CN110072604A - 过滤器滤材、其制造方法及包括其的过滤器单元 - Google Patents

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Abstract

提供一种过滤器滤材。本发明一个实施例的过滤器滤材具备在第一支撑体两面分别依次层叠的第二支撑体及纳米纤维网,形成有供被所述纳米纤维网过滤的过滤液向所述第一支撑体方向流动的流路,其中,所述纳米纤维网的定量为30g/㎡以下,所述第一支撑体的定量为250g/㎡以上,厚度为所述过滤器滤材全体厚度的90%以上。据此,即使在高压力下执行的逆清洗工序中,滤材的形状、结构变形、损伤实现最小化,因而可以具有延长的使用周期。另外,即使在过滤和/或逆清洗时施加的高压力下,也确保流路顺畅,因而过滤的过滤水从过滤器滤材内部迅速流出到外部,或逆清洗效率非常卓越,因而可以在各种水处理领域多样地应用。

Description

过滤器滤材、其制造方法及包括其的过滤器单元
技术领域
本发明涉及水处理过滤器,更详细而言,涉及一种过滤器滤材、其制造方法及包括其的过滤器单元,在具有优秀水透过度的同时,耐久性卓越,保障即使在逆清洗导致的高压力下也能够承受的机械强度。
背景技术
用作过滤器材料的分离膜根据气孔大小可以分为微滤膜(MF)、超滤膜(UF)、纳滤膜(NF)或反渗透膜(RO)。
所述列举的分离膜具有用途、气孔大小的差异,但共同点是共同地具有从纤维形成的过滤介质或多孔性高分子过滤介质或由他们复合而成的膜的形态。
就所述多孔性高分子过滤介质而言,在高分子膜或高分子中空丝内部形成的气孔,一般是通过在制造液中包含的另外的气孔形成剂,通过烧结所述气孔形成剂或使所述气孔形成剂溶解于外部凝固液等方法而形成。与此相反,从所述纤维形成的过滤介质,一般是使制造的短纤维累积后施加热/压力等而制造,或在纺丝的同时施加热/压力等而制造。
从所述纤维形成的过滤介质的代表性示例为无纺布,通常而言,无纺布的气孔通过短纤维的直径、介质的定量等来调节。但是,普通无纺布中包含的短纤维的直径为微米级,因而仅仅通过调节纤维的直径、定量,在体现具有细微、均一气孔结构的分离膜方面存在界限,因此,仅以通常的无纺布,只可以体现微滤膜程度的分离膜,难以体现用于过滤更微细颗粒的诸如超滤膜、纳滤膜的分离膜。
为了解决这种问题而提出的方法是通过纤维直径为纳米级的极细纤维而制造的分离膜。不过,直径为纳米级的极细纤维利用诸如普通湿式纺丝的纤维纺丝工序,难以仅通过一次纺丝制造,需在纺丝成海岛丝等后,使海成分另行溶出,收得作为极细纤维的岛成分,存在繁琐、费用上升、生产时间延长问题。因此,最近的趋势是通过静电纺丝,直接纺丝直径为纳米级的纤维,制造从纤维形成的过滤介质。
另一方面,在反复执行水处理过程的过滤介质的气孔中,会存留有被处理水中包含的各种异物质中的一部分,或会在过滤介质表面形成附着层,在过滤介质中存留的异物质存在降低过滤功能的问题。
为了解决这种问题,可以想到通过预处理而防止如上所述污垢现象本身发生的方法,或清洗已经发生污垢现象的过滤介质的方法,过滤介质的清洗一般是朝向与被处理水流入相应过滤介质进行过滤及流出的路径正好相反的方向,对过滤介质施加高压力而去除过滤介质中存留的异物质。但是,过滤介质清洗时施加的高压力会诱发过滤介质的损伤,就以多层结构形成的过滤介质而言,会发生层间分离的问题。
另外,即使在过滤工序中,过滤介质也会被施加高压力,此时,沿着压力施加的方向,过滤介质被压附,流路无法确保顺畅,因而存在流量显著减少的问题。
因此,迫切需要开发一种过滤器滤材,即使在以高压力执行的逆清洗工序中,也使滤材的形状、结构变形、损伤实现最小化,并同时确保流路顺畅,因而具有大流量、被处理水快速处理速度。
发明内容
解决的技术问题
本发明正是鉴于如上所述问题而研发的,目的在于提供一种过滤器滤材及其制造方法,在水处理运转中,使过滤器滤材的形状、结构变形、损伤实现最小化的同时,确保流路顺畅,因而具有大流量、快过滤流速。
另外,本发明另一目的在于提供一种耐久性卓越的过滤器滤材及其制造方法,即使在逆清洗工序中施加的高压力下,也可以在确保流路的同时使层间分离、膜的损伤等实现最小化。
而且,本发明又一目的在于提供一种平板型过滤器单元及过滤器模块,通过具有优秀的水透过度及耐久性的过滤器滤材,可以在水处理领域多样地应用。
技术方案
为了解决上述课题,本发明提供一种过滤器滤材,所述过滤器滤材具备在第一支撑体两面分别依次层叠的第二支撑体及纳米纤维网,形成有供被所述纳米纤维网过滤的过滤液向所述第一支撑体方向流动的流路,其中,所述纳米纤维网的定量为30g/㎡以下,所述第一支撑体的定量为250g/㎡以上,厚度为所述过滤器滤材全体厚度的90%以上。
根据本发明一个实施例,所述第一支撑体的厚度可以为所述过滤器滤材全体厚度的95%以上,更优选地,可以为95~98%。
另外,所述第一支撑体的定量可以为250~800g/㎡,更优选地,可以为350~600g/㎡。
另外,所述第一支撑体的厚度可以为2~8㎜,更优选地,可以为2~5㎜,更进一步优选地,可以为3~5㎜。
另外,所述第一支撑体及第二支撑体可以分别独立地为无纺布、纺织物及编织物中任意一种以上。更优选地,所述第一支撑体及第二支撑体可以为无纺布。
另外,所述第二支撑体可以具备第二复合纤维,其中,所述第二复合纤维包含支撑成分及低熔点成分,配置得使所述低熔点成分的至少一部分露出于外部面,所述第二复合纤维的低熔点成分可以熔接于纳米纤维网。此时,所述支撑成分及低熔点成分可以为聚烯烃类高分子化合物。
另外,所述过滤器材料的第一支撑体可以具备第一复合纤维,其中,所述第一复合纤维包含支撑成分及低熔点成分,配置得使所述低熔点成分的至少一部分露出于外部面,通过所述第一复合纤维的低熔点成分及第二复合纤维的低熔点成分间的熔接,第一支撑体及第二支撑体可以结合。另外,所述第一复合纤维和第二复合纤维各个的支撑成分及低熔点成分可以为聚烯烃类高分子化合物。
另外,所述第二支撑体的定量可以为纳米纤维网的定量的1.5~6倍,第一支撑体的定量可以为第二支撑体定量的8~16.5倍。
另外,所述纳米纤维网包含作为纤维形成成分的氟类化合物,所述氟类化合物可以包含选自由聚四氟乙烯(PTFE)类、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物(PFA)类、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)类、四氟乙烯-六氟丙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物(EPE)类、乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)类、聚三氟氯乙烯(PCTFE)类、三氟氯乙烯-乙烯共聚物(ECTFE)类及聚偏氟乙烯(PVDF)类构成的组的任意一种以上的化合物。
另外,所述纳米纤维网的平均孔径可以为0.1~3μm,孔隙度可以为60~90%。
另外,形成所述纳米纤维网的纳米纤维的平均直径可以为50~450nm。
另外,所述第二支撑体的定量可以为35~100g/㎡,厚度可以为150~250μm。
另外,所述过滤器滤材可以为超滤膜。
