CN105408010B - 液体过滤器用过滤材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及液体过滤器用过滤材料及其制备方法,根据本发明,通过使低重量的纳米纤维网与多孔性无纺布相贴合,来形成薄的过滤层,并使每一单位面积的纳米纤维的含量达到低重量化,从而使过滤前后的压力差变小,由此可增加过流量。本发明的过滤材料的特征在于,包括:多孔性支撑体,起到强度支撑体的作用;以及纳米纤维网,层叠于上述多孔性支撑体的一侧面,上述纳米纤维网由高分子物质的纳米纤维形成,上述纳米纤维网具有使被处理液体通过的三维结构的微细气孔,上述纳米纤维的含量小于5gsm。
Description
技术领域
本发明涉及液体过滤器用过滤材料及其制备方法,尤其,涉及通过使低重量的纳米纤维网与多孔性无纺布相贴合,来形成薄的过滤层,并使每一单位面积的纳米纤维的含量达到低重量化,使得过滤前后的压力差变小,从而可增加过流量的液体过滤器用过滤材料及其制备方法。
背景技术
最近,由于随着产业的尖端化,而需要高纯度、高品质的产品,从而分离膜(membrane)技术被视为非常重要的领域。尤其在环境领域,随着对纯净水的需求和对缺水的认识逐渐提高,作为解决上述问题的方案之一,利用分离膜的技术备受瞩目。利用分离膜所进行的水净化工序、下水处理工序、废水处理工序及淡水化工序等工序已经广为扩散并普及。并且,当前技术已脱离对分离膜自身的开发,并已将分离膜利用于应用产品,而且,在对基于应用的分离膜性能进行提高的同时扩大对周边技术的开发。
作为存在于相互不同的两种物质之间并具有选择性的物质,分离膜意味着用于使一种物质选择性地经过或排除的原材料,而并不限制分离膜的结构或材料,以及经过分离膜的物质的状态或移动原理等,若用于隔开两种物质之间,并通过上述两种物质之间的膜来发生物质的选择性的移动,则可将上述物质称为分离膜。
分离膜的种类非常多,并以多种基准分类。
首先,基于分离操作的分类作为基于分离对象物质状态的分离法,分为液体分离、气液分离、气体分离等。而且,根据过滤对象物质的大小,液体分离分为微滤(microfiltration)、超滤(Ultra filtration)、纳米过滤(nano filtration)、反渗透(reverseosmosis)等。气体分离可根据分离的气体种类具体分离,在用于分离氧气的膜的情况下,上述气体分离被分类为富氧,在用于分离氮气的膜的情况下,上述气体分离被分为富氮、氢分离、脱水膜等。
基于膜的形状,分为平板膜(flat membrane)、中空纤维膜(hollow fibermembrane)、管状膜(tubular membrane),并且,根据过滤器模块的形态,上述膜分为板型、螺旋型、盒型、平膜型、沉积型、管型等。
基于材料的分类有无机膜和利用高分子的有机膜。目前,基于无机膜的耐热性、耐久性等优点,扩大了无机膜的用途,而目前产品化的大部分分离膜由高分子分离膜占据。
通常,过滤(filtration)是指从流体中分离两种以上的成分,意味着分离未溶解的粒子,即,分离固体。在分离固体的过程中,过滤原理可通过筛析、吸附、溶解、扩散原理进行说明,除了气体分离膜、反渗透膜等一部分分离膜,则大部分分离可以说是完全依赖于筛析原理。
因此,只要是具有气孔的原材料,均可用作过滤材料,代表性的过滤材料有无纺布(nonwovens)、纺织物(fabric)、网布(mesh)、多孔性膜(porous membrane)等。
由于无纺布、纺织物、网布(mesh)等很难制备1μ难以下的气孔,因而局限于粒子过滤(particle filtration)领域,且以预处理过滤器的概念来使用。相反,多孔性膜可制作精密且很小的气孔,从而用于精密过滤(micro filtration)、超过滤(ultra filtration)、纳米过滤(nano filtration)、反渗透过滤(reverse osmosis)等广泛的过滤领域和需要最高精密度的工序。
由于无纺布、网布、纺织物由数微米至数百微米厚度的纤维形成,因而难以制备1微米以下的微细气孔。尤其,在无纺布的情况下,因纤维的无序排列而形成网,因而实际上无法制备均匀的气孔。以熔喷过滤介质(melt-blown)为例,它可被视为由纤维直径达到1~5μm范围的最微细的纤维形成的无纺布,在进行热压延之前的气孔大小达到6微米以上,压延之后的气孔大小仅达到约3微米,并以基准点为中心,平均气孔大小的误差达到±准点的,且具有相当大的多个气孔共存的结构。最终,由于难以防止污染物质通过相对大的气孔流出,因而过滤效率只能低下。因此,在并不精密的过滤工序或精密过滤工序中,上述过滤材料以预处理的概念来使用。
另一方面,多孔性膜通过非溶剂致相分离法(NIPS)、热致相分离法(TIPS)、拉伸法(stretching process)、照射蚀刻法(track etching)、溶胶-凝胶法(sol-gel)等的方法制备而成,多孔性膜的材质大部分为有机高分子,主要使用聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、尼龙(nylon6、nylon66)、聚砜(PS)、聚醚砜(PES)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、硝化纤维(NC)等。这种以往的多孔性膜可形成精密且小的气孔,相反,因在制备工序中不可避免地产生封闭的气孔(closed pore)、堵塞的气孔(blined pore),因而具有过滤流量小、运行压力大、过滤寿命短的问题,从而高运行费用及过滤器更换频繁成为了问题。
因此,为了可用于处理液体处理,急需开发如下膜,即,作为具有微细气孔结构的薄膜,具有基于气孔大小的恒定的过滤性能和稳定性的高寿命、高效率。
