CN111282446A - 一种溶液除湿系统用除湿膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种溶液除湿系统用除湿膜的制备方法，本方法用于制备疏水/亲水双层复合多孔除湿膜，疏水层接触盐溶液可以防止溶液透过，而亲水层接触高湿空气可以将湿气吸附—解析到盐溶液一侧被吸收，从而达到除湿的效果。

Description

一种溶液除湿系统用除湿膜的制备方法
技术领域
本发明涉及一种溶液除湿系统用除湿膜的制备方法，特别是一种疏水/亲水双层复合膜的制备方法，属于膜分离材料的技术领域。
背景技术
传统的溶液除湿方法目前所面临的技术难题是在除湿过程中存在液体吸湿剂液滴夹带的现象，导致腐蚀性非常强的氯化钙或氯化锂盐溶液吸湿剂进入空气中，不但会腐蚀暴露在空气中的机械设备，而且会对人体健康造成一定影响。因此，采用膜结构的溶液除湿系统，可以将盐溶液与湿空气完全分离开，既实现了除湿过程，又有效地解决了除湿过程中夹带盐溶液液滴的问题。膜/溶液除湿技术主要是利用膜的选择透过性，水蒸气可以透过膜到达膜的另一侧被吸收，而除湿盐溶液不能透过膜。这种膜/溶液除湿方式的优点是可以实现连续除湿，并且避免了腐蚀设备，占地面积小，且没有运动部件，利于维修。
公布号CN106799116A公开发明了一种包含除湿膜的膜液分离器，其中除湿膜的制备方法为：将含有吸水基团的单体原料采用本体聚合的方法聚合成的预聚体与聚芳砜混合、溶解、在玻璃板上制膜，脱去溶剂，烘干，制得高分子膜。此方法制备的膜具有吸水性，但在长期使用过程中会出现溶液吸收剂发生渗透的现象。公布号CN106000117A公开发明了一种低导热亲水-憎水双极复合膜及其制备，通过刮涂的方法将两种不同性质的铸膜液复合在一起，但存在着拉伸强度不足的问题。现有膜存在的问题是难以同时满足透湿性能和力学性能高两个条件，限制了膜除湿技术的继续发展。
发明内容
本发明要解决的技术问题是现有膜难以同时满足透湿性能和力学性能。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供了一种溶液除湿系统用除湿膜的制备方法。本方法用于制备一种疏水/亲水双层复合多孔除湿膜，疏水层接触盐溶液可以防止溶液透过，而亲水层接触高湿空气可以将湿气吸附—解析到盐溶液一侧被吸收，从而达到除湿的效果。
本发明所述的一种溶液除湿系统用除湿膜的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、将不同质量的疏水性聚合物溶解在有机溶剂中配置成不同质量分数的溶液，加热搅拌至溶液呈均匀透亮后在常温下静置以去除溶液中的气泡；
步骤二、将不同质量的亲水性聚合物溶解在有机溶剂中配置成不同质量分数的溶液，加热搅拌至溶液呈均匀透亮后在常温下静置以去除溶液中的气泡；
步骤三、将配置好的疏水性聚合物溶液在不同的纺丝静电压、纺丝距离、纺丝时间下进行静电纺丝形成膜；
步骤四、以步骤三纺好的疏水性聚合物膜为基膜，将配置好的亲水性聚合物溶液在不同的纺丝静电压、纺丝距离、纺丝时间的条件下直接纺在基膜上，制备出疏水/亲水复合除湿膜。
优选地，所述的疏水性聚合物为聚偏氟乙烯、聚乙烯、聚砜或聚丙烯任何一种。
优选地，所述的亲水性聚合物为热塑性聚氨酯、聚乙烯醇或醋酸纤维素任何一种。
优选地，所述的疏水性聚合物为聚偏氟乙烯，亲水性聚合物为热塑性聚氨酯。
优选地，所述的用于溶解聚合物的有机溶剂为N-N二甲基甲酰胺、N-N二甲基已酰胺、丙酮或四氢呋喃任何一种。
优选地，所述的步骤一、步骤二中加热搅拌的温度范围在25～80℃，搅拌后的溶液在室温静置的时间取决于溶液中的气泡是否完全消失，一般至少为12h。
优选地，所述的步骤一中疏水性聚合物的溶液质量分数的范围在6％～12％。
优选地，所述的步骤二中亲水性聚合物的溶液质量分数的范围在18％～22％。
优选地，所述的步骤三、步骤四中纺丝静电压的范围在35～55KV，纺丝距离的范围在16～22cm，纺丝时间根据所需要的厚度设置。
