一種熱交換異相復合薄膜及其制備方法技術

本發明專利技術公開了一種熱交換異相復合薄膜及其制備方法，該熱交換異相復合薄膜由高聚物、非金屬無機物和高導熱導電材料組成，其中非金屬無機物以晶相粉粒分散在高聚物基體中，形成多相固態薄膜；高聚物具有可溶性或可熔性，非金屬無機物具有層狀、網狀或孔狀結構，高導熱導電材料具有層狀、管狀或其它晶格結構，并且高導熱導電材料質量占高聚物和非金屬無機物總質量的1%~10%。與現有技術相比，本發明專利技術的熱交換異相復合薄膜不僅具有較好的阻燃性能和透濕性能，同時還具有一定的力學強度或尺寸穩定性，以及傳熱性與導電性，在空氣換熱器、廢水熱能回收裝置以及水處理等領域具有實際的應用前景。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于高聚物復合材料
，尤其涉及一種新型熱交換異相復合薄膜及其制備方法。
技術介紹
人們在室內度過90%的時間，而室內空氣污染水平可能是室外的2飛倍。如剛裝修的房間甲醛超標，廚房中油煙含量過高，密閉的車廂、船艙等二氧化碳及水汽含量超標，人員集中區域空氣混濁，這些原因都會嚴重影響到人體的健康。日常生活中，室內幾乎所有空間都含有灰塵、細菌、病毒、動物毛發、煙霧和包括石棉在內的有害纖維。惡劣的空氣質量使得哮喘和過敏癥更加嚴重。由于空調或暖氣的使用，若直接打開門窗讓室內外空氣流通， 會造成冷量或熱量的白白浪費。使用全熱空氣交換器，通過進來的新鮮空氣與排出的混濁空氣在全熱交換膜上進行能量和濕度交換，可對建筑物內的空氣能量和濕度進行調節與回收，從而有效地實現建筑物的環保和節能減排，因此全熱空氣交換器技術是世界各國爭相研究和發展的方向，也是我國建設節能環保型社會的要求。全熱空氣交換薄膜是全熱空氣交換器中的關鍵部分，但是目前我國自行生產的相關產品遠遠落后于國際先進水平，與此同時，發達國家如日本一直對外實行較嚴的技術封鎖，因此迫使我國急需開展全熱空氣交換薄膜相關的技術研發。在公開號為CN102061026A的中國專利技術專利申請中，我們公開了 “一種透熱透濕的復合薄膜及其制備方法”，該復合薄膜具有低成本與高透熱透濕性能等優點，作為空氣換熱器的熱交換材料具有良好的應用前景。但是該復合薄膜在力學性能及氣體阻隔性方面還有待改進。為此，我們在申請號為CN201110378277.4的中國專利技術專利申請中，提出了“一種異相離子交換復合薄膜及其制備方法”，該復合薄膜在透熱透濕復合薄膜的基礎上有效地提高了其力學性能。另外在公開號為CN102382364A的中國專利技術專利申請中公開了“一種纖維素改進透濕阻隔復合薄膜及其制備方法”，該復合薄膜則是在透熱透濕復合薄膜的基礎上有效提高了其氣體阻隔性。在各類性能中，提高傳熱性能將有效提高全熱交換膜的溫度交換效率，促進效能比的提高，熱交換異相復合薄膜不僅在空氣能量的回收上，在廢水余熱的回收領域也具有非常重要的現實意義。與此同時，在水處理等領域，熱交換異相復合薄膜也有一定的用武之地。
技術實現思路
本專利技術的技術目的是針對申請號為CN201010576547. 8的中國專利技術專利申請《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，包括在保持一定的阻燃、透濕和力學性能的同時，如何提高傳熱性能、二氧化碳等氣體的阻隔性能，使其滿足實際應用的要求，尤其是作為熱交換材料在空氣換熱器中的要求。本專利技術所采用的技術方案為一種熱交換異相復合薄膜，包括高聚物和非金屬無機物，其中，高聚物具有可溶性或可熔性，非金屬無機物具有層狀、網狀或孔狀結構，并且非金屬無機物以晶相粉粒分散在高聚物中，其特征是還包括高導熱導電材料，所述的高導熱導電材料質量占高聚物和非金屬無機物總質量的ι°/Γιο%。所述的高導熱導電材料包括但不限于石墨、石墨烯、碳納米管、金剛石和金、銀、鋁、銅、鐵以及其他金屬材料中的一種或幾種的混合物。作為優選，所述的高導熱導電材料的質量占高聚物和非金屬無機物總質量的2. 5% 9. 5%，進一步優選為2. 5% 9%。所述的高聚物包括但不限于聚丙烯、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。作為優選，所述的高聚物與非金屬無機物的質量比為9:2 2:8，進一步優選為5:5 2:8。所述的非金屬無機物選自但不限于氧化物、磷酸鹽、硅酸鹽、硫酸鹽、亞硒酸鹽和雜多酸等中的一種或兩種以上的組合物。 