一种可清洗的热交换膜及其机芯和制备方法
【专利摘要】本发明公开一种可清洗的热交换膜及其机芯和制备方法。该热交换膜包括支撑层、及复合在所述支撑层表面的功能层；功能层是高分子聚合物和改性剂化学交联、接枝改性而成。上述热交换膜在空调热回收系统热交换机芯中的应用。本发明的可清洗热交换膜经过化学交联、接枝改性、共混等改性，得到既具有水分子通道、又耐水溶性的高分子离子热交换膜。与现有技术相比，本发明的热交换膜制成机芯不仅具有优异的热传导、透湿性能及二氧化碳等气体的阻隔性，而且膜可清洗，清洗后不影响膜的性能，从而使该膜可循环使用，节约成本，更具有市场竞争力。
【专利说明】
一种可清洗的热交换膜及其机芯和制备方法
技术领域
[0001]本发明新风系统热回收零部件技术领域，涉及一种可清洗的热交换膜机芯，具体涉及一种可清洗热回收膜及其机芯的制备方法。
【背景技术】
[0002]在全面实施可持续发展战略的今天，我国已经把节能减排作为一项重要的国策。建筑在建造和使用过程中直接消耗的能源接近社会总能耗的1/3;在中国仅住宅和商用建筑的运行能耗即可相当于中国水泥和钢铁行业的综合，而这建筑能耗中有55%左右为采暖和空调能耗，是制约建筑节能的关键因素。随着人们生活水平的逐渐提高，人们对室内空气品质的要求也越来越高，致使新风能耗成为空调能耗的重要组成部分。因此，如何在保证室内空气质量的前提下，降低空调能耗已成为空调系统研究发展中的最为重要的课题。
[0003]研究表明:空调热回收系统能够将室外新风经过过滤、净化、并且通过其核心部件一一热交换膜进行热湿交换处理后送进室内，同时又将室内污浊的排风经过过滤、净化、热湿回收之后排出室外，而且室内空气温度基本不受新风流入的影响，有效提高建筑能耗比，可减小空调系统50%?80%的新风负荷，可以有效地解决提高空气质量和降低空调能耗之间的矛盾。
[0004]随着空调热回收新风系统的普及，传统的热交换膜缺点逐渐暴露出来。普通的纸质热回收膜不能有效的隔绝有害气体和病菌，且容易发霉;水溶性高分子膜具有高效透湿性，且可有效的阻隔有害气体，但两者均不可清洗，不可重复利用。
【发明内容】
[0005]本发明的一个目的是针对上述技术问题，提供一种可清洗的热交换膜。
[0006]本发明可清洗的热交换膜，厚度为10?ΙΟΟμπι，包括支撑层、及复合在所述支撑层表面的功能层;其中功能层的厚度为I?20μηι。
[0007]所述的功能层是高分子聚合物和改性剂化学交联、接枝改性而成；其中高分子聚合物和改性剂的质量比为50?99.9:0.1?50；
[0008]所述的高分子聚合物为聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚乙二醇、聚苯胺、壳聚糖、聚丙烯、醋酸纤维素、磺化聚合物、聚多巴胺、聚二甲基二烯基丙基氯化铵、聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、聚乙烯吡咯烷酮等中的一种或多种;所述的改性剂为聚磷酸钠、戊二醛、马来酸酐、甘油、丙二醇中的一种或多种；
[0009]所述的支撑层为纤维素纸、聚酯无纺布或聚丙烯无纺布。
[0010]本发明的另一个目的是提供上述热交换膜的制备方法。
[0011]该方法包括以下步骤:
[0012]步骤(1)、制备高分子聚合物溶液或熔融的高分子聚合物；
[0013]步骤(2)、将步骤(I)中的聚合物溶液均匀混合得到铸膜液，在支撑层上流延，干燥成膜。
[0014]步骤(3)、将步骤(2)的膜浸没在改性剂溶液中，浸没时间0.5?5h，得到改性的可清洗热交换膜。
[0015]本发明的又一个目的是提供上述热交换膜在空调热回收系统热交换机芯中的应用。
[0016]本发明所述的机芯，包括热交换膜A、机芯组件、上盖、下盖和固定杆，整体由固定杆固定连接。
[0017]所述的机芯组件是一体结构，以工程塑料为框架、热交换膜B为模芯在注塑模具内一次注塑而成，机芯组件厚度3?1mm;机芯组件侧边设置有连接孔，机芯组件和热交换膜A交叉叠加放置，组成热回收机芯;所述上盖、热回收机芯和下盖由固定杆通过连接孔固定连接，组成热回收机芯主体，所述热回收机芯总高H为I OOmm?I OOOmm。
