一种聚电解质复合物微球基全热交换膜的制备方法

专利2025-05-23  18


本发明属于新风全热交换领域,具体涉及一种聚电解质复合物微球基全热交换膜的制备方法。


背景技术:

0、技术背景

1、近年来,随着人们生活水平的提高,空调已经进入了千家万户,成为我们生活的必需品。但是由于空调的使用,造成了空间的密闭性,引起“空调病”,室内空气质量受到越来越多人的关注。另一方面,据调查统计,建筑直接消耗的能源接近社会总能耗的1/3,而这其中采暖空调能耗占到约65%。为了解决这些问题,越来越多的人致力于传统空调的革新:既保证室内外空气的流通,又尽可能降低能耗。目前,全热交换器是解决上述问题的最好方法。全热交换器作为一种空调辅助装置,利用回收排风的热能并重新用于送风的新风系统,利用高效的热交换元件,使排风和送风间进行热交换。只将室外新风作为冷源带走热量,室外空气并不直接进入室内;室内空气通过换热冷却后再被送回室内。可有效降低新风负荷对于室内负荷的影响。避免造成能源浪费。全热交换器与空调的配合使用,相较于普通换气扇与空调的组合可大幅降低室内温度的波动,使送风温度更接近室温,室内人员的体感更舒适。高效的温度交换效率可使空调保持舒适室温的同时,持续带来清新、洁净的空气。

2、目前的热交换节能系统采用的换热器换热效率很低,造成热交换节能系统的节能效率远不如通风类节能系统。虽然全热交换器已经进入工业化的生产阶段,但是很多产品采用纸膜作为全热交换膜,随着全热交换器的普及,这种膜的缺点,逐渐暴露出来比如容易发霉,不阻气等。

3、鉴于此,新型全热交换膜成为研究的热点,研究主要集中通过不同膜材料和添加剂的复配,制备出各种透湿性能优异,气体阻隔性高,不发霉且阻燃的全热交换膜,从而取代纸膜更有效降低空调能耗,改善室内空气的质量。例如、中国专利申请号201910681871.7公开了一种除甲醛全热交换膜及其制备方法,该交换膜包括多孔基膜和涂覆在所述多孔基膜上的含有除甲醛材料的高分子膜;中国专利申请号202210442333.4公开了一种基于酸碱溶液后处理的超高气体阻隔的薄膜复合聚酰胺全热交换膜及其制备方法,此发明与对比的水洗后烘干的例子相比,该膜具有极低的co2气体透过性和同等高的透湿性和热回收效率;中国专利申请号202010657696.0公开了一种耐水全热交换纸的制备方法,该制备方法包括:将高分子成膜物质和抗菌防霉材料加入到溶剂中得到涂布溶液,用网纹辊将涂布溶液涂布到低透气度纸张上,干燥得到全热交换膜。但是高分子膜普遍存在的选择性与透过性之间的“trade-off”效应制约着其产业化生产应用,全热交换膜仍处于研发阶段。

4、根据上述,纸膜容易发霉、不阻气以及高分子膜普遍存在水蒸气透过率和气体透过率之间的“trade-off”效应等问题导致了全热交换器交换效率低,节能效率不如通风类节能系统。


技术实现思路

1、针对现有技术的不足,本发明提供了一种聚电解质复合物微球基全热交换膜的制备方法。海藻酸钠是聚阴离子电解质,而季铵盐壳聚糖是聚阳离子电解质,由于两种原料带有不同电荷,共混时两种聚电解质形成聚电解质复合物。聚电解质复合物是一类具有三维结构与性能的高分子,具有高度的亲水性,在溶胀状态下仍能保持良好的机械强度。对此,在全热交换膜的制备中引入聚电解质复合物微球来提升亲水性,从而提高水蒸气透过率,并且聚电解质复合物具有三维结构,延长了气体传输路径,提高了气体阻隔性,从而平衡了薄膜之间存在的“trade-off”效应。主要制备方法如下:首先将一定质量比的壳聚糖季铵盐和海藻酸钠溶于去离子水中加热搅拌至完全溶解,将一定质量的聚丙烯酸钠溶于去离子水中加热搅拌至完全溶解,然后将两种溶液按照比例互溶得到铸膜液。最后将铸膜液涂于高分子基膜上做全热交换膜用。本发明实施例中将制备的聚电解质复合物微球基全热交换膜与只加入季铵盐类聚合物或者海藻酸钠的复合膜对比,提供一种聚电解质复合物微球基全热交换膜的制备方法。具体步骤如下:

2、步骤一、称取壳聚糖季铵盐和海藻酸钠粉末溶于去离子水中,加热搅拌直至完全溶解,其中壳聚糖季铵盐与海藻酸钠的质量比为1-3:3-5。

3、步骤二、称取聚丙烯酸钠粉末溶于去离子水中,配置成质量分数为3%-6%的聚丙烯酸钠溶液,加热搅拌直至完全溶解后静置备用;

4、步骤三、将步骤一和步骤二的溶液按照比例混合,加热搅拌混合均匀,其中步骤一与步骤二质量比为3-1:1。

5、步骤四、将步骤三中的溶液利用实验室刮涂机涂覆于高分子膜基材表面,其中刮涂厚度为1-5μm。

6、本发明达到了以下有益效果:

7、水蒸气透过率高。本发明中,通过在基膜表面制备负载聚电解质复合物微球的功能层,提高膜的亲水性,使水蒸气分子能够在功能层表面快速吸附,然后通过溶解-扩散,进行水蒸气分子的传导,从而传递了能量,作为空调辅助装置降低了能耗。在38℃、90%rh的测试条件下,水蒸气透过率最高达5763.9g/(m2·24h)。

8、厚度薄、气体阻隔性高。本发明将制备的聚电解质复合物溶液与聚丙烯酸钠溶液混合均匀后涂于基材表面,涂层厚度仅在1-5μm,所制备的聚电解质复合物不仅存在功能层表面而且存在其内部,聚电解质复合物独特的三维结构,延长了气体分子的传输路径,在23℃、0.1mpa测试条件下,空气透过率最低为31476l/m2/h/bar。



技术特征:

1.一种聚电解质复合物微球基全热交换膜的制备方法,其特征在于以下步骤:

2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述步骤一中的壳聚糖季铵盐与海藻酸钠的质量比为1-3:3-5。

3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述步骤(2)聚丙烯酸钠溶液的质量分数为3%-6%。

4.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述步骤(3)步骤一与步骤二的溶液的质量比为3-1:1。

5.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述步骤(4)刮涂厚度为1-5μm。


技术总结
本发明涉及了全热交换领域,尤其涉及了一种聚电解质复合物微球基全热交换膜的制备方法,主要制备方法如下:首先将一定质量比的壳聚糖季铵盐和海藻酸钠溶于去离子水中加热搅拌至完全溶解,制备成聚电解质复合物溶液静置备用;将聚丙烯酸钠溶于去离子水中加热搅拌至完全溶解,静置备用;然后将两种溶液按照比例互溶得到铸膜液,静置备用;最后将铸膜液涂于高分子基膜上做全热交换膜用,本发明制备的聚电解质复合物微球基全热交换膜在全热交换领域有很好的应用前景。

技术研发人员:王维,李文丽,徐志伟,邵瑞琪,石海婷,李志松,刘梁森
受保护的技术使用者:天津工业大学绍兴柯桥研究院
技术研发日:
技术公布日:2024/12/17
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