另外,本发明提供一种过滤器滤材制造方法,包括:(1)贴合纳米纤维网及第二支撑体的步骤;及(2)以所述第二支撑体与第一支撑体相接的方式,使所述贴合的纳米纤维网及第二支撑体分别配置贴合于第一支撑体的两面的步骤;所述纳米纤维网的定量为30g/㎡以下,所述第一支撑体的定量为250g/㎡以上,厚度为所述过滤器滤材全体厚度的90%以上。
根据本发明的一个实施例,所述(1)步骤可以包括以下步骤而执行:1-1)在第二支撑体上部,对纳米纤维进行静电纺丝而形成纳米纤维网的步骤;及1-2)在形成有纳米纤维网的第二支撑体的两个方向施加热及压力而使纳米纤维网及第二支撑体贴合的步骤。
另外,本发明提供一种平板型过滤器单元,包括:本发明的过滤器滤材;及支撑框架,其具备使得被过滤器滤材过滤的过滤液流出到外部的流路,支撑所述过滤器滤材的边缘。
另外,本发明提供一种由本发明的多个过滤器单元按预定间隔隔开配备的过滤器模块。
发明效果
根据本发明,过滤器滤材在水处理运转中,使滤材的形状、结构变形、损伤实现最小化,确保流路顺畅,能够具有高流量。另外,即使在逆清洗时施加的高压力下,由于过滤器滤材的卓越耐久性而具有延长的使用周期,因而可以在各种水处理领域中多样地应用。
附图说明
图1是本发明一个实施例的过滤器滤材的剖面图,
图2是由于逆清洗工序而在过滤器滤材内部发生层分离后,清洗液困于过滤器滤材内部而膨胀起来的过滤器滤材照片,
图3是显示使第一支撑体与纳米纤维网直接贴合的模式图,
图4a及图4b作为贴合本发明一个实施例的过滤器滤材的模式图,图4a是显示将纳米纤维网与第二支撑体贴合的情形的图,图4b是显示将贴合的纳米纤维网与第二支撑体配置贴合于第一支撑体的两面的情形的图,
图5a至图5b作为本发明一个实施例包括的纳米纤维网的电子显微镜照片,图5a是对纳米纤维网表面的照片,图5b是对纳米纤维网剖面的照片,
图6是本发明一个实施例包括的过滤器滤材的剖面电子显微镜照片,而且,
图7a及7b作为本发明一个实施例的平板型过滤器单元的图,图7a是过滤器单元的立体图,图7b是显示以图7a的X-X'边界线的剖面图为基准的过滤流程的模式图。
最佳具体实施方式
下面以附图为参考,对本发明的实施例进行详细说明,以便本发明所属技术领域的普通技术人员能够容易地实施。本发明可以以多种相异的形态体现,不限于在此说明的实施例。为了在附图中明确说明本发明,省略与说明无关的部分,在通篇说明书中,对相同或类似的构成要素赋予相同的附图标记。
如图1所示,本发明一个实施例的过滤器滤材1000具备在第一支撑体130两面分别依次层叠的第二支撑体121、122及纳米纤维网111、112,具有供被所述纳米纤维网111、112过滤的过滤液向所述第一支撑体130方向流动的过滤路径。
如图1所示,本发明的过滤器滤材1000具有至少5层结构,具备厚度相异的两种支撑体121/122、130。在对构成本发明的过滤器滤材1000的各层进行说明之前,首先对第一支撑体130的厚度应达到过滤器滤材全体厚度90%以上的理由和在过滤器滤材内除第一支撑体之外还应配备第二支撑体的理由进行说明。
随着利用过滤器滤材的水处理工序反复进行,被处理水包含的异物质附着于过滤器滤材而形成附着层,或扎入过滤器滤材内部而堵塞流路,降低过滤功能,每当发生这种问题时,在更换过滤器滤材的情况下,存在水处理所需费用增加的问题。因此,为了延长过滤器滤材的使用周期,需要周期性地执行对过滤器滤材施加物理刺激而去除附着于过滤器滤材或扎入内部的异物质的清洗工序,将其称为逆清洗。通常而言,逆清洗以向与过滤器滤材过滤方向相反的方向强烈流入清洗水或吹入空气的方式,去除附着或扎入过滤器滤材的异物质,为了将清洗水和/或空气供应给过滤器滤材并同时去除异物质,需要以比在过滤工序中施加于过滤器滤材的压力更高的压力,供应清洗水或空气。
因此,过滤器滤材为了保有逆清洗能力,具有在施加的高压力下也不变形或损伤的程度的机械强度是极为重要的,通常在过滤器滤材中配备有用于加强机械强度的支撑体。作为会对支撑体的机械强度产生影响的因素,可以是支撑体的结构,作为一个示例,当所述支撑体为无纺布时,可以是形成无纺布的纤维的直径、纤维长、纤维间结合方式、厚度、定量,厚度越厚或定量越大,则支撑体的机械强度会越增加。因此,作为用于设计耐逆清洗的过滤器滤材的一个示例,可以使用厚度较厚的无纺布,或将厚度虽然稍薄但定量很大的无纺布作为支撑体。
另一方面,支撑体最好具有大孔径,以便过滤器滤材不影响过滤液的流动。由于为了加强机械强度而配备的支撑体导致的流量低下,是因为降低了过滤器滤材的主要物性,因而非常不推荐。作为一个示例,当将厚度虽薄但却表现出充分机械强度的无纺布用作支撑体时,无纺布的定量非常大,因而无纺布内气孔的直径、孔隙度必然显著减小,影响过滤器滤材的过滤液流动,因而存在无法确保目标水平的流量的问题。
因此,本发明的过滤器滤材1000为了在确保充分流路的同时保障过滤器滤材的机械强度,具备定量为30g/㎡以下的纳米纤维网111、112、具有过滤器滤材全体厚度90%以上厚度且定量为250g/㎡以上的第一支撑体130。在具备定量30g/㎡以下的纳米纤维网的过滤器滤材中,所述第一支撑体130的厚度可以占过滤器滤材全体厚度的90%以上,优选地,可以为过滤器滤材全体厚度的95%以上,更优选地,可以为95~98%。当第一支撑体不足过滤器滤材全体厚度的90%时,具备定量30g/㎡以下的纳米纤维网的过滤器滤材无法保有充分的机械强度,难以执行逆清洗,过滤器滤材的更换周期会缩短。不过,即使在第一支撑体的厚度满足过滤器滤材全体厚度90%以上的情况下,在第一支撑体的定量小的情况下,也存在无法具有充分的机械强度的问题。因此,所述第一支撑体的定量为250g/㎡以上。当第一支撑体的定量不足250g/㎡时,无法表现逆清洗所需的机械强度,滤材会损伤,因而会导致耐久性减小,在第一支撑体与纳米纤维网之间,纤维间接触的比表面积减小,因而与纳米纤维网的附着力也会显著减小。
另外,第一支撑体不足过滤器滤材全体厚度的90%且确保能够充分承受逆清洗的程度的机械强度,这会因第一支撑体而防碍过滤液流动,出现流量减小,因而非常不推荐。因此,优选地,所述第一支撑体130的定量可以为800g/㎡以下,当第一支撑体130的定量超过800g/㎡时,即使能够确保机械强度,也存在流量显著减小的忧虑。
不过,当发挥滤材功能的纳米纤维网111、112与所述第一支撑体130的结合力弱时,即使机械强度非常卓越,过滤器滤材的逆清洗耐久性也会低下。即,在逆清洗过程中施加的高压力,会使形成过滤器滤材的各层间的界面分离加速,此时,如图2所示,在逆清洗工序中,会发生分离膜的起鼓现象,存在作为分离膜的功能会显著下降或完全丧失的问题。
因此,在使厚度显著增加的第一支撑体与作为滤材的纳米纤维网间具有既定水平以上的附着力,这对体现在逆清洗时施加的高压力下、在频繁的逆清洗下发挥充分耐久性的过滤器滤材方面,具有非常重要的意义。
通常而言,使支撑体与纳米纤维网附着的方法,可以利用另外的粘合物质或使支撑体具备的低熔点成分熔接于纳米纤维网而使两层接合。但是,当通过另外的接合物质来接合两层时,存在接合物质被被处理水溶解的忧虑,会有过滤液因此而污染的问题、水透过度低下问题。当对接合物质部分地溶解的过滤器滤材进行逆清洗时,或过滤器滤材的起鼓现象,或严重时纳米纤维网剥离,会完全丧失作为过滤器滤材的功能。
