CN111902580A

CN111902580A - 全热交换器元件用原纸

Info

Publication number: CN111902580A
Application number: CN201980011240.2A
Authority: CN
Inventors: 萩原浩一; 池松祐辅
Original assignee: Oji Holdings Corp
Current assignee: Oji Holdings Corp
Priority date: 2018-01-31
Filing date: 2019-01-29
Publication date: 2020-11-06
Also published as: EP3748078A1; JPWO2019151211A1; EP3748078A4; WO2019151211A1; US20220178077A1; EP3748078B1; JP6930611B2; CA3094715C; CA3094715A1; US11828026B2

Abstract

本发明提供一种是低克重但透湿度高、具有适度的吸湿率、而且隔热防火性和气体阻隔性也优异的全热交换器元件用原纸。这种全热交换器元件用原纸是纸基材中含有氯化钙的全热交换器元件用原纸，其特征在于，所述纸基材含有游离度为200～600ml的纸浆，所述游离度是除了将纸浆采集量设为0.3g/L以外按照JIS P 8121标准测定的，所述纸基材的绝干克重为17g/m²以上且小于23g/m²，所述氯化钙的含量为6g/m²以上且小于9g/m²。

Description

全热交换器元件用原纸

技术领域

本发明涉及一种全热交换器(total heat exchanger element)的元件用原纸。

背景技术

以往，作为能够在不损害冷气设备、暖气设备的效果的情况下换气的装置，提出了在换气时在供气与排气之间进行热交换的热交换换气装置(热交换器)。作为这种热交换器，广泛采用具有全热交换器元件(以下，也称元件)的热交换器。该元件以隔着间隔件的方式层叠多个分隔板(衬垫)，区分成将室外的空气导入室内的供气路径和将室内的空气排出至室外的排气路径。

在显热(温度)的同时进行潜热(湿度)的热交换的全热交换器元件的衬垫部分需要同时具有传热性和透湿度，因此，在多数情况下，使用以天然纸浆为主要成分的纸。

进一步，作为用于全热交换器元件的原纸、特别是用于衬垫部的原纸，除了要求传热性和透湿度以外，还要求高耐热性(隔热防火性)和气体阻隔性(主要为CO₂阻隔性)以防止经由该衬垫供气和排气混合。

因此，研究了在全热交换器元件用原纸中配合氯化钙等各种吸湿剂、难燃剂等，并公开了下述现有技术。

例如，专利文献1记载了配合吸放湿性粉体(例如，硅胶、氧化铝等)来提高吸放湿性。

专利文献2记载了通过使用打浆度高的原料获得气体遮蔽性优异的原纸。

专利文献3记载了通过使纸基材中含有规定量的氯化钙而具有高隔热防火性、高气体阻隔性、高CO₂阻隔性的全热交换器元件用原纸。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平10-212691号公报；

专利文献2：国际公开第2002/099193号；

专利文献3：日本专利第4736718号公报。

发明内容

发明所要解决的问题

如前所述，作为全热交换器元件用原纸，要求其构成兼具隔热防火性和高热交换效率，为了提高热交换效率，已经对各种吸湿剂及吸放湿粉体的配合进行了研究。但是，尚未找到一种掺混配方能使隔热防火性与热交换效率的平衡优异、平衡性良好地兼具生产率、成本等并且具有高透湿度的。

也就是说，如果使用通常使用的氯化钙作为吸湿剂和隔热防火剂，有时设备(造纸机、压光机(calendar)、复卷机(winder)等全热交换器元件用原纸的制造工序、元件加工工序中的设备)容易产生锈。另外，如果因提高隔热防火性等原因而向纸基材中大量添加氯化钙，则特别是在高温高湿环境下吸湿量过量，存在产生结露而引起液料滴下的问题。

作为除氯化钙以外的吸湿剂，也存在很多使用有机酸盐、无机粒子等的技术。但是，根据这些技术，为了赋予隔热防火性，需要另行加入隔热防火剂，有生产性、成本方面的问题。另外，还公开了像专利文献2那样，通过促进原纸的打浆而获得气体阻隔性优异的元件用原纸的技术。但是，将原纸制成高打浆度这种方案，不仅造纸时的生产效率下降，而且，得到的原纸会变脆，在生产元件时有可能产生问题。另外，还记载了像专利文献3那样，通过涂布氯化钙而获得隔热防火性和高气体阻隔性的技术，但并不能得到透湿度大于2500g/m²·24小时的原纸。