[0018]这里的热交换膜A和热交换膜B均为本发明制备得到的热交换膜。
[0019]所述的可清洗的热交换膜机芯形状为四边形、六棱形。
[0020]本发明的可清洗热交换膜经过化学交联、接枝改性、共混等改性，得到既具有水分子通道、又耐水溶性的高分子离子热交换膜。与现有技术相比，本发明的热交换膜制成机芯不仅具有优异的热传导、透湿性能及二氧化碳等气体的阻隔性，而且膜可清洗，清洗后不影响膜的性能，从而使该膜可循环使用，节约成本，更具有市场竞争力。
【附图说明】
[0021 ]图1是热交换机芯整体结构图；
[0022]图2是热交换机芯的机芯组件结构图。
[0023]其中:I为上盖，2为固定杆，3为机芯组件，4为热交换膜A，5为下盖，3_1为连接孔，3-2为热交换膜B，3-3为塑料框架。
【具体实施方式】
[0024]下面通过实施例对发明进一步阐述，但并不限制本发明。
[0025]以下实施例所采用的温度交换效率和焓交换效率测试方法均参照国家标准GB/T21087-2007《空气-空气能量回收装置》中的夏季制冷工况，即新风侧干球温度35°C，湿球温度28°C;排风侧干球温度27°C，湿球温度19.5°C;所制造的全热交换机芯交换面积约1m2O
[0026]本发明可清洗的热交换膜，厚度为10?ΙΟΟμπι，包括支撑层、及复合在所述支撑层表面的功能层;其中功能层的厚度为I?20μηι。
[0027]所述的功能层是高分子聚合物和改性剂化学交联、接枝改性而成；其中高分子聚合物和改性剂的质量比为50?99.9:0.1?50；
[0028]所述的高分子聚合物为聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚乙二醇、聚苯胺、壳聚糖、聚丙烯、醋酸纤维素、磺化聚合物、聚多巴胺、聚二甲基二烯基丙基氯化铵、聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、聚乙烯吡咯烷酮等中的一种或多种;所述的改性剂为聚磷酸钠、戊二醛、马来酸酐、甘油、丙二醇中的一种或多种；
[0029]所述的支撑层为纤维素纸、聚酯无纺布或聚丙烯无纺布。
[0030]本发明的另一个目的是提供上述热交换膜的制备方法。
[0031]该方法包括以下步骤:
[0032]步骤(1)、制备高分子聚合物溶液或熔融的高分子聚合物；
[0033]步骤(2)、将步骤(I)中的聚合物溶液均匀混合得到铸膜液，在支撑层上流延，干燥成膜。
[0034]步骤(3)、将步骤(2)的膜浸没在改性剂溶液中，浸没时间0.5?5h，得到改性的可清洗热交换膜。
[0035]本发明的又一个目的是提供上述热交换膜在空调热回收系统热交换机芯中的应用。
[0036]本发明所述的机芯，包括热交换膜A、机芯组件、上盖、下盖和固定杆，整体由固定杆固定连接。
[0037]所述的机芯组件是一体结构，以工程塑料为框架、热交换膜B为模芯在注塑模具内一次注塑而成，机芯组件厚度3?1mm;机芯组件侧边设置有连接孔，机芯组件和热交换膜A交叉叠加放置，组成热回收机芯;所述上盖、热回收机芯和下盖由固定杆通过连接孔固定连接，组成热回收机芯主体，所述热回收机芯总高H为I OOmm?I OOOmm。
[0038]所述的可清洗的热交换膜机芯形状为四边形、六棱形。
[0039]实施例1
[0040](I)将1g聚乙烯醇(PVA)溶于90g去离子水中，90°C加热搅拌至透明均一溶液。
[0041 ] (2)将步骤(I)中的PVA水溶液与12.5g聚二甲基二烯基丙基氯化铵(I3DDA)水溶液(20wt % )、12.5g磺化聚醚醚酮(SPEEK)水溶液(20wt % ) 27 °C下混合，搅拌成均一透明溶液。
[0042](3)将步骤(2)中的混合溶液于聚酯无纺布上流延，自然干燥成膜，得到PVA/PDDA/SPEEK共混膜。