在韩国公开特许第2008-60263号(专利文献1)中,提出了如下过滤材料,即,包括一个以上的由平均纤维直径小于约1μm的聚合物纳米纤维构成的纳米纤维层,平均流动孔隙大小为约0.5μm至5.0μm,固形度为约15体积百分比至约90体积百分比,在10psi(69kPa)的差动压力下,借助介质的水的流动速度超过约0.055L/分钟/cm2。
在上述特许文献1中所提出的过滤材料的制备方法例示出如下内容,即,包括一个以上的纺丝束,上述纺丝束包括纺丝喷嘴,吹送气体注入喷嘴及收集器,使用在甲酸中含有24重量百分比的尼龙的溶液作为聚合物溶液,通过电-喷送纺丝或电吹送方法来对纳米纤维进行纺丝来形成网。
但是,在上述特许文献1中,用于形成纳米纤维的纤维质网的方法无法被视为使用多孔性纺丝膜的制备技术。并且,在为了提高生产率而借助使用多孔性纺丝膜的喷射电纺丝装置来以电纺丝方法制备纳米纤维网的情况下,包含24重量百分比的高分子的纺丝溶液,由于它的粘度上升,因而在溶液表面产生固化,从而难以长时间进行纺丝,并且因纤维直径的增加而发生无法制备微米以下大小的纤维状的问题。
尤其,通过纺丝得到的超细纤维网在进行压延之前未经过用于适当调节残留在网表面的溶剂和水分量的预处理工序的情况下,若气孔增大的同时反而使网的强度变差或溶剂的挥发过慢,则有可能产生网被溶化的现象。
另一方面,在韩国公开特许第2012-2491号(专利文献2)中提出了利用电纺丝的纳米纤维网的液体过滤器用过滤材料、及其制备方法以及利用其的液体过滤器,上述纳米纤维网具有多层结构的三维微细气孔结构,从而具有高效率、高寿命,且可使过滤效率达到极大化。
在使用将纤维成形性高分子物质溶解于溶剂所获得的纺丝溶液对支撑体的上部进行电纺丝,来形成纳米纤维网后,上述由液体过滤用多层纳米纤维网形成的过滤材料对形成有纳米纤维网的支撑体进行热压接,或对纺丝溶液进行空气静电纺丝来形成纳米纤维网,并进行热压接后,使被热压接的纳米纤维网的一面与支撑体相贴合来制备过滤材料。
但是,在这种液体过滤器用过滤材料的制备方法中,在使用纺丝溶液对支撑体的上部进行空气静电纺丝来形成纳米纤维网后,对形成有纳米纤维网的支撑体进行热压接的方法随着利用拉伸强度高的多孔性无纺布作为支撑体,因而拉伸强度被提高,从而具有可在生产过程中提高处理性的优点,但存在纳米纤维网的均匀度并不高的问题。
通常,被电纺丝的纳米纤维在收集器(Collector)产生堆积现象,并存在沿着堆积部的图案层叠的现象。例如,若在钻石图案上进行电纺丝,则纳米纤维开始沿着钻石图案堆积。
因此,如专利文献2,在使纳米纤维直接对无纺布进行纺丝,来形成纳米纤维网的情况下,存在无法得到纳米纤维网的气孔大小、透气度、厚度、重量等均匀度优秀的纳米纤维网的问题。
在专利文献2中,提出了使用熔喷无纺布、纺粘无纺布、热合无纺布等的由单一芯材结构的纤维形成的无纺布来与纳米纤维网相贴合的过滤材料,但当无纺布与纳米纤维相贴合时,随着在熔点相对低的熔点进行压延,从而产生无纺布和纳米纤维网中的一个难以维持气孔结构的问题。
并且,如专利文献2,若使纺丝溶液进行空气静电纺丝来形成纳米纤维网并被进行热接合后,使被热接合的纳米纤维网的一面与支撑体相贴合,或仅由纳米纤维本身制备过滤材料,则为了所制备出的过滤材料达到可操作的水准,需达到约10g/m2以上的高重量。但是,这种高重量过滤材料作为直接关系到生产速度的因素(factor),会成为导致高成本的原因。
并且,纳米纤维在制备工序过程中带有大量的静电,因而,若仅由纳米纤维形成过滤材料,则存在操作相当困难的问题。虽然无法通过贴合等的复合化来去除静电,但可改善处理性。尤其,虽然纳米纤维的相对强度比其他纤维优良,但绝对强度相对差。
并且,在由纳米纤维形成的多孔性纳米纤维网通过压延工序使得纤维之间坚固地相结合,从而形成完成度高的多孔性纳米纤维网,但如专利文献2,若直接对无纺布进行纺丝并压延(calendaring),则由于无纺布的熔点比由聚合物形成的纳米纤维的纤维间的结合温度低,因而在压延温度控制方面受限。最终,存在无法使形成纳米纤维网的纳米纤维之间坚固地相结合的问题。
在对液体进行过滤的过程中,发生需发挥亲水性特性的情况。但是,在使用亲水性高分子制备过滤材料的情况下,由于亲水性高分子在机械性强度和耐药品性等方面存在比疏水性高分子差的问题,因而存在不得不有限地使用亲水性高分子的问题。
最终,由聚偏氟乙烯高分子组成的过滤材料具有非常适合对液体进行过滤的强度和耐药品性,但因疏水性特性,存在有限地使用于水类过滤方面的问题。并且,若由疏水性高分子组成的过滤材料在制备的过程中由可操作水准的约10g/m2以上的高重量形成,则当水类流体经过时,产生相对高的压力差,因而在执行亲水处理或未执行亲水处理的情况下,存在若未施加适当的驱动力(driving force),则水无法顺畅地经过的问题。
并且,在仅以约10g/m2以上的高重量的纳米纤维本身制备过滤材料的情况下,因无法形成薄的过滤层,导致压力差过大,从而存在过流量变小的问题。
通常,对水质污染物质进行处理的方法有利用废水处理凝集剂的共沉法、基于比重差的浮选法、生物浓缩法及离子交换吸附法等,但离子交换吸附法被知为最为有效的方法。
发明内容
技术问题
本发明为了解决上述现有技术的问题而提出,本发明的目的在于,提供液体过滤器用过滤材料及其制备方法,根据上述液体过滤器用过滤材料及其制备方法,通过使低重量的纳米纤维网与多孔性无纺布相贴合,来形成薄的过滤层,并使每一单位面积的纳米纤维的含量达到低重量化,从而使过滤前后的压力差变小,由此可增加过流量,最终,即使使用疏水性的聚偏氟乙稀(PVDF,Polyvinylidene Fluoride)高分子,也通过使用由低重量的纳米纤维形成的纳米纤维网,因而,即使不进行亲水处理,也可制备具有优秀的透气性和透水性的膜。
本发明的再一目的在于,提供液体过滤器用过滤材料及其制备方法,根据上述液体过滤器用过滤材料及其制备方法,通过使用转印方法,上述转印方法在使用纳米纤维对纸等的移送片进行纺丝后与无纺布相贴合,使得过滤材料具有纳米纤维的气孔大小、透气度、厚度、重量等的均匀度优秀的纳米纤维网。