因此,优选地,可以采用纳米纤维网与支撑体通过熔接A而接合的方式,为此,可以在如图3所示层叠的支撑体1及纳米纤维网2的两个方向,施加热和/或压力而使他们接合。不过,施加热和/或压力而使他们接合时应考虑的是,应使发挥滤材功能的纳米纤维网2因施加的热、压力而导致的物理、化学变化实现最小化,当在热接合过程中,纳米网发生物理、化学变化时,存在最初设计的过滤器滤材的流量、过滤率等物性会变更的问题。
另一方面,为了消除纳米纤维网2的物理/化学变形,在附着工序中选择热和/或压力条件时应考虑的是纳米纤维网、支撑体的材质特性,例如可以是熔点、导热率、热容量等。通常而言,可以施加熔点以上的温度或同时施加熔点以上的温度和压力,使支撑体的低熔点成分熔接于纳米纤维网,或即便比熔点稍低也施加高压力,使支撑体的低熔点成分熔接于纳米纤维网。
但是,形成支撑体或纳米纤维网的材质为高分子化合物,这种高分子化合物的导热率小,热容量很大,因而如图3所示,即使在两个方向施加预定的热H1、H2,热H1、H2为了达到纳米纤维网1与支撑体2之间的界面,使支撑体2具备的低熔点成分的温度上升到熔点,需长时间持续施加热。进一步地,如图3所示,当支撑体1的厚度非常厚时,从下方传递的热H2传递至纳米纤维网2与支撑体1的界面附近,使相应附近的支撑体具备的低熔点成分的温度上升到熔点,这会需要更长时间,为了缩短时间,需要在下方施加更大的热。但是,当在下方施加更大的热时,在第一支撑体下部,低熔点成分会首先出现熔融,存在支撑体的形状、结构会变更的问题。
作为另一种方法,可以加大在上方施加的热H1,解决因支撑体1厚度导致的难点,但此时会导致纳米纤维网2的物理/化学变形,存在无法完全表现最初设计的过滤器滤材的物性的问题。
另外,当支撑体1的厚度很厚时,构成支撑体1的纤维的直径会非常大,因此,支撑体1与纳米纤维网2贴合时相互间相接的面积小,附着力必然低下,因此,逆清洗时容易剥离或纳米纤维网2膨胀的忧虑很高。
因此,本发明一个实施例的过滤器滤材1000不使第一支撑体130与纳米纤维网111、112直接面对面,而是使厚度更薄的第二支撑体121、122介于之间,由此可以更稳定、更容易地执行层间附着工序,在各层间的界面表现显著优秀的结合力,即使因逆清洗等而施加较高的外力,也可以使层间分离、剥离问题最小化。
如果通过图4a对此进行说明,相对于过滤器滤材全体厚度占有不足10%的第二支撑体3,由于与纳米纤维网2的厚度差异比纳米纤维网2与第一支撑体1间的厚度差异显著减小,因而在纳米纤维网2/第二支撑体3的层叠体上方、下方施加的热H1、H2到达他们间的界面,形成熔接部B比图3容易。另外,调节施加的热的量和时间,也比图3容易,因而有助于防止纳米纤维网2的物理/化学变形。另外,因此具有的优点是,在纳米纤维网2如图4a所示结合于第二支撑体3的情况下,可以在最初设计的纳米纤维网2物性无变化的情况下,以优秀的粘合力,使纳米纤维结合于支撑体上。
另一方面,为了同时表现第二支撑体121、122与第一支撑体130、纳米纤维网111、112各自的优秀附着力,优选地,所述第二支撑体121、122的定量最好为纳米纤维网111、112的定量的1.5~6倍,第一支撑体的定量130最好为第二支撑体121、122定量的8~16.5倍。当第二支撑体定量配备得使第一支撑体/纳米纤维各自定量中哪怕某一者无法满足以上的范围时,由于附着力减小,逆清洗时剥离忧虑高,存在逆清洗效率低下的忧虑,和/或流量会显著减小。
下面,对过滤器滤材1000具备的各构成进行具体说明。
首先,所述第一支撑体130担负的功能是支撑过滤器滤材1000,形成大流路,更顺利执行过滤工序或逆清洗工序。具体而言,当在过滤过程中形成压力梯度,使得过滤器滤材内部压力低于外部时,过滤器滤材会被压附,此时,过滤液可在过滤器滤材内部流动的流路显著减小或被切断,因而存在在向过滤器滤材施加更大差压的同时流量会显著下降的问题。另外,在逆清洗过程中,会施加从过滤器滤材内部朝向外部两个方向膨胀的外力,当机械强度低时,会存在过滤器滤材因施加的外力而损伤的问题。
第一支撑体130配备用于防止在过滤过程和/或逆清洗过程中发生的如上所述问题,可以是在水处理领域使用、机械强度得到保障的公知的多孔性构件,作为一个示例,所述第一支撑体可以为无纺布、纺织物或面料。
所述纺织物意味着纺织物中包含的纤维具有纵横的方向性,具体的组织可以为平纹、斜纹等,经纱和纬纱的密度不特别限定。另外,所述编织物可以为公知的针织组织,可以为纬编织物、经编织物等,作为一个示例,可以是由原纱进行经编的经编针织物(Tricot)。另外,如图1所示,第一支撑体130可以是在纤维130a中无纵横的方向性的无纺布,可以使用利用诸如化学粘合无纺布、热粘合无纺布、气流成网无纺布等干法无纺布或湿法无纺布、水刺无纺布、针刺无纺布或熔喷无纺布等的多样方法制造的公知的无纺布。
所述第一支撑体130为了表现充分的机械强度,如上所述,配备得占据过滤器滤材全体厚度90%以上的厚度。作为一个示例,所述第一支撑体130的厚度可以为2~8㎜,更优选地,可以为2~5㎜,更进一步优选地,可以为3~5㎜。当厚度不足2㎜时,会无法表现能够承受频繁逆清洗的充分机械强度。另外,当厚度超过8㎜时,过滤器滤材体现为后述的过滤器单元,之后在将多个过滤器单元体现成限定空间的过滤器模块时,模块单位体积的过滤器滤材的集成度会减小。
优选地,所述第一支撑体130在满足如上所述厚度条件的同时,定量可以为250~800g/㎡,更优选地,可以为350~600g/㎡。当定量不足250g/㎡时,会难以表现充分的机械强度,存在与第二支撑体的附着力减小的问题,当定量超过800g/㎡时,无法形成充分的流路,流量减小,会存在因差压增加导致难以顺利逆清洗的问题。
另外,在所述第一支撑体130如无纺布所示以纤维形成的情况下,所述纤维的平均直径可以为5~50μm,更优选地,可以为20~50μm,更进一步优选地,可以为25~40μm,由此,当考虑到构成后述的第二支撑体121、122的纤维的直径时,具有的优点是第一支撑体与第二支撑体贴合时相接的面积增大,由此可以表现进一步上升的附着力。作为一个示例,所述纤维的直径可以为35μm。另外,所述第一支撑体130的平均孔径可以为20~200μm,优选地,可以为30~180μm,作为一个示例,所述第一支撑体130的平均孔径可以为100μm,孔隙度可以为50~90%,优选地,可以为55~85%,作为一个示例,所述第一支撑体130的孔隙度可以为70%,但并非限定于此,只要是能够在过滤工序和/或逆清洗工序中,支撑后述的纳米纤维网111、112,使得在表现目标水平的机械强度的同时,在高压力下也能够顺利形成流路的程度的孔隙度及孔径大小,则没有限制。
只要是可用作分离膜支撑体的材质,则所述第一支撑体130在其材质方面没有限制。作为对此的非限制性示例,可以使用选自由聚酯类、聚氨酯类、聚烯烃类及聚酰胺类构成的组的合成高分子成分;或包含纤维素类的天然高分子成分。不过,当第一支撑体的脆性物性强时,在使第一支撑体与第二支撑体贴合的工序中,会难以期待目标水平的结合力,这是因为,第一支撑体并非是像薄膜一样表面光滑的状态,可以是在形成多孔性的同时,表面在宏观上凸凹不平的形状,像无纺布一样,以纤维形成的表面根据纤维的配置、纤维的纤度等,表面不够光滑,其程度会因位置而异。在贴合的两层间介面残存有未贴紧部分的状态下,剩余部分进行接合时,会由于未贴紧的部分而开始层间分离。为了解决这种问题,需要在两层的两个方向施加压力,在提高两层的贴紧程度的状态下执行贴合工序,当是脆性物性强的支撑体时,即使施加压力,在提高两层间介面的贴紧性方面也有界限,当施加更大压力时,支撑体也会破损,因而就第一支撑体的材质而言,适合柔软性好、延伸率高的材质,优选地,第一支撑体130可以为聚烯烃类材质,以便可以与第二支撑体121、122具有优秀贴紧性。
