一種用偶聯(lián)劑法制備有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化全熱交換膜的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于膜分離技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種用偶聯(lián)劑法制備有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化全熱 交換膜的方法。 技術(shù)背景
[0002] 如今，空調(diào)已經(jīng)進(jìn)入了千家萬(wàn)戶，成為我們生活的必需品。但是由于空調(diào)的使用， 造成了空間的密閉性，很多人患上了"空調(diào)病"，室內(nèi)空氣質(zhì)量受到越來(lái)越多人的關(guān)注。另一 方面，據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，工業(yè)、建筑、交通是能源消耗主要的Ξ個(gè)部分，建筑在建造和使用過(guò)程中 直接消耗的能源接近社會(huì)總能耗的1/3,而運(yùn)其中采暖空調(diào)能耗占到約65%。為了解決運(yùn)些 問(wèn)題，越來(lái)越多的人致力于傳統(tǒng)空調(diào)的革新：既保證室內(nèi)外空氣的流通，又盡可能降低能 耗。
[0003] 目前，全熱交換器是解決上述問(wèn)題的最好方法。作為一種空調(diào)輔助裝置，它使室內(nèi) 外的空氣相互流動(dòng)，并且通過(guò)它的核屯、部件一全熱交換膜，交換新風(fēng)和排風(fēng)的能量。運(yùn)樣既 流通了空氣，又降低了空調(diào)的能耗。全熱包含顯熱交換和潛熱交換。顯熱交換是指不改變物 質(zhì)的形態(tài)而引起其溫度變化的熱量交換，主要表現(xiàn)在由于空氣干球溫度的變化而發(fā)生的熱 量轉(zhuǎn)移;潛熱交換，是指不改變物質(zhì)的溫度而引起相態(tài)變化(相變)的熱量交換，在此表現(xiàn)為 潮濕空氣中水蒸汽濃度變化有關(guān)的能量交換。全熱交換器是通過(guò)全熱交換膜作為媒介，有 效回收顯熱和潛熱。因此，為了提高全熱交換器的能量回收率，增加全熱交換膜的熱量傳遞 和水蒸氣透過(guò)率是重要的研究方向。
[0004] 目前，全熱交換器已經(jīng)進(jìn)入工業(yè)化的生產(chǎn)階段，但是很多產(chǎn)品采用紙膜作為全熱 交換膜。運(yùn)種膜有很多優(yōu)點(diǎn)，比如成本低，制造工藝簡(jiǎn)單，容易加工，有較高的能量回收效率 等。因此，備受很多企業(yè)的親睞，產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展日益成熟。然而，隨著全熱交換器的普及，運(yùn) 種膜的缺點(diǎn)，逐漸暴露出來(lái)。首先，它是一種全透膜，不能有效隔絕有害氣體和病菌，運(yùn)樣會(huì) 使運(yùn)些污染物回流至新風(fēng)，從而不能有效的換氣。其次，紙膜在透濕的過(guò)程中，容易發(fā)生霉 變。運(yùn)不僅會(huì)影響使用壽命，還會(huì)對(duì)室內(nèi)空氣造成二次污染。另外，紙膜也不阻燃，會(huì)造成安 全隱患。鑒于此，本發(fā)明利用環(huán)保高分子材料的親水，阻氣，抗壓，阻燃等特性，加 W無(wú)機(jī)添 加劑的選擇系數(shù)高，耐高溫，耐酸堿，抗菌，催化等性能，制備出各種透濕性能優(yōu)異，氣體阻 隔性高不發(fā)霉且阻燃的有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化全熱交換膜，從而取代紙膜，更有效降低空調(diào)能耗， 改善室內(nèi)空氣的質(zhì)量。
[0005] 由于無(wú)機(jī)粒子表面能較高，與表面能較低的有機(jī)體親和性較差，兩者在相互混合 時(shí)不能很好的相容，從而導(dǎo)致界面上將有空隙出現(xiàn)。若有機(jī)物是高聚物，空氣中的水分就會(huì) 進(jìn)入上述的空隙從而引起界面處高聚物的降解、脆化。原位溶膠化法是無(wú)機(jī)物前驅(qū)體與有 機(jī)高聚物在共溶劑中均勻混合后再進(jìn)行溶膠、凝膠化而制得雜化材料的方法。它的分子結(jié) 構(gòu)的最大特點(diǎn)是分子中含有化學(xué)性質(zhì)不同的兩個(gè)基團(tuán)，一個(gè)是親無(wú)機(jī)物的基團(tuán)，易與無(wú)機(jī) 物表面起化學(xué)反應(yīng);另一個(gè)是親有機(jī)物的基團(tuán)，能與合成樹(shù)脂或其它聚合物發(fā)生化學(xué)反應(yīng) 或生成氨鍵溶于其中。因此偶聯(lián)劑被稱作"分子橋"，用W改善無(wú)機(jī)物與有機(jī)物之間的界面 作用，從而大大提高復(fù)合材料的性能。本研究方法采用偶聯(lián)劑，使高分子和無(wú)機(jī)粒子能夠很 好的結(jié)合，從而形成均一穩(wěn)定的雜化膜，充分利用各自的優(yōu)勢(shì)，制備高性能的全熱交換膜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用偶聯(lián)劑法制備有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化 全熱交換膜的方法。
