的硅酸盐混（化）合物。硅酸盐以晶相粉粒分散在高聚物粘合剂中。在薄膜成品中，高分子聚合物含量为10%～80%，硅酸盐的含量为10%～85%，添加剂的含量为0%～30%。在该专利文献中，仅仅公开了该复合快离子导电薄膜在常温下具有较高的例子电导率，并具有柔韧性，可卷折，适于做成薄膜电池，尤其适用于制作高比能量卷式固态电池的电解质；此外，还公开了该薄膜可作为离子交换膜，海水淡化电渗析膜，若添加适量电子导电剂（如石墨等），亦可做成离子、电子混合导体，若适当调节组份还可制作特种功能纸张，用于文字记载等多种功能。而并没有公开该复合快离子导电薄膜的透热透湿性能，也没有公开该复合快离子导电薄膜作为透热透湿复合薄膜用于空气换热器机芯的用途。

发明内容

本发明人经过深入研究探索之后发现，上述公开号为CN1034212A的中国专利所提出的复合快离子导电薄膜还具有良好的透热透湿性能，能够作为透热透湿的复合薄膜应用，例如，作为空气换热器机芯而应用在空气换热器领域中。

本发明的技术方案为：一种复合快离子导电薄膜作为透热透湿的复合薄膜的应用，该复合快离子导电薄膜由高聚物、硅酸盐和添加剂组成，所述的硅酸盐以晶相粉粒分散在高聚物中，形成多相固态薄膜；所述的高聚物具有可溶性或可熔性，硅酸盐具有层状或孔状结构；按照质量百分比计，所述的高聚物的含量为10%～80%，硅酸盐的含量为10%～90%，添加剂的含量为0%～30%。

作为优选，所述的高聚物的含量为20%～50%。

作为优选，所述的聚合物为聚乙烯、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热塑性的高聚物中的一种或几种的混合物。

作为优选，所述的硅酸盐为有蒙脱石、沸石、高岭土、凹凸棒、天然含伴生相的矿物或经人工处理的硅酸盐的混合物或化合物。

作为优选，所述的添加剂包括吸湿剂、抗菌剂、阻燃剂和抗氧化剂中的一种或几种。其中，吸湿剂优选为氯化锂、氯化锌、高氯酸锂和高氯酸锌中的一种或几种的混合物。为了提高对二氧化碳的阻隔，所述的添加剂还包括羧甲基纤维素钠。

本发明中，透热透湿的复合固体薄膜的制备方法是：将所述的高聚物用有机溶剂溶解或升温软化制成流体，然后加入适量硅酸盐粉粒和添加剂，搅拌均匀成悬浊液，最后采用流延法、压延法、模压法或蒸发溶剂法等方法将该悬浊液制成薄膜。

上述制备方法中，所述的有机溶剂为碳酸丙烯酯、乙二醇二甲醚、四氢呋喃、二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺。

与现有的透热透湿薄膜技术相比，本发明采用中国专利CN1034212A中公开的复合快离子导电薄膜作为透热透湿薄膜而应用，该复合快离子导电薄膜是采用具有溶性或熔性的高聚物作为有机粘合剂粘合具有层状或孔状结构硅酸盐，并根据使用需要加入适当添加剂而制成多相的复合薄膜，该复合薄膜的结构特征是含有高聚物无序相和硅酸盐晶相。当复合快离子导电薄膜作为透热透湿薄膜而应用在空气换热器中时，与目前在空气换热器中所使用的纤维素基纸芯相比，具有如下优点：