另外，由于全热交换器元件用原纸的低克重化、薄页化能够使元件轻量化、相同尺寸的元件的层叠级数增加，因此，还对热交换效率的提高有效果。因此，十分期望既维持性能又将全热交换器元件用原纸低克重化、薄页化。

本发明是鉴于上述情况而完成的。即，本发明的目的在于，提供一种是低克重，但透湿度高、具有适度的吸湿率，而且隔热防火性和气体阻隔性也优异的全热交换器元件用原纸。

解决问题的技术手段

本发明人等为了解决上述课题进行了精心研究，结果发现了在低克重的情况下，通过将纸基材的游离度设在特定的范围内，并将氯化钙的含量控制在规定的范围内从而能够解决上述课题，至此完成了本发明。即，本发明具有以下构成。

(1)一种全热交换器元件用原纸，其是纸基材中含有氯化钙的全热交换器元件用原纸，其特征在于，所述纸基材含有游离度为200～600ml的纸浆，所述游离度是除了将纸浆采集量设为0.3g/L以外按照JIS P 8121标准测定的，所述纸基材的绝干克重为17g/m²以上且小于23g/m²，所述氯化钙的含量为6g/m²以上且小于9g/m²。

(2)如上述(1)所述的全热交换器元件用原纸，其中，所述原纸的厚度为40μm以下。

(3)如上述(1)或上述(2)所述的全热交换器元件用原纸，其中，所述原纸的密度为0.9～1.2g/cm³。

(4)如所述(1)～(3)中任一项所述的全热交换器元件用原纸，其中，在温度20℃、相对湿度65％条件下的透湿度为2600g/m²·24小时以上。

(5)如所述(1)～(4)中任一项所述的全热交换器元件用原纸，其中，所述纸浆中漂白针叶木牛皮纸浆所占的比例为80质量％以上。

(6)如所述(1)～(5)中任一项所述的全热交换器元件用原纸，其中，所述原纸含有0.0001g/m²以上的含有蜡的防结块剂，所述蜡选自聚乙烯系蜡、硬脂酸锌、聚乙烯系蜡乳化物、氧化聚乙烯系蜡和石蜡(paraffin wax)。

发明效果

本发明的全热交换器元件用原纸是低克重，但透湿度高，具有适度的吸湿率，而且隔热防火性和气体阻隔性也优异。

具体实施方式

本发明的全热交换器元件用原纸(以下，也称“元件用原纸”)是在规定的纸基材中含有规定量的氯化钙的原纸。以下，对构成元件用原纸的各种材料进行说明。

(纸基材)

本发明的纸基材主要由纸浆构成。作为纸基材原料使用的纸浆的种类，例如，可举出漂白针叶木牛皮纸浆(NBKP)、针叶木牛皮纸浆(NKP)、漂白阔叶木牛皮纸浆(LBKP)、阔叶木牛皮纸浆(LKP)、磨木纸浆(GP)、热机械纸浆(TMP)、化学预热机械纸浆(CTMP)、脱墨纸浆(DIP)等木材纸浆。这些纸浆能够单独使用一种、或者组合使用2种以上。对纸浆的消化方法、漂白方法没有特别限定。在这些纸浆中，优选含有漂白针叶木牛皮纸浆(NBKP)以提高原纸的强度、CO₂阻隔性等的呈现效果。纸浆中漂白针叶木牛皮纸浆所占的比例优选为80质量％以上，更优选为100质量％。

另外，除了木材纸浆以外，能够使用麻浆、洋麻(Hibiscus cannabinus)、竹等非木材的纸浆。进一步，能够配合人造纤维、尼龙纤维、其他热熔融纤维等除纸浆纤维以外的材料作为次要的资源材料。

