SE460705B

SE460705B - PROCEDURE FOR PREPARING A DEHUMINATING ELEMENT

Info

Publication number: SE460705B
Application number: SE8504494A
Authority: SE
Inventors: T Kuma; H Okano
Original assignee: Seibu Giken Kk; Tosimi Kuma
Priority date: 1984-10-01
Filing date: 1985-09-27
Publication date: 1989-11-13
Also published as: JPS61101228A; SE8504494L; SE8504494D0; JPH0125614B2

Description

,,- . element ¿.,.,..,,. , 460 705 2 undergå sprickbildning eller brytas sönder till fragment. Silika- aerogelet kan visserligen stanna kvar på arkytan, men elementets me- kaniska hållfasthet försämras kraftigt.W Silika-hydrogel producerat på arkytan kan dessutom icke tränga djupt in i arket, och efter torkning häftar silika-aerogelet endast vid arkytan, och silika- aerogel med hög densitet kan icke bildas djupt inne i arkets inre Till följd härav är det mycket svårt att tillverka avfuktningß- med tillräckligt hög effektivitet, eftersom man icke delar. kan öka halten silika-aerogel. Eftersom den metallfolie eller plast- folie som användes vid det först beskrivna förfarandet icke kan suga upp vatten, är silikagelets vidhäftning begränsad enbart till ark- ytan, och mängden vidhäftande silikagel kan sålunda icke ökas så mycket som önskvärt vore. A Det är ett ändamål med föreliggande uppfinning att åstadkomma ett förfarande för framställning av avfuktningselement med lång livslängd och hög effektivitet, genom.vilket förfarande de ovan nämnda nackdelarna i stor utsträckning kan elimineras. Elementet består av en stark bikakestruktur av silika-aerogel bildad på en porös arkmatris av oorganiska fibrer. p Vid förfarandet enligt föreliggande uppfinning framställes först ett arkmaterial av ett papper med mycket låg densitet (skrym- densitet högst 0,5 g/cm3),_vars huvudbeståndsdel utgöres av oorga- niska fibrer, såsom keramiska fibrer. Ett block med många små ka- naler bildas genom att man omväxlande laminerar planskiktsark ochv vågark av nämnda papper av oorganiska fibrer. Blocket impregneras med vattenglaslösning, varefter det upphettas och torkas till dess att vattenglaslösningen koncentreras till hydratiserat vattenglas med en vattenhalt av 5-20%. åßlocket nedsänkes därefter i en syralös- ning så att vattenglaset och syran reagerar under bildning av sili- ka-hydrogel. överskott av syra och silika-hydrogel som icke uppbä- res på papperet av oorganiska fibrer avlägsnas genom tvättning, varefter blocket upphettas och torkas till ett starkt element av bikaketyp, vari silika-aerogel är förbundet med pappersmatrisen av oorganiska fibrer. iDet sålunda framställda elementet kan användas i.avfuktningsanordningar. _ l _ A Uppfinningen beskrivas närmare nedan under hänvisning till den bifogade ritningen, på vilken fig. 1 schematiskt_illustrerar förfarandet enligt föreliggande uppfinning; fig. 2 är en perspektiv- vy av ett ävfuktningselement framställt i enlighet med föreliggande uppfinning; fig. 3-6 är diagram som visar egenskaperna hos avfukt- 46O 705 3 ningselement framställda i enlighet med föreliggande uppfinning; och fig. 7 och 8 är perspektivvyer som visar andra exempel på ele- ment framställda i enlighet med föreliggande uppfinning. ,, -. element ¿.,., .. ,,. , 460 705 2 undergo cracking or break into fragments. Although the silica airgel can remain on the sheet surface, the mechanical strength of the element deteriorates sharply.W Silica hydrogel produced on the sheet surface can also not penetrate deep into the sheet, and after drying the silica airgel adheres only to the sheet surface, and the silica airgel with high density can not be formed deep inside the interior of the sheet As a result, it is very difficult to manufacture dehumidification - with sufficiently high efficiency, because one does not divide. can increase the content of silica airgel. Since the metal foil or plastic foil used in the first-described method cannot absorb water, the adhesion of the silica gel is limited only to the sheet surface, and thus the amount of adhering silica gel can not be increased as much as would be desirable. It is an object of the present invention to provide a process for producing dehumidifying elements with a long service life and high efficiency, by means of which process the above-mentioned disadvantages can be largely eliminated. The element consists of a strong honeycomb structure of silica airgel formed on a porous sheet matrix of inorganic fibers. In the process according to the present invention, a sheet material is first produced from a paper of very low density (bulk density not more than 0.5 g / cm 3), the main component of which is inorganic fibers, such as ceramic fibers. A block with many small channels is formed by alternately laminating planar sheet sheets and wave sheets of said paper of inorganic fibers. The block is impregnated with water glass solution, after which it is heated and dried until the water glass solution is concentrated to hydrated water glass with a water content of 5-20%. the lid is then immersed in an acid solution so that the water glass and the acid react to form a silica hydrogel. Excess acid and silica hydrogel not supported on the inorganic fiber paper are removed by washing, after which the block is heated and dried to a strong honeycomb element, wherein the silica airgel is connected to the inorganic fiber paper matrix. The element thus prepared can be used in dehumidifiers. The invention is described in more detail below with reference to the accompanying drawing, in which Fig. 1 schematically illustrates the method according to the present invention; Fig. 2 is a perspective view of a dehumidifying element made in accordance with the present invention; Figs. 3-6 are diagrams showing the properties of dehumidifying elements made in accordance with the present invention; and Figs. 7 and 8 are perspective views showing other examples of elements made in accordance with the present invention.

