一种聚多巴胺型无水加湿器件及其制备方法和应用与流程

1.本发明涉及空调加湿器件技术领域，特别涉及一种无水加湿器件及其制备方法和应用。


背景技术：

2.随着经济的发展和人民生活水平的提高，空调已经越来越多的进入到人们的日常生活中。然而使用空调时，不管是开制冷还是制热，都会使室内湿度降低。室内空气湿度低不仅会使人体水分过度流失导致皮肤干裂，口干舌燥，还会造成灰尘和悬浮颗粒物增多，不利于人体健康。
3.目前空调加湿的方法包括有水加湿法和无水加湿法。有水加湿法在空调中设置有循环水箱，导致空调成本较高，且需要用户连通自来水管路并自行更换水，使用较繁琐。无水加湿法使用室外空气中的水分作为加湿水源，通过加湿器件提高房间内的相对湿度。对于无水加湿器件，cn200410025028.7 公开了一种使用无机纤维压制的基材，基材表面生成硅胶，利用硅胶吸附空气中的水分，通过加热使硅胶释放水分。然而，此加湿器件的吸放湿效率低，且无机纤维或硅胶颗粒容易通过热风吹散在空气中，对人体造成伤害。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种无水加湿器件及其制备方法和应用，本发明提供的无水加湿器件安全环保，吸放湿效率和加湿能力均较高。
5.为了实现上述发明的目的，本发明提供以下技术方案：
6.本发明提供了一种无水加湿器件，包括有机纤维材质的基纸和负载于所述基纸表面和内部的吸放湿剂；
7.所述基纸的纸张定量为10～200g/m2，强度≥1.5kn/m；
8.所述吸放湿剂为含有磺酸盐基团的聚多巴胺和无机纳米粒子；
9.所述吸放湿剂中的含有磺酸盐基团的聚多巴胺是由聚多巴胺和氨基磺酸盐反应生成；
10.所述聚多巴胺是将多巴胺溶解在ph为8～10的tris-hcl缓冲溶液中，加热干燥聚合而成；
11.所述无水加湿器件的形状为瓦楞状或蜂窝状。
12.优选的，所述含有氨基磺酸盐为邻氨基苯磺酸钠、间氨基苯磺酸钠、对氨基苯磺酸钠、2-[(2-氨基乙基)氨基]乙磺酸钠、3-氨基丙磺酸钠、2，4-二氨基苯磺酸钠中的一种或多种；
[0013]
所述吸放湿剂中含有磺酸基团的聚多巴胺的质量百分含量为 50～90％，余量为无机纳米粒子；所述吸放湿剂的质量为基纸质量的 5～100％。
[0014]
优选的，所述无机纳米粒子为凹凸棒土、硅藻土、石墨烯、氧化石墨烯、碳纳米管、二氧化硅、二氧化钛、分子筛中的一种或多种。
[0015]
优选的，所述基纸由包括有机纤维和增强助剂的原料经抄造得到；所述有机纤维为天然和/或合成有机纤维；所述增强助剂为聚酰胺环氧氯丙烷、聚丙烯酰胺和三聚氰胺甲醛树脂中的一种或几种；所述增强助剂的质量为绝干纤维质量的0.1～1.0％。
[0016]
优选的，所述原料还包括胶乳，所述胶乳为丙烯酸胶乳、醋酸乙烯酯胶乳、丁苯胶乳、苯丙胶乳和水性聚氨酯胶乳中的一种或几种；
[0017]
所述胶乳的质量为绝干纤维质量的0.5～5％。
[0018]
优选的，所述瓦楞状或蜂窝状的层高独立为1～10mm。
[0019]
本发明提供了上述无水加湿器件的制备方法，包括以下步骤：
[0020]
(1)提供有机纤维材质的基纸；
[0021]
(2)将多巴胺和其它所述无机纳米粒子溶解或者分散到ph为8～10 的tris-hcl缓冲溶液中，得到多巴胺-无机纳米粒子水溶液或水分散液，使基纸吸附多巴胺-无机纳米粒子水溶液或水分散液后，进行干燥；；