在本发明中，为了使元件用原纸薄页化且表现出气体阻隔性，将构成纸基材的纸浆的变则游离度设为200～600ml的范围。此处，变则游离度是指除了将纸浆采集量从通常的3g/L改变为0.3g/L以外，其他条件均按照JIS P 8121标准测定的游离度。构成纸基材的纸浆的变则游离度更优选为350～500ml的范围。

如果变则游离度处于上述数值范围内，则能够既是低克重，而又具有实用的机械强度，使元件用原纸保持高水平的气体阻隔性、CO₂阻隔性。变则游离度小于200ml时，实际作业中打浆需要时间，而且造纸时的脱水性变差，因此，作业效率有可能下降。另外，纸自身也有可能变脆。另一方面，变则游离度大于600ml时，可能难以在维持薄页化的同时表现出CO₂阻隔性。

对使用的实际的纸浆机器的打浆方法、打浆装置没有特别的限定，适合使用打浆效率高的双盘磨(DDR，Double Disc Refiner)等。

能够在打浆得到的纸浆浆料中添加各种制纸用内部添加剂药品。作为内部添加剂药品，例如，能够举出纸力增强剂、湿增强剂、硫酸铝、阳离子淀粉等各种固定剂等。另外，也能够任意地配合填料、着色剂等。特别地，由于元件用原纸的吸湿性增加，因此，从保持强度方面，优选配合纸张湿增强剂。

将如此制备的纸浆浆料按照常规方法造纸，能够得到本发明的元件用原纸的纸基材。

纸基材的绝干克重为17g/m²以上且小于23g/m²，优选为19～22g/m²。此处，纸基材的绝干克重是指按照JIS P 8127：2010用105℃的烘箱加热干燥2小时后的克重。通过设为低克重，能够实现热交换效率的提高，能够更进一步提高透湿度。

(氯化钙)

能够通过使纸基材中含有氯化钙而得到元件用原纸。氯化钙不仅作为吸湿剂发挥作用，而且也作为隔热防火剂(难燃剂)发挥作为。作为吸湿剂，除此之外，可举出氯化锂、尿素、角叉菜胶、海藻酸、海藻酸盐等，根据需要，也能够与氯化钙联用。

以往，为了表现出隔热防火性，在氯化钙之外还另行添加了难燃剂。但是，在本发明中，通过适当地控制氯化钙的含量，即使不另外配合难燃剂，也能够成功地使其兼具隔热防火性和高透湿度。

元件用原纸中的氯化钙的含量为6g/m²以上且小于9g/m²，优选为7～8g/m²。如果氯化钙的含量处于所述数值范围，则如上所述纸基材不但是低克重，还能够成为具有适度的吸湿率，隔热防火性也优异的元件用原纸。氯化钙的含量小于6g/m²时，不仅吸湿性不充分，阻燃效果也不能充分地表现出来。另外，如果氯化钙的含量超出9g/m²而增多时，元件用原纸的吸湿率的增加会超出必要限度从而持水量增多，在高温高湿环境下有可能发生结露。另外，如果氯化钙的含量增多至超出必要限度，在作业工序中有可能容易产生锈。

此处，元件用原纸中的氯化钙的含量根据元件用原纸的干燥后的质量X和用流动水对元件用原纸进行水洗来除去氯化钙后的元件用原纸的干燥后的质量Y通过下述公式计算。

氯化钙的含量(g/m²)＝X-Y

此处，

X＝元件用原纸的克重(g/m²)(用120℃的烘箱加热干燥10分钟后的质量)

Y＝水洗去除氯化钙后的元件用原纸的克重(g/m²)(用120℃的烘箱加热干燥10分钟后的质量)

(防结块剂)

由于在纸基材中添加氯化钙，纸基材的保水性增大。这样，容易产生粘连，在制造时的各工序中有时会产生从辊上剥离问题。因此，为了防止结块的产生并改善制造时各工序中的辊上的剥离性，优选使元件用原纸中含有防结块剂。

作为防结块剂，优选含有从聚乙烯系蜡、硬脂酸锌、聚乙烯系蜡乳化物、氧化聚乙烯系蜡和石蜡(paraffin wax)中选出的蜡的防结块剂。作为防结块剂，除此之外，还有硅酮系树脂、高级脂肪酸钙盐等金属皂类等。对于这些防结块剂，可以考虑其与氯化钙的相溶性、防止结块的效果，单独使用或适当组合使用。