I fig. 1 visas ett par av räfflade valsar 1 och 2 med öns- kade utsprång längs omkretsen. såsom visas i fig. 1. sas mot den räfflade valsen 2, och valsen 3 roterar med i huvudsak I fig. ningar 4 och 5 för anbringande av bindemedel. består av bindemedelskärl 4a och Sa samt valsar 4b och 5b för an- De undre delarna av valsarna 4b och 5b Dessa valsar griper_in i varandra En pressvals 3 med slät cylindrisk yta pres- samma omkretshastighet som valsen 2. 1 visas även tvâ anord- Dessa anordningar bringande av bindemedel. dapper ned 1 bindemedel 6 1 kärien 4e och se. Huvuabeeeånaeaeien i bindemedlet utgöres företrädesvis av vattenglas. Valsen 4b är monterad alldeles under den räfflade valsen 2.Fig. 1 shows a pair of knurled rollers 1 and 2 with desired projections along the circumference. as shown in Fig. 1 is applied to the knurled roller 2, and the roller 3 rotates with substantially in Figs. 4 and 5 for applying adhesive. consists of binder vessels 4a and Sa and rollers 4b and 5b for pressing. The lower parts of the rollers 4b and 5b These rollers interlock. A pressing roll 3 with a smooth cylindrical surface presses the same circumferential speed as the roll 2. 1 also shows two devices. bringing of binders. dapper down 1 binder 6 1 kärien 4e and see. The main body of the binder is preferably water glass. The roller 4b is mounted just below the knurled roller 2.

Man utgår från mycket porösa papper 7 och 8, vilka består av 70-96% keramiska fibrer, 2-20% massa, 0-10% glasfibrer och 2-5% bindemedel, och vilka har en tjocklek av 0,1-0,5 mm och en densitet av högst 0,5 g/cm3.It is based on very porous papers 7 and 8, which consist of 70-96% ceramic fibers, 2-20% pulp, 0-10% glass fibers and 2-5% binder, and which have a thickness of 0.1-0, 5 mm and a density of not more than 0.5 g / cm3.

Papperet 7 ledes mellan de räfflade valsarna 1 och 2 så att man erhåller vågpapper 7a, Vågpapperet 7a föres vidare av valsen 2 och bringas i kontakt med valsen 4b, varvid bindemedel 6 anbring- as på åsarna av vågpapperet 7a. Vågpapperet 7a och planskiktspap- peret 8 föres tillsammans mellan den räfflade valsen 2 valsen 3, varvid de båda papperen bindes samman till ett ensidigt korrugerat ark 9.~ Bindemedel 6 anbringas på åsarna av det ensidigt korrugerade arket 9 med hjälp av valsen Sb i anordningen 5 för an- bringande av bindemedel. En cylindrisk bikakematris 11 med många små kanaler genom båda ändarna framställes därefter genom att det limmade korrugerade arket 9 lindas omkring en axel 10.The paper 7 is passed between the knurled rollers 1 and 2 so as to obtain corrugated paper 7a. The corrugated paper 7a is passed on by the roller 2 and brought into contact with the roller 4b, adhesive 6 being applied to the ridges of the corrugated paper 7a. The corrugated paper 7a and the planar paper 8 are passed together between the knurled roller 2, the roller 3, the two papers being bonded together into a one-sided corrugated sheet 9. Binder 6 is applied to the ridges of the one-sided corrugated sheet 9 by means of the roller Sb in the device 5 for application of adhesives. A cylindrical honeycomb matrix 11 with many small channels through both ends is then produced by wrapping the glued corrugated sheet 9 about an axis 10.