[0022]
(3)最后使基纸浸泡在含有氨基磺酸盐的水溶液中，依次进行干燥和成型为瓦楞状或蜂窝状，得到无水加湿器件；或将基纸成型为瓦楞状或蜂窝状，使成型后的基纸依次依次浸泡在多巴胺-无机纳米粒子水溶液或水分散液和氨基磺酸盐水溶液中并依次干燥，得到无水加湿器件；
[0023]
优选的，所述步骤(1)中提供基纸的方法包括以下步骤：
[0024]
将纤维与水混合，进行打浆，得到纤维浆料；
[0025]
将纤维浆料与剩余原料混合，得到混合浆料；
[0026]
(c)对所述混合浆料进行抄造，得到基纸。
[0027]
优选的，所述吸放湿剂为多巴胺聚合得到聚多巴胺，聚多巴胺和氨基磺酸盐反应得到的含有磺酸盐基团的聚多巴胺混合无机纳米粒子得到。
[0028]
优选的，所述多巴胺-无机纳米粒子水溶液或分散液中多巴胺的的质量百分含量为0.5～30％，无机纳米粒子的质量百分含量为0.05～5％；所述氨基磺酸盐水溶液中氨基磺酸盐的质量百分含量为0.05～5％。
[0029]
更优选的，所述多巴胺-无机纳米粒子水溶液或分散液中多巴胺的的质量百分含量为1～10％，无机纳米粒子的质量百分含量为0.1～2.5％；所述氨基磺酸盐水溶液中氨基磺酸盐的质量百分含量为0.1～2.5％。
[0030]
本发明还提供了上述无水加湿器件在空调加湿中的应用。
[0031]
本发明提供了一种无水加湿器件，包括有机纤维材质的基纸和负载于所述基纸表面和内部的吸放湿剂；所述基纸的纸张定量为10～200g/m2，强度≥1.5kn/m；所述吸放湿剂为含有磺酸盐基团的聚多巴胺和无机纳米粒子；所述无水加湿器件的形状为瓦楞状或蜂窝状。本发明使用含有磺酸盐基团的聚多巴胺和无机纳米粒子作为吸放湿剂，聚多巴胺具有很强的吸湿性，将亲水的磺酸盐基团修饰至其表面进一步提高了聚多巴胺的吸湿性；同时含有孔道的纳米粒子的加入有助于增强材料的放湿性，二者共同作用能够使无水加湿器件具有良好的吸放湿效率和加湿能力，且吸放湿剂负载于基纸表面和内部，结合牢固度高，不会被风吹散，使用时安全环保。本发明无水加湿器件的形状为瓦楞状或蜂窝状，比表面积大，有利于提高吸放湿效率。同时，本发明无水加湿器件成本低廉，耐折度好，强度高。实施例结果表明，本发明提供的无水加湿器件在120min内，吸湿率可达30.46％，在75℃下、
20min 内，放湿率可达100％，加湿能力可达191ml/h，具有高吸放湿效率和加湿能力。本发明提供了一种无水加湿器件的制备方法，此法操作简单，易于实现工业化大批量生产。
附图说明
[0032]
图1为瓦楞状无水加湿器件的结构示意图。
具体实施方式
[0033]
本发明提供了一种无水加湿器件，包括有机纤维材质的基纸和负载于所述基纸表面和内部的吸放湿剂；
[0034]
所述基纸的纸张定量为10～200g/m2，强度≥1.5kn/m；
[0035]
所述吸放湿剂为含有磺酸盐基团的聚多巴胺和无机纳米粒子；
[0036]
所述无水加湿器件的形状为瓦楞状或蜂窝状。
[0037]
