一種氣體除濕膜及其制備方法和應(yīng)用

（一種氣體除濕膜及其制備方法和應(yīng)用）

　　1.本發(fā)明屬于氣體分離膜技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種氣體除濕膜及其制備方法和應(yīng)用。背景技術(shù)：2.空氣濕度是與人們生活和生產(chǎn)密切相關(guān)的重要環(huán)境參數(shù)之一，如何控制濕度對(duì)改善人居條件、發(fā)展生產(chǎn)技術(shù)、保障生產(chǎn)工藝、提高產(chǎn)品質(zhì)量都具有非常重要的意義。目前常用的空氣除濕方法有冷卻法除濕、固體吸附劑除濕、轉(zhuǎn)輪法除濕。這些傳統(tǒng)的除濕方法雖然應(yīng)用廣泛，但是仍然存在除濕效率低、設(shè)備復(fù)雜、二次污染等不足。3.膜法氣體除濕是一項(xiàng)有前景和吸引力的高新技術(shù)，具有占地面積小、操作靈活、成本低、耗能低、無(wú)污染等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。該方法中，氣體除濕膜是核心，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)出高性能的膜材料是膜除濕技術(shù)的關(guān)鍵。目前應(yīng)用的分離膜絕大多數(shù)都是高分子聚合物膜，主要包括纖維素衍生類(lèi)、聚礬類(lèi)、聚酰胺類(lèi)、聚酰亞胺類(lèi)、聚脂類(lèi)、聚烯烴類(lèi)、乙烯類(lèi)聚合物、含硅聚合物、含氟聚合物或甲殼素類(lèi)等。但目前存在的有機(jī)高分子膜還存在吸水率差、滲透速率不高和穩(wěn)定性差等問(wèn)題。4.cna公開(kāi)了一種空調(diào)用除濕膜的制備方法及其應(yīng)用，屬于空調(diào)領(lǐng)域。該發(fā)明的空調(diào)用除濕膜的原料包括聚酰亞胺以及含有羧酸酯基團(tuán)的聚合物預(yù)聚體，含有羧酸酯基團(tuán)的聚合物預(yù)聚體親水性好，可以提高該空調(diào)用除濕膜的水選擇性和滲透性，然而聚酰亞胺屬于玻璃態(tài)聚合物，自由體積小，導(dǎo)致氣體的滲透性較弱。5.cna公開(kāi)了一種鉆井液氣體脫濕專(zhuān)用分離膜的制備方法、分離膜及膜分離器，屬于氣體脫濕技術(shù)領(lǐng)域。該發(fā)明的鉆井液氣體脫濕專(zhuān)用分離膜包括多孔基膜、聚四氟乙烯涂層和pdms涂層，其中四氟乙烯涂層位于多孔基膜的上方，pdms涂層位于聚四氟乙烯涂層的上方。由于pdms屬于疏水聚合物，導(dǎo)致水的選擇性不高，僅適用于濕度較高的脫濕場(chǎng)合。6.因此，在本領(lǐng)域中，如何提供一種滲透性高、氣體選擇性好、穩(wěn)定性好的氣體除濕膜已成為目前亟待解決的技術(shù)問(wèn)題。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：7.針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種氣體除濕膜及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明的氣體除濕膜滲透性高、氣體選擇性好、穩(wěn)定性好，優(yōu)先滲透水蒸汽，并對(duì)水蒸汽有較高的分離性能，可以應(yīng)用于空氣、氮?dú)饣驓錃獾葰怏w除濕。8.為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：9.