为了使元件用原纸表现出防止粘连效果，优选在元件用原纸中含有0.0001g/m²以上的防结块剂。另一方面，如果元件用原纸中含有过量的防结块剂，则在干燥工序中会产生污垢，因此，防结块剂的含量优选为0.01g/m²以下。

对于使元件用原纸中含有防结块剂的方法，有涂布法、含浸法、喷雾法等公知的方法，可适当选择使用。其中，与后述的添加氯化钙的方法同样地，从生产率方面等出发，优选通过造纸机的机上施胶压榨(on-machine size press)进行的方法。即，优选在后述的氯化钙水溶液中再加入防结块剂来同时添加的方法。

(高分子树脂)

通过使元件用原纸中含有高分子树脂，能够实现气体阻隔性的进一步提高。作为为了提高气体阻隔性而使用的高分子树脂，能够举出PVA、淀粉等水溶性树脂、SBR等胶乳类、丙烯酸系树脂等。

对于使元件用原纸中含有高分子树脂的方法，有涂布法、含浸法、喷雾法等公知的方法，能够适当选择使用。其中，与后述的添加氯化钙的方法同样地，从生产率方面等出发，优选通过造纸机的机上施胶压榨进行的方法。即，优选在后述的氯化钙水溶液中再加入高分子树脂来同时添加的方法。

[元件用原纸]

(厚度)

从热交换效率、热传导率的观点出发，元件用原纸的厚度越薄越优选。具体而言，更优选将元件用原纸的厚度设为40μm以下。

(密度)

元件用原纸的密度越高，一般热交换效率越高，因此优选。具体而言，从热交换效率、气体阻隔性的观点出发，元件用原纸的密度优选为0.9～1.2g/cm³的范围，更优选为1.05～1.15g/cm³的范围。

(克重)

对于元件用原纸，在具有规定的气体阻隔性的前提下，克重越低越优选。具体而言，克重优选为40g/m²以下，更优选为37g/m²以下。元件用原纸为低克重，就能够实现元件的轻量化，进而能够在全热交换器内增加元件的层叠级数。增加元件的层叠级数对提高热交换效率有效果。

(透湿度)

透湿度可有效地作为元件用原纸的吸放湿性、热交换效率的指标。透湿度按照JISZ 0208：1976来测定。透湿度的具体测定条件记载在后述的实施例的测定方法中。元件用原纸的透湿度的数值越大，意味着热交换效率越优异，因此优选。作为透湿度的参考标准，在温度20℃、相对湿度65％条件下的透湿度优选为2600g/m²·24小时以上，更优选为3000g/m²·24小时以上。

对于本实施方式的元件用原纸，在温度20℃、相对湿度65％条件下的透湿度为2600g/m²·24小时以上，进而能够达到3000g/m²·24小时以上。

(吸湿率)

优选将元件用原纸的吸湿率控制在31％以上且40％以下的范围内。元件用原纸的吸湿率小于31％时，透湿度低，从而热交换效率有可能不充分。另一方面，如果元件用原纸的吸湿率大于40％时，则有可能存在结露、液料滴下的情况。

吸湿率通过下述式算出。

吸湿率(％)＝{(A-B)/B}×100

此处，A＝试样质量(在20℃、65％RH条件下的质量)；

B＝试样绝干质量(用105℃的烘箱加热干燥2小时后的质量)

(气体阻隔性)

在元件用原纸中，为了使吸气和排气不混合，需要具有充分的气体阻隔性。在气体阻隔性中，CO₂阻隔性特别重要。

气体阻隔性与透气度(J.TAPPI―5的王研式透气度法)存在相关性。如果是透气度为50秒以上的元件用原纸，则具有充分的气体阻隔性和CO₂阻隔性，即使不另行进行涂布处理等加工，也适合用作元件用原纸。

[制造方法]

