国内外除湿转轮用吸湿纸的发展

李荣年 郑鹏遵 王 虹

(浙江省特种纤维纸基功能材料技术研究重点实验室，浙江省普瑞科技有限公司，浙江杭州，311215)

1 转轮除湿设备的工作原理

国内外吸湿纸的发展是伴随着除湿设备的发展而逐步推进的。除湿设备最常见的是空调机，即常讲的制冷除湿，这种除湿一般用在高温高湿的条件下比较经济，但在低温低湿的条件下，转轮除湿的经济性就比较明显了。转轮除湿机是由瑞典发明家卡尔蒙特斯(Munters)先生于20世纪50年代发明的，其工作原理如图1所示。从图1可见，该设备是采用一个具有吸湿纸的蜂窝状的除湿转轮，转轮按一定方向连续转动，待处理的湿空气通过风机吸入载有干燥后吸湿纸基 (一般设置为转轮的3/4部分)的转轮进行除湿，而将转轮的另1/4部分设置成再生区，即将刚吸收空气中水分的吸湿纸在这个区域用120℃或以上 (再生温度取决于吸湿纸的干燥剂的种类)的热风进行脱湿再生，再生风排空，干燥风送入需求场所。通过转轮的连续转动，周而复始地进行吸湿、脱湿，达到连续产生干燥空气的目的。其核心部件就是带有吸湿纸的除湿转轮 (如图2所示)。

2 带有吸湿纸的除湿转轮的加工方式

吸湿纸由原纸和吸湿剂两部分组成，目前用于除湿转轮的吸湿纸按吸湿剂的种类不同一般分3种，即氯化锂盐吸湿纸、硅胶吸湿纸及分子筛吸湿纸。吸湿转轮的具体加工方式可分为两种:①氯化锂吸湿纸除湿转轮的加工。②硅胶或分子筛吸湿纸除湿转轮的加工。具体加工过程见图3和图4。

从图3和图4可见，氯化锂吸湿纸除湿转轮是在原纸上先浸渍氯化锂吸湿剂，再轧制成蜂窝状转轮，而硅胶或分子筛转轮加工是先将原纸轧制成蜂窝状转轮，再在转轮上反应生成硅胶或分子筛吸湿剂。

3 吸湿纸除湿转轮的发展历程

3.1 氯化锂吸湿纸除湿转轮

国外最早在1955年，由瑞典Munters先生创建了一家除湿设备公司，开始生产氯化锂吸湿纸转轮除湿机，随后其他企业也开始进行除湿机的生产。

我国的吸湿纸是伴随着转轮除湿设备的需求而逐步发展起来的。国内对除湿设备的最早需求是在20世纪70年代初“深挖洞、广积粮”的时期，很多地下洞库非常潮湿，物品会生锈发霉，急需去除洞库中的湿气。当时浙江省的长纤维特种纸工作者［1］剖析了国外除湿设备的关键部件—─除湿转轮，经过分析确定了以石棉纤维为原料抄造原纸，再施以氯化锂吸湿剂加工成吸湿纸，在自行研制的瓦楞机上轧制成蜂窝状转轮，成功研制了第一代全石棉纤维原纸的氯化锂吸湿纸 (具体指标见表1)及氯化锂除湿转轮和氯化锂除湿设备，打破了当时国外的垄断。我国第一代吸湿纸用吸湿剂 (氯化锂)，是采用浸渍涂布的方式结合到原纸上的，与国外采用的结合方式基本相同。氯化锂吸湿纸加工的主要优点是方法简单，只要在原纸上浸渍涂布氯化锂、氯化锰等盐即可，且吸湿效果优良，属于形成结晶水的化学吸附类型。但该吸湿纸的缺点也很明显，由于氯化锂是以盐的形式存在于无机原纸的表面，随着使用时间的增加会出现氯化锂盐“飘逸”的现象，从而导致除湿效果下降。另外，转轮脏了不能清洗，若清洗则会导致氯化锂盐大量流失，从而导致转轮的除湿效果下降。

表1 氯化锂吸湿纸原纸技术指标及上盐率

到20世纪90代末，浙江省造纸研究所、华南理工大学、上海伟华干燥设备厂［2］等单位一直还在从事氯化锂吸湿纸除湿转轮的研究。

3.2 硅胶和分子筛吸湿纸除湿转轮

随着国内外转轮除湿设备的发展，20世纪80年代末、90年初，日本［3-5］、瑞典［7］出现了采用硅胶作为吸湿剂的吸湿纸除湿转轮，这就是称为第二代吸湿纸的除湿转轮。由于硅胶吸湿剂吸附水的方式是采用微孔吸附，属物理吸附，从而解决了氯化锂吸湿纸长时间使用过程中存在的“飘逸”而导致的除湿效果下降及不可以清洗的问题，且除湿效果非常好。我国国内的厂家于2000年左右也开始开发、自主生产硅胶吸湿纸除湿转轮［6］。