一方面，本發(fā)明提供一種氣體除濕膜，所述氣體除濕膜的制備原料包括聚醚?b?聚酰胺(pebax)和親水性電解質(zhì)，所述聚醚?b?聚酰胺和親水性電解質(zhì)的質(zhì)量比為3:7～9:1，例如3:7、2:3、1:1、3:2、7:3、4:1或9:1等。10.本發(fā)明的聚醚?b?聚酰胺是親水性橡膠態(tài)聚合物，同時(shí)是一種嵌段共聚物，其中的尼龍pa剛性鏈段提供機(jī)械強(qiáng)度，聚醚pe柔性鏈段提供氣體通道，既滿足了除濕膜實(shí)際所需的機(jī)械強(qiáng)度，也保證了除濕膜具有較高的滲透性；本發(fā)明的親水性電解質(zhì)可以提高水蒸氣在膜中的滲透系數(shù)以及水蒸氣與其他氣體的選擇性，并且親水性電解質(zhì)和聚醚?b?聚酰胺的復(fù)配使用解決了親水性電解質(zhì)本身不成膜或者成膜后脆性太強(qiáng)導(dǎo)致穩(wěn)定性差的問(wèn)題。11.在本發(fā)明中，所述聚醚?b?聚酰胺為嵌段共聚物。12.優(yōu)選地，所述聚醚?b?聚酰胺包括pebax1657、pebax1074、pebax4011或pebax2533中的任意一種或至少兩種的組合。所述至少兩種的組合，例如pebax1657和pebax1074、pebax4011和pebax2533等。13.在本發(fā)明中，所述有機(jī)電解質(zhì)鈉鹽包括羥乙基磺酸鈉、二苯胺磺酸鈉、4?氨基?1?萘磺酸鈉、3?羧基苯磺酸鈉、n?羥基硫代琥珀酰亞胺鈉鹽、甲醛?次硫酸氫鈉加合物、tris乙磺酸鈉、3?巰基?1?丙烷磺酸鈉、4?羥基苯磺酸鈉、n?2?羥乙基哌嗪?n'?2?乙磺酸鈉、三羥基甲胺基丙磺酸鈉鹽、2?(4?甲氧苯基)肼基磺酸鈉、靛藍(lán)二磺酸鈉、聚丙烯酸鈉、腐殖酸鈉、檸檬酸鈉、透明質(zhì)酸鈉、2?羥基丁酸鈉、葡萄糖酸鈉、3?羥基丁酸鈉、乳酸鈉、對(duì)羥基苯甲酸鈉、對(duì)氨基水楊酸鈉或磺基水楊酸鈉中的任意一種或至少兩種的組合。所述至少兩種的組合，例如羥乙基磺酸鈉和二苯胺磺酸鈉、4?氨基?1?萘磺酸鈉和3?羧基苯磺酸鈉等。14.在本發(fā)明中，所述親水無(wú)機(jī)鹽包括氯化鋰、氯化鈣或五氧化二磷中的任意一種或至少兩種的組合。所述至少兩種的組合，例如氯化鋰和氯化鈣、氯化鋰和五氧化二磷等。15.另一方面，本發(fā)明提供了如上所述的氣體除濕膜的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：16.向聚醚?b?聚酰胺溶液中加入親水性電解質(zhì)，脫泡，制膜，脫除膜中殘留溶劑，得到所述氣體除濕膜。17.在本發(fā)明中，聚醚?b?聚酰胺和親水性電解質(zhì)的溶解和共混都是物理過(guò)程，操作條件溫和，易于重復(fù)，有利于工業(yè)化。18.在本發(fā)明中，所述聚醚?b?聚酰胺溶液是將聚醚?b?聚酰胺溶解于溶劑中，制備得到質(zhì)量濃度為0.1～20％(例如0.1％、0.2％、0.5％、1％、5％、10％或20％等)的聚醚?b?聚酰胺溶液。19.優(yōu)選地，所述溶解的溫度為70～110℃，例如70℃、80℃、90℃、100℃或110℃等。20.在本發(fā)明中，所述溶劑為質(zhì)量比為7:3的乙醇和水。21.在本發(fā)明中，所述脫泡包括靜置脫泡、負(fù)壓脫泡或超聲脫泡中的任意一種或至少兩種的組合。所述至少兩種的組合，例如靜置脫泡和負(fù)壓脫泡、靜置脫泡和超聲脫泡等。22.優(yōu)選地，所述制膜為在基板上流延成膜或在平板濾膜上涂覆成膜。23.優(yōu)選地，所述基板為玻璃板或四氟板。24.再一方面，本發(fā)明提供如上所述的氣體除濕膜在氣體除濕中的應(yīng)用。25.