專利名稱：一種纖維素改進透濕阻隔復合薄膜及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高分子薄膜技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種纖維素改進透濕阻隔復合薄膜及其制備方法，應(yīng)用于空氣換熱器、離子交換膜、水處理以及記載文字的特種功能紙張等用途。
背景技術(shù)：
隨著生活水平的提高，人們的生活空間越來越受到現(xiàn)代文明的影響。冬季采暖、夏季制冷空調(diào)的采用，使室內(nèi)外溫差較大。為節(jié)能，人們強化了建筑的氣密性及保溫性，導致如果不能及時換氣，室內(nèi)空氣品質(zhì)將明顯惡化；更由于許多人在裝修住宅時，使用了諸如強化木地板、纖維板、泡沫絕緣材料、大理石等含污染和有毒氣體的裝修材料，以及使用了粘結(jié)劑，這些東西會釋放大量的污染物，如甲醛、苯等，嚴重污染住宅的室內(nèi)空氣品質(zhì)，威脅人們的身體健康。因此，改善室內(nèi)空氣品質(zhì)受到人們極大的關(guān)注。新風流通始終是一種改善室內(nèi)空氣品質(zhì)的有效而經(jīng)濟的方法，該方法通過室內(nèi)外空氣的交流達到改善室內(nèi)空氣的目的。目前，國內(nèi)一般使用空氣換熱器進行室內(nèi)外空氣的能量交換，有些空氣換熱器能夠同時對進入室內(nèi)的空氣與從室內(nèi)排出的空氣進行能量和濕度的交換，從而使進入室內(nèi)的空氣的溫度和濕度調(diào)整到接近室內(nèi)的溫度和濕度。熱交換元件是空氣換熱器的關(guān)鍵部件，目前的空氣換熱器中的熱交換元件一般由鋁制材料制成。但是，由于金屬和金屬合金的傳熱系數(shù)較低，從而影響這種熱交換元件兩側(cè)氣流之間的熱量傳遞效率；此外，利用金屬管或板作為換熱材料，會導致設(shè)備造價很高、外形偏笨重。國際上一般采用先進的紙芯換熱器進行室內(nèi)外空氣的能量交換，最近幾年我國也在逐漸開發(fā)此類空氣換熱器，但是大部分高檔紙芯仍然依賴日本等國進口，這大大增加了產(chǎn)品的成本，降低了產(chǎn)品的市場競爭力。另外，國外的紙芯也存在很多不足之處，不僅回收效率低，而且易發(fā)生新風與排風之間的混合和泄漏，更嚴重的是在冬天運行時，凝結(jié)水對紙芯具有破壞性，這些缺點都限制了采用紙芯的空氣換熱器的發(fā)展。隨著薄膜技術(shù)的發(fā)展，采用薄膜作為空氣換熱器的熱交換材料時，由于無腐蝕問題、無需閥門切換、無運動部件，系統(tǒng)可靠性高，易維護，能耗小等優(yōu)點而引起了科研工作者的極大興趣。在申請?zhí)枮镃N201010576547.8的中國發(fā)明專利申請《一種透熱透濕的復合薄膜及其制備方法》中，我們公開了一種由高聚物、硅酸鹽和添加劑組成的透濕透熱阻隔的復合薄膜，具有低成本與高透熱透濕性能等優(yōu)點，作為空氣換熱器的熱交換材料具有良好的應(yīng)用前景。為了進一步滿足該透熱透濕的復合薄膜在實際應(yīng)用中的要求，尤其是作為熱交換材料在空氣換熱器中的要求，我們繼續(xù)探索研究如何提高該復合薄膜的各項性能，例如， 透濕透熱性能、二氧化碳等氣體的阻隔性能以及機械性能。其中，提高二氧化碳等氣體的阻隔性能是為了在透熱透濕交換過程中阻隔二氧化碳、氮氣等氣體，以保證室內(nèi)空氣質(zhì)量；提高機械性能是為了使該復合薄膜在實際應(yīng)用中抗拉伸、抗撕裂等。但是，這些性能彼此獨立，沒有直接聯(lián)系，因此，如何同時提高這些性能是我們所面臨的技術(shù)難題之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)目的是針對申請?zhí)枮镃N201010576547.8的中國發(fā)明專利申請《一種透熱透濕的復合薄膜及其制備方法》公開的透熱透濕復合薄膜，探索研究如何進一步提高該復合薄膜的各項性能，包括透濕性能、二氧化碳等氣體的阻隔性能以及機械性能，使其滿足實際應(yīng)用的要求，尤其是作為熱交換材料在空氣換熱器中的要求。