另一方面,所述第一支撑体130为了在没有另外的粘合剂或粘合层的情况下与第二支撑体121、122连结,可以包含低熔点成分。当所述第一支撑体130为诸如无纺布的面料时,可以是由包含低熔点成分的第一复合纤维130a制造的。所述第一复合纤维130a可以包含支撑成分及低熔点成分,配置得使所述低熔点成分的至少一部分露出于外部面。作为一个示例,可以为由支撑成分形成芯部、由低熔点成分形成包围所述芯部的鞘部的鞘-芯型复合纤维,或低熔点成分在支撑成分的一侧配置的并列型(Side-by-side)复合纤维。所述低熔点成分及支持成分如上所述,在支撑体的柔软性及延伸率方面,优选地可以为聚烯烃类,作为一个示例,支撑成分可以为聚丙烯,低熔点成分可以为聚乙烯。所述低熔点成分的熔点可以为60~180℃,更优选地,可以为100~140℃,由此,可以在无纳米纤维网、第二支撑体损伤的情况下,以优秀的强度表现附着力等,有利于达成本发明目的。
然后,对在上述的第一支撑体130两面配置的第二支撑体121、122进行说明。
所述第二支撑体121、122担负的功能是支撑后述的纳米纤维网111、112,使过滤器滤材中配备的各层的接合力增加。
只要是通常执行过滤器滤材支撑体作用者,所述第二支撑体121、122没有特别限制,但在其形状方面,优选地,可以为纺织物、编织物或无纺布。所述纺织物意味着纺织物包含的纤维具有纵横的方向性,具体的组织可以为平纹、斜纹等,经纱和纬纱的密度不特别限定。另外,所述编织物可以为公知的针织组织,可以为纬编织物、经编织物等,但对此不特别限定。另外,所述无纺布意味着在包含的纤维中无纵横的方向性,可以使用利用诸如化学粘合无纺布、热粘合无纺布、气流成网无纺布等干法无纺布或湿法无纺布、水刺无纺布、针刺无纺布或熔喷无纺布等的公知方法制造的无纺布。
所述第二支撑体121、122例如可以为无纺布,此时,形成所述第二支撑体121、122的纤维的平均直径可以为5~30μm,更优选地,可以为10~25μm,由此,当一同考虑构成上述的第一支撑体130的纤维的直径与构成纳米纤维网111、112的纤维的直径时,第一支撑体与第二支撑体贴合时相接的面积和第二支撑体与纳米纤维网贴合时直接的面积增加,因而具有能够表现上升的附着力的优点。另外,所述第二支撑体121、122的厚度可以为100~400μm,更优选地,可以为150~400μm,更进一步优选地,可以为150~250μm,作为一个示例,可以为200μm。当所述第二支撑体的厚度不足100μm时,逆清洗时会难以保障充分的机械强度,特别是存在与第一支撑体和/或纳米纤维网的附着力低下的忧虑。或者,定量过大,水透过度低下,逆清洗时存在发生剥离的忧虑。另外,当厚度超过400μm时,在与纳米纤维网贴合时,会不容易热熔接,因此,逆清洗时存在发生剥离的忧虑。
另外,所述第二支撑体121、122的平均孔径可以为20~100μm,孔隙度可以为50~90%。不过,并非限定于此,只要支撑后述的纳米纤维网111、122,使得在表现目标水平的机械强度的同时,不阻碍通过纳米纤维网111、122流入的过滤液流动的程度的孔隙度及孔径大小,则没有限制。
另外,所述第二支撑体121、122的定量可以为35~100g/㎡,更优选地,可以为35~75g/㎡,作为一个示例,可以为40g/㎡。如果定量不足35g/㎡,则形成在与后述纳米纤维网111、112形成的界面分布的第二支撑体的纤维量会少,因此,与纳米纤维网相接的第二支撑体的有效粘着面积减少,因而无法表现目标水平的结合力。另外,会无法表现能够支撑纳米纤维网的充分的机械强度,会存在与第一支撑体的附着力减小的问题。另外,当定量超过100g/㎡时,会难以确保目标水平的流量,差压增加,会存在难以顺利逆清洗的问题。
所述第二支撑体121、122在为用作过滤器滤材支撑体的材质时,在其材质方面没有限制。作为对此的非限制性示例,可以使用选自由聚酯类、聚氨酯类、聚烯烃类及聚酰胺类构成的组的合成高分子成分;或包含纤维素类的天然高分子成分。
不过,所述第二支撑体121、122为了提高与后述的纳米纤维网111、112及上述的第一支撑体130的贴紧力,可以为聚烯烃类高分子成分。另外,当所述第二支撑体121、122为诸如无纺布的面料时,可以是以包含低熔点成分的第二复合纤维121a制造的。所述第二复合纤维121a可以包括支撑成分及低熔点成分,配置得使所述低熔点成分的至少一部分露出于外部面。作为一个示例,可以为由支撑成分形成芯部、由低熔点成分形成包围所述芯部的鞘部的鞘-芯型复合纤维,或低熔点成分在支撑成分的一侧配置的并列型(Side-by-side)复合纤维。所述低熔点成分及支持成分如上所述,在支撑体的柔软性及延伸率方面,优选地可以为聚烯烃类,作为一个示例,支撑成分可以为聚丙烯,低熔点成分可以为聚乙烯。所述低熔点成分的熔点可以为60~180℃,更优选地,可以为100~140℃,由此,可以在无纳米纤维网损伤的情况下,以优秀的强度表现附着力等,有利于达成本发明目的。
当上述的第一支撑体130为了表现与所述第二支撑体121、122更高的结合力而以包含低熔点成分的第一复合纤维130a体现时,可以在第一支撑体130及第二支撑体121间的界面,由于第一复合纤维130a的低熔点成分及第二复合纤维121a的低熔点成分的熔接而形成更坚固的熔接部。此时,所述第一复合纤维130a及第二复合纤维121a在相容性方面可以为同种的材质。
然后,对在上述的第二支撑体121、122的上部配置的纳米纤维网111、112进行说明。所述纳米纤维网111、112可以是由一股纳米纤维或多股纳米纤维随机地三维层叠形成的三维网络结构(参照图5)。
形成所述纳米纤维网的纳米纤维可以以公知的纤维形成成分形成。不过,优选地,为了表现优秀的耐化学性及耐热性,可以包含氟类化合物作为纤维形成成分,由此具有的优点是,即使被处理水为强酸/强碱溶液或温度高的溶液,也可以在无过滤器滤材物性变化的情况下,按目标水平确保过滤效率/流量,具有长使用周期。所述氟类化合物只要是可制造成纳米纤维的公知的氟类化合物,则可以无限制地使用,作为一个示例,可以包括选自由聚四氟乙烯(PTFE)类、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物(PFA)类、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)类、四氟乙烯-六氟丙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物(EPE)类、乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)类、聚三氟氯乙烯(PCTFE)类、三氟氯乙烯-乙烯共聚物(ECTFE)类及聚偏氟乙烯(PVDF)类构成的组的任意一种以上化合物,更优选地,由于制造单价低,容易通过静电纺丝而大量生产纳米纤维,机械强度及耐化学性优秀,可以为聚偏氟乙烯(PVDF)。此时,当所述纳米纤维包含PVDF作为纤维形成成分时,所述PVDF的重均分子量可以为10,000~1,000,000,优选地,可以为300,000~600,000,但并非限定于此。