與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有以下有益效果：26.本發(fā)明的聚醚?b?聚酰胺是一種嵌段共聚物，其中的尼龍pa剛性鏈段提供機(jī)械強(qiáng)度，聚醚pe柔性鏈段提供氣體通道，既滿足了除濕膜實(shí)際所需的機(jī)械強(qiáng)度，也保證了除濕膜具有較高的滲透性；本發(fā)明的親水性電解質(zhì)可以提高水蒸氣在膜中的滲透系數(shù)(.2～.3)以及水蒸氣與其他氣體的選擇性，并且親水性電解質(zhì)和聚醚?b?聚酰胺的復(fù)配使用解決了親水性電解質(zhì)本身不成膜或者成膜后脆性太強(qiáng)導(dǎo)致穩(wěn)定性差的問(wèn)題；此外，本發(fā)明中聚醚?b?聚酰胺和親水性電解質(zhì)的溶解和共混都是物理過(guò)程，操作條件溫和，易于重復(fù)，有利于工業(yè)化。具體實(shí)施方式27.下面通過(guò)具體實(shí)施方式來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明了，所述實(shí)施例僅僅是幫助理解本發(fā)明，不應(yīng)視為對(duì)本發(fā)明的具體限制。28.實(shí)施例129.在本實(shí)施例中提供一種氣體除濕膜，所述氣體除濕膜的制備原料包括聚醚?b?聚酰胺(pebax1074)和透明質(zhì)酸鈉，所述pebax1074和透明質(zhì)酸鈉的質(zhì)量比為3:7。其中，pebax1074為嵌段共聚物。30.制備方法包括以下步驟：31.將真空干燥后的pebax1074溶解于質(zhì)量比為7:3的乙醇和水中，溶解溫度為100℃，攪拌至均一透明，制備得到質(zhì)量濃度為0.1％的pebax1074溶液，向pebax1074溶液中加入透明質(zhì)酸鈉，再一次攪拌至均一透明，靜置脫泡，將脫泡后的溶液倒在四氟板上均勻鋪展，四氟板溫度保持在40℃，進(jìn)行溶劑揮發(fā)，得到初生膜，而后將初生膜從四氟板上小心取下，放入真空烘箱中干燥至少3天，脫除膜中殘留溶劑，得到所述氣體除濕膜。32.實(shí)施例233.在本實(shí)施例中提供一種氣體除濕膜，所述氣體除濕膜的制備原料包括聚醚?b?聚酰胺(pebax1074)和透明質(zhì)酸鈉，所述pebax1074和透明質(zhì)酸鈉的質(zhì)量比為1:1。其中，pebax1074為嵌段共聚物。34.制備方法包括以下步驟：35.將真空干燥后的pebax1074溶解于質(zhì)量比為7:3的乙醇和水中，溶解溫度為90℃，攪拌至均一透明，制備得到質(zhì)量濃度為20％的pebax1074溶液，向pebax1074溶液中加入透明質(zhì)酸鈉，再一次攪拌至均一透明，負(fù)壓脫泡，將脫泡后的溶液倒在平板濾膜上均勻鋪展，平板濾膜溫度保持在50℃，進(jìn)行溶劑揮發(fā)，得到初生膜，而后將初生膜從平板濾膜上小心取下，放入真空烘箱中干燥至少3天，脫除膜中殘留溶劑，得到所述氣體除濕膜。36.實(shí)施例337.在本實(shí)施例中提供一種氣體除濕膜，所述氣體除濕膜的制備原料包括聚醚?b?聚酰胺(pebax4011)和氯化鋰，所述pebax4011和氯化鋰的質(zhì)量比為9:1。其中，pebax4011為嵌段共聚物。38.制備方法包括以下步驟：39.將真空干燥后的pebax4011溶解于質(zhì)量比為7:3的乙醇和水中，溶解溫度為70℃，攪拌至均一透明，制備得到質(zhì)量濃度為0.5％的pebax4011溶液，向pebax4011溶液中加入氯化鋰，再一次攪拌至均一透明，靜置脫泡，將脫泡后的溶液倒在玻璃板上均勻鋪展，玻璃板溫度保持在60℃，進(jìn)行溶劑揮發(fā)，得到初生膜，而后將初生膜從玻璃板上小心取下，放入真空烘箱中干燥至少3天，脫除膜中殘留溶劑，得到所述氣體除濕膜。