凝胶填充工艺生产廉价空调滤芯

    McMaster大学的Brockhouse材料研究所的研究人员开发了一系列廉价的膜，可以用于加热、空调和通风设备(HVAC)。这种膜是有凝胶与多孔支撑体制成，生产简单，这个生产流程在水中完成。
    Nutech能量系统公司在寻找一种用在能量回收通风器上的膜，这种HVAC装置用于回收在建筑物通风过程中外在的和潜在的水的热量。这个单元有一个装备了膜的滤芯，通过这个滤芯可以交换热和湿气，以保持建筑物内的湿度。采用这种设备，能够切实节约能耗，特别是使用空调时室内湿度低于室外湿度的情况。
    目前的通风滤芯是用涂有PVA的纸制造的，在采用了新膜之后，Nutech保证膜的费用降到$0．64以下，而且其制造过程对环境无害。
    在前期研究工作中，科学家开发了凝胶填充膜，由多孔支撑体提供强度和凝胶填充的基础。分离过程是在填充了凝胶的孔中实现的。由于凝胶填充了支撑体的空间，所以原有的针孔没有影响。这种结构还提供了改变凝胶进行其他分离的可能性。
    研究者预期凝胶填充膜的分离机理是一种冷凝过程，水蒸气在膜的一边凝结然后在膜的另一边随气流挥发。由于膜的性能会被凝胶的水含量影响，研究者认为凝胶有强烈的吸水作用可以保持高水含量。而且凝胶是水溶性的，可以在水中完成制造工艺。
    在实验了许多凝胶类聚合物之后，科学家决定使用PVA类凝胶。这种选择主要考虑到造价、氮气和水的透性问题，虽然PVA的初始水透性并不是最高的。在添加了吸湿无机盐之后，膜的水蒸气透过量增加了近两倍。然而这种方法使氮气的透过量增加了，而且膜也不稳定。
    添加亲水性聚合物，这种聚合物能够与PVA交联形成三维网状结构，这样最终找到了合适的凝胶材料。利用聚苯乙烯磺酸钠(NaPSSA)和PVA，聚苯乙烯磺酸钙和PVA在PVDF支撑体上形成膜，再泡水进行测试。
    60％的NaPSSA和40％的PVA被认为是氮气和水蒸汽的透过性能最好的配比，氮气的初始增加值为40％，虽然泡水10小时后不再增加，但已经是无法接受的。
    用聚苯乙烯磺酸钙和PVA制成的凝胶 要好得多，泡水后氮气的透过增加少于 3％。Ca²⁺与PSSA形成了二级交联，增加 了凝胶三维结构点。在泡水之后水蒸汽通 量保持在60~63g／m²hr。