國(guó)內(nèi)外除濕轉(zhuǎn)輪用吸濕紙的發(fā)展

李榮年 鄭鵬遵 王 虹

(浙江省特種纖維紙基功能材料技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江省普瑞科技有限公司，浙江杭州，311215)

1 轉(zhuǎn)輪除濕設(shè)備的工作原理

國(guó)內(nèi)外吸濕紙的發(fā)展是伴隨著除濕設(shè)備的發(fā)展而逐步推進(jìn)的。除濕設(shè)備最常見(jiàn)的是空調(diào)機(jī)，即常講的制冷除濕，這種除濕一般用在高溫高濕的條件下比較經(jīng)濟(jì)，但在低溫低濕的條件下，轉(zhuǎn)輪除濕的經(jīng)濟(jì)性就比較明顯了。轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)是由瑞典發(fā)明家卡爾蒙特斯(Munters)先生于20世紀(jì)50年代發(fā)明的，其工作原理如圖1所示。從圖1可見(jiàn)，該設(shè)備是采用一個(gè)具有吸濕紙的蜂窩狀的除濕轉(zhuǎn)輪，轉(zhuǎn)輪按一定方向連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，待處理的濕空氣通過(guò)風(fēng)機(jī)吸入載有干燥后吸濕紙基 (一般設(shè)置為轉(zhuǎn)輪的3/4部分)的轉(zhuǎn)輪進(jìn)行除濕，而將轉(zhuǎn)輪的另1/4部分設(shè)置成再生區(qū)，即將剛吸收空氣中水分的吸濕紙?jiān)谶@個(gè)區(qū)域用120℃或以上 (再生溫度取決于吸濕紙的干燥劑的種類)的熱風(fēng)進(jìn)行脫濕再生，再生風(fēng)排空，干燥風(fēng)送入需求場(chǎng)所。通過(guò)轉(zhuǎn)輪的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，周而復(fù)始地進(jìn)行吸濕、脫濕，達(dá)到連續(xù)產(chǎn)生干燥空氣的目的。其核心部件就是帶有吸濕紙的除濕轉(zhuǎn)輪 (如圖2所示)。

2 帶有吸濕紙的除濕轉(zhuǎn)輪的加工方式

吸濕紙由原紙和吸濕劑兩部分組成，目前用于除濕轉(zhuǎn)輪的吸濕紙按吸濕劑的種類不同一般分3種，即氯化鋰鹽吸濕紙、硅膠吸濕紙及分子篩吸濕紙。吸濕轉(zhuǎn)輪的具體加工方式可分為兩種:①氯化鋰吸濕紙除濕轉(zhuǎn)輪的加工。②硅膠或分子篩吸濕紙除濕轉(zhuǎn)輪的加工。具體加工過(guò)程見(jiàn)圖3和圖4。

從圖3和圖4可見(jiàn)，氯化鋰吸濕紙除濕轉(zhuǎn)輪是在原紙上先浸漬氯化鋰吸濕劑，再軋制成蜂窩狀轉(zhuǎn)輪，而硅膠或分子篩轉(zhuǎn)輪加工是先將原紙軋制成蜂窩狀轉(zhuǎn)輪，再在轉(zhuǎn)輪上反應(yīng)生成硅膠或分子篩吸濕劑。

3 吸濕紙除濕轉(zhuǎn)輪的發(fā)展歷程

3.1 氯化鋰吸濕紙除濕轉(zhuǎn)輪

國(guó)外最早在1955年，由瑞典Munters先生創(chuàng)建了一家除濕設(shè)備公司，開(kāi)始生產(chǎn)氯化鋰吸濕紙轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)，隨后其他企業(yè)也開(kāi)始進(jìn)行除濕機(jī)的生產(chǎn)。