本發(fā)明實現(xiàn)上述技術(shù)目的所采用的技術(shù)方案為一種纖維素改進透濕阻隔復合薄膜，由高聚物、硅酸鹽和添加劑組成，所述的硅酸鹽以晶相粉粒分散在高聚物中，形成多相固態(tài)薄膜；所述的高聚物具有可溶性或可熔性，硅酸鹽具有層狀或孔狀結(jié)構(gòu)；按照質(zhì)量百分比計，所述的高聚物的含量為10% 80%，硅酸鹽的含量為10% 90%，添加劑的含量為 20%，其特征是所述的添加劑包括纖維素物質(zhì)，所述的纖維素物質(zhì)為羥丙基甲基纖維素、羥乙基纖維素、醋酸纖維素、羥丙基纖維素、羧甲基纖維素中的一種或幾種的混合物。作為優(yōu)選，所述的纖維素物質(zhì)在復合薄膜中的含量為3% 10%。作為優(yōu)選，所述的添加劑還包括吸濕劑、抗菌劑、阻燃劑和抗氧化劑中的一種或幾種。作為優(yōu)選，所述的高聚物的含量為20% 50%。作為優(yōu)選，所述的聚合物為聚丙烯、聚氯乙烯、聚乙烯、聚乙烯醇、可溶性氟碳聚合物、氯化聚乙烯、氧化聚乙烯以及其他具有熱塑性的高聚物中的一種或幾種的混合物。作為優(yōu)選，所述的硅酸鹽為有沸石、高嶺土、凹凸棒、蒙脫石、天然含伴生相的礦物或經(jīng)人工處理的硅酸鹽的混合物或化合物。本發(fā)明一種纖維素改進透濕阻隔復合薄膜的制備方法是將所述的高聚物用有機溶劑溶解或升溫軟化制成流體，然后加入適量硅酸鹽粉粒和添加劑，攪拌均勻成懸濁液，最后采用流延法、壓延法、模壓法或蒸發(fā)溶劑法等方法將該懸濁液制成薄膜。上述制備方法中，所述的有機溶劑為乙二醇二甲醚、四氫呋喃、碳酸丙烯酯、二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺。與申請?zhí)枮镃N201010576547. 8的中國發(fā)明專利申請《一種透熱透濕的復合薄膜及其制備方法》相比，本發(fā)明在構(gòu)成復合薄膜的原料中添加了纖維素物質(zhì)，該纖維素物質(zhì)的加入不僅使復合薄膜具有了優(yōu)異的二氧化碳等氣體的阻隔性能，而且意想不到得提高了復合薄膜的透濕性能，以及提高了復合薄膜的機械性能，從而使該復合薄膜更加具有市場競爭力，滿足了實際應(yīng)用的要求，尤其是作為熱交換材料在空氣換熱器中的要求。


圖1 (a)是純聚氯乙烯薄膜的掃描電鏡圖；圖1(b)是對比實施例1中由聚氯乙烯和鈉基蒙脫石以質(zhì)量比4 6組成的復合薄膜的掃描電鏡圖；圖1(c)是實施例1中由聚氯乙烯、鈉基蒙脫石和醋酸纖維素以質(zhì)量比為 4 5.7 0.3組成的復合薄膜的掃描電鏡圖；圖1(d)是實施例2中由聚氯乙烯、鈉基蒙脫石和醋酸纖維素以質(zhì)量比為 4 5.4 0.6組成的復合薄膜的掃描電鏡圖2是對比實施例1、實施例1及實施例2中得到的復合薄膜的力學性能測試結(jié)果對比圖，其中橫軸的4 6代表對比實施例1，4 5. 7 0.3代表實施例1，4 5. 4 0. 6 代表實施例2 ；圖3是用鋼筆在本發(fā)明實施例1中得到的復合薄膜上書寫后的清晰筆跡圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明，需要指出的是，以下所述實施例例旨在便于對本發(fā)明的理解，而對其不起任何限定作用。對比實施例1 本對比實施例是申請?zhí)枮镃N201010576547.8的中國發(fā)明專利申請《一種透熱透濕的復合薄膜及其制備方法》中公開的一種實施例，具體如下。透熱透濕的復合薄膜，由聚氯乙烯和鈉基蒙脫石組成，其中鈉基蒙脫石以晶相粉粒分散在聚氯乙烯中，形成多相固態(tài)薄膜；聚氯乙烯和鈉基蒙脫石的質(zhì)量比為4 6。上述復合薄膜的制備方法為取工業(yè)用聚氯乙烯粉4g溶于150mL四氫呋喃有機溶劑中，所得澄清液中加入鈉基蒙脫石，聚氯乙烯粉與鈉基蒙脫石的質(zhì)量比為4 6;超聲振蕩20分鐘制成懸濁液，在玻璃板上流延、晾干成自懸掛式膜；在40°C鼓風干燥箱內(nèi)保持半小時后揭下薄膜，膜厚為20 μ m 100 μ m，膜質(zhì)軟，任意角度卷折不開裂。在大氣氣氛下存放2天后，其外觀無明顯變化。觀察上述復合薄膜的表面形貌，將該復合薄膜的掃描電鏡圖與純聚氯乙烯薄膜的掃描電鏡圖相比較，得到圖1(a)與圖1(b)，從圖中可以看出，當在純聚氯乙烯中加入鈉基蒙脫石后，其分散性一般，還有一些團聚。