对使氯化钙含入纸基材中的方法没有特别限定。例如，通过在造纸机的机上施胶压榨装置、喷雾装置等中使用氯化钙水溶液来代替水，能够使氯化含到钙纸基材中。另外，也可以采用通过机外(off-machine)含浸机使氯化钙水溶液浸渍到纸基材中并进行干燥的方法。如果考虑作业性、生产率，优选在机上施胶压榨装置中含浸氯化钙水溶液的方法。

再者，对于造纸机的形式，可举出长网造纸机、短网造纸机等，没有特别的限定，优选使用机上施胶压榨机或者装配了含浸机的。

此外，根据造纸设备的情况而定，氯化钙有可能导致锈产生，因此，优选在氯化钙的水溶液中配合水溶性防锈剂。作为防锈剂，考虑到环境安全性，优选选择非亚硝酸系的防锈剂。另外，对防锈剂相对于氯化钙水溶液的添加量没有特别的限定，作为水溶液浓度，优选在0.5～5质量％的范围内使用。

在元件用原纸的制造工序中，优选在纸基材中添加氯化钙后，再实施压光机处理。通过实施压光机处理，在元件用原纸达到高密度的同时厚度减少。通过成为高密度，气体阻隔性提高。另外，通过厚度减少，也能得到热传导率提高、热交换效率提高的效果。

为了对元件用原纸赋予高气体阻隔性，也能够在前述压光机处理后，作为后加工，进一步涂布PVA等高分子树脂。

实施例

下面，对于本发明的实施例进行说明。需要说明的是，只要没有特别说明，实施例和比较例中的“％”、“份”分别表示质量％、质量份。

＜实施例1＞

通过实机DDR对漂白针叶木牛皮纸浆(NBKP)100％进行打浆，以使变则游离度(纸浆采集量0.3g/L)达到450ml。

作为内部添加剂药品，相对于纸浆质量，添加了绝干的聚丙烯酰胺系纸力剂(Polystron117，荒川化学工业公司生产)0.5％、聚酰胺多胺表氯醇系纸张湿增强剂(Arafix255，荒川化学工业公司生产)0.5％、硫酸铝0.5％。

利用长网造纸机对上述得到的原料进行造纸，将通过机上施胶压榨含浸并附着了含氯化钙的后述施胶压榨液1并干燥后的材料作为纸基材，对该纸基材进行超级压光机处理，从而得到了元件用原纸。

得到的纸基材的克重以绝干计为20g/m²，氯化钙的附着量为6.5g/m²。

[施胶压榨液1]

氯化钙：30％

防锈剂：2％(固体成分浓度)

防结块剂：0.02％(固体成分浓度)

＜实施例2＞

除了使用如下所述制备的施胶压榨液2以及将氯化钙的附着量设为8g/m²以外，与实施例1同样地得到了元件用原纸。

[施胶压榨液2]

氯化钙：35％

防锈剂：2％(固体成分浓度)

防结块剂：0.02％(固体成分浓度)

＜实施例3＞

除了将基材纸的克重设为以绝干计22g/m²以外，与实施例1同样地得到了元件用原纸。

＜实施例4＞

除了将漂白针叶木牛皮纸浆(NBKP)100％设为漂白针叶木牛皮纸浆(NBKP)30％、阔叶木牛皮纸浆(LBKP)设为70％以外，与实施例1同样地得到了元件用原纸。

＜比较例1＞

除了将基材纸的克重设为以绝干计35g/m²以外，与实施例1同样地得到了元件用原纸。

＜比较例2＞

除了使用如下所述制备的施胶压榨液3以及将氯化钙的涂布量设为2g/m²以外，与实施例1同样地得到了元件用原纸。

[施胶压榨液3]

氯化钙：10％

防锈剂：2％(固体成分浓度)

防结块剂：0.02％(固体成分浓度)

＜比较例3＞

除了使用如下所述制备的施胶压榨液4以及将氯化钙的涂布量设为11g/m²以外，与实施例1同样地得到元件用原纸。

[施胶压榨液4]

氯化钙：39％

防锈剂：2％(固体成分浓度)

防结块剂：0.02％(固体成分浓度)

＜比较例4＞

除了将基材纸的克重设为以绝干计16g/m²以外，与实施例1同样地，得到了元件用原纸。

此外，上述实施例和比较例中使用的防锈剂是非亚硝酸系防锈剂MetalexANK(油化工业社制)，使用的防结块剂是聚乙烯蜡乳液系的PEM-18(三洋化成公司(サンノプコ社)制)。