本发明的另一目的在于,提供液体过滤器用过滤材料及其制备方法,根据上述液体过滤器用过滤材料及其制备方法,随着使用转印方法,上述转印方法在使用纳米纤维对纸等的移送片进行纺丝后与无纺布相贴合,可在高于无纺布的熔点的温度下执行压延,从而使纳米纤维之间坚固地相结合。
本发明的还有一目的在于,提供液体过滤器用过滤材料及其制备方法,根据上述液体过滤器用过滤材料及其制备方法,通过使用转印方法,上述转印方法在使用纳米纤维对纸等的移送片进行纺丝后与无纺布相贴合的转印方法,吸收纳米纤维网所包含的残留溶剂(solvent),从而可防止纳米纤维被残留溶剂重新熔化的现象,并且可适当调节残留溶剂的量。
本发明的又一目的在于,提供液体过滤器用过滤材料,根据上述液体过滤器用过滤材料,由于使用可用作支撑体、可以以低廉的费用购得的多孔性无纺布,因而提高了拉伸强度,从而可提高生产过滤材料时的处理性,并且,随着对薄膜型的多孔性纳米纤维网进行层叠,可大大降低制备成本。
本发明的又一目的在于,提供液体过滤器用过滤材料及其制备方法,根据上述液体过滤器用过滤材料及其制备方法,可通过具有三维微细气孔的纳米纤维网对液体进行表面过滤及深层过滤,可借助分散于纳米纤维网的纳米纤维的内部或外侧的离子交换树脂粒子,对被处理液体所包含的化学物质的特定离子进行过滤。
本发明的又一目的在于,提供液体过滤器用过滤材料及其制备方法,根据上述液体过滤器用过滤材料及其制备方法,可借助分散于纳米纤维网的纳米纤维的内部或表面的银(Ag)纳米粒子,对被处理液体的水质进行净化,并可杀灭存在于过滤材料的各种病原菌。
解决问题的手段
用于实现上述目的的本发明第一特征的液体过滤器用过滤材料的特征在于,包括:多孔性支撑体,起到强度支撑体的作用;以及纳米纤维网,与上述多孔性支撑体的一侧面相贴合,上述纳米纤维网由高分子物质的纳米纤维形成,上述纳米纤维网具有使被处理液体通过的三维结构的微细气孔,上述纳米纤维的含量小于5gsm。
在上述纳米纤维的含量小于5gsm的情况下,即使层叠疏水性纳米纤维来而制作纳米纤维网,但由于透气性和透水性得到保障,因而获得优秀的过流量,但在纳米纤维的含量大于5gsm的情况下,随着过滤层变厚,会发生压力差变大、过流量变少的现象。
优选地,上述纳米纤维的含量设定在2gsm至3gsm的范围。
在此情况下,优选地,上述纳米纤维网的厚度设定在2μm至6μm的范围,上述纳米纤维网的气孔大小设定在0.2μm至3μm的范围。
上述纳米纤维的直径设定在100nm至800nm的范围,优选地,上述纳米纤维的直径设定在150nm至300nm的范围。
优选地,上述多孔性支撑体为无纺布,上述无纺布可以为在作为芯材的聚丙烯纤维的外周涂敷聚乙烯而成的聚丙烯/聚乙烯无纺布或在作为芯材的常规聚对苯二甲酸二乙酯(polyethyleneterephthalate)纤维的外周涂敷低熔点聚对苯二甲酸二乙酯而成的聚对苯二甲酸二乙酯无纺布。
在上述聚丙烯/聚乙烯无纺布中,涂敷于聚丙烯纤维外部的聚乙烯涂敷部通过熔融的方式与纳米纤维相结合,上述聚丙烯纤维维持多孔性结构。并且,在上述聚对苯二甲酸二乙酯无纺布中,涂敷于常规聚对苯二甲酸二乙酯纤维的外周的低熔点聚对苯二甲酸二乙酯通过熔融的方式与纳米纤维相结合,上述常规聚对苯二甲酸二乙酯纤维维持多孔性结构。
优选地,在上述纳米纤维中,在纳米纤维的内部或纳米纤维的表面分散有离子交换树脂粒子,上述离子交换树脂粒子可以为具有离子交换能力的多孔质的有机聚合物的粒子或聚苯乙烯和二乙烯基苯的共聚物的粒子。
并且,优选地,在上述纳米纤维中,在纳米纤维的内部或纳米纤维的表面分散有银纳米粒子。
基于本发明第二特征的液体过滤器用过滤材料的制备方法的特征在于,包括:形成纳米纤维网的步骤,使用混合有高分子物质和溶剂的纺丝溶液对移送片进行电纺丝,来形成具有三维结构的微细气孔的纳米纤维网;第一压延步骤,使用于形成上述纳米纤维网的纳米纤维之间相互结合,并调节纳米纤维网的气孔大小和纳米纤维网的厚度;以及第二压延步骤,使经过了上述第一压延步骤的上述纳米纤维网与上述多孔性支撑体相贴合,来形成过滤材料。
优选地,上述第一压延步骤的执行温度高于上述第二压延步骤的执行温度。并且,用于执行上述第一压延步骤的温度可被设定为可使形成纳米纤维网的纳米纤维相互结合的温度,用于执行上述第二压延步骤的温度可以以与涂敷部的熔点相同的方式设定,在形成多孔性支撑体的双重芯材纤维中,上述涂敷部的熔点低于芯材的熔点,上述涂敷部通过熔融的方式与上述纳米纤维相结合。
优选地,上述纺丝溶液中还包含离子交换树脂粒子或银金属盐,在上述纳米纤维的内部或上述纳米纤维的表面分散有离子交换树脂粒子或银纳米粒子。
优选地,上述移送片为纸、由不被纺丝溶液中包含的溶剂所溶解的高分子材料形成的无纺布、聚烯烃类膜中的一种。
发明的效果
如上所述,在本发明中,通过使低重量的纳米纤维网与多孔性无纺布相贴合,来形成薄的过滤层,并使每一单位面积的纳米纤维的含量达到低重量化,从而使过滤前后的压力差变小,由此增加过流量,最终,即使使用具有疏水性的聚偏氟乙烯高分子,也通过使用由低重量的纳米纤维形成的多孔性纳米纤维网,因而,即使未进行亲水处理,也可制备具有优秀的透气性和透水性的膜。
即,通常,过滤层越厚,则产生压力差越大、过流量越减少的现象,但在本发明中,通过使低重量的多孔性纳米纤维网与多孔性无纺布相贴合,来形成薄的过滤层,从而使压力差变小,由此可增加过流量。
在本发明中,通过使用转印方法,上述转印方法使用纳米纤维对纸等的移送片进行纺丝后与多孔性无纺布相贴合,因而具有气孔大小、透气度、厚度、重量等均匀度优秀的多孔性纳米纤维网。
并且,在本发明中,通过使用转印方法,上述转印方法使用纳米纤维在纸等的移送片被纺丝后与多孔性无纺布相贴合,从而可在贴合工序之前,在温度高于无纺布的熔点的温度下首先进行压延,因而可使纳米纤维之间坚固地相结合。