Den cylindriska bikakematrisen 11 nedsänkes i en 25-30%-ig vattenlösning av vattenglas nr 1 (SiO2 2,1; Na2O 1) och torkas där- Sammansättningen av vattenglas och press- efter vid 100-12o°c under en timme; nr 1 anges i nedanstående tabell 1.The cylindrical honeycomb matrix 11 is immersed in a 25-30% aqueous solution of water glass No. 1 (SiO2 2.1; Na2O1) and dried there- The composition of water glass and press- after at 100-12o ° c for one hour; No. 1 is given in Table 1 below.

Sedan denna process har upprepats tvâ gånger erhålles ett _ bikakeelement försett med ett skikt av hydratiserat vattenglas.After this process has been repeated twice, a honeycomb element provided with a layer of hydrated water glass is obtained.

Det hydratiserade vattenglaset innehåller 3-20 vikt-% vatten, och dess vikt är 2-2,5 gånger pappersmatrisens vikt. Bikakeelementet nedsänkes under omrörning i en 15%-ig vattenlösning av svavelsyra för bildning av silika-hydrogel på papperet. Genom tvättning av- H3-20% innan silikagel bildas genom omsättning med syra. 460 705 4 lägsnas det såsom biprodukt bildade natriumsulfatet, överskott av svavelsyra och silika~hydrogel som icke uppbäres av papperet. Genom upphettning och torkning erhålles ett avfuktningselement, vars hu- vudbestândsdel utgöres av silika-aerogel.The hydrated water glass contains 3-20% by weight of water, and its weight is 2-2.5 times the weight of the paper matrix. The honeycomb element is immersed with stirring in a 15% aqueous solution of sulfuric acid to form silica hydrogel on the paper. By washing H3-20% before silica gel is formed by reaction with acid. 460 705 4 the sodium sulfate formed as a by-product, excess sulfuric acid and silica hydrogel which are not supported by the paper are removed. By heating and drying, a dehumidifying element is obtained, the main constituent of which is a silica airgel.

I det ovan beskrivna exemplet nedsänkes den cylindriska bi- kakematrisen 11_i syralösning efter det att den har nedsänkts i en vattenlösning av vattenglas och upphettats för torkning av vatten- glaslösningen. Enligt en annan utföringsform nedsänkes papperen 7 och 8 av keramiska fibrer i vattenglaslösning, varefter de torkas till en måttlig vattenhalt så att ytan blir något klibbig innan man genomför det i fig. 1 visade korrugeringsförfarandet. Den fram- ställda cylindriska bikakematrisen torkas på nytt och nedsänkes sedan i syra för framställning av silika-hydrogel.In the example described above, the cylindrical honeycomb matrix 11 is immersed in acid solution after it has been immersed in an aqueous solution of water glass and heated to dry the water glass solution. According to another embodiment, the papers 7 and 8 are immersed in ceramic fibers in water glass solution, after which they are dried to a moderate water content so that the surface becomes slightly sticky before carrying out the corrugation process shown in Fig. 1. The prepared cylindrical honeycomb matrix is dried again and then immersed in acid to produce silica hydrogel.