将实施例、比较例中得到的各元件用原纸作为试样并通过下述方法进行评价。

将其结果示于表1。

[评价方法]

1.元件用原纸的厚度：按照JIS P8118：2014测定。

2.密度：按照JIS P8124：2011测定元件用原纸的克重(23℃×50％条件下)，而且，由基于JIS P8118：2014标准的元件用原纸的厚度算出密度。

3.透湿度：在20℃×65％RH的条件下，按照JIS Z0208测定。其中，通过下述式算出。

透湿度＝(a+b)/2

此处，a＝测定开始1小时后的质量增量；

b＝测定开始1小时后至测定开始2小时后的1小时的质量增量。

4.吸湿率：通过下述式算出。

吸湿率(％)＝{(A-B)/B}*100

此处，A＝试样质量(20℃×65％RH条件下的质量)

B＝试样绝干质量(用105℃的烘箱加热干燥2小时后的质量)

5.隔热防火性：按照JIS Z 2150测定(隔热防火1～3级)。

隔热防火性为1级或2级时，判定为隔热防火性优异。

6.透气度：按照J.TAPPI-5的王研式透气度法测定。

7.CO₂阻隔性：使用以12cm方形的元件用原纸作为分隔板并具有在实验中供给高浓度CO₂的容器A和测定CO₂浓度的容器B的测定装置。在常温常压条件下，在容器A中密封装入2000ppm的CO₂后，放置15分钟，之后，用CO₂分析计测定容器B内的CO₂浓度。求出容器B内的CO₂浓度，作为15分钟内经由元件用原纸通过的CO₂的透过量。容器B内的CO₂浓度为26ppm以下时，判定为元件用原纸的CO₂阻隔性良好。

表1

根据表1可知，实施例1～4的元件用原纸是使用了由规定的纸浆形成的纸基材，纸基材的绝干克重处于规定的数值，氯化钙的含量处于规定的范围。实施例1～4的元件用原纸的透湿度均为2600g/m²·24小时以上，具有适度的吸湿率，隔热防火性为2级，均能够实现优异的气体阻隔性和CO₂阻隔性。

比较例1的元件用原纸，其纸基材的绝干克重大，厚度也略大，因此，吸湿率比优选的范围更小，透湿度也小。比较例2的元件用原纸由于氯化钙的含量少，因此，隔热防火性差，吸湿率也比优选的范围更小，透湿度也小。比较例3的元件用原纸则由于氯化钙的含量多，因此，吸湿率高，存在产生结露、锈的担忧。比较例4的元件用原纸，其纸基材的绝干克重小，隔热防火性差。

Claims

1.一种全热交换器元件用原纸，其是纸基材中含有氯化钙的全热交换器元件用原纸，其特征在于，

所述纸基材含有游离度为200～600ml的纸浆，所述游离度是除了将纸浆采集量设为0.3g/L以外按照JIS P 8121标准测定的，

所述纸基材的绝干克重为17g/m²以上且小于23g/m²，

所述氯化钙的含量为6g/m²以上且小于9g/m²。

2.如权利要求1所述的全热交换器元件用原纸，其特征在于，所述原纸的厚度为40μm以下。

3.如权利要求1或2所述的全热交换器元件用原纸，其特征在于，所述原纸的密度为0.9～1.2g/cm ³。

4.如权利要求1～3中任一项所述的全热交换器元件用原纸，其特征在于，所述原纸在温度20℃、相对湿度65％条件下的透湿度为2600g/m²·24小时以上。

5.如权利要求1～4中任一项所述的全热交换器元件用原纸，其特征在于，所述纸浆中漂白针叶木牛皮纸浆所占的比例为80质量％以上。

6.如权利要求1～5中任一项所述的全热交换器元件用原纸，其特征在于，所述原纸含有0.0001g/m²以上的含蜡的防结块剂，所述蜡选自聚乙烯系蜡、硬脂酸锌、聚乙烯系蜡乳化物、氧化聚乙烯系蜡和石蜡。