[0043](4)将步骤(3)中的共混膜浸于10%的戊二醛水溶液中，并加入少量硫酸，室温下交联Ih后取出，用去离子水冲洗后干燥制得交联的PVA/PDDA/SPEEK离子全热交换膜。该热交换膜，厚度为10?ΙΟΟμπι，包括支撑层、及复合在所述支撑层表面的厚度为I?20μπι功能层;功能层是高分子聚合物和改性剂化学交联、接枝改性而成;其中高分子聚合物和改性剂的质量比为50?99.9:0.1?50。
[0044]将该全热交换膜制成全热交换机芯。经检测，本实施例制备的全热交换薄膜，二氧化碳气体透过量为1.6*102cm3/m2.day.0.1.MPa;制成全热交换膜机芯，在新风和排风风量均为200m3/h条件下，温度交换效率为63.3%，焓交换效率75.6%。将热交换机芯浸于水中清洗后，机芯的性能无变化。
[0045]实施例2
[0046]I)将6g醋酸纤维素(CA)溶于94g醋酸中，50°C加热搅拌至透明均一溶液。
[0047](2)将步骤(I)中的CA醋酸溶液与15g聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(PTMAC)水溶液(20wt % ) 27 °C下混合，搅拌成均一透明溶液。
[0048](3)将步骤(2)中的混合溶液于聚丙烯无纺布上流延，自然干燥成膜，得到CA/PTMAC共混膜。
[0049](4)将步骤(3)中的共混膜浸于1 %的马来酸酐水溶液中，并加入少量硫酸，室温下交联1.5h后取出，用去离子水冲洗后干燥制得交联的CA/PTMAC离子全热交换膜。该热交换膜，厚度为10?lOOwn，包括支撑层、及复合在所述支撑层表面的厚度为I?20μηι功能层；功能层是高分子聚合物和改性剂化学交联、接枝改性而成;其中高分子聚合物和改性剂的质量比为50?99.9:0.1?50。
[0050]将该全热交换膜制成全热交换机芯。经检测，本实施例制备的全热交换薄膜，二氧化碳气体透过量为1.6*102cm3/m2.day.0.1.MPa;制成全热交换膜机芯，在新风和排风风量均为200m3/h条件下，温度交换效率为63.3%，焓交换效率75.6%。将热交换机芯浸于水中清洗后，机芯的性能无变化。
[0051 ] 实施例3
[0052](I)将1g聚丙烯酰胺(PAM)溶于90g水中，30°C加热搅拌至透明均一溶液。
[0053](2)将步骤(I)中的PAM溶液于纤维素无纺布上流延，自然干燥成膜，得到PAM均质膜。
[0054](3)将步骤(2)中的PAM均质膜浸于5 %的聚磷酸钠(SPP)水溶液中，室温下交联
0.5h后取出，用去离子水冲洗后干燥制得交联的PAM/SPP离子全热交换膜。该热交换膜，厚度为10?ΙΟΟμπι，包括支撑层、及复合在所述支撑层表面的厚度为I?20μηι功能层;功能层是高分子聚合物和改性剂化学交联、接枝改性而成;其中高分子聚合物和改性剂的质量比为50?99.9:0.1?50 ο
[0055]将该全热交换膜制成全热交换机芯。经检测，本实施例制备的全热交换薄膜，二氧化碳气体透过量为1.8*102cm3/m2.day.0.1.MPa;制成全热交换膜机芯，在新风和排风风量均为200m3/h条件下，温度交换效率为59.5%，焓交换效率70.2%。将热交换机芯浸于水中清洗后，机芯的性能无变化。
[0056]实施例4
[0057](I)将2g壳聚糖(CS)溶于98g醋酸中，30°C加热搅拌至透明均一溶液。
[0058](2)将步骤(I)中的CS溶液于聚丙烯无纺布上流延，自然干燥成膜，得到CS均质膜。
[0059](3)将步骤(2)中的CS均质膜浸于10%的聚磷酸钠(SPP)水溶液中，室温下交联Ih后取出，用去离子水冲洗后干燥制得交联的CS/SPP离子全热交换膜。该热交换膜，厚度为10?ΙΟΟμπι，包括支撑层、及复合在所述支撑层表面的厚度为I?20μπι功能层;功能层是高分子聚合物和改性剂化学交联、接枝改性而成；其中高分子聚合物和改性剂的质量比为5 O?99.9:0.1?50ο