本发明提供的无水加湿器件包括有机纤维材质的基纸，本发明以瓦楞状或蜂窝状纸张作为基体。在本发明中，所述基纸的纸张定量为10～200g/m2，优选为50～150g/m2；所述基纸的强度≥1.5kn/m，优选≥2kn/m，所述基纸的厚度优选为0.05～0.25mm。在本发明中，所述无水加湿器件的形状为瓦楞状或蜂窝状，所述瓦楞状或蜂窝状的层距独立优选为1～10mm，更优选为 1～2mm。本发明对所述无水加湿器件的尺寸规格没有特殊的要求，根据需要进行相应设计即可。当所述无水加湿器件的形状为瓦楞状时，其结构示意图如图1所示。
[0038]
在本发明中，所述有机纤维材质的基纸优选由包括有机纤维和增强助剂的原料经抄造得到，所述纤维优选为天然纤维和/或合成有机纤维；在本发明中，所述天然纤维优选为针叶木纤维和/或阔叶木纤维，所述合成有机纤维优选为聚丙烯纤维、聚乙烯纤维和聚对苯二甲酸乙二酯(pet)纤维中的一种或几种。
[0039]
在本发明中，所述增强助剂优选为聚酰胺环氧氯丙烷、聚丙烯酰胺和三聚氰胺甲醛树脂中的一种或几种；所述增强助剂的质量优选为绝干纤维质量的0.1～1.0％，更优选为0.5％。在本发明中，所述增强助剂起到提高基纸强度的作用。
[0040]
在本发明中，所述基纸的制备原料优选还包括胶乳，所述胶乳优选为丙烯酸胶乳、醋酸乙烯酯胶乳、丁苯胶乳、苯丙胶乳和水性聚氨酯胶乳中的一种或几种；所述胶乳的质量优选为绝干纤维质量的0.5～5％，所述胶乳的固含量优选为1～2％。在本发明中，所述胶乳起到增强的作用。
[0041]
在本发明中，所述基纸的制备方法优选包括以下步骤：
[0042]
(a)将纤维与水混合，进行打浆分散，得到纤维浆料；
[0043]
(b)将纤维浆料与剩余原料混合，得到混合浆料；
[0044]
(c)对所述混合浆料进行抄造，得到基纸。
[0045]
本发明优选将纤维与水混合，进行打浆，得到纤维浆料。本发明对所述混合的方式没有特殊的要求，使用本领域技术人员熟知的混合方式即可，具体的如搅拌混合。本发明优选使用盘磨打浆机进行打浆。本发明对所述打浆的打浆度和没有特殊的要求，能够进行抄造即可，作为本发明的一个实施例，所述纤维浆料的打浆度为40～50
°
sr。在本发明中，所述纤维浆料的质量浓度优选为2～3.5wt％，更优选为2.5～3wt％。在本发明中，当使用的纤维
的种类为多种时，本发明优选先将每种纤维各自打浆，再进行混合，得到纤维浆料。
[0046]
得到所述纤维浆料后，本发明优选将纤维浆料与剩余原料混合，得到混合浆料。在本发明中，所述剩余原料优选包括增强助剂，还优选包括增强助剂和胶乳。在本发明中，所述增强助剂和胶乳优选分别以水分散溶液的形式加入，本发明对所述水分散液的质量浓度没有特殊的要求，能够保证增强助剂和胶乳均匀分散即可。
[0047]
在本发明中，所述混合浆料中优选还包括消泡剂和/或分散剂。本发明优选加入增强助剂和胶乳后再入加消泡剂和/或分散剂，所述消泡剂优选为有机硅类消泡剂，更优选为聚硅氧烷型消泡剂。所述消泡剂的质量优选为绝干纤维质量的0.01～0.1％，更优选为0.05％；所述分散剂优选为羧甲基纤维素、聚氧化乙烯、阴离子聚丙烯酰胺和阳离子聚丙烯酰胺中的一种或几种，在本发明中，所述分散剂的质量优选为绝干纤维质量的0.1～1.0％，更优选为 0.05％。在本发明中，所述消泡剂和分散剂优选分别以水溶液的形式加入，本发明对消泡剂水溶液和分散剂水溶液的质量浓度没有特殊的要求，保证消泡剂和分散剂完全溶解即可。