尤其,在本发明中,通过使用转印方法,上述转印方法使用纳米纤维对纸等的移送片进行纺丝后与多孔性无纺布相贴合,从而吸收多孔性纳米纤维网所包含的残留溶剂,由此可防止纳米纤维被残留溶剂重新熔化的现象,并且可适当调节残留溶剂的量。
尤其,在本发明中,通过使用可用作支撑体、且可以以低廉的费用购得的多孔性无纺布,因而提高了拉伸强度,从而可提高生产过滤材料时的处理性,并且,随着对薄膜型的多孔性纳米纤维网进行层叠,可大大降低制备成本。
并且,在本发明中,通过使用由熔点互不相同的双重芯材结构的纤维形成的多孔性支撑体,因而当为了使多孔性支撑体和纳米纤维网相贴合而进行压延时,在包围高熔点芯材的低熔点涂敷部的熔点下进行压延,从而可使多孔性支撑体借助高熔点芯纤维来维持气孔结构。
尤其,随着多孔性支撑体的低熔点涂敷部与纳米纤维网的纳米纤维相结合(接合),从而可提高结合力。
尤其,在本发明中,可借助分散于纳米纤维网的纳米纤维的内部或外侧的离子交换树脂粒子,来对被处理液体所包含的化学物质的特定离子进行过滤。可借助均匀地分散于纳米纤维网的纳米纤维的内部或表面的银(Ag)纳米粒子,来对被处理液体的水质进行净化,并可杀灭存在于过滤材料的各种病原菌。
附图说明
图1为本发明优选实施例的液体过滤器用过滤材料的剖视图。
图2为表示本发明优选实施例的液体过滤器用过滤材料的制备工序的流程图。
图3为表示用于制备图1所示的过滤材料的装置的简要工序图。
图4为表示本发明优选实施例的辊型液体过滤器的简要结构图。
图5为本发明优选实施例的层叠型液体过滤器的剖视图。
图6为对本发明的实施例1和比较例1至比较例3之间的气孔大小分布程度(Poresize distribution)进行比较来表示的图表。
具体实施方式
以下,参照附图对本发明的液体过滤器用过滤材料和利用其的液体过滤器进行更加详细的说明。
被电纺丝的纳米纤维在收集器产生堆积现象,并存在产生沿着堆积部的图案堆积的现象。例如,若在钻石图案上进行电纺丝,则纳米纤维最初开始沿着钻石图案堆积。
因此,为了制作气孔大小、透气度、厚度、重量等的均匀度优秀的纳米纤维网,相对于无纺布,纸更为合适。
在本发明中,使用转印方法,上述转印方法在使用纳米纤维来在纸等的移送片进行纺丝后,使纳米纤维网与多孔性无纺布相贴合,从而具有气孔大小、透气度、厚度、重量等均匀度优秀的多孔性纳米纤维网。
由纳米纤维形成的多孔性纳米纤维网通过压延工序使得纤维和纤维之间坚固地相结合,从而制作出完成度高的多孔性纳米纤维网,若直接对用作支撑体的无纺布进行纺丝并压延,则由于无纺布的熔点,因而在控制压延温度方面受限。
纳米纤维,例如聚偏氟乙烯纤维的纤维间结合温度约为150℃,但无纺布的熔点为110℃~130℃。
在本发明中,使用首先形成纳米纤维网,之后使得纳米纤维网与多孔性无纺布相贴合的转印方法,来制备过滤材料。
因此,在比无纺布的熔点高的温度下,优选地,在纳米纤维的纤维间结合温度下,首先可对在使用纳米纤维对纸等的移送片进行纺丝后获得的纳米纤维网进行第一次压延,使得纳米纤维之间坚固地相结合。之后,在温度与无纺布的熔点相同的温度下通过进行第二次压延来使得经过第一次压延的纳米纤维网与多孔性无纺布相贴合。
因此,优选地,第一次压延温度设定为可使形成纳米纤维网的纳米纤维相互结合的温度,例如,第一次压延温度设定为150℃至200℃,第二次压延温度设定为由双重芯材结构的聚丙烯/聚乙烯纤维形成的聚丙烯/聚乙烯无纺布中的涂敷于芯材外部的涂敷部熔点,例如,第二次压延温度设定为作为聚乙烯的熔点的110℃~130℃。
因此,当进行第二次压延时,聚丙烯/聚乙烯无纺布中的涂敷于芯材的外部的聚乙烯涂敷部被熔化,并与纳米纤维网相贴合,聚丙烯芯材维持其形态,从而维持多孔性结构。
为了能够改善第一次压延及第二次压延工序的作业性,在本发明中,从转换辊向电纺丝装置的收集器的上部连续投入拉伸强度高的移送片,从而使多孔性纳米纤维网在移送片的上部层叠而成。
上述移送片可使用例如,纸或由高分子材料形成的无纺布或聚乙烯、聚丙烯等的聚烯烃类膜,当对混合纺丝溶液进行纺丝时,上述高分子材料不被包含在混合纺丝溶液的溶剂所溶解。在上述移送片仅由多孔性纳米纤维网本身形成的情况下,由于上述移送片的拉伸强度低,因而很难以高移送速度来移送,并执行干燥工序、压延工序及卷线工序。
尤其,在制备多孔性纳米纤维网后难以以高移送速度连续执行后续的多孔性纳米纤维网与支撑体相贴合的工序,但在使用上述移送片的情况下,随着提供充分的拉伸强度,从而可大大提高工序处理速度。
并且,在仅使用多孔性纳米纤维网的情况下,因静电而产生上述纳米纤维网粘在其他物体的现象,导致作业效率下降,但在利用移送片的情况下,可解决这种问题。上述移送片在经过与支撑体相贴合的工序后以被剥离的方式被去除。
并且,在本发明中,随着使用转印方法,上述转印方法使用纳米纤维对纸等的移送片进行纺丝后使多孔性纳米纤维网与多孔性无纺布相贴合,来吸收多孔性纳米纤维网所含有的残留溶剂,从而可防止纳米纤维被残留溶剂重新熔化的现象,并且可适当调节残留溶剂的量。
通常,过滤层越厚,则产生压力差越大、过流量减少的现象。在本发明中,为了解决如上所述的问题,可通过使低重量的多孔性纳米纤维网与多孔性无纺布相贴合,来形成薄的过滤层,从而使压力差变小,由此增加过流量。
在本发明中,当形成与多孔性无纺布相贴合的多孔性纳米纤维网时,通过使纳米纤维的堆积量小于5gsm,优选地使纳米纤维的堆积量设定在2gsm至3gsm范围,由此,即使使用疏水性聚偏氟乙烯高分子,也通过使用由低重量的纳米纤维形成的多孔性纳米纤维网,因而,即使不进行亲水处理,也可制备具有优秀的透气性和透水性的分离膜。
并且,在本发明中,使用混合高分子物质、离子交换树脂粒子及溶剂的纺丝溶液对上述移送片的一侧面进行电纺丝,来形成在纳米纤维的内部或外侧分散有离子交换树脂粒子的纳米纤维网,从而可得到液体过滤器用过滤材料,上述过滤材料可通过纳米纤维网的具有三维网络结构的微细气孔对液体进行表面过滤及深层过滤,同时可借助离子交换树脂粒子对被处理液体所包含的化学物质的特定离子进行过滤。