优选地，所述的步骤三、步骤四中纺丝环境的温度控制在23～30℃，湿度控制在40％～50％。
本发明所制备的除湿膜应用于膜/溶液除湿系统。
本发明具有以下优点：
(1)本发明制备的疏水/亲水静电纺复合除湿膜在满足疏水条件下与疏水膜相比，水蒸气扩散系数、断裂功有明显提高，因此具有更优异的透湿率及抗拉伸强度。
(2)本发明的静电纺丝除湿膜与传统除湿膜的纤维直径更小可达纳米级并且复合膜不存在分层的现象。
(3)除湿膜疏水层在纺丝过程中形成一定粗糙颗粒感的纤维表面，赋予除湿膜优异的防水性能。
(4)除湿膜亲水层在纺丝过程中形成良好的蜘蛛网微观纤维表面，提高了孔隙率从而赋予除湿膜更高的透湿性能。
(5)本发明除湿膜工艺流程简单，耗时短，纺丝温湿度条件易控等优点；
(6)本发明的除湿膜无须后加工可直接使用且重复使用次数高。
附图说明
图1为聚偏氟乙烯/热塑性聚氨酯静电纺丝双层复合除湿膜制备示意图；
图2为复合除湿膜中聚偏氟乙烯层扫描电子显微镜照片
图3为复合除湿膜中热塑性聚氨酯层扫描电子显微镜照片。
具体实施方式
本发明各实施例所用材料及设备：聚偏氟乙烯粉末，热塑性聚氨酯，N-N二甲基甲酰胺，丙酮，四氢呋喃，磁力搅拌器，静电纺丝机，真空烘箱。
实施例1
(1)将称量好的聚偏氟乙烯粉末溶解在有机溶剂为N-N二甲基甲酰胺：丙酮＝4：1中配置成质量分数为8％的溶液，在40℃下加热搅拌24h至溶液呈均匀透亮后在常温下静置12h以去除溶液中的气泡。
(2)将称量好的热塑性聚氨酯颗粒溶解在有机溶剂为N-N二甲基甲酰胺：四氢呋喃＝1:1中配置成不同质量分数为20％的溶液，在50℃下加热搅拌24h至溶液呈均匀透亮后在常温下静置12h以去除溶液中的气泡。
(3)纺丝环境温度控制在25℃，湿度控制在45％，将质量分数为8％的聚偏氟乙烯溶液在将静电压为40KV，纺丝距离为18cm的条件下纺丝1小时。
(4)预留步骤(3)制备的聚偏氟乙烯膜为空白对照组，在真空烘箱内温度设置为40℃时烘燥24h以去除膜中残留的有机溶剂。
(5)将步骤(3)制备的聚偏氟乙烯膜为基膜，在相同的温湿度条件下将质量分数为20％的热塑性聚氨酯溶液以静电压为35KV，纺丝距离为19cm的条件纺在基膜上，纺丝时间为1h。
(6)将步骤(5)制备完成的复合膜在在真空烘箱内温度设置为40℃时烘燥24h以去除膜中残留的有机溶剂。
对本实施例中制备的聚偏氟乙烯膜和和聚偏氟乙烯/热塑性聚氨酯复合膜进行透湿性能和拉伸性能测试。结果发现，聚偏氟乙烯/热塑性聚氨酯复合膜的水蒸气扩散系数是聚偏氟乙烯膜的2.36倍；聚偏氟乙烯/热塑性聚氨酯复合膜的拉伸断裂功是聚偏氟乙烯膜的4.19倍。
实施例2
(1)将称量好的聚偏氟乙烯粉末溶解在有机溶剂为N-N二甲基甲酰胺：丙酮＝4：1中配置成质量分数为10％的溶液，在40℃下加热搅拌24h至溶液呈均匀透亮后在常温下静置12h以去除溶液中的气泡。
(2)将称量好的热塑性聚氨酯颗粒溶解在有机溶剂为N-N二甲基甲酰胺：四氢呋喃＝1:1中配置成不同质量分数为20％的溶液，在50℃下加热搅拌24h至溶液呈均匀透亮后在常温下静置12h以去除溶液中的气泡。
(3)纺丝环境温度控制在25℃，湿度控制在45％，将质量分数为8％的聚偏氟乙烯溶液在静电压为45KV，纺丝距离为20cm的条件下纺丝0.5小时。
(4)预留步骤(3)制备的聚偏氟乙烯膜为空白对照组，在真空烘箱内温度设置为40℃时烘燥24h以去除膜中残留的有机溶剂。
(5)将步骤(3)制备的聚偏氟乙烯膜为基膜，在相同的温湿度条件下将质量分数为20％的热塑性聚氨酯溶液以静电压为40KV，纺丝距离为21cm的条件纺在基膜上，纺丝时间为1.5h。
(6)将步骤(5)制备完成的复合膜在在真空烘箱内温度设置为40℃时烘燥24h以去除膜中残留的有机溶剂。
对本实施例中制备的聚偏氟乙烯膜和和聚偏氟乙烯/热塑性聚氨酯复合膜进行透湿性能和拉伸性能测试。结果发现，聚偏氟乙烯/热塑性聚氨酯复合膜的水蒸气扩散系数是聚偏氟乙烯膜的3.89倍；聚偏氟乙烯/热塑性聚氨酯复合膜的拉伸断裂功是聚偏氟乙烯膜的5.76倍。