對上述復合薄膜進行水蒸氣透過率測試，在測試溫度為38°C，透過面濕度為90% 的測試條件下，得到每天每平方米薄膜的水蒸氣透過為679. 6克，即透濕效果為679. 6g/m2/ day ο將上述復合薄膜樣品制成空氣換熱器機芯，按照GB/T21087-2007進行熱交換性能檢測，得到溫度效率為47. 5%，焓效率為45. 5%。實施例1 本實施例中，透濕阻隔的復合薄膜由聚氯乙烯、鈉基蒙脫石和醋酸纖維素組成，其中鈉基蒙脫石以晶相粉粒分散在聚氯乙烯中，形成多相固態(tài)薄膜；聚氯乙烯粉、鈉基蒙脫石和醋酸纖維素的質(zhì)量比為4 5.7 0.3。上述復合薄膜的制備方法為取工業(yè)用聚氯乙烯粉3g溶于150mL四氫呋喃有機溶劑中，所得澄清液中加入醋酸纖維素和鈉基蒙脫石，聚氯乙烯粉、鈉基蒙脫石和醋酸纖維素的質(zhì)量比為4 5.7 0.3 ；超聲振蕩20分鐘制成懸濁液，在玻璃板上流延、晾干成自懸掛式膜；在40°C鼓風干燥箱內(nèi)保持半小時后揭下薄膜，膜厚為20 μ m 100 μ m,膜質(zhì)軟，任意角度卷折不開裂。在大氣氣氛下存放2天后，其外觀無明顯變化。觀察上述復合薄膜的表面形貌，將該復合薄膜的掃描電鏡圖與純聚氯乙烯薄膜的掃描電鏡圖相比較，得到圖1(c)所示的掃描電鏡圖，將圖1(c)與圖1(b)對比可知，當在鈉基蒙脫石基礎(chǔ)上添加醋酸纖維素后加入純聚氯乙烯中，其分散性顯著提高。對上述復合薄膜進行水蒸氣透過率測試，在測試溫度為38°C，透過面濕度為90%的測試條件下，得到每天每平方米薄膜的水蒸氣透過為774. 7克，即透濕效果為774. 7g/m2/ day。與實施例1中的復合薄膜相比，其透濕效果有所提高。對上述復合薄膜樣品按照GB/T 1038-2000進行氣體阻隔性能檢測，數(shù)據(jù)結(jié)果見表1。結(jié)果表明上述制備得到的復合薄膜具備非常優(yōu)異的氣體阻隔性。表1 復合薄膜的(X)2氣體與N2氣體的阻隔性能測試結(jié)果
試樣名稱檢測項目及單位 __
CO2N2國產(chǎn)商業(yè)紙芯7.9 X101° 8.3 XIO10
- 氣體透過量 -
進口商業(yè)紙芯 cm3/(m224h.0.1MPa) 5.5 XIO54.1 XIO5
實施例 12.2 XIO54.7XIO5對上述復合薄膜進行力學性能測試，測試結(jié)果如圖2所示。從圖2中可知，當添加醋酸纖維素后，復合薄膜的力學性能較不添加纖維素物質(zhì)的對比實施例1得到的復合薄膜有顯著提高。如果將上述復合薄膜作為紙張，可以用毛筆、圓珠筆或鋼筆等在該復合薄膜上書寫繪畫等，如圖3所示，得到清晰的字跡。實施例2 本實施例中，透濕阻隔的復合薄膜由聚氯乙烯、鈉基蒙脫石和醋酸纖維素組成，其中鈉基蒙脫石以晶相粉粒分散在聚氯乙烯中，形成多相固態(tài)薄膜；聚氯乙烯粉、鈉基蒙脫石和醋酸纖維素的質(zhì)量比為4 5.4 0.6。上述復合薄膜的制備方法為取工業(yè)用聚氯乙烯粉3g溶于150mL四氫呋喃有機溶劑中，所得澄清液中加入醋酸纖維素和鈉基蒙脫石，聚氯乙烯粉、鈉基蒙脫石和醋酸纖維素的質(zhì)量比為4 5.4 0.6 ；超聲振蕩20分鐘制成懸濁液，在玻璃板上流延、晾干成自懸掛式膜；在40°C鼓風干燥箱內(nèi)保持半小時后揭下薄膜，膜厚為20 μ m 100 μ m，膜質(zhì)軟，任意角度卷折不開裂。在大氣氣氛下存放2天后，其外觀無明顯變化。觀察上述復合薄膜的表面形貌，將該復合薄膜的掃描電鏡圖與純聚氯乙烯薄膜的掃描電鏡圖相比較，得到圖1(d)所示的掃描電鏡圖，將圖1(d)與圖1(b)對比可知，當在鈉基蒙脫石基礎(chǔ)上添加醋酸纖維素后加入純聚氯乙烯中，其分散性顯著提高。對上述復合薄膜進行水蒸氣透過率測試，在測試溫度為38°C，透過面濕度為90% 的測試條件下，得到每天每平方米薄膜的水蒸氣透過為785. 0克，即透濕效果為785. Og/m2/ day。與對比實施例1中的復合薄膜相比，其透濕效果有所提高。對上述復合薄膜樣品按照GB/T 1038-2000進行氣體阻隔性能檢測，數(shù)據(jù)結(jié)果見表1。結(jié)果表明上述制備得到的復合薄膜具備非常優(yōu)異的氣體阻隔性。