尤其,在本发明中,当形成上述纺丝溶液时,添加预定量的银金属盐进行纺丝,使得银纳米粒子坚固地固定并均匀地分散在纳米纤维网的纳米纤维的内部或表面,从而可借助具有抗菌作用的银纳米粒子来杀灭存在于过滤材料的各种病原菌。
上述银金属盐可使用选自由硝酸银(AgNO3)、氯化银(AgCl)、硫酸银(Ag2S)等组成的组中的一种以上。
通常,借助电纺丝来使纳米纤维被捕集而成的纳米纤维网结构的气孔度高于无纺布等的多孔性支撑体的气孔度。
最终,使用本发明的过滤材料来制造的液体过滤器以如下方式构成,即,对由气孔度相对高的纳米纤维网和气孔度相对低的多孔性支撑体层叠而成的双层结构的过滤材料以多层结构来进行层叠或以辊型卷曲来构成过滤器,若以如上所述的方式构成过滤器,则被处理液体流经形成低重量结构的气孔度高的纳米纤维网来实现过滤,从而既可保障优秀的透气性和透水性,还可提高过滤效率。
可用作上述多孔性支撑体的无纺布可使用聚丙烯/聚乙烯无纺布或双重芯材结构的聚对苯二甲酸二乙酯无纺布,上述聚丙烯/聚乙烯无纺布由在作为芯材的聚丙烯纤维的外周涂敷聚乙烯而成,上述双重芯材结构的聚对苯二甲酸二乙酯无纺布由在作为芯材的常规聚对苯二甲酸二乙酯纤维的外周涂敷低熔点聚对苯二甲酸二乙酯而成。
在上述双重结构的无纺布中,当无纺布与纳米纤维网相贴合时,若压延温度以与聚乙烯的熔点或低熔点聚对苯二甲酸二乙酯的温度相对应的方式设定,则形成芯材的聚丙烯纤维或常规聚对苯二甲酸二乙酯纤维可维持原有形状,从而维持气孔结构。
并且,当进行压延时,随着聚乙烯涂敷部或低熔点聚对苯二甲酸二乙酯通过熔融的方式与纳米纤维相结合,使得无纺布与纳米纤维网之间的结合力上升。
因此,在本发明中,随着使用多孔性支撑体,上述多孔性支撑体由熔点互不相同的双重芯材结构的纤维形成,从而既可提高多孔性支撑体与纳米纤维网之间的结合力,还可维持多孔性支撑体的气孔结构。
并且,在本发明中,只要是可以以低廉的费用购得,并因拉伸强度高而可提高生产过滤材料时的处理性,以及由熔点相互不同的双重芯材结构的纤维形成的多孔性支撑体,则可使用其他无纺布。
在本发明中所使用的高分子物质为可进行电纺丝的高分子物质,例如可例举亲水性高分子和疏水性高分子等,这种高分子可混合一种以上或两种以上来使用。
在本发明中,在对液体进行过滤的情况下,发生需具有亲水性特性的情况,但考虑到亲水性高分子在机械性强度和耐药品性等方面比疏水性高分子差的问题,可混合亲水性高分子和疏水性高分子来使用,以弥补亲水性高分子和疏水性高分子各自的缺点、发挥亲水性高分子和疏水性高分子各自的优点。
并且,即使在使用聚偏氟乙烯等的疏水性高分子的情况下,也通过制备重量小于5gsm的低重量过滤材料来以具有较小的压力差的方式进行设定,从而即使在未执行亲水处理的情况下,也通过施加适当的驱动力(driving force)来使得透水变得顺畅。
可在本发明中使用的高分子物质只要是用于进行电纺丝而可溶解于有机溶剂、并可借助电纺丝形成纳米纤维的树脂,就不受特殊限制。例如,可以为聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、全氟聚合物、聚氯乙烯或聚偏二氯乙烯及它们的共聚物,以及包含聚乙二醇二烷基醚及聚乙二醇二烷基酯的聚乙二醇衍生物,包含聚(氧亚甲基-寡-氧化乙烯)、聚氧化乙烯及聚氧化丙烯的多氧化物,包括聚乙酸乙烯酯、聚(乙烯吡咯烷酮-乙酸乙烯酯)、聚苯乙烯及聚苯乙烯丙烯腈共聚物、聚丙烯腈(PAN)、聚丙烯腈甲基丙烯酸甲酯共聚物的聚丙烯腈共聚物,聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸甲酯共聚物或它们的混合物。
并且,可使用的高分子物质有聚酰胺、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚(甲基-亚苯基异苯甲酸酰胺)、聚砜、聚芳醚酮、聚醚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯、聚乙烯环烷酸等的芳香族聚酯,聚四氟乙烯、聚二苯氧基磷腈、聚{双[2-(2-甲氧基乙氧基]磷腈}等的聚磷腈类,包含聚氨基甲酸酯及聚醚氨基甲酸酯的聚氨基甲酸酯共聚物,醋酸纤维素、醋酸丁酸纤维素、醋酸丙酸纤维素等。
在上述高分子物质中,作为本发明的过滤器材料的高分子物质特别优选单独使用聚丙烯腈、聚偏氟乙烯(PVdF)、聚醚砜(PES:Polyester Sulfone)、聚苯乙烯(PS),或混合聚偏氟乙烯和聚丙烯腈来使用,或混合聚偏氟乙烯和聚醚砜、混合聚偏氟乙烯和热塑性聚氨基甲酸酯(TPU:Thermoplastic Polyurethane)来使用。
因此,可在本发明中使用的高分子作为可进行电纺丝的热塑性及热固化性高分子,并不受特殊限制。
为了准备纺丝溶液,与高分子物质相混合的溶剂可使用单一成分类溶剂,例如二甲基甲酰胺(DMF:dimethylformamide),但在使用两种成分类溶剂的情况下,优选使用沸点(BP:boiling point)高的溶剂与沸点低的溶剂相混合的两种成分类溶剂。
优选地,本发明的两种成分类混合溶剂可按7∶3至9∶1范围内的重量比混合高沸点溶剂和低沸点溶剂来使用。
在本发明中,离子交换树脂可使用正离子交换树脂或负离子交换树脂。
即,在本发明中,离子交换树脂粒子可被定义为在离子交换树脂粒子内部的表面存在具有离子交换能力的官能基的粒子,根据交换的离子,离子交换树脂粒子可包括正离子交换树脂、负离子交换树脂、正负双性交换树脂等。
更详细地,在本发明中,使具有离子交换能力的多孔质的有机聚合物或作为聚苯乙烯(Polystyrene)和二乙烯基苯(Divinylbenzene)的共聚物的高分子聚合物固相萃取柱(PSDVB,Polystyrene Divinylbenzene)被制作成粒子,并对上述粒子和溶剂进行混合来制备喷射溶液。
