CN108486687A - 吸湿涂层材料、其制备方法及其应用 - Google Patents

吸湿涂层材料、其制备方法及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种吸湿涂层材料、其制备方法及其应用，属于吸湿剂领域，该吸湿涂层材料具有较为理想的比表面积，可有效提高吸湿性能，进而有效改善管翅式换热器的除湿性能。该技术方案包括在极性溶剂中制备固含量10％的离子交换树脂溶液，待树脂完全溶解得到透明液后，向透明液中添加40％‑200％树脂重量份的离子液体，混合均匀后浇注于载体上，真空程序升温干燥，得到干膜；将干膜取下，于沸水中煮沸1.5‑3小时，待除去其中的离子液体后，于100℃‑120℃干燥，得到多孔干膜，将其粉碎后，得到吸湿涂层材料。本发明能够应用于除湿换热器产品中。

Description

吸湿涂层材料、其制备方法及其应用
技术领域
本发明属于吸湿剂领域，尤其涉及一种吸湿涂层材料、其制备方法及其应用。
背景技术
随着人们生活水平的提高，空调已成为每个家庭所必备的电器，空调作为一种热交换设备，通过其内部的换热器实现室内和室外的热交换，从而使室内温度达到设定值。管翅式换热器具有结构简单、能够适应多种尺寸等特点，因而家用空调的室内机中多采用管翅式换热器。
表面具有吸湿涂层结构的管翅式换热器相比于传统的管翅式换热器具有高能效比、低能耗的优势，并能够更好的实现对空气温度和湿度的双控制。因此，对于管翅式除湿换热器来说，其吸湿涂层的结构和材料对换热器的性能具有重要的意义。一般来说，吸湿涂层材料中使用的离子交换树脂组分的粒径通常在10-100μm左右，既不能过小也不能过大，若过小，则不易上粉，挂胶量较低，若粒径过大，则又容易导致涂层不均匀或较厚。但受上述粒径尺寸的限制也影响了吸湿涂层材料的接触比表面积，进而影响换热器性能。因此，如何增大吸湿涂层材料的比表面积，提高吸湿涂层材料的吸湿性能这将是本领域内所亟需解决的问题。
发明内容
本发明提出一种吸湿涂层材料、其制备方法及其应用，该吸湿涂层材料具有较为理想的比表面积，可有效提高吸湿性能，进而有效改善管翅式换热器的除湿性能。
为了达到上述目的，本发明提供了一种吸湿涂层材料的制备方法，包括以下步骤：
在极性溶剂中制备固含量10％的离子交换树脂溶液，待树脂完全溶解得到透明液后，向透明液中添加40％-200％树脂重量份的离子液体，混合均匀后浇注于载体上，真空程序升温干燥，得到干膜；
将干膜取下，于沸水中煮沸1.5-3小时，待除去其中的离子液体后，于100℃-120℃干燥，得到多孔干膜，将其粉碎后，得到吸湿涂层材料。
作为优选，所述极性溶剂包括DMF、DMAc或NMP中的任意一种。
作为优选，所述离子交换树脂包括阳离子交换树脂和阴离子交换树脂，其中，所述阳离子交换树脂中的阳离子为含有-COOH、-SO3H、-OH、-NR3OH亲水基团及其盐的阳离子中的任意一种，所述阴离子交换树脂为磺化聚芳醚酮、磺化聚醚砜、磺化聚酰亚胺或季铵盐树脂中的任意一种。
作为优选，所述离子液体为烷基季铵盐离子、烷基季瞵离子、1,3-二烷基取代的咪唑盐离子或N-烷基取代吡啶离子类中的任意一种。
上述技术方案中所选用的极性溶剂、离子交换树脂以及离子液体为实现本发明技术方案的优化选择，但本发明技术方案并不局限于此，还可以是本领域技术人员所熟知的可替换的其他相应组分。
作为优选，程序升温干燥的条件为：于55℃-65℃和75℃-85℃温度范围下分别烘干18-28小时后，升温至95-110℃烘干1.5-3小时。该技术方案通过程序升温可有效将干膜中的溶剂逐步烘干直至完全。
本发明还提供了一种如上述任一项技术方案所述的吸湿涂层材料的制备方法制备得到的吸湿涂层材料。
本发明还提供了一种如上述技术方案所述的吸湿涂层材料在管翅式除湿换热器的吸湿涂层中的应用。
本发明还提供了一种如上述技术方案所述的吸湿涂层材料在直接或间接需要配备吸湿涂层的换热器产品中的应用。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
本发明通过利用离子液体来制备多孔吸湿涂层材料，以增大吸湿涂层材料的接触比表面积，从而提高吸湿性能。所选用的离子液体相较于一般性的与空气接触表面积较小的涂料可快速、大量、长期稳定的完成吸湿功能，所选用的离子交换树脂具有优异的耐化学性和机械性能，在反复吸水溶胀和失水收缩的过程中具有更长的使用寿命，且离子液体与离子交换树脂具有较好的相容性，因此可制备得到吸湿性能显著改善的吸湿涂层材料。
