CN105016456A - 一种带自粘过滤膜的过滤元件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种带自粘过滤膜的过滤元件，包括第一过滤层，支撑层(2)，第二过滤层，其特征在于：所述第一过滤层和第二过滤层均是自粘过滤膜(1)，所述支撑层(2)位于所述第一过滤层和第二过滤层之间通过层压工艺复合。通过将传统的过滤膜替换为自粘过滤膜，一方面可以提高自粘过滤膜和支撑层的结合牢度；另一方面由于自粘过滤膜本身即具有粘接功能，有效地避免了单独加工粘结网导致最终成品错位的缺陷，同时还进一步防止了由于过滤膜、粘结网以及支撑层由于热收缩率的不同而产生的错位分层现象，大大增加过滤元件的使用寿命。

Description

一种带自粘过滤膜的过滤元件及其制造方法

技术领域

本发明属于水处理领域，具体地涉及一种过滤材料及其制造方法，特别是用于构成膜生物处理器的一种带自粘过滤膜的过滤元件及其制造方法。

背景技术

过滤复合材料目前被广泛应用于水处理领域，包括城市污水处理、工业污水处理、污水回用、饮用水处理以及灰水处理等方面。目前较常用的膜元件的构成是一个支撑无纺布层和一个多孔的过滤膜层。例如DE37 12 872A1公开了一种过滤元件，由一个膜和一个能穿流的排水结构组成。排水结构包括织物、无纺布、穿孔的或压印的薄膜或者这些材料的组合。

又例如DE20 2005 047 U1公开了一种两层或多层的用于从流体流中出去颗粒的复合过滤介质，包括一个膜过滤层和至少一个设置在它上游的深度过滤层。在该发明的一个优选是实施例中还包括一支撑层，该支撑层布置在膜过滤层的上游或下游的侧面上，并且仅仅与一个膜过滤层连接。

而在EP 0730490B1公开的一种过滤复合结构，包括一个多孔的过滤杂质、一个多孔的支撑介质和一个具有排水处理的基材。多孔的过滤介质和多孔的支承介质借助溶媒与基材连接，使得过滤介质的渗透性不明显的减少。在一个优选的实施例中，基材由聚合物材料制成并且具有凹槽，在相邻凹槽之间的区域与多孔的支撑介质想粘接。在另一个实施例中，基材构成为带有相对置的平的表面的片或板，其中每个平的表面与一个多孔的支撑介质和一个多孔的过滤介质用溶酶粘结。

对于上述公开的专利所涉及的过滤元件，在具体应用的时候，通过膜层时颗粒较大的物质被吸附在膜表面上，随着使用时间的增加，这些颗粒逐渐堵塞膜表面并且降低系统的过滤效率。在设备维护时，需要定期以机械或者化学的方式清理膜表面，而这就需要拆开清洁设备，耗时耗力，导致设备维护费用过高。为了解决这一问题，可以采用反清洗步骤清洁膜表面，常用的反清洗方法是提高过滤元件的内压力，使液体通过过滤元件的内部穿过过滤膜向外流动从而冲刷掉膜表面的残留物。同样的，反清洗需要周期性的运行，但由于每次进行发清洗步骤时，都需要提高过滤元件的内压力，而提高内压力会损害过滤元件，随着反清洗次数的增加容易引起滤膜的破裂和分层，分层后过滤膜或多孔的膜层会膨胀，使得相邻的过滤元件粘连，膜表面的残留物会被压入到相邻的膜表面。

由于反清洗步骤存在上述缺点，所以进行反清洗时内压力必须控制在50mbar之内，但内压力较小时会明显的降低反清洗的效果，所以需要提高内压力以提高清洗效率和效果，例如专利号为CN200980113265.X中记载了一种过滤复合材料，该过滤复合材料由五层组成，其核心的技术点是在过滤层和排水织物层增加了粘接网，其基本原理是通过粘接网进一步提高过滤层和排水织物层的结合力，防止在内压力较大时破坏过滤膜层。但在实际的生产过程中，特别是在加工粘接网的工艺中，粘接网经常产生皱褶，最终应用到过滤复合材料中后，由于粘接网存在皱褶，导致各层之间尺寸不匹配，最终发生错位现象；另外，在实际的使用中由于该过滤材料层数有五层，并且各层相互独立，材质也不同，当水温发生变化时，各层的热收缩率是不同的，随着使用时间的增加，各层之间容易产生错位现象，影响水处理效果。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种带自粘过滤膜的过滤元件，包括第一过滤层，支撑层2，第二过滤层，其特征在于：所述第一过滤层和第二过滤层均是自粘过滤膜1，所述支撑层2位于所述第一过滤层和第二过滤层之间通过层压工艺复合。