(过滤材料的结构)
以下,参照附图对本发明的优选实施例的液体过滤器用过滤材料进行说明。
所附的图1为本发明优选实施例的液体过滤器用过滤材料的剖视图,图2为表示本发明优选实施例的液体过滤器的制备工序的流程图,图3为表示用于制备图1所示的过滤材料的装置的简要工序图。
参照图1,在本发明优选实施例的液体过滤器用过滤材料10中,在多孔性纳米纤维网13的一侧面层叠有无纺布等的多孔性支撑体11。
上述纳米纤维网13的纳米纤维25的内部及表面分散有离子交换树脂粒子15及银纳米粒子17,上述纳米纤维通过对混合有高分子物质、离子交换树脂粒子、银金属盐及溶剂的纺丝溶液进行电纺丝来捕集而成,随着上述纳米纤维网13具有三维网络结构的微细气孔,可对液体进行表面过滤及深层过滤,并可对液体中所包含的化学物质的特定离子进行过滤。
并且,借助以均匀分散的方式固定于纳米纤维25的表面的银纳米粒子17,可对被处理液体的水质进行净化,同时可去除存在于纳米纤维网13的各种病原菌。
优选地,通过电纺丝方法制备的纳米纤维网13优选使用移送片单独制备,之后,与多孔性支撑体11相贴合来形成过滤材料10。
上述双层结构的过滤材料10通过滚压,来构成如图4所述的辊型液体过滤器100,或如图5所示,可通过用于增加比表面积的弯曲工序,来层叠为多层结构,由此构成层叠型液体过滤器100a。
如上所述,若对由多孔性支撑体11层叠的过滤材料10的层进行划分,则处理水A并不流经气孔度低的多孔性支撑体11,取而代之地,处理水A主要流经气孔度高的纳米纤维网13并被过滤,从而可在过滤器100的出口得到纯净水B,由此防止处理水A的局部被偏重加压的问题。
在本发明中,构成多孔性纳米纤维网13的纳米纤维的直径设定在100nm至800nm的范围,优选地设定在150nm至300nm。并且,优选地,纳米纤维网的厚度设定在2μm~6μm的范围,纳米纤维网的气孔大小设定在0.2μm至3μm的范围。当形成多孔性纳米纤维网时,纳米纤维的蓄积量小于5gsm,使得纳米纤维网形成低重量,优选地,纳米纤维的蓄积量设定在2gsm至3gsm的范围。
构成多孔性纳米纤维网13的纤维的平均直径对气孔度及气孔大小的分布起到非常大的影响。纤维直径越小,则气孔大小变小,且气孔大小的分布也变小。
并且,在本发明中,纳米纤维的直径越小,则平均气孔和最大气孔减少。并且,由于纳米纤维的直径越小,则纳米纤维的密度增加,随之纳米纤维网的基本重量和平均厚度也增加,虽然透气性(Air permeability)减小,但可过滤更微细的污染物质,因此,反而提高过滤效果。
尤其,在包括本发明的过滤材料的液体过滤器中,由于在进行过滤工序的过程中,过滤前后的压力差小,因而能源消耗低,且可具有很长的寿命。
(过滤材料的制备)
以下,参照图2及图3,对本发明的过滤材料的制备方法进行说明。
首先,从卷曲有移送片20的开卷机向电纺丝装置21的收集器23的上部供给纸等的移送片20。
之后,在混合高分子物质、离子交换树脂粒子、银金属盐及溶剂来制备纺丝溶液后,使用纺丝溶液对移送片20进行电纺丝,来形成纳米纤维网13(步骤S11)。
可用于制备本发明的纳米纤维网的纺丝方法除了空气静电纺丝(AES:Air-Electrospinning)之外,可使用普通的静电纺丝(electrospinning)、电喷射(electrospray)、电喷射纺丝(electrobrown spinning)、离心静电纺丝(centrifugalelectrospinning)、闪光静电纺丝(flash-electrospinning)中的一种。
在纳米纤维网13的纳米纤维25的内部或表面分散有离子交换树脂粒子,在整个离子交换树脂粒子中,部分离子交换树脂粒子15在纳米纤维的表面露出,来参与对处理水A所含有的特定离子所进行的过滤工作。并且,在纳米纤维25的内部或表面稳定、均匀地分散有从银金属盐衍生的银(Ag)纳米粒子17。
在本发明中,根据需要,在经过使多孔性纳米纤维网13在经由借助前置加热器27形成的预干燥区间(Pre-air Dry Zone)过程中对残留于多孔性纳米纤维网13的表面的溶剂和水分的量进行调节的工序(步骤S12)后,进行压延工序。
在前置加热器所形成的预干燥区间(Pre-Air Dry Zone),利用风扇(fan)向多孔性纳米纤维网13施加温度在20℃~40℃的空气,来调节残留于多孔性纳米纤维网13的表面的溶剂和水分的量,从而可通过调节多孔性纳米纤维网13体积变大(bulky),起到增加膜的强度的作用,并可调节多孔性(Porosity)。
在此情况下,若在溶剂过度挥发的状态下执行压延,则多孔性虽增加,但网的强度变差,相反,若溶剂挥发少,则产生网被熔化的现象。
另一方面,在上述多孔性纳米纤维网13的制备中,还可由无纺布等的多孔性支撑体11代替移送片20,来向电纺丝装置21的收集器23投入,从而在多孔性支撑体11上直接形成低重量的多孔性纳米纤维网13。
在形成由超细纳米纤维25组成的多孔性纳米纤维网13后,在第一压延装置31中,在高分子的熔点以下的温度下,通过进行压延来形成多孔性纳米纤维网(步骤S13)。
纳米纤维,例如,聚偏氟乙烯纤维的纤维间结合温度为150℃,聚丙烯腈的纤维间结合温度为160℃,聚醚砜的纤维间结合温度为200℃,无纺布(聚乙烯)的熔点为110℃~130℃。
因此,在形成多孔性纳米纤维网13的高分子为聚偏氟乙烯的情况下,若在约150℃温度下进行第一次压延工序,则由纳米纤维形成的多孔性纳米纤维网13通过压延工序使得纤维和纤维之间坚固地相结合,从而可制备出完成度高的多孔性纳米纤维网。若完成上述第一次压延工序,则实现纳米纤维之间的结合,由此调节借助捕集多个纳米纤维25来形成的三维气孔的大小和纳米纤维网的厚度。
在本发明中,除了在使纳米纤维网和无纺布相贴合后进行热压接的压延方法之外,可通过压接、加压、滚压、热接合、超声波接合中所选择的一种方法使上述纳米纤维网和无纺布实现复合化。