实施例3
(1)将称量好的聚偏氟乙烯粉末溶解在有机溶剂为N-N二甲基甲酰胺：丙酮＝4：1中配置成质量分数为10％的溶液，在50℃下加热搅拌16h至溶液呈均匀透亮后在常温下静置12h以去除溶液中的气泡。
(2)将称量好的热塑性聚氨酯颗粒溶解在有机溶剂为N-N二甲基甲酰胺：四氢呋喃＝1:1中配置成不同质量分数为18％的溶液，在70℃下加热搅拌12h至溶液呈均匀透亮后在常温下静置12h以去除溶液中的气泡。
(3)纺丝环境温度控制在25℃，湿度控制在45％，将质量分数为8％的聚偏氟乙烯溶液在静电压为50KV，纺丝距离为20cm的条件下纺丝1.5小时。
(4)预留步骤(3)制备的聚偏氟乙烯膜为空白对照组，在真空烘箱内温度设置为40℃时烘燥24h以去除膜中残留的有机溶剂。
(5)将步骤(3)制备的聚偏氟乙烯膜为基膜，在相同的温湿度条件下将质量分数为20％的热塑性聚氨酯溶液以静电压为45KV，纺丝距离为21cm的条件纺在基膜上，纺丝时间为0.5h。
(6)将步骤(5)制备完成的复合膜在在真空烘箱内温度设置为40℃时烘燥24h以去除膜中残留的有机溶剂。
对本实施例中制备的聚偏氟乙烯膜和和聚偏氟乙烯/热塑性聚氨酯复合膜进行透湿性能和拉伸性能测试。结果发现，聚偏氟乙烯/热塑性聚氨酯复合膜的水蒸气扩散系数是聚偏氟乙烯膜的1.49倍；聚偏氟乙烯/热塑性聚氨酯复合膜的拉伸断裂功是聚偏氟乙烯膜的3.26倍。

Claims (10)

1.一种溶液除湿系统用除湿膜的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、将不同质量的疏水性聚合物溶解在有机溶剂中配置成不同质量分数的溶液，加热搅拌至溶液呈均匀透亮后在常温下静置以去除溶液中的气泡；
步骤二、将不同质量的亲水性聚合物溶解在有机溶剂中配置成不同质量分数的溶液，加热搅拌至溶液呈均匀透亮后在常温下静置以去除溶液中的气泡；
步骤三、将配置好的疏水性聚合物溶液在不同的纺丝静电压、纺丝距离、纺丝时间下进行静电纺丝形成膜；
步骤四、以步骤三纺好的疏水性聚合物膜为基膜，将配置好的亲水性聚合物溶液在不同的纺丝静电压、纺丝距离、纺丝时间的条件下直接纺在基膜上，制备出疏水/亲水复合除湿膜。
2.如权利要求1所述的一种溶液除湿系统用除湿膜的制备方法，其特征在于，所述的疏水性聚合物为聚偏氟乙烯、聚乙烯、聚砜或聚丙烯任何一种。
3.如权利要求1所述的一种溶液除湿系统用除湿膜的制备方法，其特征在于，所述的亲水性聚合物为热塑性聚氨酯、聚乙烯醇或醋酸纤维素任何一种。
4.如权利要求1所述的一种溶液除湿系统用除湿膜的制备方法，其特征在于，所述的疏水性聚合物为聚偏氟乙烯，亲水性聚合物为热塑性聚氨酯。
5.如权利要求1所述的一种溶液除湿系统用除湿膜的制备方法，其特征在于，所述的用于溶解聚合物的有机溶剂为N-N二甲基甲酰胺、N-N二甲基已酰胺、丙酮或四氢呋喃任何一种。
6.如权利要求1所述的一种溶液除湿系统用除湿膜的制备方法，其特征在于，所述的步骤一、步骤二中加热搅拌的温度范围在25～80℃，搅拌后的溶液在室温静置的时间取决于溶液中的气泡是否完全消失。
7.如权利要求1所述的一种溶液除湿系统用除湿膜的制备方法，其特征在于，所述的步骤一中疏水性聚合物的溶液质量分数的范围在6％～12％。
8.如权利要求1所述的一种溶液除湿系统用除湿膜的制备方法，其特征在于，所述的步骤二中亲水性聚合物的溶液质量分数的范围在18％～22％。
9.如权利要求1所述的一种溶液除湿系统用除湿膜的制备方法，其特征在于，所述的步骤三、步骤四中纺丝静电压的范围在35～55KV，纺丝距离的范围在16～22cm，纺丝时间根据所需要的厚度设置。
10.如权利要求1所述的一种溶液除湿系统用除湿膜的制备方法，其特征在于，所述的步骤三、步骤四中纺丝环境的温度控制在23～30℃，湿度控制在40％～50％。
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