优选地，所述自粘过滤膜1由三层组成，依次为滤膜层11、无纺布层12和胶粘层13，所述无纺布层12一面与所述滤膜层11结合，另一面通过涂覆胶粘剂的方式形成网状结构的胶粘层13。

优选地，所述无纺布层通过湿法工艺制成。

优选地，所述网状结构胶粘层13的网格单元是菱形的。

优选地，所述支撑层2是PET织物层，所述PET织物层经过定型处理。

优选地，所述支撑层2经过预加热处理。

优选地，所述自粘过滤膜1的孔径为0.03μm。

优选地，所述自粘过滤膜1采用PES或者PVDF制成。

优选地，所述自粘过滤膜1的平面尺寸为2500mm*2300mm。

优选地，所述支撑层2的厚度为2mm。

本发明还提供一种带自粘过滤膜1的过滤元件的生产方法，包括如下步骤：

a.通过第一供卷装置41输送自粘过滤膜1；

b.通过第二供卷装置42输送支撑层2；

c.通过第三供卷装置43输送自粘过滤膜1；

d.通过层压装置44将所述支撑层2与所述自粘过滤膜1压合。

优选地，在执行步骤b之前执行以下步骤：

b1.通过预加热装置对支撑层2进行预热。

根据本发明的另一方面，提供一种自粘过滤膜的生产工艺，其特征在于，包括如下步骤：

i.将高分子制膜液与无纺布层结合，所述高分子制膜液固化后形成滤膜层与无纺布层的结合物；

ii.在所述结合物的无纺布层一侧涂覆胶粘剂以形成自粘过滤膜。

本发明通过将传统的过滤膜替换为自粘过滤膜，一方面可以提高自粘过滤膜和支撑层的结合牢度；另一方面由于自粘过滤膜本身即具有粘接功能，有效地避免了单独加工粘结网导致最终成品错位的缺陷，同时还进一步防止了由于过滤膜、粘结网以及支撑层由于热收缩率的不同而产生的错位分层现象，大大增加过滤元件的使用寿命。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1示出根据本发明一个具体实施方式的，一种带自粘过滤膜的过滤元件的结构示意图；

图2示出根据本发明一个实施例的，一种具有三层结构的自粘过滤的过滤元件的结构示意图；

图3示出了本发明的另一个具体实施方式的，一种带自粘过滤膜的过滤元件的生产方法的流程图；

图4示出本发明的一个实施例的，一种生产带自粘过滤膜设备的结构示意图；

图5示出本发明的一个实施例的，一种带预热装置的生产带自粘过滤膜设备的结构示意图；以及

图6示出本发明的另一个具体实施方式的，一种自粘过滤膜的生产方法的流程图。

具体实施方式

图1示出了本发明的一个具体实施方式的，一种带自粘过滤膜1的过滤元件，包括第一过滤层，支撑层2，第二过滤层。所述第一过滤层和第二过滤层均是自粘过滤膜1，所述支撑层2位于所述第一过滤层和第二过滤层之间通过层压工艺复合。本领域技术人员理解，目前市场上较为常见的过滤元件通过都是两层过滤膜中间夹一层支撑层2组成，过滤膜是过滤元件的核心部件，在工作时水从过滤膜透出，水中的各种有机和无机杂质被过滤膜过滤，并最终残留在过滤膜上，支撑层2则是起支撑作用，因为过滤膜通常都是由有机聚合物制成，其本身质地较软无法定型，需要借助支撑层2定型。

进一步地，本发明所使用的过滤膜经过特殊的加工，命名为自粘过滤膜1，所谓自粘过滤膜1即在保持其基本的过滤功能的同时，还能够与支撑层2粘接。所述自粘过滤膜1较为简单的加工方法就是在已经制好的过滤膜的一面涂覆胶粘剂的方式制成，本领域技术人员理解，胶粘剂的涂覆方式并非是形成致密的一层胶粘层13，而是形成具有孔洞的胶粘层13保证水能够流出，涂覆方式可以采用传统的丝网印刷工艺的方式涂覆，也可以采用喷嘴挤出的方式涂覆。在一个变例中，所述胶粘剂采用在线喷涂工艺，即在生产过滤膜的同时，直接将胶粘剂喷在熔融的聚合物上，之后与聚合物一起固化形成自粘过滤膜1。