40.實(shí)施例441.在本實(shí)施例中提供一種氣體除濕膜，所述氣體除濕膜的制備原料包括聚醚?b?聚酰胺(pebax1657)和氯化鋰，所述pebax1657和氯化鋰的質(zhì)量比為4:1。其中，pebax1657為嵌段共聚物。42.制備方法包括以下步驟：43.將真空干燥后的pebax1657溶解于質(zhì)量比為7:3的乙醇和水中，溶解溫度為80℃，攪拌至均一透明，制備得到質(zhì)量濃度為1％的pebax1657溶液，向pebax1657溶液中加入氯化鋰，再一次攪拌至均一透明，負(fù)壓脫泡，將脫泡后的溶液倒在四氟板上均勻鋪展，四氟板溫度保持在45℃，進(jìn)行溶劑揮發(fā)，得到初生膜，而后將初生膜從四氟板上小心取下，放入真空烘箱中干燥至少3天，脫除膜中殘留溶劑，得到所述氣體除濕膜。44.實(shí)施例545.在本實(shí)施例中提供一種氣體除濕膜，所述氣體除濕膜的制備原料包括聚醚?b?聚酰胺(pebax1657)和氯化鋰，所述pebax1657和氯化鋰的質(zhì)量比為7:3。其中，pebax1657為嵌段共聚物。46.制備方法包括以下步驟：47.將真空干燥后的pebax1657溶解于質(zhì)量比為7:3的乙醇和水中，溶解溫度為110℃，攪拌至均一透明，制備得到質(zhì)量濃度為2％的pebax1657溶液，向pebax1657溶液中加入氯化鋰，再一次攪拌至均一透明，靜置脫泡，將脫泡后的溶液倒在玻璃板上均勻鋪展，玻璃板溫度保持在55℃，進(jìn)行溶劑揮發(fā)，得到初生膜，而后將初生膜從玻璃板上小心取下，放入真空烘箱中干燥至少3天，脫除膜中殘留溶劑，得到所述氣體除濕膜。48.實(shí)施例649.在本實(shí)施例中提供一種氣體除濕膜，所述氣體除濕膜的制備原料包括聚醚?b?聚酰胺(pebax2533)和tris乙磺酸鈉，所述pebax2533和tris乙磺酸鈉的質(zhì)量比為1:1。其中，pebax2533為嵌段共聚物。50.制備方法包括以下步驟：51.將真空干燥后的pebax2533溶解于質(zhì)量比為7:3的乙醇和水中，溶解溫度為85℃，攪拌至均一透明，制備得到質(zhì)量濃度為5％的pebax2533溶液；向pebax2533溶液中加入tris乙磺酸鈉，再一次攪拌至均一透明，超聲脫泡，將脫泡后的溶液倒在四氟板上均勻鋪展，四氟板溫度保持在40℃，進(jìn)行溶劑揮發(fā)，得到初生膜，而后將初生膜從四氟板上小心取下，放入真空烘箱中干燥至少3天，脫除膜中殘留溶劑，得到所述氣體除濕膜。52.實(shí)施例753.在本實(shí)施例中提供一種氣體除濕膜，所述氣體除濕膜的制備原料包括聚醚?b?聚酰胺(pebax2533)和腐殖酸鈉，所述pebax2533和腐殖酸鈉的質(zhì)量比為1:1。其中，pebax2533為嵌段共聚物。54.制備方法包括以下步驟：55.將真空干燥后的pebax2533溶解于質(zhì)量比為7:3的乙醇和水中，溶解溫度為95℃，攪拌至均一透明，制備得到質(zhì)量濃度為10％的pebax2533溶液，向pebax2533溶液中加入腐殖酸鈉，再一次攪拌至均一透明，靜置脫泡，將脫泡后的溶液倒在平板濾膜上均勻鋪展，平板濾膜溫度保持在60℃，進(jìn)行溶劑揮發(fā)，得到初生膜，而后將初生膜從平板濾膜上小心取下，放入真空烘箱中干燥至少3天，脫除膜中殘留溶劑，得到所述氣體除濕膜。56.實(shí)施例857.在本實(shí)施例中提供一種氣體除濕膜，所述氣體除濕膜的制備原料包括聚醚?b?