硅胶除湿转轮的生产方式通常有两种:一种是在原纸的表面浸渍硅溶胶，使硅溶胶在原纸表面胶凝、老化生成硅胶;还有一种是采用如正硅酸乙酯或水玻璃等的硅源与酸［4］、硫酸铝［5］、或硫酸铁［7］反应，在原纸表面生成硅胶或金属硅胶，再进行胶凝、老化等工序生成硅胶。这种方法加工硅胶吸湿纸的过程与氯化锂吸湿纸有很大区别，由于生成硅胶的吸湿纸自身硬挺、而且很脆，故生产硅胶吸湿纸的转轮，只能先将原纸加工成蜂窝状转轮，去除转轮中的有机成分，再反应生成硅胶吸湿剂，从而形成最终的吸湿转轮。原纸的主要指标除定量可下降到45～80 g/m2外，强度等指标同表1的原纸指标，即可进行蜂窝体的制作。由于生成硅胶吸湿剂的上胶量最高可达80%以上，从而可进一步增强吸湿纸的吸湿总量。到目前为止，国内硅胶吸湿纸除湿转轮的质量和性能与日本、瑞典等厂家相比还有较大差距。

国外厂家在开发硅胶转轮的同时，于20世纪90年还开发了称为第三代吸湿纸除湿转轮——带分子筛吸湿剂吸湿纸［8］的除湿转轮。分子筛由于其吸湿深度较深，容易产生超低露点 (最低可达-80℃)等，能满足如锂电等行业超低露点的需求。分子筛吸湿纸除湿转轮的加工方式与硅胶吸湿纸转轮较为接近，一般采用在反应生成硅胶的时候加入一定量的分子筛粉体，从而生成带有一定量分子筛吸湿剂的除湿转轮。我国到目前为止还没有分子筛吸湿纸除湿转轮自主研发与生产的报道，在这一方面与国外的差距更大。

4 除湿转轮用吸湿纸的未来发展方向

除湿转轮用吸湿纸的未来发展方向:

(1)在原纸方面:采用硅酸铝纤维［9］等无机纤维与植物纤维抄制，轧成蜂窝体后再氧化去除有机成分，下一步的发展应该是采用一种无机纤维、多种无机纤维或耐温600℃以上的有机纤维抄制成能便于轧制成蜂窝体又耐温的基材，不需要再进行氧化处理达到耐温的目的。

(2)吸湿剂方面:应该还是硅胶和分子筛，关键是要开发出在各种湿度、各种温度下均能良好除湿的硅胶或分子筛除湿转轮，即在除湿深度和广度方面均有所发展，最好是一种转轮能同时达到这两个目的，目前采用在转轮厚度方向上前半段采用硅胶、后半段采用分子筛作为吸湿剂的转轮进行拼接的工艺，以期达到吸湿效果既广又深的目的，目前国外的一些厂家已经开发出相应产品。

随着国外除湿转轮在国内的大量倾销，近年来国产除湿转轮用吸湿纸的研究明显与国外的差距在拉大，而国内除湿的需求却越来越大，并且还有更大的家用市场有待进一步开发。因此，国内对吸湿纸及除湿设备的研究力度需要进一步加大，国家也应加大投入力度，扶持这一交叉学科的发展。

［1］TANG Ren-wang，LI Rong-nian，WANG Hong，et al.The Origin and Development of the Functional Paper Production Technology in Zhejiang Province［J］.China Pulp ＆ Paper，2011，30(12):55.

汤人望，李荣年，王 虹，等.浙江省功能纸技术的起源与发展［J］.中国造纸，2011，30(12):55.

［2］徐子良，陈德隆.吸附式转轮除湿机中的吸湿转轮:CN，94112277.8［P］.1994-08-25.

［3］Tsutomu Hirose，Horoshi Okao，Toshimi Kuma .Sheet adsoubent of silica gel/Zeolite with application to a honeycomb rotor dehumidifier［C］.Meeting of society of International adsoubent，1988.

［4］Toshimi Kuma，Fukuoka.Method of manufacturing an active silica gel honeycomb adsorbing body usable in an atmosphere having 100%relative humidity:US，5683532［P］.1997-11-04.

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

［6］李荣年，王 虹，刘一新.一种空调用无水加湿转轮的制造方法及其专用设备:CN，200410025028.7［P］.2004-06-09.

［7］Paul A.Dinnage，Gerard Tremblay.Titanium silicate aerogel element and humidity exchanger using matrix of aerogel element:US，5505769［P］.1996-04-09.

［8］Teruzi Yamazaki，Jun Shimada.Slurry for carrying zeolite and manufacturing zeolite-carrying adsorption element:US，2002/0061812A1［P］.2002-05-23.

［9］TANG Jie-bin，ZHAO Chuan-shan，JIANG Yi-fei，et al.The Manufacture Process of Aluminosilicate Fiber Paper by Conventional Papermaking Method［J］.China Pulp ＆ Paper，2009，28(5):14.

唐杰斌，赵传山，姜亦飞，等.湿法抄造硅酸铝纤维纸工艺的探讨［J］.中国造纸，2009，28(5):14. CPP