更为具体地，所述胶粘剂优选地使用固化后内聚力(所谓内聚力，即胶粘剂固化后其本身的结合力较高，不易发生胶转移现象)较高的产品，这样的自粘过滤膜1在运输、储存过程中不易发生粘连的现象。

进一步地，所述支撑层2除了具有支撑功能外，其本身也能够透水，在实际使用的过程中，所述支撑层2较多的使用纺织品制成，所述纺织品的经纬线密度已经所选用的材料有多种，优选地使用化纤类纺织品，并且其材料的热收缩率与所述胶粘剂的热缩率比较接近，经纬线密度越高，其支撑力越强，但是透水率下降，这需要在具体的应用过程中结合应用情况进行选择，但这些均属于现有技术，在此不再赘述。

作为本发明的第一实施例，如图2所示，所述自粘过滤膜1由三层组成，依次为滤膜层11、无纺布层12和胶粘层13，所述无纺布层12一面与所述滤膜层11结合，另一面通过涂覆胶粘剂的方式形成网状结构的胶粘层13。在本实施例中，在所述滤膜层11和胶粘层13之间增加了无纺布层12，以进一步提高所述胶粘层13与所述滤膜层11的结合牢度。

进一步地，所说滤膜层11的生产方法有多种，例如有拉伸法、复合膜法以及相转化法，目前较为常用的是相转化法，而相转化法又分为热致相分离工艺和非溶剂相分离工艺。热致相分离工艺过程为，首先将高分子制膜液浇铸、纺制成或纤维状，然后再逐渐使高分子制膜液冷却引起相分离并使高分子制膜液固化，高分子制膜液的稀释剂通过溶剂交换或者蒸发的方式脱离膜制备体系，从而得到多孔膜结构。非溶剂相分离工艺过程是将高分子制膜液进入到凝固液中，由于溶剂和非溶剂之间的互相扩散，最终形成高分子聚合物的贫相和富相，分相后高分子聚合物形成膜的主体，膜孔则是由高分子聚合物的贫相形成。以上技术均是目前的现有技术，但在具体生产过程中，需要较高的生产工艺控制技术才能完成，这并不影响本发明的实质内容，在此不再赘述。

进一步地，所述滤膜层11与所述无纺布层12的复合方法，以非溶剂相分离工艺为例进行说明，较为简单的方法是在刮膜机上完成，首先将无纺布层12安装在刮膜机上，调整好刮刀的厚度和线速控制仪的走布速度；再将预先制备好的高分子制膜液倒入带有刮刀的铸模液槽中，开启刮膜机使无纺布前进，此时刮刀将高分子制膜液均匀的刮在无纺布上，在空气暴露一段时间后进入到凝固浴中成型。本领域技术人员理解，所述滤膜层11与无纺布层12的复合方法并不仅限此一种，还可通过纺丝工艺制备，其原理是相同的，在此不再赘述。

在一个优选的实施例中，所述无纺布层通过湿法工艺制成。本领域技术人员理解，湿法工艺是由水槽悬浮的纤维沉集而形成的纤维网，再经过固网等一系列加工步骤制成的纸状无纺布，即是水、纤维及化学助剂在专门的成形器中脱水而制成的纤维网，经物理、化学方法固网后所获得的非织造布。其特点在于：(1)可以将不同品质的纤维混合使用，能够弥补单独使用一种纤维材料产生的缺陷(2)最终成品的材料取向一致性高(3)产品蓬松度、均匀度好，基于以上特点，湿法无纺布非常适合作为自粘过滤膜的中间层，一是湿法无纺布使用寿命长，二是湿法无纺布与滤膜层11和胶粘层13的相容性好，有效避免错层的现象。

作为本发明的第二实施例，所述网状结构胶粘层13的网格单元是菱形的。本领域技术人员理解，菱形网的优点在于其是一种柔性的结构，能够适用各种变形情况下而不至于被破坏，同时菱形网装结构抗冲刷能力强，能够承受较大的水流速度。具体地，所述菱形网的菱形孔的大小以及分布密度需要结合所述支撑层2确定，其基本原理就是，尽量能够保证所述菱形网与所述支撑层2能够保持较高的贴合度。