另外,所述纳米纤维的平均直径可以为0.05~1μm,更优选地,可以为50~450μm,作为一个示例,可以为250μm。如果所述纳米纤维的平均直径不足50μm,则孔隙度及透过度会低下,如果平均直径超过1μm,则过滤效率会低下,拉伸强度会低下。另外,所述纳米纤维的纵横比可以为1,000~100,000,但并非限定于此。作为一个示例,所述纳米纤维网111、112具备的纳米纤维,相对于纳米纤维网111全体重量,可以包含直径为0.1~0.2μm的第一纳米纤维组25~45重量%、直径为0.2~0.3μm的第二纳米纤维组40~60重量%,及直径为0.3~0.4μm的第三纳米纤维组5~15重量%,由此提高与第二支撑体的附着力,增加本身的机械强度等,因而可以进一步提高逆清洗的机械强度,获得优秀过滤效率、流量等,可以更有利于达成本发明目的。作为一个示例,直径为0.1~0.2μm的第一纳米纤维组、直径为0.2~0.3μm的第二纳米纤维组及直径为0.3~0.4μm的第三纳米纤维组可以分别包含35重量%、53重量%、12重量%。
上述的纳米纤维网111、112的厚度可以以0.5~200μm形成,更优选地,可以为10~50μm,作为一个示例,可以为20μm。如果厚度不足0.5μm,则由于机械强度低下而难以承受逆清洗,发生损伤忧虑很大,或孔径很小,存在流量显著减小的忧虑。另外,如果厚度超过200μm,则存在流量减少、发生逆清洗导致的起鼓或剥离的忧虑。所述纳米纤维网111、112的孔隙度可以为40~90%,更优选地,可以为60~90%。另外,平均孔径可以为0.1~5μm,更优选地,可以为0.1~3μm,作为一个示例,可以为0.25μm。如果所述纳米纤维网的平均孔径不足0.1μm,则对被过滤液的水透过度会低下,如果平均孔径超过5μm,则对污染物质的过滤效率会不好。
另外,所述纳米纤维网111、112也可以在过滤器滤材1000中配备一层以上,此时,各纳米纤维网的孔隙度、孔径、定量和/或厚度等可以不同。
另一方面,形成所述纳米纤维网111、112的纳米纤维,可以是为了提高亲水性而改性的,作为一个示例,亲水性涂层可以还配备于纳米纤维的外部面至少一部分。当纳米纤维如上所述包含氟类化合物时,所述氟类化合物疏水性很强,当被过滤液为亲水性溶液时,存在流量不够好的问题。另一方面,为了解决这种问题,即使在包含氟类化合物的纳米纤维表面进行亲水性涂覆,由于是在疏水性的纳米纤维表面上施加亲水性物质,因而涂层形成不良,即使形成,也容易脱落,耐久性会不好。另外,当较厚地形成亲水性涂层时,纤维网层的气孔结构变更,存在会无法完全表现最初设计的纤维网层的物性的问题。进而,就为了解决这种问题而在纤维形成成分中混合亲水性成分和氟类化合物所体现的纳米纤维而言,由于性质不同,化合物间混溶性小,静电纺丝时难以制造成纳米纤维,或制造的纳米纤维的机械强度很弱,会难以用作过滤器滤材。
为了防止这种情况,可以在所述疏水性的纳米纤维表面还具备亲水性涂层,所述亲水性涂层可以是公知的,作为一个示例,可以包含具备羟基的亲水性高分子形成,或由所述亲水性高分子通过交联剂交联形成。作为一个示例,所述亲水性高分子可以为聚乙烯醇(Polyvinyl alcohol,PVA)、乙烯-乙烯醇(Ethylenevinyl alcohol,EVOH)、海藻酸钠(Sodium alginate)等的单独或混合形态,最优选地,可以为聚乙烯醇(PVA)。另外,就所述交联剂而言,只要是具有能够通过缩合反应等而与所述亲水性高分子具备的羟基交联的官能基的公知交联剂,但可以无限制地使用。作为一个示例,所述官能基可以为羟基、羧基等。
所述亲水性涂层为了表现进一步提高的物性,可以由聚乙烯醇(PVA)及包含羧基的交联剂交联形成。此时,所述聚乙烯醇的聚合度优选地可以为500~2,000,更优选地,聚合度可以为1,500~2,000,皂化度可以为85~90%。具体而言,重均分子量可以为20,000~100,000,更优选地,可以为50,000~100,000。当聚乙烯醇的重均分子量不足2万时,无法顺利形成亲水性涂层,或即使形成也会容易脱落,会无法使亲水度提高到希望的水平。另外,当重均分子量超过10万时,亲水性涂层会过度形成,因此,存在纳米纤维网的气孔结构会变更或气孔堵塞的问题。另外,皂化度不足85%时,亲水性涂层形成会不稳定,亲水性提高程度微弱,皂化度超过90%时,聚乙烯醇分子间氢键强,即使在高温下也难以溶解于溶剂,或即使溶解也难以完全溶解,难以制备亲水性涂层形成溶液,因此,亲水性涂层无法正常形成,或即使形成,亲水性涂层形成得也不均一,存在一部分气孔堵塞的忧虑等,无法表现目标的效果。
所述交联剂可以是含有羧基的成分,以便能够与上述的聚乙烯醇交联。作为一个示例,所述交联剂可以包含选自由聚(丙烯酸-马来酸)、聚丙烯酸及聚(苯乙烯磺酸-马来酸)构成的组的一种以上物质。另外,在纳米纤维111a表面疏水性强的情况下,为了很薄地涂覆而以便在纳米纤维上形成的亲水性涂层的涂覆性/粘合性及纤维网层111气孔结构不发生变更,同时,为了表现进一步提高的流量,所述交联剂可以是包括至少3个以上羧基的多官能性交联剂。当交联剂具备的羧基不足3个时,难以在疏水性的纳米纤维111a表面形成涂层,即使形成,附着力也很弱,存在会容易脱落的问题。作为一个示例,具备3个以上羧基的交联剂可以为聚(丙烯酸-马来酸),更优选地,可以为重均分子量3000~8000的聚(丙烯酸-马来酸)。
另外,所述亲水性涂层相对于上述的聚乙烯醇100重量份,可以由含有羧基的交联剂5~20重量份交联形成,更优选地,可以由10~20重量份交联形成。如果交联剂配备不足5重量份,则亲水性涂层的形成性会低下,存在耐化学性及机械强度低下的问题。另外,当交联剂配备超过20重量份时,在亲水性涂覆组合物内,发生交联剂间的凝结,因而难以均一地发生交联反应,涂层会不均一地形成,或因涂层而导致气孔减小,会存在流量低下的问题。
另一方面,所述亲水性涂层可以在纳米纤维的外部面一部分形成或在纳米纤维整个外部面形成。此时,所述亲水性涂层可以以纤维网单位面积(㎡)包含0.1~2g的方式被覆纳米纤维,当纤维网单位面积(㎡)的亲水性涂层被覆不足0.1g时,会难以收得目标水平的流量,当纤维网单位面积(㎡)的亲水性涂层超过2g时,使一部分气孔堵塞等,变更了气孔结构,会无法收得按照最初设计的纳米纤维网所希望的过滤率/流量。
另一方面,进行改性而使得亲水性涂层配备于纳米纤维网111、112内纳米纤维外部面,因而在露出的纳米纤维网表面上的任意互不相同的5个地点,初始润湿角平均值可以为40°以下,优选地,可以为30°以下,更优选地,可以为20°以下,更进一步优选地,可以为12°以下,最优选地,可以为5°以下,由此,具有的优点是,尽管是疏水性材质的纳米纤维网,但仍可以确保提高的流量。所谓所述初始润湿角,意味着在试料上形成液滴后,在20秒内测量的润湿角,就纳米纤维网而言,由于多孔性结构,如果在表面上最初形成的液滴通过气孔流入,则会存在润湿角变小的变动,因而优选纳米纤维网表面亲水化程度用初始润湿角来评价。另一方面,液滴生成后,润湿角随着时间的变动小或不存在变动,这意味着纳米纤维网表面的气孔因亲水化改性而堵塞,由此可知,纳米纤维网的最初设计的气孔结构已因亲水化改性而变更。