其中，所述的氧化物具有通式Q0e/2。e=l 8 ;其中Q選自第二、三、四、五主族元素和過渡元素，例如:Si02、Al2O3' Sb2O5' SnO2, ZrO2, TiO2, MoO3> OsO4 等。所述的磷酸鹽包括第一、二、三、四、五主族元素以及過渡元素的各種形式的正磷酸鹽和縮聚磷酸鹽。所述的硅酸鹽包括層狀硅酸鹽、網狀硅酸鹽、孔狀硅酸鹽，例如高嶺土、凹凸棒土、蒙脫土、硅藻土、長石粉、硅灰石、沸石、方鈉石、NH4-鎵酸鹽中的一種或兩種以上的混合物。所述的硫酸鹽具有通式=DtjHpSqO,;其中D選自第一、二、三、四、五主族元素、過渡元素或一、二、三、四、五價基團;o=l 10, p=0 10, q=l 5, r=2 50。所述的亞硒酸鹽具有通式=EsHtSeuOv;其中E選自第一、二、三、四、五主族元素、過渡元素或一、二、三、四、五價基團；s=l 10, t=0 10, u=l 5, v=2 50。作為優選，所述的非金屬無機物為氧化物、硅酸鹽、正磷酸鹽和縮聚磷酸鹽中的一種或組合。本專利技術一種熱交換異相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，然后加入適量非金屬無機物粉粒和高導熱導電材料，攪拌均勻成分散系，最后將其制成薄膜。所述的將分散系制成薄膜的方法包括但不限于流延法、壓延法、模壓法或蒸發溶劑法等方法。上述制備方法中，所述的有機溶劑包括但不限于二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、甲基甲酰胺、二甲基亞砜、乙二醇二甲醚、四氫呋喃、碳酸丙烯酯、丙酮、水、乙醇、甲醇、異丙醇、乙二醇和丙三醇中的一種或幾種的混合溶劑。有機溶劑的選取原則是該有機溶劑與高聚物性質相匹配，并且盡量選用無毒和低毒性有機溶劑。上述制備方法中，將高聚物用有機溶劑溶解或升溫軟化制成流體，加入適量非金屬無機物粉粒和高導熱導電材料，攪拌均勻成分散系時，優選首先在流體中加入非金屬無機物粉粒，在35°C飛5°C下恒溫攪拌:Γ12小時，然后加入高導熱導電材料，繼續在相應溫度下恒溫攪拌f 5小時，最后超聲振蕩或者球磨粉碎15 45分鐘，得到均勻分散。與現有技術相比，本專利技術的熱交換異相復合薄膜由高聚物和非金屬無機物形成薄膜主體，具有層狀、管狀或其它晶格結構的高導熱導電材料添加其中以增加其特殊性能，其中高聚物具有可溶性或可熔性，主要選取較為廉價且分子結構緊密的高分子樹脂，非金屬無機物具有層狀、網狀或孔狀結構，以晶相粉粒分散在成膜樹脂中，主要在薄膜中形成水通道，以增加高分子薄膜的透濕性，使復合薄膜同時具備無機物的剛性和高分子材料的可加工性，引入高導熱導電材料，該高導熱導電材料以添加劑形式均勻分散在薄膜中可有效增加復合薄膜的傳熱性、熱穩定性和導電性。該熱交換異相復合薄膜具有較好的傳熱、阻燃、透濕和力學性能，在空氣換熱器、廢水熱能回收裝置以及水處理等領域具有實際的應用前景。另外，本專利技術的熱交換異相復合薄膜的制備方法簡單易行，制備過程中由于使用了低毒溶劑和無毒添加劑，不僅薄膜的導熱等性能有了很大的提高，而且生產過程更加環保、大大節約了生產成本。附圖說明圖I是本專利技術實施例I中制備得到的熱交換異相復合薄膜的掃描電鏡圖；圖2是對比實施例I制備得到的復合薄膜與本專利技術實施例I中制備得到的熱交換 異相復合薄膜的導熱性能測試對比圖；圖3是對比實施例I制備得到的復合薄膜與本專利技術實施例3中制備得到的熱交換異相復合薄膜的熱失重性能測試對比具體實施例方式對比實施例I :本對比實施例采用專利申請號為CN201010576547. 8，公開號為CN10206本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種熱交換異相復合薄膜，包括高聚物和非金屬無機物，其中，高聚物具有可溶性或可熔性，非金屬無機物具有層狀、網狀或孔狀結構，并且非金屬無機物以晶相粉粒分散在高聚物中，其特征是：還包括高導熱導電材料，所述的高導熱導電材料質量占高聚物和非金屬無機物總質量的1%~10%。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：薛立新，劉秉鑫，陳景，李娟，杜旭東，
申請(專利權)人：中國科學院寧波材料技術與工程研究所，
類型：發明
國別省市：