作为本发明的第三实施例，所述支撑层2是PET织物层，所述PET织物层经过定型处理。本领域技术人员理解，PET织物能够在较宽的温度范围内保持优良的物理性能，同时还具有刚性强、吸湿性小、尺寸稳定性好、耐溶剂、耐酸的特性，非常适合作为水处理领域的支撑层材料。本实施例所涉及的PET织物，需要经过定型处理，其目的在于最大限度的保证所述PET织物浸入到水或者污水中，经过长时间的使用后，还能够保证较高的尺寸稳定性。此处所讲的定型处理，更多的是利用的纺织行业的理论进行处理，主要是指PET织物的防缩水性能以及PET织物的热变形率。

作为本发明的第四实施例，所述支撑层2经过预加热处理。本领域技术人员理解，所述支撑层2两面均与所述自粘过滤膜1的胶粘层13接触，要保证所述支撑层2与所述自粘过滤膜1有足够的粘接牢度，所述胶粘层13应当最大限度的融合到所述支撑层2中，而本实施例通过将所述支撑层2进行预加热处理，使的所述支撑层2温度升高，提高胶粘层13在所述支撑层2的渗透率，从而增加所述自粘过滤膜1与所述支撑层2的结合牢度。

作为本发明的第五实施例，所述自粘过滤膜1采用PES(聚酯)或者PVDF(聚偏氟乙烯)制成。本领域技术人员理解，所述自粘过滤膜1的材质有多种选择，例如PVA(聚乙烯醇)、PES(聚醚砜)、PVDF(聚偏氟乙烯)、PES(聚酯)、CA(醋酸纤维素)等，本实施例选用PES或者PVDF材料，主要是结合支撑层2的材质以及胶粘剂的材质而确定的，以PVDF为例，PVDF是一种结晶性聚合物，具有优良的耐磨性和耐化学性，而且PVDF的高抗污染性更适合作为污水处理领域过滤膜的材料。

作为本发明的第六实施例，所述自粘过滤膜1的孔径为0.03μm，所述自粘过滤膜1的尺寸为2500mm*2300mm，所述支撑层2的厚度为2mm。本领域技术人员理解，此实施例所涉及的具体指标数据是本发明人经过实践经验的积累而设计，而且使用本发明的自粘过滤膜1最终制成的过滤元件的尺寸还可以在本实施例的基础上变化，最大膜面积可以达到600m²，是目前市场上尺寸最大的过滤膜，其可应用于水深6m的污水处理池，膜通量最高可达32L/m².h。

图3及图4示出了本发明的另一个具体实施方式的，一种带自粘过滤膜1的过滤元件的生产方法，包括如下步骤：

步骤S101，通过第一供卷装置41输送自粘过滤膜1。如图3所示所述第一供卷装置41是一滚筒状结构，在实际生产过程中，所述自粘过滤膜1是成卷的，套在所述第一供卷装置41上，当所述第一供卷装置41转动时，所述自粘过滤膜1走卷。

步骤S102，通过第二供卷装置42输送支撑层2，如图3所示的第二供卷装置42是一状输送装置，但如果不存在预加热步骤，则所述第二供卷装置42也可以是一滚筒状结构，其运作原理与所述第一供卷装置41相同。

步骤S103，通过第三供卷装置43输送自粘过滤膜1，如图3所示，所述第三供卷装置43是一滚筒状结构，其运作原理与所述第一供卷装置41相同。

步骤S104，通过层压装置44将所述支撑层2与所述自粘过滤膜1压合。如图3所示，所述层压装置44有上下两层，并且所述向下层具有微小的间隙，同时所述层压装置44还进行加热，具有一定温度，当前述步骤S101、S102、S103所输送的材料全部进入所述层压装置44微小的间隙，在所述层压装置44中进行压合。

作为本发明的第七实施例，在执行步骤S102之前执行一个前置步骤，通过预加热装置6对支撑层2进行预热。如图5所示，所述预加热装置6可以是一烘箱，所述前置步骤是通过实际上就是将所述支撑层2预先经过烘箱预热，所述烘箱可以控制湿度和温度，以保证所述支撑层2能够满足最终使用要求，所述支撑层2从烘箱里出来直接进入所述层压装置进行压合。在一个变化例中，所述烘箱与所述第二供卷装置连接(图中未示出)，经过烘箱后的支撑层2直接进入到第二供卷装置中。