附图说明
图1为本发明实施例1所提供的100％离子液体质量存在下的磺化聚醚砜的SEM孔形貌及孔径分布图；
图2为本发明实施例1所制备的离子交换树及100％离子液体制备得到的多孔吸湿离子交换树脂静态吸湿率的测试曲线。
具体实施方式
下面将结合具体实施例清楚、完整地描述本发明实施例所提供的吸湿涂层材料、其制备方法及其应用，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
聚芳醚材料由于主链中存在大量的芳香结构，具有优异的耐化学腐蚀性和较高的热力学性能。因而聚芳醚材料(如聚醚醚酮、聚醚砜等)被广泛应用于防腐蚀涂料领域。磺化聚芳醚材料继承了聚芳醚材料优异的热力学性能，并具有较高的离子交换容量，在离子交换、之子传导等领域均有广泛的应用。为了提高除湿涂层的吸湿性能，并同时提高材料的耐热性能、耐化学腐蚀性以及机械性能，利用亲核缩聚反应和离子液体致孔的方法，制备了具有多孔结构的聚芳醚阳离子交换树脂。
聚合原料：双氯：4,4-二氯二苯砜，磺化双氯；双酚：4,4-联苯二酚。通过控制双氯中磺化双氯的比例(30％-60％摩尔分数)，制备了具有不同磺化度的磺化聚醚砜。将磺化聚醚砜按10％质量分数溶于溶剂(N-甲基吡咯烷酮)中，拌至透明，制备磺化聚醚砜溶液。而后将离子液体(1-乙基-3-甲基咪唑鎓四氟硼酸盐)按照100％磺化聚醚砜质量分数加入到聚合物溶液中，充分搅拌12小时。将均匀分散的混合液浇注于玻璃板上，在真空烘箱中分别在60℃、80℃各24小时烘干溶剂，最后升温至100℃真空烘干2小时，得到干膜。将干膜从玻璃板上取下，而后在沸水中煮沸2小时，除去其中的离子液体，后将膜置于烘箱中120℃除去水分，得到多孔干膜，再用粉料机将干膜粉碎至粉末，得到吸湿离子交换树脂材料。为了增大材料接触表面积从而提高材料吸湿能力，较小的平均孔径以及均匀的孔径分布是制备的目标。通过SEM测试，发现在使用100％质量分数的离子液体时，得到的多孔材料孔径较小且分布均匀，平均孔径为0.32μm，如图1所示。通过对材料静态吸湿率的测试及与无多孔结构的同种离子交换树脂的吸湿率对比，从图2中的材料吸湿率随时间的变化曲线可以看出，多孔材料吸湿率较高，200s时多孔树脂的吸湿量为4.2％，无孔材料仅为3.7％，证明多孔结构能够有效提高材料的吸湿能力。
实施例2
将聚醚醚酮按照含固量10％的质量分数溶解于98％的浓硫酸溶液中，在常温下搅拌12小时，而后出料在去离子水中，得到的条状磺化聚合物经粉料机粉碎后由去离子水煮沸30分钟洗三次后，将得到的聚合物烘干，得到磺化聚聚醚醚酮。
将磺化聚醚醚酮按10％质量分数溶于溶剂(N-甲基吡咯烷酮)中，拌至透明，制备磺化聚醚醚酮溶液。而后将离子液体(1-乙基-3-甲基咪唑鎓四氟硼酸盐)按照100％磺化聚醚醚酮质量分数加入到聚合物溶液中，充分搅拌12小时。将均匀分散的混合液浇注于玻璃板上，在真空烘箱中分别在60℃、80℃各24小时烘干溶剂，最后升温至100℃真空烘干2小时，得到干膜。将干膜从玻璃板上取下，而后在沸水中煮沸2小时，除去其中的离子液体，后将膜置于烘箱中120℃除去水分，得到多孔干膜，再用粉料机将干膜粉碎至粉末，得到吸湿涂层材料,平均孔径为0.34μm。
实施例3
将40％磺化度的磺化聚醚砜按10％质量分数溶于溶剂(N-甲基吡咯烷酮)中，拌至透明，制备磺化聚醚砜溶液。而后将离子液体(1-乙基-3-甲基咪唑鎓四氟硼酸盐)按照200％磺化聚醚砜质量分数加入到聚合物溶液中，充分搅拌12小时。将均匀分散的混合液浇注于玻璃板上，在真空烘箱中分别在60℃、80℃各24小时烘干溶剂，最后升温至100℃真空烘干2小时，得到干膜。将干膜从玻璃板上取下，而后在沸水中煮沸2小时，除去其中的离子液体，后将膜置于烘箱中120℃除去水分，得到多孔干膜，再用粉料机将干膜粉碎至粉末，得到吸湿涂层材料，平均孔径为2.3μm。
实施例4
将40％磺化度的磺化聚醚砜按10％质量分数溶于溶剂(N-甲基吡咯烷酮)中，拌至透明，制备磺化聚醚砜溶液。而后将离子液体(1-乙基-3-甲基咪唑鎓四氟硼酸盐)按照40％磺化聚醚砜质量分数加入到聚合物溶液中，充分搅拌12小时。将均匀分散的混合液浇注于玻璃板上，在真空烘箱中分别在60℃、80℃各24小时烘干溶剂，最后升温至100℃真空烘干2小时，得到干膜。将干膜从玻璃板上取下，而后在沸水中煮沸2小时，除去其中的离子液体，后将膜置于烘箱中120℃除去水分，得到多孔干膜，再用粉料机将干膜粉碎至粉末，得到吸湿涂层材料，平均孔径为0.30μm。