Vid förfarandet enligt föreliggande uppfinning kan man an- vända vilken som helst typ av vattenglas (natriumsilikat), såsom de i nedanstående tabell 1 angivna vattenglasen nr 1, nr 2 och nr 3. Man kan även använda kaliumsilikat. Enligt uppfinningen kan man teoretiskt använda vilken som helst syra som är starkare än kiselsyra, men svavelsyra är lämpligast av kostnadsskäl, driftsskäl, miljöskäl, etc. De papper som användes är papper av oorganiska fib- rer. Såsom huvudbeståndsdel i dessa papper kan man icke endast använda de ovan nämnda keramiska fibrerna utan även glasfibrer, "kolfibrer och blandningar därav.In the process of the present invention, any type of water glass (sodium silicate) can be used, such as the No. 1, No. 2 and No. 3 water glasses listed in Table 1 below. Potassium silicate can also be used. According to the invention, one can theoretically use any acid that is stronger than silicic acid, but sulfuric acid is most suitable for cost reasons, operational reasons, environmental reasons, etc. The papers used are papers of inorganic fibers. As the main component of these papers, one can use not only the above-mentioned ceramic fibers but also glass fibers, carbon fibers and mixtures thereof.

Tabell 1 “vattenglas (Na2O'nSiO2-xH2O) enligt japansk industristandard N Nr 1 Nr 2 Nr 3 Specifik vikt (°ßë vid 1s°c) - å 54 3 40 sioz (%) A as-ss 34-se 28-30 Na O (%) 17-19 14-15 9-10 2 < < < Fe (%) = 0,03 = 0,03 = 0,02 vacaamnösiigt material (%) š 0,2 2 0,2 § o,z Vid förfarandet enligt föreliggande uppfinning har vatten- glaset tillräcklig affinitet till de oorganiska fibrerna för att väta ytan av papperet av oorganiska fibrer och tränga djupt in i de små porerna inuti papperet. Vvattenglaset koncentreras och tor- kas till bildning av hydratiserat vattenglas med en vattenhalt av SiO2-halten yiÜvattenglaset är därför så hög som 50-70% omedelbart före denna 5 4675 -./ k: reaktion. Eftersom vattenhalten i det silikagel som bildas vid reak- tionen med syran är 30-50%, är gelstyrkan tillräckligt hög före torkning, och gelet häftar kraftigt vid papperet av oorganiska fib- rer. Det föreligger därför ingen risk för att silikagelet skall falla av papperet av oorganiska fibrer vid tvättningen efter reak- tionen. Eftersom det sålunda bildade silüürhydrogelet omvandlas till aerogel med små porer och med en vattenhalt av 30-40%, är krymp- ningen vid torkning tillräckligt liten för att förhindra att silika- -aerogelet undergår sprickbildning och sönderbrytes till små frag- ment. Silika-aerogelet har hög hållfasthet och häftar kraftigt vid matrisarket.Table 1 "water glass (Na2O'nSiO2-xH2O) according to Japanese industry standard N No. 1 No. 2 No. 3 Specific weight (° ßë at 1s ° c) - å 54 3 40 sioz (%) A as-ss 34-se 28-30 Na O (%) 17-19 14-15 9-10 2 <<<Fe (%) = 0.03 = 0.03 = 0.02 vacuum material (%) š 0.2 2 0.2 § o, In the process of the present invention, the water glass has sufficient affinity for the inorganic fibers to wet the surface of the paper of inorganic fibers and penetrate deep into the small pores inside the paper. The water glass is concentrated and dried to form a hydrated water glass with a water content of the SiO 2 content in which the water glass is therefore as high as 50-70% immediately before this reaction. Since the water content of the silica gel formed in the reaction with the acid is 30-50%, the gel strength is sufficiently high before drying, and the gel adheres strongly to the paper of inorganic fibers. There is therefore no risk of the silica gel falling off the inorganic fiber paper during the post-reaction washing. Since the silage hydrogel thus formed is converted into an airgel with small pores and a water content of 30-40%, the shrinkage on drying is small enough to prevent the silica airgel from cracking and breaking into small fragments. The silica airgel has high strength and adheres strongly to the matrix sheet.