[0007] 本發(fā)明方法包括如下步驟：
[000引步驟1):用去離子水溶解聚乙締醇，加熱溫度50~100°C，加熱時(shí)間1~6個(gè)h，得到 透明均一穩(wěn)定的鑄膜液，聚乙締醇的固含量在4%-12%之間。
[0009] 所述的聚乙締醇的型號(hào)包括 PVA-1788、PVA-1795、PVA-1797、PVA-1799、PVA-105、 PVA-117、PVA-124、PVA-203、PVA-210或PVA-224等。
[0010] 步驟2):將偶聯(lián)劑加入乙醇水溶液，其中水和乙醇的體積比為9:1-1:9,偶聯(lián)劑質(zhì) 量分?jǐn)?shù)為0.1 %-3 %。超聲分散0.化-5h，再將無(wú)機(jī)粒子加入到水解好的偶聯(lián)劑中，無(wú)機(jī)粒子 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為同時(shí)緩慢升溫至60°C-80°C，用氨氧化鋼調(diào)節(jié)體系的pH為9-10左 右，攬拌1-化，將分散漿倒出，離屯、，真空干燥得到改性后無(wú)機(jī)粒子產(chǎn)物。
[0011] 所述的無(wú)機(jī)粒子包括但不限于納米級(jí)氧化侶、納米級(jí)二氧化娃、納米級(jí)二氧化鐵、 A型分子篩、X型分子篩或蒙脫±。
[0012] 所述的偶聯(lián)劑包括但不限于為乙締基Ξ氯硅烷、乙締基Ξ乙氧基硅烷、乙締基Ξ (β-甲氧乙氧基)硅烷、丫-縮水甘油丙基-Ξ甲氧基硅烷、丫-甲基丙締酷氧基丙基-Ξ甲氧 基硅烷、Ν-(β-氨乙基)-丫-氨丙基-Ξ甲氧基硅烷、Ν-(β-氨乙基)-丫-氨丙基-甲基-Ξ甲氧 基硅烷、丫-氯丙基-二甲氧基硅烷、丫-琉丙基-二甲氧基硅烷、丫-氨丙基-二甲氧基硅烷。
[0013] 步驟3):將步驟2)制得的改性后無(wú)機(jī)粒子產(chǎn)物加入到去離子水中，其中改性后無(wú) 機(jī)粒子產(chǎn)物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為超聲攬拌分散0.化-5h后，緩慢滴入步驟1)制得的鑄膜 液中，加速攬拌使其均勻混合，每攬拌化后用超聲波處理10-30min;將制備好的復(fù)合溶膠放 入真空干燥箱中，抽真空脫泡，最后流延涂布，經(jīng)干燥成膜后剝離，即得到有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化全 熱交換膜。
[0014] 本發(fā)明的有益效果是：用偶聯(lián)劑對(duì)無(wú)機(jī)粒子進(jìn)行改性，主要是利用無(wú)機(jī)粒子表面 經(jīng)偶聯(lián)劑處理后可W與有機(jī)物具有很好的相容性。然后改性后的無(wú)機(jī)粒子緩慢加入到聚合 物溶液中，促進(jìn)其在聚合物基體中的分散性，增加有機(jī)-無(wú)機(jī)兩相的相互作用，提高無(wú)機(jī)納 米粒子在聚合物基體中的穩(wěn)定性，而且能夠顯著的提高分離膜的親水性、選擇透過(guò)性、抗污 染性和抗菌性等諸多性能。本發(fā)明中制膜與膜改性同步進(jìn)行，生產(chǎn)效率高、成本低，利于大 規(guī)模的開(kāi)發(fā)生產(chǎn)，具有廣闊的工業(yè)化應(yīng)用的前景。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 本發(fā)明是W偶聯(lián)劑處理后的無(wú)機(jī)粒子分散在聚合物膜材料主相中，通過(guò)流延涂布 制備新型的有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化全熱交換膜，同時(shí)實(shí)現(xiàn)其功能化。
[0016] 下面將結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)的描述，但所述實(shí)施例不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限 審IJ。從本發(fā)明公開(kāi)的內(nèi)容聯(lián)想到或?qū)С龅乃凶冃危J(rèn)為是本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0017]實(shí)施例1.
