专利名称：一种透热透湿的复合薄膜及其制备方法
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。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种透热透湿的复合薄膜 及其制备方法，该复合薄膜平整均一，具有透热透湿性能及一定的机械强度和柔韧性，适合 应用于空气换热器等领域。本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为一种透热透湿的复合薄膜，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。本发明一种透热透湿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，搅拌均勻成悬浊液，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。与现有技术相比，本发明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。与使用纤维素基的纸芯相比，本发明的 复合薄膜具有如下优点(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；以复合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。最后，由于加入硅酸盐的离子交换性能，使本发明的复合薄膜还可以作为离子交 换膜和海水淡化电渗析膜等，如果适当调节组份，还可以制作特种功能纸张，用于文字记载 等多种用途。
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。
具体实施例方式实施例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°C鼓风干燥箱内保持
4半小时后揭下薄膜，膜厚为20μπι ΙΟΟμπι，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°C，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. 8g/m2/ day ο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°C鼓风干燥箱内保持半 小时后揭下薄膜，膜厚为20 μ m 100 μ m，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°C，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. 6g/m2/ day ο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°C鼓风干燥箱内保持半 小时后揭下薄膜，膜厚为20 μ m 100 μ m，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°C鼓风干燥箱内保持半小 时后揭下薄膜，膜厚为20 μ m 100 μ m，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。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°C鼓风干燥箱内保持半小 时后揭下薄膜，膜厚为20 μ m 100 μ m，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。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°C 鼓风干燥箱内保持半小时后揭下薄膜，膜厚为20 μ m 100 μ m，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。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。
权利要求
1.一种透热透湿的复合薄膜，其特征是由高聚物、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10% 80%，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所述的一种透热透湿的复合薄膜，其特征是所述的高聚物的含量 为 20% 50%。
3.根据权利要求1或2所述的一种透热透湿的复合薄膜，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。
4.根据权利要求1或2所述的一种透热透湿的复合薄膜，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。
5.根据权利要求1或2所述的一种透热透湿的复合薄膜，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。
6.根据权利要求5所述的一种透热透湿的复合薄膜，其特征是所述的添加剂还包括 羧甲基纤维素钠。
7.根据权利要求5所述的一种透热透湿的复合薄膜，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。
8.如权利要求1所述的一种透热透湿的复合薄膜的制备方法，其特征是将所述的高 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，搅拌均勻 成悬浊液，最后将其制成薄膜。
9.根据权利要求8所述的一种透热透湿的复合薄膜的制备方法，其特征是所述的有 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。
10.根据权利要求8所述的一种透热透湿的复合薄膜的制备方法，其特征是采用流延 法、压延法、模压法或蒸发溶剂法将悬浊液制成薄膜。
全文摘要
本发明公开了一种透热透湿的复合薄膜及其制备方法，该复合薄膜由高聚物、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％。与现有技术相比，本发明的复合薄膜具有高传热透湿性、抗菌性、耐候性和阻燃性，可用于空气换热器、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。
文档编号C08L27/12GK102061026SQ20101057654
公开日2011年5月18日 申请日期2010年11月26日 优先权日2010年11月26日
发明者刘秉鑫, 李娟 , 薛立新, 陈景 申请人:中国科学院宁波材料技术与工程研究所