[0060]将该全热交换膜制成全热交换机芯。经检测，本实施例制备的全热交换薄膜，二氧化碳气体透过量为2.0*102cm3/m2.day.0.1.MPa;制成全热交换膜机芯，在新风和排风风量均为200m3/h条件下，温度交换效率为60.1%,焓交换效率72.1 %。将热交换机芯浸于水中清洗后，机芯的性能无变化。
[0061 ] 实施例5
[0062](I)将5g聚苯胺(PAN)、5g聚乙二醇(PEG)溶于90g水中，30°C加热、超声至透明均一，得到PAN/PEG混合溶液。
[0063](2)将步骤(I)中的PAN/PEG混合溶液于聚酯无纺布上流延，自然干燥成膜，得到PAN/PEG混合膜。
[0064](3)将步骤(2)中的PAN/PEG混合膜浸于2.5 %的聚磷酸钠(SPP)水溶液中，室温下交联2h后取出，用去离子水冲洗后干燥制得交联的PAN/PEG/SPP离子全热交换膜。该热交换膜，厚度为10?10wn，包括支撑层、及复合在所述支撑层表面的厚度为I?20μηι功能层;功能层是高分子聚合物和改性剂化学交联、接枝改性而成;其中高分子聚合物和改性剂的质量比为50?99.9:0.1?50。
[0065]将该全热交换膜制成全热交换机芯。经检测，本实施例制备的全热交换薄膜，二氧化碳气体透过量为2.l*102cm3/m2.day.0.1.MPa;制成全热交换膜机芯，在新风和排风风量均为200m3/h条件下，温度交换效率为65.8 %，焓交换效率74.1 %。将热交换机芯浸于水中清洗后，机芯的性能无变化。
[0066]实施例6
[0067](I)将90g聚丙烯(PP)、10g聚乙烯吡咯烷酮(PVPP)140°C熔融后挤出，流延成膜，制得PP/PVPP共混膜。
[0068](2)将步骤(I)中的PP/PVPP混合膜浸于1 %的甘油中室温放置5h，干燥制得改性PP/PVPP全热交换膜。该热交换膜，厚度为10?ΙΟΟμ??，包括支撑层、及复合在所述支撑层表面的厚度为I?20μπι功能层;功能层是高分子聚合物和改性剂化学交联、接枝改性而成;其中高分子聚合物和改性剂的质量比为50?99.9:0.1?50。
[0069]将该全热交换膜制成全热交换机芯。经检测，本实施例制备的全热交换薄膜，二氧化碳气体透过量为1.4*103cm3/m2.day.0.1.MPa;制成全热交换膜机芯，在新风和排风风量均为200m3/h条件下，温度交换效率为65.4%，焓交换效率72.3%。将热交换机芯浸于甘油清洗后，机芯的性能无变化。
[0070]实施例7
[0071](I)将聚乙烯醇(PVA)90g、1g聚乙烯吡咯烷酮(PVPP) 140°C熔融后挤出，流延成膜，制得PVA/PVPP共混膜。
[0072](2)将步骤(I)中的PVA/PVPP混合膜浸于丙二醇中室温放置5h，干燥制得改性PVA/PVPP全热交换膜。该热交换膜，厚度为1?100M1，包括支撑层、及复合在所述支撑层表面的厚度为I?20μπι功能层;功能层是高分子聚合物和改性剂化学交联、接枝改性而成;其中高分子聚合物和改性剂的质量比为50?99.9:0.1?50。
[0073]将该全热交换膜制成全热交换机芯。经检测，本实施例制备的全热交换薄膜，二氧化碳气体透过量为8.4*102cm3/m2.day.0.1.MPa;制成全热交换膜机芯，在新风和排风风量均为200m3/h条件下，温度交换效率为66.5%，焓交换效率73.0%。将热交换机芯浸于丙二醇中清洗后，机芯的性能无变化。
[0074]实施例8
[0075]将实施例3中聚丙烯酰胺更换为聚乙二醇，其他实验条件与实施例3相同，制备得到全热交换膜。
[0076]实施例9
[0077]将实施例3中聚丙烯酰胺更换为聚苯胺，其他实验条件与实施例3相同，制备得到全热交换膜。
[0078]实施例10
[0079]将实施例3中聚丙烯酰胺更换为聚丙烯，其他实验条件与实施例3相同，制备得到全热交换膜。
[0080]实施例11
[0081]将实施例3中聚丙烯酰胺更换为醋酸纤维素，其他实验条件与实施例3相同，制备得到全热交换膜。
[0082]实施例12