并且,在本发明中,经上述压延工序后所得到的多孔性纳米纤维网13根据需要,优选地,在经过使用温度为100℃、风速为20m/sec的第二次热风干燥器29来执行去除残留溶剂或水分的工序(步骤S14)后,作为多孔性纳米纤维网13的卷曲辊以移送片20配置于多孔性纳米纤维网13的内侧的状态卷绕于卷线器。
之后,在第二次压延装置33中,卷绕于上述卷线器的多孔性纳米纤维网13和移送片20的双重层叠体完成与无纺布等的多孔性支撑体11相贴合的工序(步骤S15)。
在此情况下,在向第二次压延装置33供给未被预热的多孔性支撑体11的情况下,有可能产生使得第二次压延装置33的辊的设定温度下降10℃~15℃左右的问题。因此,优选地,在使用加热辊或红外线(IR)灯(未图示)对多孔性支撑体11预热至如80℃温度的略低于第二次压延温度后,向第二次压延装置33进行供给。
当使用在聚丙烯纤维的外周涂敷有聚乙烯的双重结构的聚丙烯/聚乙烯无纺布时,上述第二次压延装置33的温度被设定为可熔化聚乙烯被覆层的110℃~130℃。最终,在第二次压延装置33中,多孔性支撑体11与多孔性纳米纤维网13相贴合(步骤S15),之后在第二次压延装置33的后端,移送片20从被贴合的过滤材料10以剥离的方式得到去除。
在本发明中,通过使用转印方法,上述转印方法使用纳米纤维对纸等的移送片20进行纺丝后与多孔性无纺布相贴合,从而可在贴合工序之前先在比无纺布的熔点高的温度下执行压延,使得纳米纤维之间坚固地相结合。
接着,如图4所示,若对上述过滤材料10进行滚压(rolling)(步骤S16),则得到辊(roll)型液体过滤器100。
如图4所示,在本发明中,若对具有纳米纤维网13和多孔性支撑体11层叠的结构的过滤材料进行滚压,则可体现具有如下结构的层叠型液体过滤器100a,即,从被滚压的化学过滤材料的中心(滚压轴)向外周面方向由纳米纤维网13和多孔性支撑体11构成的过滤材料10持续反复的结构,或如图5所示,包括纳米纤维网13和多孔性支撑体11的过滤材料10、10a反复层叠的结构。
以下,通过实施例更详细说明本发明。但是,以下实施例仅属于对本发明的例示,而本发明的范围并不限定于此。
(实施例1)
使用聚偏氟乙烯作为高分子物质,并以使高分子物质达到14重量百分比的方式使高分子物质溶解于二甲基乙酰胺和丙酮的比例为7∶3(DMAc∶Acetone=7∶3)的溶剂中,来制备出纺丝溶液。使上述纺丝溶液向电纺丝装置的混合罐移动,并使混合罐调节为施加电压100kV、纺丝喷嘴与收集器之间的距离20cm、每分钟排出量20μl/hole,在温度为30℃、且相对湿度为60%的纺丝气氛下进行电纺丝,从而制备出重量为3gsm、且气孔大小为1μm的纳米纤维网。
在温度为150℃、且压强为1Kgf/cm2的条件下,对以如上所述的方式得到的纳米纤维网进行压延,来形成纳米纤维之间的结合,从而体现固定孔结构(Fixed pore ructure),并在温度为130℃、且压强为1Kgf/cm2的条件下,使上述纳米纤维网与无纺布相贴合,从而制备出过滤材料。所使用的无纺布为由韩国南洋无纺布有限公司所生产的产品,无纺布的材质使用厚度为160μm、且重量为40gsm的聚烯烃。
针对从上述实施例1所得到的过滤材料原材料,使用PMI公司(Porous Materials,Inc.)的毛细孔隙率仪(Capillary porosimeter)来按ASTM E1294标准测定孔径分布,并在下列表1及图6中示出了测定结果。
作为对照组,分别使用了默克密理博公司(Merck-Millipore)的以相转移方式制备的气孔大小为1μm的聚偏氟乙烯膜(比较例1)、滤膜公司(Membrana)的以相转移方式制备的气孔大小为1μm的微聚醚砜膜(Micro PES membrane)(比较例2)、贺林斯沃与沃斯公司(Hollingsworth&Vose Company)的气孔大小为1μm的熔喷过滤介质(melt-blown media)(比较例3)。
表1
如上述表1及图6所示,本发明实施例1的过滤材料的平均气孔大小为1.0μm,最大气孔大小为1.3μm,呈现出具有与比较例1至比较例3的常用过滤器用分离膜相同水准以上的窄的气孔大小的分布。
利用理宝(TEXTEST)公司的FX3300,并按照ASTM D737标准对上述实施例1、比较例1至比较例3中的过滤材料的透气度进行测定,并在下列表2中示出了测定结果。
表2
透气度(cfm@125Pa) | |
实施例1(纳米纤维1μm) | 2.5 |
比较例1(聚偏氟乙烯膜1μm) | 0.8 |
比较例2(聚醚砜膜1μm) | 1.1 |
比较例3(熔喷过滤介质1μm) | 0.7 |
如上述表2所示,本发明实施例1的过滤材料的透气度被测定为2.5cfm@125Pa,与比较例1至比较例3中的常用过滤器用分离膜相比,呈现出具有非常优秀的透气度。
利用自行制造的设备,并按照ASTM F795标准对上述实施例1、比较例1至比较例3中的过滤材料执行过滤,来测定施加于过滤材料的压力差,并在下列表3中示出了测定结果。
表3
压降(psid@3lpm,4.9cm2) | |
实施例1(纳米纤维1μm) | 0.8 |
比较例1(聚偏氟乙烯膜1μm) | 2.1 |
比较例2(聚醚砜膜1μm) | 1.7 |
比较例3(熔喷过滤介质1μm) | 6.2 |
如上述表3所示,本发明实施例1的过滤材料的压降(pressure drop)被测定为0.8psid@31pm,4.9cm2,与比较例1至比较例3中的常用过滤器用分离膜相比,呈现出具有非常优秀的透水度。利用自行制造的设备,并按照ASTM F795标准,对上述实施例1、比较例1至比较例3中的过滤材料执行过滤,来测定过滤液的浊度(Tubidity),并在下列表4中示出了测定结果。此时,试验粒子(Dust)使用了ISO 12103-1,A2fine。
表4