另外,本发明一个实施例包括的纳米纤维网111、112的露出面各位置的亲水化程度均一,因而测量平均初始润湿角的5个地点的初始润湿角平均偏差可以为7°以下,更优选地,可以为5°以下,更进一步优选地,可以为3°以下。当初始润湿角的平均偏差超过7°时,即使平均初始润湿角低,也会存在纳米纤维网各位置的亲水化程度低之处,因此,在亲水化程度低的部分,差压的发生增加,存在无法收得目标水平的流量的忧虑。此时,所谓所述初始润湿角的平均偏差,意味着5个地点各自初始润湿角偏差,相对于作为5个地点初始润湿角算术平均的平均初始润湿角的绝对值的平均,具体可以利用下述数学式1计算。
[数学式1]
其中,所述Xi地点意味着测量初始润湿角的互不相同的5个地点X1~X5中的任意一个地点。
上述的过滤器滤材1000可以以后述的制造方法制造,但并非限定于此。
本发明的过滤器滤材1000可以包括如下步骤制造:(1)使纳米纤维网及第二支撑体贴合的步骤;及(2)以所述第二支撑体与第一支撑体相接的方式,使所述贴合的纳米纤维网及第二支撑体分别配置贴合于第一支撑体的两面的步骤。
首先,作为本发明的(1)步骤,执行贴合纳米纤维网及第二支撑体的步骤。
就所述纳米纤维网而言,只要是具备纳米纤维并形成三维网络形状的纤维网的方法,则可无限制地使用。优选地,所述纳米纤维网可以将包含氟类化合物的纺纱溶液在第二支撑体上进行静电纺丝而形成纳米纤维网。
作为纤维形成成分的一个示例,所述纺纱溶液可以包含氟类化合物、溶剂。所述氟类化合物在纺丝溶液中包含5~30重量%,优选地,最好包含8~20重量%,如果氟类化合物不足5重量%,则难以形成为纤维,纺丝时无法纺丝成纤维状,而是以液滴状态喷射,形成薄膜状,或即使实现纺丝,但大量形成珠体,溶剂挥发不好,会在后述压延成型工序中发生气孔堵塞的现象。另外,当氟类化合物超过30重量%时,粘度上升,在溶液表面出现固化,难以长时间纺丝,纤维直径增加,无法制成微米以下大小的纤维状。
就所述溶剂而言,只要是使作为纤维形成成分的氟类化合物溶解的同时不生成沉淀物,不对后述纳米纤维的纺丝性产生影响的溶剂,便可以无限制地使用,但优选地,可以包含选自由γ-丁内酯、环己酮、3-己酮、3-庚酮、3-辛酮、N-甲基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺、丙酮二甲基亚砜、二甲基甲酰胺构成的组的任意一种以上。作为一个示例,所述溶剂可以为二甲基乙酰胺与丙酮的混合溶剂。
上述制备的纺纱溶液可以通过公知的静电纺丝装置及方法,制造成纳米纤维。作为一个示例,所述静电纺丝装置也可以使用具备纺丝喷嘴为1个的单一纺丝组件的静电纺丝装置,或为了提高批量生产性,可以使用具备多个单一纺丝组件或具备喷嘴为多个的纺丝组件的静电纺丝装置。另外,在静电纺丝方式方面,可以利用干式纺丝或具备外部凝固槽的湿式纺丝,没有方式上的限制。
当向所述静电纺丝装置投入经搅拌的纺纱溶液,在收集器上,例如在纸上进行静电纺丝时,可以收得由纳米纤维形成的纳米纤维网。就所述静电纺丝所需的具体条件而言,作为一个示例,在纺丝组件的喷嘴配备的空气喷射喷嘴,空气喷射的气压可以设置为0.01~0.2MPa范围。如果气压不足0.01Mpa,则不会有助于捕集、收集,当超过0.2Mpa时,纺丝喷嘴的圆锥凝固,发生堵针的现象,会发生纺丝问题。另外,当对所述纺纱溶液进行纺丝时,每喷嘴的纺纱溶液注入速度可以为10~30μl/min。另外,所述喷嘴的尖端至收集器的距离可以为10~30㎝。不过,并非限定于此,可以根据目标而变更实施。
或者,通过在上述的第二支撑体上直接进行纳米纤维的静电纺丝,从而可以使纳米纤维网在第二支撑体上直接形成。在所述第二支撑体上积累/收集的纳米纤维具有三维网络结构,为了保有适合表现希望的分离膜水透过度、过滤效率的气孔率、孔径、定量等,还向积累/收集的纳米纤维施加热和/或压力,从而可以体现为具有三维网络结构的纳米纤维网。所述施加热和/或压力的具体方法可以采用公知的方法,作为对此的非限制性示例,可以使用通常的压延成型工序,此时施加的热的温度可以为70~190℃。另外,当执行压延成型工序时,也可以将其分成几次,多次实施,例如通过第一次压延成型,执行旨在一部分或全部去除纳米纤维上残存的溶剂和水分的干燥过程后,为了调节气孔及提高强度,可以实施第二次压延成型。此时,各压延成型工序中施加的热和/或压力的程度可以相同或相异。
另一方面,当第二支撑体是以低熔点复合纤维体现时,可以通过所述压延成型工序,同时进行通过热熔接进行的纳米纤维网与第二支撑体的连结。
另外,为了使第二支撑体及纳米纤维网连结,还可以介入另外的热熔粉末或热熔网。此时,施加的热可以为60~190℃,压力可以按0.1~10kgf/cm2施加,但并非限定于此。但是,为了连结而另外添加的诸如热熔粉末的成分会生成哼扰(Hum)或在支撑体间、支撑体与纳米纤维间贴合工序中熔融而频繁发生堵塞气孔的情形,无法达成初始设计的过滤器滤材的流量。另外,可以在水处理过程中溶解,因而会引起环境方面的负面问题,优选不包含这些成分而使第二支撑体及纳米纤维网连结。
然后,在执行后述(2)步骤前,可以还执行在所述纳米纤维网上对亲水性涂层形成组合物进行处理而形成亲水性涂层的步骤。
具体而言,本步骤可以包括:在纳米纤维网上对亲水性涂层形成组合物进行处理的步骤;及对所述亲水性涂层形成组合物进行热处理而形成亲水性涂层的步骤。
首先,亲水性涂层形成组合物可以包含亲水性成分及交联性成分,作为一个示例,可以包含聚乙烯醇、含羧基的交联剂及使他们溶解的溶剂,例如水。所述亲水性涂层形成组合物相对于聚乙烯醇100重量份,可以包含交联剂2~20重量份、溶剂1,000~100,000重量份。
另一方面,当形成制造的纳米纤维网的纳米纤维包含氟类化合物时,由于疏水性强,因而即使对上述的亲水性涂层形成组合物进行处理,涂层也会无法在表面正常形成。因此,为了使亲水性涂层形成组合物在纳米纤维外部面润湿良好,所述亲水性涂层形成组合物可以还包含润湿性改善剂。
就所述润湿性改善剂而言,只要是可以提高疏水性纳米纤维外部面对亲水性溶液的润湿性,同时还可以溶解于亲水性涂层形成组合物的成分,便可以无限制地使用。作为一个示例,所述润湿性改善剂可以是选自由异丙醇、乙醇及甲醇构成的组的一种以上成分。另外,相对于亲水性涂层形成组合物具备的聚乙烯醇100重量份,所述润湿性改善剂可以包含1,000~100,000重量份。当润湿性改善剂配备不足1000重量份时,纳米纤维的润湿性改善微弱,亲水性涂层无法顺利形成,会频繁发生亲水性涂层的剥离。另外,当所述润湿性改善剂包含超过100,000重量份时,润湿性提高程度会微小,亲水性涂层形成组合物具备的聚乙烯醇及交联剂的浓度降低,存在亲水性涂层会无法顺利形成的问题。
另一方面,也可以使亲水性涂层形成组合物不具备润湿性改善剂,而是在所述纳米纤维网上对润湿性改善剂进行预处理后,对亲水性涂层形成组合物进行处理而形成亲水性涂层。不过,将在气孔中容纳润湿性改善剂状态的纳米纤维网浸渍于亲水性涂层形成组合物时,气孔中容纳的润湿性改善剂从纳米纤维网溢出,同时,亲水性涂层形成组合物渗透到所述气孔需要的时间长,存在制造时间延长的问题。另外,亲水性涂层形成组合物的渗透程度因纳米纤维网的厚度及气孔的直径而异,因而存在亲水性涂层会在纤维网不同位置不均一地形成的问题。进而,随着亲水性涂层不均一地形成,在纳米纤维网的一部分,存在气孔被亲水性涂层封闭的问题,此时,最初设计的纳米纤维网的气孔结构发生变化,因而存在无法收得希望的流量的问题,因而在亲水性涂层形成组合物中配备润湿性改善剂,这有利于在不变更纳米纤维网的气孔结构的同时,达成缩短制造时间,简化制造工序及提高亲水性涂层形成性。