我國(guó)的吸濕紙是伴隨著轉(zhuǎn)輪除濕設(shè)備的需求而逐步發(fā)展起來(lái)的。國(guó)內(nèi)對(duì)除濕設(shè)備的最早需求是在20世紀(jì)70年代初“深挖洞、廣積糧”的時(shí)期，很多地下洞庫(kù)非常潮濕，物品會(huì)生銹發(fā)霉，急需去除洞庫(kù)中的濕氣。當(dāng)時(shí)浙江省的長(zhǎng)纖維特種紙工作者［1］剖析了國(guó)外除濕設(shè)備的關(guān)鍵部件—─除濕轉(zhuǎn)輪，經(jīng)過(guò)分析確定了以石棉纖維為原料抄造原紙，再施以氯化鋰吸濕劑加工成吸濕紙，在自行研制的瓦楞機(jī)上軋制成蜂窩狀轉(zhuǎn)輪，成功研制了第一代全石棉纖維原紙的氯化鋰吸濕紙 (具體指標(biāo)見(jiàn)表1)及氯化鋰除濕轉(zhuǎn)輪和氯化鋰除濕設(shè)備，打破了當(dāng)時(shí)國(guó)外的壟斷。我國(guó)第一代吸濕紙用吸濕劑 (氯化鋰)，是采用浸漬涂布的方式結(jié)合到原紙上的，與國(guó)外采用的結(jié)合方式基本相同。氯化鋰吸濕紙加工的主要優(yōu)點(diǎn)是方法簡(jiǎn)單，只要在原紙上浸漬涂布氯化鋰、氯化錳等鹽即可，且吸濕效果優(yōu)良，屬于形成結(jié)晶水的化學(xué)吸附類型。但該吸濕紙的缺點(diǎn)也很明顯，由于氯化鋰是以鹽的形式存在于無(wú)機(jī)原紙的表面，隨著使用時(shí)間的增加會(huì)出現(xiàn)氯化鋰鹽“飄逸”的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致除濕效果下降。另外，轉(zhuǎn)輪臟了不能清洗，若清洗則會(huì)導(dǎo)致氯化鋰鹽大量流失，從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)輪的除濕效果下降。

表1 氯化鋰吸濕紙?jiān)埣夹g(shù)指標(biāo)及上鹽率

到20世紀(jì)90代末，浙江省造紙研究所、華南理工大學(xué)、上海偉華干燥設(shè)備廠［2］等單位一直還在從事氯化鋰吸濕紙除濕轉(zhuǎn)輪的研究。

3.2 硅膠和分子篩吸濕紙除濕轉(zhuǎn)輪

隨著國(guó)內(nèi)外轉(zhuǎn)輪除濕設(shè)備的發(fā)展，20世紀(jì)80年代末、90年初，日本［3-5］、瑞典［7］出現(xiàn)了采用硅膠作為吸濕劑的吸濕紙除濕轉(zhuǎn)輪，這就是稱為第二代吸濕紙的除濕轉(zhuǎn)輪。由于硅膠吸濕劑吸附水的方式是采用微孔吸附，屬物理吸附，從而解決了氯化鋰吸濕紙長(zhǎng)時(shí)間使用過(guò)程中存在的“飄逸”而導(dǎo)致的除濕效果下降及不可以清洗的問(wèn)題，且除濕效果非常好。我國(guó)國(guó)內(nèi)的廠家于2000年左右也開(kāi)始開(kāi)發(fā)、自主生產(chǎn)硅膠吸濕紙除濕轉(zhuǎn)輪［6］。

硅膠除濕轉(zhuǎn)輪的生產(chǎn)方式通常有兩種:一種是在原紙的表面浸漬硅溶膠，使硅溶膠在原紙表面膠凝、老化生成硅膠;還有一種是采用如正硅酸乙酯或水玻璃等的硅源與酸［4］、硫酸鋁［5］、或硫酸鐵［7］反應(yīng)，在原紙表面生成硅膠或金屬硅膠，再進(jìn)行膠凝、老化等工序生成硅膠。這種方法加工硅膠吸濕紙的過(guò)程與氯化鋰吸濕紙有很大區(qū)別，由于生成硅膠的吸濕紙自身硬挺、而且很脆，故生產(chǎn)硅膠吸濕紙的轉(zhuǎn)輪，只能先將原紙加工成蜂窩狀轉(zhuǎn)輪，去除轉(zhuǎn)輪中的有機(jī)成分，再反應(yīng)生成硅膠吸濕劑，從而形成最終的吸濕轉(zhuǎn)輪。原紙的主要指標(biāo)除定量可下降到45～80 g/m2外，強(qiáng)度等指標(biāo)同表1的原紙指標(biāo)，即可進(jìn)行蜂窩體的制作。由于生成硅膠吸濕劑的上膠量最高可達(dá)80%以上，從而可進(jìn)一步增強(qiáng)吸濕紙的吸濕總量。到目前為止，國(guó)內(nèi)硅膠吸濕紙除濕轉(zhuǎn)輪的質(zhì)量和性能與日本、瑞典等廠家相比還有較大差距。