[0048]
本发明对所述抄造的方式没有特殊的要求，使用本领域技术人员熟知的抄造方式即可。
[0049]
本发明提供的无水加湿器件包括负载于所述基纸表面和内部的吸放湿剂。在本发明中，所述吸放湿剂的质量优选为基纸质量的5～100％，更优选为20～40％。在本发明中，所述吸放湿剂为含有磺酸盐基团的聚多巴胺和无机纳米粒子，优选的，所述含有磺酸盐基团的聚多巴胺为多巴胺聚合后，再与氨基磺酸盐反应得到。所述氨基磺酸盐为邻氨基苯磺酸钠、间氨基苯磺酸钠、对氨基苯磺酸钠、2-[(2-氨基乙基)氨基]乙磺酸钠、3-氨基丙磺酸钠、 2，4-二氨基苯磺酸钠中的一种或多种。在本发明中，所述无机纳米粒子为凹凸棒土、硅藻土、石墨烯、氧化石墨烯、碳纳米管、二氧化硅、二氧化钛、分子筛中的一种或多种。
[0050]
在本发明中，所述吸放湿剂中含有磺酸基团的聚多巴胺的质量百分含量为50～90％，更优选为70-85％；所述无机纳米粒子的质量百分含量为10～50％，更优选为15～30％。本发明使用含有磺酸盐基团的聚多巴胺和无机纳米粒子作为吸放湿剂，其中聚多巴胺具有很强的吸湿性，将亲水的磺酸盐基团修饰至其表面进一步提高了聚多巴胺的吸湿性；同时含有孔道的纳米粒子的加入有助于增强材料的放湿性，二者共同作用能够使无水加湿器件具有良好的吸放湿效率和加湿能力，且吸放湿剂负载于基纸表面和内部，结合牢固度高，不会被风吹散，使用时安全环保。
[0051]
在本发明中，所述基纸与吸放湿剂通过浸渍的方式进行结合，能够大大提高基纸与吸放湿剂的结合牢固度。
[0052]
本发明提供了一种无水加湿器件的制备方法，包括以下步骤：
[0053]
(1)提供有机纤维材质的基纸；
[0054]
(2)将多巴胺和其它所述无机纳米粒子溶解或者分散到ph为8～10的 tris-hcl缓冲溶液中，得到多巴胺-无机纳米粒子水溶液或分散液，使基纸吸附多巴胺-无机纳米粒子水溶液或分散液后，进行干燥；
[0055]
(3)再使基纸浸泡在含有氨基磺酸盐的水溶液中，再使基纸依次进行干燥和成型为瓦楞状或蜂窝状，得到无水加湿器件；或将基纸成型为瓦楞状或蜂窝状，使成型后的基纸依次浸泡在多巴胺-无机纳米粒子水溶液和氨基磺酸盐水溶液中并依次干燥，得到无水加
湿器件。
[0056]
在本发明中，所述提供基纸的方法与上文基纸的制备方法相同，在此不再赘述。
[0057]
在本发明中，所述多巴胺-无机纳米粒子水溶液或分散液中多巴胺的质量浓度优选为0.5～30％，更优选为1～10％；溶液或分散液中无机纳米粒子的质量浓度优选为0.05～5％，更优选为0.1～2.5％；所述氨基磺酸盐水溶液中含有氨基磺酸盐的质量浓度为0.05～5％，优选为0.1～2.5％。
[0058]
得到所述基纸、多巴胺-无机纳米粒子水溶液或分散液和氨基磺酸盐水溶液后，本发明使基纸依次浸泡在多巴胺-无机纳米粒子水溶液或分散液和氨基磺酸盐水溶液，并依次干燥后，成型为瓦楞状或蜂窝状，得到无水加湿器件。所述吸放湿剂的上胶量优选为20～100g/m2。
[0059]
作为本发明的一个具体实施例，所述干燥的温度为100～110℃，时间为 0.5～2min。在本发明中，所述成型包括依次进行的压制和切割，本发明对所述压制的方法没有特殊的要求，使用本领域技术人员熟知的方式将吸附有吸放湿剂的基纸压制成瓦楞状或蜂窝状即可。本发明对所述切割的方式没有特殊的要求，使用本领域技术人员熟知的方式将压制后的基纸切割成相应大小即可。