Claims (8)

1.一种吸湿涂层材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
在极性溶剂中制备固含量10％的离子交换树脂溶液，待树脂完全溶解得到透明液后，向透明液中添加40％-200％树脂重量份的离子液体，混合均匀后浇注于载体上，真空程序升温干燥，得到干膜；
将干膜取下，于沸水中煮沸1.5-3小时，待除去其中的离子液体后，于100℃-120℃干燥，得到多孔干膜，将其粉碎后，得到吸湿涂层材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述极性溶剂包括DMF、DMAc或NMP中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述离子交换树脂包括阳离子交换树脂和阴离子交换树脂，其中，所述阳离子交换树脂中的阳离子为含有-COOH、-SO3H、-OH、-NR3OH亲水基团及其盐的阳离子中的任意一种，所述阴离子交换树脂为磺化聚芳醚酮、磺化聚醚砜、磺化聚酰亚胺或季铵盐树脂中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述离子液体为烷基季铵盐离子、烷基季瞵离子、1,3-二烷基取代的咪唑盐离子或N-烷基取代吡啶离子类中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，程序升温干燥的条件为：于55℃-65℃和75℃-85℃温度范围下分别烘干18-28小时后，升温至95-110℃烘干1.5-3小时。
6.一种如权利要求1-5任一项所述的吸湿涂层材料的制备方法制备得到的吸湿涂层材料。
7.一种如权利要求6所述的吸湿涂层材料在管翅式除湿换热器的吸湿涂层中的应用。
8.一种如权利要求6所述的吸湿涂层材料在直接或间接需要配备吸湿材料的吸湿换热器产品中的应用。
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