(1) 由于使用了具有高导热性和很大吸附表面的层状或孔状的硅酸盐，薄膜的传热透湿性能高；

(2) 通过控制有机粘合剂的成分和用量，能够有效控制薄膜的吸湿透湿性能；

(3) 由于使用了抗菌剂、抗氧化剂和阻燃剂等添加剂，薄膜的抗菌、耐候和阻燃等性能有很大的提高。

(4) 通过调控有机粘合剂、硅酸盐、添加剂的成分和用量，可以有效控制薄膜的加工工艺、力学性能和成本。

另外，本发明的复合快离子导电薄膜由于采用非金属的高分子薄膜材料，材料价格及使用量明显低于金属材料，能够大幅度降低产品造价；以该复合快离子导电薄膜作为热交换材料的空气换热器的制造工艺比以金属材料作为热交换材料的空气换热器的制造工艺简单得多，也有利于降低空气换热器的造价。

附图说明

图1是实施例1中得到的复合薄膜的X射线衍射图；

图2是实施例1中得到的复合薄膜的热重图；

图3是本发明的复合薄膜在空气换热器中的透热透湿示意图；

图4 是用钢笔在本发明的复合薄膜上书写后的清晰笔迹。

具体实施方式

实施例1：

透热透湿的复合薄膜，由聚氯乙烯和钠基蒙脱石组成，其中钠基蒙脱石以晶相粉粒分散在聚氯乙烯中，形成多相固态薄膜；聚氯乙烯和钠基蒙脱石的质量比为3:7。

上述复合薄膜的制备方法为：取工业用聚氯乙烯粉3g溶于150mL四氢呋喃有机溶剂中，所得澄清液中加入钠基蒙脱石，聚氯乙烯粉与钠基蒙脱石的质量比为3:7；超声振荡20分钟制成悬浊液，在玻璃板上流延、晾干成自悬挂式薄膜；在40℃鼓风干燥箱内保持半小时后揭下薄膜，膜厚为20μm～100μm，膜质软，任意角度卷折不开裂。在大气气氛下存放2天后，其外观无明显变化。

图1是实施例1制备得到的复合薄膜的X射线衍射图，可见该复合薄膜中有钠基蒙脱石晶相和高聚物无序相共存，在显微镜下可观察钠基蒙脱石粉料在高聚物中的相貌。图2是实施例1中制成的复合薄膜的热重图，从图中看到的聚合物分解温度和含量与所加钠基蒙脱石的比例是一致的。

对上述复合薄膜进行水蒸气透过率测试，在测试温度为38℃，透过面湿度为90%的测试条件下，得到每天每平方米薄膜的水蒸气透过为796.8克，即透湿效果为796.8 g/m²/day。

将上述复合薄膜样品制成空气换热器机芯，按照GB/T21087-2007进行热交换性能检测，得到温度效率为48.5%，焓效率为47.5%。

实施例2：

透热透湿的复合薄膜，由聚氯乙烯和钠基蒙脱石组成，其中钠基蒙脱石以晶相粉粒分散在聚氯乙烯中，形成多相固态薄膜；聚氯乙烯和钠基蒙脱石的质量比为4:6。

上述复合薄膜的制备方法为：取工业用聚氯乙烯粉4g溶于150mL四氢呋喃有机溶剂中，所得澄清液中加入钠基蒙脱石，聚氯乙烯粉与钠基蒙脱石的质量比为4:6；超声振荡20分钟制成悬浊液，在玻璃板上流延、晾干成自悬挂式膜；在40℃鼓风干燥箱内保持半小时后揭下薄膜，膜厚为20μm～100μm，膜质软，任意角度卷折不开裂。在大气气氛下存放2天后，其外观无明显变化。

实施例2制备得到的复合薄膜的X-射线衍射图与热重图分别与图1和图2类似，可以得到该复合薄膜中有钠基蒙脱石晶相和高聚物无序相共存，聚合物分解温度和含量与所加钠基蒙脱石的比例是一致的。

对上述复合薄膜进行水蒸气透过率测试，在测试温度为38℃，透过面湿度为90%的测试条件下，得到每天每平方米薄膜的水蒸气透过为679.6克，即透湿效果为679.6 g/m²/day。