[0060]
或者，本发明将基纸成型为瓦楞状或蜂窝状，使成型基纸依次浸泡在多巴胺-无机纳米粒子水溶液或分散液和氨基磺酸盐水溶液中，并依次干燥后得到无水加湿器件。在本发明中，所述成型的方法与上文中成型的方法相同，在此不再赘述。在本发明中，所述成型基纸吸附吸放湿剂的方式优选为将成型基纸浸没于多巴胺-无机纳米粒子水溶液或分散液和氨基磺酸盐水溶液，并依次干燥，本发明对所述多巴胺-无机纳米粒子水溶液或分散液和氨基磺酸盐水溶液的用量没有特殊的要求，保证成型基纸完全浸没即可。本发明优选重复成型基纸吸附-干燥的过程，直至干燥后基纸增重 5～100％。
[0061]
本发明还提供了上述无水加湿器件在空调加湿中的应用。
[0062]
下面结合实施例对本发明提供的无水加湿器件及其制备方法和应用进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
[0063]
实施例1
[0064]
(1)将40重量份的针叶木浆(雄狮牌)与水混合使用盘磨打浆机打浆，得到打浆度为43
°
sr、质量浓度为3.0％的针叶木纤维浆料；
[0065]
将60重量份的阔叶木浆(鹦鹉牌)与水混合使用盘磨打浆机打浆，得到打浆度为50
°
sr，质量浓度为3.0％的阔叶木纤维浆料；
[0066]
将0.5重量分的聚酰胺环氧氯丙烷树脂(按绝干重量计算，河北冀亨助剂有限公司)配制成增强助剂水分散液，将0.07重量份的型号为jf-05b的有机硅类消泡剂(购买于北京施澳德瑞科技有限公司)配制成消泡剂水溶液；将0.05％重量分的聚氧化乙烯(购于淄博凯远恒业化工有限公司)配制成分散剂水溶液；
[0067]
将所述针叶木纤维浆料、阔叶木纤维浆料、增强助剂水分散液、消泡剂水溶液和分散剂水溶液混合后得到固含量为0.1wt％的混合浆料，抄造后得到基纸，基纸的定量为70g/m2，厚度为0.10mm，强度为2.2kn/m。
[0068]
(2)将50重量份的多巴胺(分析纯，百灵威)和10重量份的凹凸棒土(河北京航矿产品有限公司)分散至ph为9的tris-hcl缓冲溶液中，得到含有10质量分数10％多巴胺、2.5％
凹凸棒土的多巴胺-凹凸棒土水溶液/ 分散液。。
[0069]
(3)将40重量份的3-氨基丙磺酸钠(分析纯，翁江试剂)溶于水中，得到质量浓度为2.5％植酸水溶液。
[0070]
(4)将基纸加工成蜂窝状，蜂窝层距为1mm，将蜂窝状基纸依次浸泡在多巴胺-凹凸棒土水溶液/分散液和3-氨基丙磺酸钠溶液中，并依次取出沥水后在105℃下烘干；按照多巴胺-凹凸棒土水溶液/分散液和3-氨基丙磺酸钠的顺序重复浸泡和烘干步骤，直到干燥后基纸增重30wt％，得到无水加湿器件。
[0071]
实施例2
[0072]
(1)将50重量份的针叶木浆(北木牌)与水混合使用盘磨打浆机打浆，得到打浆度为50
°
sr、质量浓度为3.0％的针叶木纤维浆料；
[0073]
将50重量份的阔叶木浆(金鱼牌)与水混合使用盘磨打浆机打浆，得到打浆度为40
°
sr，质量浓度为3.0％的阔叶木纤维浆料；
[0074]