表1 復合薄膜的CO2氣體與N2氣體的阻隔性能測試結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種纖維素改進透濕阻隔復合薄膜，由高聚物、硅酸鹽和添加劑組成，所述的硅酸鹽以晶相粉粒分散在高聚物中，形成多相固態(tài)薄膜；所述的高聚物具有可溶性或可熔性，硅酸鹽具有層狀或孔狀結(jié)構(gòu)；按照質(zhì)量百分比計，所述的高聚物的含量為10% 80%，硅酸鹽的含量為10 % 90%，添加劑的含量為 20%，其特征是所述的添加劑包括纖維素物質(zhì)，所述的纖維素物質(zhì)為羥丙基甲基纖維素、羥乙基纖維素、醋酸纖維素、羥丙基纖維素、羧甲基纖維素中的一種或幾種的混合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維素改進透濕阻隔復合薄膜，其特征是所述的纖維素物質(zhì)在復合薄膜中的含量為3% 10%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的纖維素改進透濕阻隔復合薄膜，其特征是所述的添加劑還包括吸濕劑、抗菌劑、阻燃劑和抗氧化劑中的一種或幾種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的纖維素改進透濕阻隔復合薄膜，其特征是所述的高聚物的含量為20% 50%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的纖維素改進透濕阻隔復合薄膜，其特征是所述的高聚物為聚丙烯、聚氯乙烯、聚乙烯、聚乙烯醇、可溶性氟碳聚合物、氯化聚乙烯、氧化聚乙烯以及其他具有熱塑性的高聚物中的一種或幾種的混合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的纖維素改進透濕阻隔復合薄膜，其特征是所述的硅酸鹽為有沸石、高嶺土、凹凸棒、蒙脫石、天然含伴生相的礦物或經(jīng)人工處理的硅酸鹽的混合物或化合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維素改進透濕阻隔復合薄膜的制備方法，其特征是將所述的高聚物用有機溶劑溶解或升溫軟化制成流體，然后加入適量硅酸鹽粉粒和添加劑，攪拌均勻成懸濁液，最后采用流延法、壓延法、模壓法或蒸發(fā)溶劑法等方法將該懸濁液制成薄膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的纖維素改進透濕阻隔復合薄膜的制備方法，其特征是所述的有機溶劑為乙二醇二甲醚、四氫呋喃、碳酸丙烯酯、二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的纖維素改進透濕阻隔復合薄膜的制備方法，其特征是采用流延法、壓延法、模壓法或蒸發(fā)溶劑法將懸濁液制成薄膜。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種纖維素改進透濕阻隔復合薄膜及其制備方法。該復合薄膜由高聚物、硅酸鹽和添加劑組成，硅酸鹽以晶相粉粒分散在高聚物中，形成多相固態(tài)薄膜；高聚物具有可溶性或可熔性，硅酸鹽具有層狀或孔狀結(jié)構(gòu)；按照質(zhì)量百分比計，高聚物的含量為10％～80％，硅酸鹽的含量為10％～90％，添加劑的含量為1％～20％；并且添加劑包括羥丙基甲基纖維素、羥乙基纖維素、醋酸纖維素、羥丙基纖維素、羧甲基纖維素中的一種或幾種的混合物。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的復合薄膜不僅具有優(yōu)異的二氧化碳等氣體的阻隔性能，而且提高了復合薄膜的透濕性能以及機械性能，從而使該復合薄膜更加具有市場競爭力。
文檔編號C08L23/28GK102382364SQ20111019284
公開日2012年3月21日 申請日期2011年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月8日
發(fā)明者劉秉鑫, 李娟 , 薛立新, 陳景 申請人:中國科學院寧波材料技術(shù)與工程研究所