将上述复合薄膜样品制成空气换热器机芯，按照GB/T21087-2007进行热交换性能检测，得到温度效率为47.5%，焓效率为45.5%。

实施例3：

透热透湿的复合薄膜，由聚氯乙烯和钠基蒙脱石组成，其中钠基蒙脱石以晶相粉粒分散在聚氯乙烯中，形成多相固态薄膜；聚氯乙烯和钠基蒙脱石的质量比为5:5。

上述复合薄膜的制备方法为：取工业用聚氯乙烯粉5g溶于150mL四氢呋喃有机溶剂中，所得澄清液中加入钠基蒙脱石，聚氯乙烯粉与钠基蒙脱石的质量比为5:5；超声振荡20分钟制成悬浊液，在玻璃板上流延、晾干成自悬挂式膜；在40℃鼓风干燥箱内保持半小时后揭下薄膜，膜厚为20μm～100μm，膜质软，任意角度卷折不开裂。在大气气氛下存放2天后，其外观无明显变化。

实施例3制备得到的复合薄膜的X-射线衍射图与热重图分别与图1和图2类似，可以得到该复合薄膜中有钠基蒙脱石晶相和高聚物无序相共存，聚合物分解温度和含量与所加钠基蒙脱石的比例是一致的。

对上述复合薄膜进行水蒸气透过率测试，得到类似实施例1的测试结果，表明该复合薄膜具有良好的透湿性能。

将上述复合薄膜样品制成空气换热器机芯，按照GB/T21087-2007进行热交换性能检测，得到类似实施例1的测试结果，表明该复合薄膜具有良好的透热性能。

实施例4：

透热透湿的复合薄膜，由聚氯乙烯和钠基蒙脱石组成，其中钠基蒙脱石以晶相粉粒分散在聚氯乙烯中，形成多相固态薄膜；聚氯乙烯和钠基蒙脱石的质量比为6:4。

上述复合薄膜的制备方法为：取工业用聚氯乙烯粉6g溶于150mL四氢呋喃有机溶剂中，所得澄清液中加入钠基蒙脱石，聚氯乙烯粉与钠基蒙脱石质量比为6:4；超声振荡20分钟制成悬浊液，在玻璃板上流延、晾干成自悬挂式膜；在40℃鼓风干燥箱内保持半小时后揭下薄膜，膜厚为20μm～100μm，膜质软，任意角度卷折不开裂。在大气气氛下存放2天后，其外观无明显变化。

实施例4制备得到的复合薄膜的X-射线衍射图与热重图分别与图1和图2类似，可以得到该复合薄膜中有钠基蒙脱石晶相和高聚物无序相共存，聚合物分解温度和含量与所加钠基蒙脱石的比例是一致的。

实施例5：

透热透湿的复合薄膜，由聚氯乙烯和钠基蒙脱石组成，其中钠基蒙脱石以晶相粉粒分散在聚氯乙烯中，形成多相固态薄膜；聚氯乙烯和钠基蒙脱石的质量比为7:3。

上述复合薄膜的制备方法为：取工业用聚氯乙烯粉7g溶于150mL四氢呋喃有机溶剂中，所得澄清液中加入钠基蒙脱石，聚氯乙烯粉与钠基蒙脱石质量比为7:3；超声振荡20分钟制成悬浊液，在玻璃板上流延、晾干成自悬挂式膜；在40℃鼓风干燥箱内保持半小时后揭下薄膜，膜厚为20μm～100μm，膜质软，任意角度卷折不开裂。在大气气氛下存放2天后，其外观无明显变化。

实施例5制备得到的复合薄膜的X-射线衍射图与热重图分别与图1和图2类似，可以得到该复合薄膜中有钠基蒙脱石晶相和高聚物无序相共存，聚合物分解温度和含量与所加钠基蒙脱石的比例是一致的。