将0.5重量分的聚酰胺环氧氯丙烷树脂(按绝干重量计算，河北冀亨助剂有限公司)配制成增强助剂水分散液，将0.07重量份的型号为jf-05b的有机硅类消泡剂(购买于北京施澳德瑞科技有限公司)配制成消泡剂水溶液；将0.08％重量分的聚氧化乙烯(购于广州明日化工有限公司)配制成分散剂水溶液；将1％重量份的苯丙胶乳(购于北京东方化工厂)配制成胶乳水溶液；
[0075]
将所述针叶木纤维浆料、阔叶木纤维浆料、增强助剂水分散液、消泡剂水溶液、分散剂水溶液和胶乳水溶液混合后，得到固含量为0.1wt％的混合浆料，抄造后得到基纸，基纸的定量为105g/m2，厚度为0.15mm，强度为 2.5kn/m。
[0076]
(2)将80重量份的多巴胺(分析纯，百灵威)和10重量份的二氧化钛(分析纯，翁江试剂)分散至ph为10的tris-hcl缓冲溶液中，得到含有质量分数为8％的多巴胺、1％二氧化钛的多巴胺-二氧化钛水溶液/分散液；
[0077]
(3)将10重量份的2，4-二氨基苯磺酸钠(分析纯，购于翁江试剂)溶于水中，得到8％的2，4-二氨基苯磺酸钠水溶液；
[0078]
(4)将基纸依次浸渍的多巴胺-二氧化钛水溶液/分散液和2，4-二氨基苯磺酸钠水溶液，并依次在105℃下烘干，上胶量为28g/m2。
[0079]
(5)将浸渍有吸放湿剂的基纸压制成层距为1.2mm的瓦楞状，切割后得到无水加湿器件。
[0080]
实施例3
[0081]
按照实施例1的方法制备无水加湿器件，不同之处在于，吸放湿剂换为 40重量份的多巴胺(分析纯，百灵威)、20重量份的碳纳米管(购于翁江试剂)和40重量份的2-[(2-氨基乙基)氨基]乙磺酸钠(50％水溶液，翁江试剂)，基纸增重20％。
[0082]
实施例4
[0083]
按照实施例2的方法制备无水加湿器件，不同之处在于，吸放湿剂换为 60重量份的多巴胺(分析纯，百灵威)、30重量份的二氧化硅和10重量份的间氨基苯磺酸钠(分析纯，购于翁江试剂)，上胶量为24g/m2。
[0084]
测试例1
[0085]
对实施例1～5所得无水加湿器件的在不同时间下的吸湿率进行测试，将所得结果
列于表1中；
[0086]
吸湿率的测试方法为：先将无水加湿器件在105℃下用鼓风干燥箱烘干 20min，再将无水加湿器件放置于温度为3～5℃，湿度为20～30％rh的环境中一定时间，用称重法测试无水加湿器件的吸湿率。
[0087]
表1实施例1～4所得无水加湿器件的吸湿性能
[0088][0089]
对实施例1～4所得无水加湿器件的在不同时间下的放湿率进行测试，将所得结果列于表2中；
[0090]
放湿率的测试方法为：将无水加湿器件置于鼓风干燥箱中，在75℃下干燥，用称重法测试无水加湿器件的放湿率。
[0091]
表2实施例1～4所得无水加湿器件的放湿性能
[0092][0093]
对实施例1～4所得无水加湿器件的加湿能力进行测试，将所得结果列于表3中；
[0094]
表3实施例1～4所得无水加湿器件的加湿能力
[0095] 实施例1实施例2实施例3实施例4
加湿能力/ml/h178191148174
[0096]
由表1～3可知，本发明提供的无水加湿器件具有良好的吸放湿性能和加湿能力。
[0097]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。