[0083]将实施例3中聚丙烯酰胺更换为磺化聚醚醚酮，其他实验条件与实施例3相同，制备得到全热交换膜。
[0084]实施例13
[0085]将实施例3中聚丙烯酰胺更换为聚多巴胺，其他实验条件与实施例3相同，制备得到全热交换膜。
[0086]实施例14
[0087]将实施例3中聚丙烯酰胺更换为聚二甲基二烯基丙基氯化铵，其他实验条件与实施例3相同，制备得到全热交换膜。
[0088]实施例15
[0089]将实施例3中聚丙烯酰胺更换为聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵，其他实验条件与实施例3相同，制备得到全热交换膜。
[0090]实施例16
[0091]将实施例3中聚丙烯酰胺更换为聚乙烯吡咯烷酮，聚磷酸钠更换为丙二醇，其他实验条件与实施例3相同，制备得到全热交换膜。上述实施例并非是对于本发明的限制，本发明并非仅限于上述实施例，只要符合本发明要求，均属于本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种可清洗的热交换膜，厚度为10?ιοομπι，其特征在于包括支撑层、及复合在所述支撑层表面的功能层;所述的功能层是高分子聚合物和改性剂化学交联、接枝改性而成;其中所述的高分子聚合物为聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚乙二醇、聚苯胺、壳聚糖、聚丙烯、醋酸纤维素、磺化聚合物、聚多巴胺、聚二甲基二烯基丙基氯化铵、聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、聚乙烯吡咯烷酮等中的一种或多种。2.如权利要求1所述的一种可清洗的热交换膜，其特征在于功能层的厚度为I?20μηι。3.如权利要求1所述的一种可清洗的热交换膜，其特征在于高分子聚合物和改性剂的质量比为50?99.9:0.1?50。4.一种可清洗的热交换膜的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤: 步骤(I)、制备高分子聚合物溶液或熔融的高分子聚合物； 所述的高分子聚合物为聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚乙二醇、聚苯胺、壳聚糖、聚丙烯、醋酸纤维素、磺化聚合物、聚多巴胺、聚二甲基二烯基丙基氯化铵、聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、聚乙烯吡咯烷酮等中的一种或多种； 步骤(2)、将步骤(I)中的聚合物溶液均匀混合得到铸膜液，在支撑层上流延，干燥成膜； 步骤(3)、将步骤(2)的膜浸没在改性剂溶液中，浸没时间0.5?5h，得到改性的可清洗热交换膜。5.如权利要求1所述的一种可清洗的热交换膜或如权利要求4所述的制备方法，其特征在于所述的改性剂为聚磷酸钠、戊二醛、马来酸酐、甘油、丙二醇中的一种或多种。6.如权利要求1所述的一种可清洗的热交换膜或如权利要求4所述的制备方法，其特征在于所述的支撑层为纤维素纸、聚酯无纺布或聚丙烯无纺布。7.如权利要求1所述的一种可清洗的热交换膜在空调热回收系统热交换机芯中的应用。8.如权利要求7所述的应用，其特征在于所述的机芯包括上盖、下盖、固定杆和若干热交换单元，其中热交换单元包括叠加放置的如权利要求1所述的热交换膜、机芯组件;相邻热交换单元均为热交换膜、机芯组件接触； 所述的机芯组件由如权利要求1所述的热交换膜注塑在框架构成。9.如权利要求8所述的应用，其特征在于机芯组件厚度2?1mm;热回收机芯总高H为10mm?1000mm010.如权利要求8所述的应用，其特征在于机芯形状为四边形、六棱形。
【文档编号】B01D71/52GK105921036SQ201610480994
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年6月23日
【发明人】韩秋, 薛立新, 周青波
【申请人】宁波艾风环境科技有限公司