实施例6：

其他条件同实施例1，所不同的是用沸石取代钠基蒙脱石制得薄膜。

实施例7：

其他条件同实施例1，所不同的是用高岭土取代钠基蒙脱石制得薄膜。

实施例8：

其他条件同实施例1，所不同的是用凹凸棒取代钠基蒙脱石制得薄膜。

实施例9：

透热透湿的复合薄膜，由聚氯乙烯、钠基蒙脱石和氯化锌组成，其中钠基蒙脱石以晶相粉粒分散在聚氯乙烯中，形成多相固态薄膜；聚氯乙烯粉、钠基蒙脱石和氯化锌的质量比为3:6:1。

上述复合薄膜的制备方法为：取工业用聚氯乙烯粉3g溶于150mL四氢呋喃有机溶剂中，所得澄清液中加入钠基蒙脱石和氯化锌，聚氯乙烯粉、钠基蒙脱石和氯化锌的质量比为3:6:1；超声振荡20分钟制成悬浊液，在玻璃板上流延、晾干成自悬挂式膜；在40℃鼓风干燥箱内保持半小时后揭下薄膜，膜厚为20μm～100μm，膜质软，任意角度卷折不开裂。在大气气氛下存放2天后，其外观无明显变化。

实施例9制备得到的复合薄膜的X-射线衍射图与热重图分别与图1和图2类似，可以得到该复合薄膜中有钠基蒙脱石晶相和高聚物无序相共存，聚合物分解温度和含量与所加钠基蒙脱石的比例是一致的。

实施例10：

其他条件同实施例9，所不同的是用聚乙烯取代聚氯乙烯粉制得薄膜。

实施例11：

其他条件同实施例9，所不同的是用聚丙烯取代聚氯乙烯粉制得薄膜。

实施例12：

其他条件同实施例9，所不同的是用聚乙烯醇取代聚氯乙烯粉制得薄膜。

将以上实施例1～实施例12制得的复合薄膜应用于实用的空调换热器的机芯隔膜，达到了传热透湿的效果。复合薄膜在空气换热器中的透热透湿示意图如图3所示，图3中上方箭头代表进气方向，下方箭头代表出气方向，中间斜线填充部分代表制备出的薄膜材料，薄膜材料在其中的作用是在空气交换的同时形成水分与热量的交换，确保室内空气的湿度与温度尽量不受损失，没有交差污染和二次污染。如果作为纸张，用毛笔、圆珠笔和钢笔等在该复合薄膜上书写绘画等，如图4所示，可得到清晰的字迹。

Claims

1.一种复合快离子导电薄膜作为透热透湿的复合薄膜的应用，所述的复合快离子导电薄膜由高聚物、硅酸盐和添加剂组成，所述的硅酸盐以晶相粉粒分散在高聚物中，形成多相固态薄膜；所述的高聚物具有可溶或可熔性，硅酸盐具有层状或孔状结构；按照质量百分比计，所述的高聚物的含量为20%～50%，硅酸盐的含量为10%～90%，添加剂的含量为0%～30%。

2.根据权利要求1所述的复合快离子导电薄膜作为透热透湿的复合薄膜的应用，其特征是：所述的聚合物为聚乙烯、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种或几种的混合物。

3.根据权利要求1或2所述的复合快离子导电薄膜作为透热透湿的复合薄膜的应用，其特征是：所述的硅酸盐为沸石、高岭土、蒙脱石和凹凸棒石中的一种或几种的混合物。

4.根据权利要求1或2所述的复合快离子导电薄膜作为透热透湿的复合薄膜的应用，其特征是：所述的添加剂包括吸湿剂、抗菌剂、阻燃剂和抗氧化剂中的一种或几种。

5.根据权利要求4所述的复合快离子导电薄膜作为透热透湿的复合薄膜的应用，其特征是：所述的添加剂还包括羧甲基纤维素钠。

6.根据权利要求4所述的复合快离子导电薄膜作为透热透湿的复合薄膜的应用，其特征是：所述的吸湿剂为氯化锂、氯化锌、高氯酸锂和高氯酸锌中的一种或几种的混合物。

7.根据权利要求1所述的复合快离子导电薄膜作为透热透湿的复合薄膜的应用，具体应用在空气换热器中。