Pig 3-6 visar data avseende de fuktadsorberande egenskaperna hos avfuktningselement framställda enligt ovan. Fig 3 visar mäng- den adsorberad vattenånga i vikt-%, räknat pá mängden uppburet sili- ka-aerogel (adsorptionsmedel), som funktion av den relativa fuktig- heten. De provade avfuktningselementen har framställts genom att cylindriska bikakematriser av samma oorganiska papper har nedsänkts i vattenglas nr 3 (Si02 3,1; Na2O 1) eller vattenglas nr l, varefter omsättning har genomförts med 15%-ig svavelsyra pá ovan beskrivet sätt. För jämförelse visas de värden som erhålles med ett element tillverkat enligt den metod som beskrives i den japanska patent- skriften 30384/1976, varvid man har använt samma oorganiska papper som ovan, 30%-ig vattenlösning av vattenglas och 25%-ig svavelsyra. g I nedanstående tabell 2 anges papperens vikt efter behandling samt mängden uppburet silika-aerogel.Figs. 3-6 show data regarding the moisture absorbing properties of dehumidifying elements prepared as above. Fig. 3 shows the amount of adsorbed water vapor in% by weight, calculated on the amount of supported silica airgel (adsorbent), as a function of the relative humidity. The tested dehumidifying elements have been prepared by immersing cylindrical honeycomb matrices of the same inorganic paper in water glass No. 3 (SiO2 3.1; Na2O1) or water glass No. 1, after which reaction has been carried out with 15% sulfuric acid in the manner described above. For comparison, the values obtained with an element made according to the method described in Japanese Patent Specification 30384/1976 are used, using the same inorganic paper as above, 30% aqueous solution of water glass and 25% sulfuric acid. g Table 2 below shows the weight of the paper after treatment and the amount of silica airgel supported.

Tabell 2 Papperets ytvikt efter Mängd silika-aercgel uppburet behandling (g/m2) pà elementet (vikt-%) vattenglas nr 3 210 172,5 Vattenglas nr 1 192 149,4 JP 30384/1976 143 i » _ i 85,9 Fig 4 illustrerar den hastighet med vilken fuktighet adsor- beras ivikt-% räknat på mängden silika-aerogel) vid en relativ fuk- tighet av 75%. De provade elementen har framställts genom nedsänk- ning i vattenglas nr 1 och omsättning med 15%-ig svavelsyra eller saltsyra. Fig 5 och 6 visar jämviktsmängderna av adsorberad fuktig- -het per ytenhet respektive vikt av papper av keramiska fibrer, vilka p hargnedsänkts*i vattenglas nr~1 och omsatte med 15%-ig svavelsyra ..,ïellerÜsaltsyra samt torkats för bildning av silíka-aerogel. För jäm- 'ﬂfförelseïvisas även de värden som erhålles med element framställda, .hela elementet impregneras. Genom att allt vattenglas reagerar med i¿ strömstyp, såsom visas i fig 7, eller av motströmstYPf såsom visas ö i fig 8. Pilarna A och B i fig 8 visar strömningsbanorna för tvâ 'j¿f1uiaa.ï ' "' ' “ ' ' 460 705 _ e enligt den metod som beskrives i den japanska patentskriften 30384/ 1976. I nedanstående tabell 3 anges pappersvikten efter behandling och mängden silika-aerogel uppburet pá pappersmatrisen.Table 2 The basis weight of the paper according to the amount of silica gel supported treatment (g / m2) on the element (% by weight) water glass no. 3 210 172.5 Water glass no. 1 192 149.4 JP 30384/1976 143 i »_ i 85.9 Fig. 4 illustrates the rate at which moisture is adsorbed in% by weight based on the amount of silica airgel) at a relative humidity of 75%. The tested elements have been prepared by immersion in water glass no. 1 and reaction with 15% sulfuric acid or hydrochloric acid. Figures 5 and 6 show the equilibrium amounts of adsorbed moisture per unit area and weight of paper of ceramic fibers, respectively, which have been immersed in water glass No. 1 and reacted with 15% sulfuric acid, hydrochloric acid and dried to form silica. airgel. For comparison, the values obtained with elements produced are also displayed, and the whole element is impregnated. By reacting all water glass with in current type, as shown in Fig. 7, or of countercurrent type as shown in Fig. 8. Arrows A and B in Fig. 8 show the flow paths for two "jf1uiaa.ï" "'' 460 705 _ e according to the method described in Japanese Patent Specification 30384/1976. Table 3 below indicates the weight of paper after treatment and the amount of silica airgel supported on the paper matrix.