图6示出了本发明的另一个具体实施方式，一种自粘过滤膜的生产方法，具体地包括如下步骤：

执行步骤S201，将高分子制膜液与无纺布层结合。本领域技术人员理解，具体的结合方法有多种，例如，较为简单的方法是在刮涂的方式，首先将无纺布层12安装在刮膜机上，调整好刮刀的厚度和线速控制仪的走布速度；再将预先制备好的高分子制膜液倒入带有刮刀的铸模液槽中，开启刮膜机使无纺布前进，此时刮刀将高分子制膜液均匀的刮在无纺布上。又例如，当高分子制膜液粘度较低时，可以通过喷涂的方式将高分子制膜液喷涂在无纺布上。又例如还可通过纺丝工艺将高分子制膜液与无纺布层结合，在此不再赘述。

进一步地，执行步骤S202，将高分子制膜液固化后形成滤膜层与无纺布层的结合物。本领域技术人员理解，在执行步骤S201的基础上，未固化的高分子制膜液已经均匀的粘附在无纺布层上，本步骤就是将所述高分子制膜液固化后形成滤膜层，形成滤膜层的原理在所述实施例一中已有叙述，在此不再赘述。所述高分子制膜液在固化的过程中与无纺布层复合形成了一种结合物，所述结合物是生产所述自粘过滤膜的中间产物。具体的固化方式根据高分子制膜液的材质的不同而不同，较为常见的是室温固化，也可以是加热固化，在一些特殊的情况下，还可以是UV固化。

进一步地，执行步骤S203，在所述结合物的无纺布层一侧涂覆胶粘剂以形成自粘过滤膜。涂覆方式可以采用传统的丝网印刷工艺的方式涂覆，也可以采用喷嘴挤出的方式涂覆。在一个变例中，本步骤可以与所述步骤S202同时进行，即在所述高分子制膜液固化的过程中在线喷涂胶粘剂，这些都可以实现步骤S203，在此不再赘述。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (13)

1.一种带自粘过滤膜的过滤元件，其特征在于，包括第一过滤层，支撑层(2)，第二过滤层，所述第一过滤层和第二过滤层均是自粘过滤膜(1)，所述支撑层(2)位于所述第一过滤层和第二过滤层之间并通过层压工艺复合。

2.根据权利要求1所述的过滤元件，其特征在于：所述自粘过滤膜(1)由三层组成，依次为滤膜层(11)、无纺布层(12)和胶粘层(13)，所述无纺布层(12)一面与所述滤膜层(11)结合，另一面通过涂覆胶粘剂的方式形成网状结构的胶粘层(13)。

3.根据权利要求2所述的过滤元件，其特征在于：所述无纺布层通过湿法工艺制成。

4.根据权利要求3所述的过滤元件，其特征在于：所述网状结构胶粘层(13)的网格单元是菱形的。

5.根据权利要求4所述的过滤元件，其特征在于：所述支撑层(2)是PET织物层，所述PET织物层经过定型处理。

6.根据权利要求5述的过滤元件，其特征在于：所述支撑层(2)经过预加热处理。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的过滤元件，其特征在于：所述自粘过滤膜(1)的孔径为0.03μm。

8.根据权利要求7所述的过滤元件，其特征在于：所述自粘过滤膜(1)采用PES或者PVDF制成。

9.根据权利要求8所述的过滤元件，其特征在于：所述自粘过滤膜(1)的平面尺寸为2500mm*2300mm。

10.根据权利要求9所述的过滤元件，其特征在于：所述支撑层(2)的厚度为2mm。

11.一种带自粘过滤膜的过滤元件的生产方法，其特征在于，包括如下步骤：

a.通过第一供卷装置(41)输送自粘过滤膜(1)；

b.通过第二供卷装置(42)输送支撑层(2)；

c.通过第三供卷装置(43)输送自粘过滤膜(1)；

d.通过层压装置(44)将所述支撑层(2)与所述自粘过滤膜(1)压合。

12.根据权利要求11所述的带自粘过滤膜的过滤元件的生产方法，其特征在于，在执行步骤b之前执行以下步骤：

b1.通过预加热装置(6)对支撑层(2)进行预热。

13.一种自粘过滤膜的生产工艺，其特征在于，包括如下步骤：

i.将高分子制膜液与无纺布层结合，所述高分子制膜液固化后形成滤膜层与无纺布层的结合物；

ii.在所述结合物的无纺布层一侧涂覆胶粘剂以形成自粘过滤膜。