國(guó)外廠家在開(kāi)發(fā)硅膠轉(zhuǎn)輪的同時(shí)，于20世紀(jì)90年還開(kāi)發(fā)了稱為第三代吸濕紙除濕轉(zhuǎn)輪——帶分子篩吸濕劑吸濕紙［8］的除濕轉(zhuǎn)輪。分子篩由于其吸濕深度較深，容易產(chǎn)生超低露點(diǎn) (最低可達(dá)-80℃)等，能滿足如鋰電等行業(yè)超低露點(diǎn)的需求。分子篩吸濕紙除濕轉(zhuǎn)輪的加工方式與硅膠吸濕紙轉(zhuǎn)輪較為接近，一般采用在反應(yīng)生成硅膠的時(shí)候加入一定量的分子篩粉體，從而生成帶有一定量分子篩吸濕劑的除濕轉(zhuǎn)輪。我國(guó)到目前為止還沒(méi)有分子篩吸濕紙除濕轉(zhuǎn)輪自主研發(fā)與生產(chǎn)的報(bào)道，在這一方面與國(guó)外的差距更大。

4 除濕轉(zhuǎn)輪用吸濕紙的未來(lái)發(fā)展方向

除濕轉(zhuǎn)輪用吸濕紙的未來(lái)發(fā)展方向:

(1)在原紙方面:采用硅酸鋁纖維［9］等無(wú)機(jī)纖維與植物纖維抄制，軋成蜂窩體后再氧化去除有機(jī)成分，下一步的發(fā)展應(yīng)該是采用一種無(wú)機(jī)纖維、多種無(wú)機(jī)纖維或耐溫600℃以上的有機(jī)纖維抄制成能便于軋制成蜂窩體又耐溫的基材，不需要再進(jìn)行氧化處理達(dá)到耐溫的目的。

(2)吸濕劑方面:應(yīng)該還是硅膠和分子篩，關(guān)鍵是要開(kāi)發(fā)出在各種濕度、各種溫度下均能良好除濕的硅膠或分子篩除濕轉(zhuǎn)輪，即在除濕深度和廣度方面均有所發(fā)展，最好是一種轉(zhuǎn)輪能同時(shí)達(dá)到這兩個(gè)目的，目前采用在轉(zhuǎn)輪厚度方向上前半段采用硅膠、后半段采用分子篩作為吸濕劑的轉(zhuǎn)輪進(jìn)行拼接的工藝，以期達(dá)到吸濕效果既廣又深的目的，目前國(guó)外的一些廠家已經(jīng)開(kāi)發(fā)出相應(yīng)產(chǎn)品。

隨著國(guó)外除濕轉(zhuǎn)輪在國(guó)內(nèi)的大量?jī)A銷，近年來(lái)國(guó)產(chǎn)除濕轉(zhuǎn)輪用吸濕紙的研究明顯與國(guó)外的差距在拉大，而國(guó)內(nèi)除濕的需求卻越來(lái)越大，并且還有更大的家用市場(chǎng)有待進(jìn)一步開(kāi)發(fā)。因此，國(guó)內(nèi)對(duì)吸濕紙及除濕設(shè)備的研究力度需要進(jìn)一步加大，國(guó)家也應(yīng)加大投入力度，扶持這一交叉學(xué)科的發(fā)展。

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［5］Tosimi Kuma，Hiroshi Okamo Method of manufacturing dehumidifier element:US，4911775［P］.1990-05-27.

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