如上述表4所示,本发明实施例1的过滤材料的浊度被测定为0.4NTU,与比较例1至比较例3中的常用过滤器用分离膜相比,呈现出非常优秀的浊度去除效率。
(实施例2)
在实施例2中,使用聚偏氟乙烯作为高分子物质,并且,以使高分子物质达到10重量百分比的方式使高分子物质溶解于二甲基乙酰胺和丙酮的比例为7∶3(DMAc∶Acetone=7∶3)的溶剂中,来制备出纺丝溶液。使上述纺丝溶液向电纺丝装置的混合罐移动,并使混合罐调节为施加电压100kV、纺丝喷嘴与收集器之间的距离20cm、每分钟排出量20μl/hole,在温度为30℃、且相对湿度为60%的纺丝气氛下进行电纺丝,从而制备出重量为3gsm、且气孔大小为0.45μm的纳米纤维网。
在温度为150℃、且压强为1Kgf/cm2的条件下,对以如上所述的方式得到的纳米纤维网进行压延,来形成纳米纤维之间的结合,从而体现固定孔结构,并在温度为130℃、且压强为1Kgf/cm2的条件下,使上述纳米纤维网与无纺布相贴合,从而制备出过滤材料。所使用的无纺布与在实施例1中所使用的无纺布相同。
针对从上述实施例2所得到的过滤材料原材料,使用PMI公司的毛细孔隙率仪,来按ASTM E1294标准测定孔径分布,并在下列表5中示出了测定结果。
作为对照组,分别使用了默克密理博公司的气孔大小为0.45μm的聚偏氟乙烯膜(比较例4)、滤膜公司的气孔大小为0.45μm的微聚醚砜膜(比较例5)。
表5
如上表5所示,本发明实施例2的过滤材料的平均气孔大小为0.39μm,最大气孔大小为0.59μm,呈现出具有与比较例4及比较例5的常用过滤器用分离膜相同水准以上的窄的气孔大小的分布。
利用理宝(TEXTEST)公司的FX3300,并按照ASTM D737标准对上述实施例2、比较例4及比较例5中的过滤材料的透气度进行测定,并在下表6中示出了测定结果。
表6
透气度(cfm@125Pa) | |
实施例2(纳米纤维0.45μm) | 1.48 |
比较例4(聚偏氟乙烯膜0.45μm) | 0.31 |
比较例5(聚醚砜膜0.45μm) | 0.34 |
如上表6所示,本发明实施例2的过滤材料的透气度被测定为1.48cfm@125Pa,与比较例4及比较例5中的常用过滤器用分离膜相比,呈现出具有非常优秀的透气度。
利用自行制造的设备,并按照ASTM F795标准对上述实施例2、比较例4及比较例5中的过滤材料执行过滤,来测定施加于过滤材料的压力差,并在下列表7中示出了测定结果。
表7
压降(psid@3lpm,4.9cm2) | |
实施例2(纳米纤维0.45μm) | 3.8 |
比较例4(聚偏氟乙烯膜0.45μm) | 6.2 |
比较例5(聚醚砜膜0.45μm) | 5.1 |
如上述表7所示,本发明实施例2的过滤材料的压降(pressure drop)被测定为3.8psid@31pm,4.9cm2,与比较例4及比较例5中的常用过滤器用分离膜相比,呈现出具有非常优秀的透水度。
利用自行制造的设备,并按照ASTM F795标准对上述实施例2、比较例4及比较例5中的过滤材料执行过滤,来测定过滤液的浊度,并在下列表8中示出了测定结果。此时,试验粒子使用了ISO 12103-1,A2fine。
表8
浊度(NTU) | |
实施例2(纳米纤维0.45μm) | 0.1以下 |
比较例4(聚偏氟乙烯膜0.45μm) | 0.1以下 |
比较例5(聚醚砜膜0.45μm) | 0.1以下 |
如上述表8所示,本发明实施例2的过滤材料的浊度被测定为0.1NTU以下,与比较例4及比较例5中的常用过滤器用分离膜相比,呈现出具有相同的浊度去除效率。
在本发明中,利用纳米纤维网的三维网络结构的微细气孔来对处理水进行表面过滤及深层过滤。与此同时,露出于纳米纤维网的纳米纤维的离子交换树脂粒子对处理水所包含的化学物质的特定离子进行过滤,从而可提高过滤效率,可借助银纳米粒子的抗菌能力,去除在过滤材料中繁殖的细菌、大肠杆菌等各种病原菌。
以上,以特定的优选实施例为例来示出并说明了本发明,但本发明并不限定于上述实施例,在不脱离本发明的思想的范围内可由本发明所属技术领域的普通技术人员对本发明进行多种变更和修改。
产业上的可利用性
本发明可适用于通过使低重量的纳米纤维网与多孔性无纺布相贴合,来形成薄的过滤层,并使每一单位面积的纳米纤维的含量达到低重量化,从而使过滤前后的压力差变小,由此可增加过流量的液体过滤器用过滤材料。
Claims (4)
1.一种液体过滤器用过滤材料的制备方法,其特征在于,包括:
形成纳米纤维网的步骤,使用在溶剂中分散有高分子物质、离子交换树脂粒子及银金属盐的纺丝溶液对由纸形成的移送片进行电纺丝,来形成由分散有离子交换树脂粒子的高分子物质的纳米纤维形成且具有三维结构的微细气孔的小于5gsm的纳米纤维网;
第一压延步骤,使用于形成上述纳米纤维网的纳米纤维之间相互结合,并调节上述纳米纤维网的气孔大小和纳米纤维网的厚度;以及
第二压延步骤,使经过了上述第一压延步骤的上述纳米纤维网与起到强度支撑体的作用的多孔性支撑体相贴合,来形成过滤材料,
上述第一压延步骤的执行温度高于上述第二压延步骤的执行温度,
上述多孔性支撑体为无纺布,上述第二压延步骤的执行温度被设定为与上述无纺布的熔点相同的温度。
2.根据权利要求1所述的液体过滤器用过滤材料的制备方法,其特征在于,
用于执行上述第一压延步骤的温度被设定为能够使形成纳米纤维网的纳米纤维相互结合的温度。
3.根据权利要求1所述的液体过滤器用过滤材料的制备方法,其特征在于,在执行上述第二压延步骤之前,还包括在温度低于第二压延步骤中的温度下对上述多孔性支撑体进行预热的步骤。
4.根据权利要求1所述的液体过滤器用过滤材料的制备方法,其特征在于,上述纳米纤维网的厚度设定在2μm至6μm的范围,上述纳米纤维网的气孔大小设定在0.2μm至3μm的范围。
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