[001引將4g聚乙醇(PVA-1788)溶解在96mL水中，70°C溶解2個(gè)h，靜置脫泡，得到均一透明 的PVA溶液。將0.1 g乙締基Ξ氯硅烷加入lOOmL乙醇水溶液中（體積分?jǐn)?shù)Φ (乙醇)/Φ (水）= 1:9)，超聲分散化;將Ig納米氧化侶加入到水解好的偶聯(lián)劑的乙醇水溶液中，緩慢升溫至60 °C，用氨氧化鋼調(diào)節(jié)體系抑至9-10，攬拌5個(gè)h，將分散漿倒出，離屯、，真空干燥得到改性后納 米氧化侶。
[0019] 將改性后的納米氧化侶加入到lOOmL去離子水中，超聲攬拌分散化后，緩慢滴入已 溶解好的PVA溶膠中，加速攬拌使其均勻混合，每攬拌化后用超聲波處理lOmin;將制備好的 復(fù)合溶膠放入真空干燥箱中，抽真空脫泡，最后流延涂布，經(jīng)干燥成膜后剝離，得到新型有 機(jī)無(wú)機(jī)雜化膜。
[0020] 實(shí)施例1所制備的新型有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化全熱交換膜的水蒸氣透過(guò)系數(shù)、0)2透過(guò)量 和洽交換效率見(jiàn)附表1，該新型有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化全熱交換膜的透濕量為478.2769g/m 2 · day, 〇)2透過(guò)量為665.6911113/1112 * 2地*0.1]\^3，洽交換效率為38%。
[0021] 實(shí)施例2.
[0022] 將llg聚乙醇(PVA-1797)溶解在89mL水中，90°C溶解3個(gè)h，靜置脫泡，得到均一透 明的PVA溶液。將2g乙締基Ξ(β-甲氧乙氧基)硅烷加入100血乙醇水溶液中（體積分?jǐn)?shù)Φ (乙 醇)/Φ (水）=2:8)，超聲分散化;將8g納米二氧化鐵加入到水解好的偶聯(lián)劑的乙醇水溶液 中，緩慢升溫至80°C，用氨氧化鋼調(diào)節(jié)體系抑至9-10，攬拌6個(gè)h，將分散漿倒出，離屯、，真空 干燥得到改性后納米二氧化鐵。
[0023] 將改性后的納米二氧化鐵加入到lOOmL去離子水中，超聲攬拌分散化后，緩慢滴入 已溶解好的PVA溶膠中，加速攬拌使其均勻混合，每攬拌化后用超聲波處理30min;將制備好 的復(fù)合溶膠放入真空干燥箱中，抽真空脫泡，最后流延涂布，經(jīng)干燥成膜后剝離，得到新型 有機(jī)無(wú)機(jī)雜化膜。
[0024] 實(shí)施例3.
[0025] 將8g聚乙醇(PVA-1799)溶解在92mL水中，85°C溶解4個(gè)h，靜置脫泡，得到均一透明 的PVA溶液。將Ig γ -縮水甘油丙基-Ξ甲氧基硅烷加入lOOmL乙醇水溶液中（體積分?jǐn)?shù)Φ (乙 醇)/Φ (水）= 1:9)，超聲分散化;將5g納米二氧化娃加入到水解好的偶聯(lián)劑的乙醇水溶液 中，緩慢升溫至70°C，用氨氧化鋼調(diào)節(jié)體系抑至9-10，攬拌4個(gè)h，將分散漿倒出，離屯、，真空 干燥得到改性后納米二氧化娃。
[0026] 將改性后的納米二氧化娃加入到lOOmL去離子水中，超聲攬拌分散化后，緩慢滴入 已溶解好的PVA溶膠中，加速攬拌使其均勻混合，每攬拌化后用超聲波處理30min;將制備好 的復(fù)合溶膠放入真空干燥箱中，抽真空脫泡，最后流延涂布，經(jīng)干燥成膜后剝離，得到新型 有機(jī)無(wú)機(jī)雜化膜。
[0027] 實(shí)施例3所制備的新型有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化全熱交換膜的水蒸氣透過(guò)系數(shù)、0)2透過(guò)量 和洽交換效率見(jiàn)附表1，該新型有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化全熱交換膜的透濕量為649.4594g/m 2 · day, C〇2透過(guò)量為 1328.484mVm2 · 24h · O.lMPa，洽交換效率為45%。
[002引實(shí)施例4.
[0029] 將6g聚乙醇(PVA-1795)溶解在94mL水中，80°C溶解2個(gè)h，靜置脫泡，得到均一透明 的PVA溶液。將0.2g Ν-(β-氨乙基)-丫-氨丙基-甲基-Ξ甲氧基硅烷加入lOOmL乙醇水溶液 中（體積分?jǐn)?shù)Φ (乙醇)/Φ (水）=4:6)，超聲分散化;將3g 3A分子篩原粉加入到水解好的偶 聯(lián)劑的乙醇水溶液中，緩慢升溫至60°C，用氨氧化鋼調(diào)節(jié)體系抑至9-10，攬拌2個(gè)h，將分散 漿倒出，離屯、，真空干燥得到改性后3A分子篩原粉。
[0030] 將改性后的3A分子篩原粉加入到lOOmL去離子水中，超