就在纳米纤维网上形成上述的亲水性涂层形成组合物的方法而言,只要是公知的涂覆方法,则可以无限制地采用,作为一个示例,可以使用浸渍、喷涂方法等。
然后,可以执行对在纳米纤维网上处理的亲水性涂层形成组合物进行热处理而形成亲水性涂层的步骤。通过所述热处理,可以同时实现亲水性涂层形成组合物中溶剂的干燥工序。所述热处理可以在干燥器中执行,此时施加的热的温度可以为80~160℃,处理时间可以为1分~60分钟,但并非限定于此。
然后,作为本发明的(2)步骤,执行在贴合的第二支撑体及纳米纤维网中,以所述第二支撑体与第一支撑体相接的方式,使所述贴合的纳米纤维网及第二支撑体分别配置贴合于第一支撑体的两面的步骤。
所述(2)步骤可以包括:2-1)在第一支撑体的两面,层叠上述(1)步骤中贴合的第二支撑体及纳米纤维网的步骤;及2-1)施加热及压力中任意一种以上,使第一支撑体及第二支撑体熔接的步骤。
在所述2-2)步骤中施加热和/或压力的具体方法可以采用公知的方法,作为对此的非限制性示例,可以使用通常的压延成型工序,此时,施加的热的温度可以为70~190℃。另外,当执行压延成型工序时,也可以将其分成几次,多次实施,例如也可以在第一次压延成型后,实施第二次压延成型。此时,各压延成型工序中施加的热和/或压力的程度可以相同或相异。通过所述2-2)步骤,会在第二支撑体与第一支撑体间出现通过热熔接的连结,具有的优点是可以省略另外的粘合剂或粘合层。
本发明包括具备通过上述制造方法而制造的过滤器滤材而体现的过滤器单元。
如图7a所示,所述过滤器滤材1000可以体现成平板型过滤器单元2000。具体而言,所述平板型过滤器单元2000可以包括过滤器滤材1000及支撑所述过滤器滤材1000的边缘的支撑框架1100,在所述支撑框架1100的任意一个区域,可以具备能够调节过滤器滤材1000外部与内部间压力差的吸入口1110。另外,在所述支撑框架1100上可以形成有流路,以便纳米纤维网101、102过滤的过滤液可以经过由过滤器滤材1000内部的第二支撑体/第一支撑体层叠的支撑体200而流出到外部。
具体而言,如图7a所示的过滤器单元2000在通过所述吸入口1110而施加高压力的吸入力时,如图7b所示,在过滤器滤材1000的外部配置的被过滤液P朝向过滤器滤材1000内部,经过纳米纤维网101、102而过滤的过滤液Q1,沿着通过由第二支撑体/第一支撑体层叠的支撑体200而形成的流路流动后,流入外部框架1100具备的流路E,流入的过滤液Q2可以通过所述吸入口1110流出到外部。
另外,如图7a所示的平板型过滤器单元2000,可以体现由多个在一个外部壳内隔开预定间隔配备的过滤器模块,这种过滤器模块也可以再次由多个层叠/模块化而构成大型水处理装置。
具体实施方式
通过下述实施例,更具体地说明本发明,但下述实施例并非限定本发明的范围,应解释为其用于帮助理解本发明。
<实施例1>
首先,为了制备纺丝溶液,在二甲基乙酰胺与丙酮按重量比70:30混合的混合溶剂88g中,在80℃温度下,在6小时期间,使用磁棒使作为纤维形成成分的聚偏氟乙烯(阿科玛公司,Kynar761)12g溶解,制备了混合溶液。将所述纺丝溶液投入静电纺丝装置的溶液箱,按15μl/min/hole的速度吐出。此时,纺丝区间的温度保持30℃,湿度保持50%,收集器与纺丝喷嘴尖端间距离为20㎝,在所述收集器上部配置作为第二支撑体的无纺布(南洋无纺布公司,CCP40),所述无纺布由以熔点约120℃的聚乙烯为鞘部、以聚丙烯为芯部的平均直径20μm的低熔点第二复合纤维形成,厚度为约200μm,定量为40g/㎡,配置所述无纺布后,使用高电压发生器,向纺丝喷嘴组(Spin Nozzle Pack)赋予40kV以上的电压,同时,每纺丝组喷嘴赋予0.03MPa的空气压力,制造了在第二支撑体的一面具备由平均直径250μm的PVDF纳米纤维形成的纳米纤维网的层叠体。制造的纳米纤维网分别包括直径0.1~0.2μm的第一纳米纤维组35重量%,直径0.2~0.3μm的第二纳米纤维组53重量%,及直径0.3~0.4μm的第三纳米纤维组12重量%,以平均直径250μm的纳米纤维形成,定量为10g/㎡,厚度为13μm,平均孔径为0.3μm,孔隙度约为75%。
然后,使所述层叠体的纳米纤维网中残存的溶剂、水分干燥,为了将第二支撑体与纳米纤维网热熔接而按140℃以上温度及1kgf/cm2施加热和压力,实施压延成型工序。制造的层叠体如图6所示,第二支撑体与纳米纤维网热熔接结合,纳米纤维网如图5a及5b所示,以三维网络结构体现。
然后,将所述制造的层叠体浸渍于下述准备例中准备的亲水性涂层形成组合物后,在干燥机中,以110℃温度干燥5分钟,使亲水性涂层配备于纳米纤维网的纳米纤维表面。
然后,配置层叠体,使得在制造的层叠体上,第二支撑体与第一支撑体的两面实现面对面。此时,所述第一支撑体使用无纺布(南洋无纺布公司,NP450),所述无纺布厚度为5mm,由以熔点约120℃的聚乙烯为鞘部、以聚丙烯为芯部的直径约30μm的低熔点第二复合纤维形成,定量为450g/㎡。然后,施加140℃的热及1kgf/cm2的压力,制造了如下表1所示的过滤器滤材。
<准备例>
相对于作为亲水性成分的聚乙烯醇(可乐丽公司,PVA217)100重量份,混合去离子水7142重量份后,在80℃温度下,在6小时期间,使用磁棒使PVA熔解,制备了混合溶液。然后,将所述混合溶液降到常温后,将作为交联剂的聚(丙烯酸-马来酸)(奥德里奇公司,PAM)混合于所述混合溶液,在常温下溶解12小时,使得相对于聚乙烯醇100重量份,达到15重量份。然后,在所述混合溶液中,相对于所述聚乙烯醇100重量份,添加异丙醇(德山化学公司,IPA)7142重量份并混合2小时时间,制备了亲水性涂层形成组合物。
<实施例2~12>
与实施例1相同地实施而制造,但如下表1或表2所示变更第一支撑体的厚度/定量、第二支撑体的厚度/定量、纳米纤维网的定量,制造了如下表1或表2所示的过滤器滤材。
此时,实施例12与实施例1相比,使用了与第一支撑体、第二支撑体分别类似规格的支撑体,但变更成由鞘部为熔点142℃的低熔点聚酯共聚物、芯部为PET的复合纤维形成的第一支撑体和第二支撑体,贴合时温度分别变更为160℃,体现了过滤器滤材。
<比较例1~4>
与实施例1相同地实施而制造,但如下表2所示变更第一支撑体的厚度、纳米纤维网的定量,制造了如下表2所示的过滤器滤材。
此时,比较例3不包括第二支撑体,如下表2所示制造了过滤器滤材。
<实验例>
将实施例及比较例制造的各个过滤器滤材,体现成如图7a所示的过滤器单元,评价下述物性,显示于表1及表2。
1.初始水透过度测量
针对过滤器单元,施加50kPa运转压力,测量试片面积每0.5㎡的水透过度和过滤效率。此时,初始水透过度是以实施例1的过滤器滤材的水透过度为100作为基准,将剩余实施例及比较例的过滤器滤材的水透过度计算成相对百分率。
2.逆清洗耐久性评价
将过滤器单元浸渍于水后,施加50kPa运转压力,以在试片面积每0.5㎡上加压400LMH的水2分钟作为条件,执行逆清洗后,将逆清洗过程中发生起鼓等外观异常的情形标识为○,将无异常的情形标识为×,评价了逆清洗耐久性。