Tabell 3 Papperets ytvikt efter senanaiing (g/m2) Nr 1 svavelsyra 186 - 141,5 Nr 3 saltsyra 184 - 138,6 Försökstemperaturen var 18-23?C vid de försök för vilka resul- Mängd silika-aerogel uppburet vattenglas Syra _pá elementet (vikt~%) taten visas i fig 3-6. Sàsom framgår av försöksresultaten erhålles Üïﬁ bättre egenskaper vid behandling med svavelsyra än vid behandling- ä si med saltsyra, och dessutom ger användning av vattenglas nr 1 bättre ¿-på resultat än användning av vattenglas nr 3. Förhållandet mellan ki- M i seldioxid och natriumoxid är lägre i vattenglas nr 1 än i vattenglas nr 3. ' §“Å Föreliggande uppfinning är mycket fördelaktig, eftersom den 'i Å gör det möjligt att framställa avfuktningselement, Vilka har bättre Q egenskaper än liknande element framställda enligt förut kända metoder. ' Enligt uppfinningen framställes elementen på enkelt, tillförlitligt och billigt sätt genom användning av en vattenlösning av vattenglas med relativt làg koncentration och sålunda med làg viskositet.Table 3 The basis weight of the paper after senanaiing (g / m2) No. 1 Sulfuric acid 186 - 141.5 No. 3 Hydrochloric acid 184 - 138.6 The test temperature was 18-23 ° C in the experiments for which results. Amount of silica airgel supported water glass Acid on the element (weight ~%) is shown in Figures 3-6. As can be seen from the experimental results, Üï ﬁ obtained better properties in the treatment with sulfuric acid than in the treatment- ä si with hydrochloric acid, and in addition the use of water glass No. 1 gives ¿-on better results than the use of water glass No. 3. The ratio of The present invention is very advantageous, since it makes it possible to produce dehumidifying elements, which have better Q properties than similar elements produced according to previously known methods. According to the invention, the elements are prepared in a simple, reliable and inexpensive manner by using an aqueous solution of water glass with a relatively low concentration and thus with a low viscosity.

Eftersom man vid tidigare framställning av avfuktningselement har använt organiska eller oorganiska bindemedel utan fuktadsorbe- rande förmåga, bidrager de delar som är belagda med bindemedel icke alls till elementets fuktadsorption, och elementets effektiva yta minskas med 10-20%. Vid förfarandet enligt föreliggande uppfinning kan man emellertid använda vattenglas sàsom bindemedel vid lamine- ringsprocessen för framställning av matrisen. Detta vattenglas om- vandlas till isilika-aerogel tillsammans med det vattenglas varmed syran minskas icke adsorptionsförmàgan hos elementet av oorganiska fibrer. Elementet enligt uppfinningen har sålunda en 10-20% bättre fuktadscrberande förmåga än förut kända element innehållande organiska “eller oorganiska bindemedel utan fuktadsorberande förmåga. . É Det ovan beskrivna avfuktningselementet, kan itkê endast vara av rotationstyp såsom visas i fig 2, utan det kan också vara av tvär_Since organic or inorganic binders without moisture-absorbing ability have been used in previous production of dehumidifying elements, the parts coated with binder do not contribute at all to the moisture absorption of the element, and the effective surface area of the element is reduced by 10-20%. However, in the process of the present invention, water glass can be used as a binder in the lamination process to produce the matrix. This water glass is converted to isilica airgel together with the water glass with which the acid does not reduce the adsorption capacity of the element of inorganic fibers. The element according to the invention thus has a 10-20% better moisture-absorbing ability than previously known elements containing organic or inorganic binders without moisture-absorbing ability. . The dehumidifying element described above can not only be of the rotation type as shown in Fig. 2, but it can also be of a transverse type.

Claims

7 i, 460 705 P a t e n t klr a v

A process for producing a dehumidifying element, characterized in that planar sheet sheets and weighing sheets of low-density paper, the main component of which consists of inorganic fibers selected from ceramic fibers, glass fibers, carbon fibers and mixtures thereof, are laminated alternately with small alternating layers; that the paper is impregnated with water glass before or after said lamination process; that the formed matrix is heated and dried to form hydrated water glass with a water content of 3-20%; that the formed matrix is immersed in acid to form silica hydrogel on the paper; and that the formed matrix and the silica hydrogel are washed and dried to form a strong element, the main component of which is a silica airgel deposited on the matrix of inorganic fibers.

2. A method according to claim 1, characterized in that the inorganic fibers are mainly ceramic fibers. 9

3. A method according to claim 1 or 2, characterized in that the water glass is sodium silicate.