聚酰胺(pebax1657)和聚丙烯酸鈉，所述pebax1657和聚丙烯酸鈉的質(zhì)量比為1:1。其中，pebax1657為嵌段共聚物。58.制備方法包括以下步驟：59.將真空干燥后的pebax1657溶解于質(zhì)量比為7:3的乙醇和水中，溶解溫度為105℃，攪拌至均一透明，制備得到質(zhì)量濃度為15％的pebax1657溶液，向pebax1657溶液中加入聚丙烯酸鈉，再一次攪拌至均一透明，靜置脫泡，將脫泡后的溶液倒在四氟板上均勻鋪展，四氟板溫度保持在60℃，進(jìn)行溶劑揮發(fā)，得到初生膜，而后將初生膜從四氟板上小心取下，放入真空烘箱中干燥至少3天，脫除膜中殘留溶劑，得到所述氣體除濕膜。60.對(duì)比例161.本對(duì)比例與實(shí)施例1不同之處僅在于，制備原料中不包括親水性電解質(zhì)透明質(zhì)酸鈉。62.對(duì)實(shí)施例1?8以及對(duì)比例1的氣體除濕膜進(jìn)行性能測(cè)試，測(cè)試方法如下：63.(1)水蒸汽滲透系數(shù)測(cè)試：根據(jù)gb/t1037?1988《塑料薄膜和片材透水蒸氣性試驗(yàn)方法—杯式法》的透水蒸汽性試驗(yàn)方法，采用labthinkw3/031水蒸汽透過(guò)量測(cè)試儀對(duì)氣體除濕膜的水蒸汽滲透系數(shù)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試條件為：25℃，氣體除濕膜試樣兩側(cè)的濕度差為90％；64.(2)氮?dú)鉂B透系數(shù)測(cè)試：根據(jù)gb/t1038?2000《塑料薄膜和薄片氣體透過(guò)性試驗(yàn)方法—壓差法》的氣體透過(guò)性試驗(yàn)方法，采用labthinkvac?v2純氣透過(guò)率測(cè)試儀對(duì)氣體除濕膜的氮?dú)鉂B透系數(shù)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試條件為：25℃，氣體除濕膜試樣兩側(cè)的壓力差為0.1mpa。65.性能測(cè)試結(jié)果如表1所示。66.表1[0067][0068]由表1可以看出，實(shí)施例1?8成功制備了氣體除濕膜，這表明親水性電解質(zhì)和聚醚?b?聚酰胺的復(fù)配使用解決了親水性電解質(zhì)本身不成膜的問(wèn)題；與對(duì)比例1相比，實(shí)施例1?8制備的氣體除濕膜均具有較高的水蒸汽滲透系數(shù)(.2～.3)以及水蒸汽/氮?dú)夥蛛x系數(shù)(1.1×105～1.8×107)，這說(shuō)明親水性電解質(zhì)可以大幅度提高氣體除濕膜的水蒸汽滲透系數(shù)以及水蒸汽/氮?dú)夥蛛x系數(shù)。[0069]申請(qǐng)人聲明，本發(fā)明通過(guò)上述實(shí)施例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的氣體除濕膜及其制備方法，但本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施例，即不意味著本發(fā)明必須依賴(lài)上述實(shí)施例才能實(shí)施。所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明了，對(duì)本發(fā)明的任何改進(jìn)，對(duì)本發(fā)明產(chǎn)品各原料的等效替換及輔助成分的添加、具體方式的選擇等，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍和公開(kāi)范圍之內(nèi)。