此时,按50kPa运转条件运转时,只限于不发生外观异常的过滤器单元,作为大幅超越通常逆清洗条件的加压条件,将运转压力提高到125kPa,执行逆清洗后,相同地评价了外观异常。
另外,在以125kPa运转压力执行逆清洗时,只限于不发生外观异常的情形,针对相应过滤器单元,与初始水透过度测量方法相同地实施,测量了逆清洗后水透过度。
此时,水透过度根据下述数学式1计算为逆清洗后水透过度B相对于各试片初始水透过度A的变动率。变动率越大,可以视为发生了逆清洗导致的纳米纤维网、支撑体的损伤或不呈现为外观异常的层间剥离。
变动率(%)={(B-A)×100}÷A
【表1】
【表2】
正如表1及表2可以确认的,
就纳米纤维网的定量超过30g/㎡的比较例4的过滤器滤材而言,当以50kPa压力执行逆清洗时,无外观异常,但在逆清洗压力125kPa的情况下,纳米纤维网部分地剥离,发生如图2所示的起鼓现象。与此相反,就纳米纤维网定量30g/㎡以下的实施例1至3而言,可以确认以125kPa压力进行逆清洗时不发生异常。
另外,就第一支撑体厚度不足全体过滤器滤材厚度90%的比较例1而言,当以50kPa压力执行逆清洗时,无逆清洗导致的外观异常,但将压力提高到125kPa时,发生外观异常。与此相反,就条件相同而第一支撑体厚度为过滤器滤材全体厚度90%以上的实施例11而言,可以确认尽管将压力提高到125kPa执行逆清洗,也不发生外观异常。
另外,就第一支撑体的定量不足250g/㎡的比较例2而言,可以确认尽管第一支撑体的厚度为过滤器滤材全体厚度的90%以上,但在50kPa的逆清洗压力下发生外观异常,由于逆清洗导致的机械强度低下,逆清洗耐久性也显著低于比较例1。
另外,就不包括第二支撑体的比较例3而言,可以确认即使在以50kPa压力执行逆清洗时,也发生外观异常。预计这是在没有第二支撑体的情况下,尽管如实施例11所示具备可以承受逆清洗压力的第一支撑体,但第一支撑体与纳米纤维网间附着力弱化导致的结果。
与此相反,就第一支撑体定量为250g/㎡以上的实施例11而言,可以确认即使在125kPa的苛刻运转条件下也不发生外观异常。
另一方面,在实施例中,就第二支撑体定量以纳米纤维网为基准不属于1.5~6倍范围内的实施例3和实施例6而言,可以确认与接近所述范围的实施例4和5相比,水透过度变动率显著提高。
另外,在第一支撑体定量以第二支撑体为基准不属于8~16.5倍范围的实施例6、实施例9中,可以确认,实施例6与实施例7相比,水透过度变动率显著更大,实施例9与实施例8相比,透过度变动率增加,初始水透过度显著低下。
另外,在第一支撑体厚度为过滤器滤材全体厚度90%以上的情况下,可以确认第一支撑体的厚度为过滤器滤材全体厚度95%以上的实施例1与实施例10相比,逆清洗导致的损伤显著更低。
另外,就第一支撑体和第二支撑体不是聚烯烃类而是使用由聚酯纤维类低熔点复合纤维形成者的实施例12而言,当逆清洗压力为125kPa时,逆清洗后耐久性低下,预计这是由于支撑体的脆性物性导致附着力比聚烯烃类的实施例1低下。
以上对本发明的一实施例进行了说明,但本发明的思想不限定于本说明中提示的实施例,理解本发明思想的从业人员可以在相同的思想范围内,借助于构成要素的附加、变更、删除、追加等,容易地提出其他实施例,但这也属于本发明的思想范围内。

Claims (16)

1.一种过滤器滤材,所述过滤器滤材具备在第一支撑体两面分别依次层叠的第二支撑体及纳米纤维网,形成有供被所述纳米纤维网过滤的过滤液向所述第一支撑体方向流动的流路,其中,
所述纳米纤维网的定量为30g/㎡以下,所述第一支撑体的定量为250g/㎡以上,厚度为所述过滤器滤材全体厚度的90%以上。
2.根据权利要求1所述的过滤器滤材,其中,
所述第一支撑体及第二支撑体分别独立地为无纺布、纺织物及编织物中任意一种以上。
3.根据权利要求2所述的过滤器滤材,其中,
所述第一支撑体及第二支撑体为无纺布。
4.根据权利要求1所述的过滤器滤材,其中,
所述第一支撑体的定量为250~800g/㎡,厚度为2~8㎜。
5.根据权利要求1所述的过滤器滤材,其中,
所述第二支撑体的定量为35~100g/㎡,厚度为150~250μm。
6.根据权利要求1所述的过滤器滤材,其中,
所述第二支撑体具备第二复合纤维,所述第二复合纤维包括支撑成分及低熔点成分,配置得使所述低熔点成分的至少一部分露出于外部面,所述第二复合纤维的低熔点成分熔接于纳米纤维网。
7.根据权利要求1所述的过滤器滤材,其中,
所述第一支撑体具备第一复合纤维,所述第一复合纤维包含支撑成分及低熔点成分,配置得使所述低熔点成分的至少一部分露出于外部面,所述第二支撑体具备第二复合纤维,所述第二复合纤维包含支撑成分及低熔点成分,配置得使所述低熔点成分的至少一部分露出于外部面,
通过所述第一复合纤维的低熔点成分及第二复合纤维的低熔点成分间的熔接,第一支撑体及第二支撑体结合。
8.根据权利要求1所述的过滤器滤材,其中,
所述纳米纤维网包含氟类化合物作为纤维形成成分,
所述氟类化合物包含选自由聚四氟乙烯(PTFE)类、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物(PFA)类、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)类、四氟乙烯-六氟丙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物(EPE)类、乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)类、聚三氟氯乙烯(PCTFE)类、三氟氯乙烯-乙烯共聚物(ECTFE)类及聚偏氟乙烯(PVDF)类构成的组的任意一种以上的化合物。
9.根据权利要求1所述的过滤器滤材,其中,
所述纳米纤维网的平均孔径为0.1~3μm,孔隙度为60~90%。
10.根据权利要求6所述的过滤器滤材,其中,
所述支撑成分及低熔点成分为聚烯烃类高分子化合物。
11.根据权利要求1所述的过滤器滤材,其中,
所述第二支撑体的定量为纳米纤维网的定量的1.5~6倍,第一支撑体的定量为第二支撑体定量的8~16.5倍。
12.根据权利要求7所述的过滤器滤材,其中,
所述第一复合纤维和第二复合纤维各个的支撑成分及低熔点成分为聚烯烃类高分子化合物。
13.一种过滤器滤材制造方法,其中,包括:
(1)贴合纳米纤维网及第二支撑体的步骤;及
(2)以所述第二支撑体与第一支撑体相接的方式,使所述贴合的纳米纤维网及第二支撑体分别配置贴合于第一支撑体的两面的步骤;
所述纳米纤维网的定量为30g/㎡以下,所述第一支撑体的定量为250g/㎡以上,厚度为所述过滤器滤材全体厚度的90%以上。
14.根据权利要求13所述的过滤器滤材制造方法,其中,
所述(1)步骤包括:
1-1)在第二支撑体上部,对纳米纤维进行静电纺丝而形成纳米纤维网的步骤;及
1-2)在形成有纳米纤维网的第二支撑体的两个方向施加热及压力而使纳米纤维网及第二支撑体贴合的步骤。
15.一种平板型过滤器单元,其中,包括:
权利要求1至12中任意一项的过滤器滤材;及
支撑框架,其具备使得过滤器滤材过滤的过滤液流出到外部的流路,支撑所述过滤器滤材的边缘。
16.一种由多个权利要求15的过滤器滤材按预定间隔隔开配备的过滤器模块。
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