CN110743388B - 一种管式陶瓷膜的封端方法 - Google Patents

一种管式陶瓷膜的封端方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种管式陶瓷膜的封端方法，采用与膜层组成相同的金属氧化物粉体为主填料，添加一定量粒径更小的金属氧化物粉体和一定量粒径介于两者之间的金属氧化物粉体，配制成水性浆料，并采用与树脂或树脂涂层类似的封端工艺，在管式陶瓷膜涂膜烘干后，端部用封端浆料浸涂，阴干或烘干后，随膜层的烧结制度一起烧成，得到致密化或接近致密化的无机金属氧化物涂层，该无机金属氧化物涂层不需要进行再次烧结，具备优异的耐热、耐酸碱和密封性能，并且与陶瓷膜端部的结合力强。

Description

一种管式陶瓷膜的封端方法
技术领域
本发明属于陶瓷膜制备技术领域，具体涉及一种管式陶瓷膜的封端方法。
背景技术
陶瓷膜具有优良的耐热、机械、化学稳定性等优点，满足高温和强酸碱性等条件比较苛刻的场合，近年来得到迅速发展，广泛运用于化工、食品、环保生物工程等众多领域。采用吸附涂膜工艺生产的管式陶瓷膜为目前市场的主流产品。
管式陶瓷膜的端部，由于涂膜过程中不能完全吸附涂膜液，并且涂膜后的放置、搬运、转移过程中，端部的湿膜层被磨掉、破环，或者烧成后切割成一定的尺寸，往往不具有完整的膜层，或者没有膜层。在使用过程中，待分离过滤的料液从端部的大孔洞中渗透出去，降低了截留效率。因此，需要对管式陶瓷膜的端部进行密封处理，即封端。同样地，封端材料也要求具备优异的耐热和耐酸碱性能，才能在使用过程中不被破坏，从而保证端部不渗料。
现有技术中，主要采用树脂和特种玻璃两种材质进行陶瓷膜的封端。其中，树脂或树脂涂层由于密封性能好，是常用的封端材料，但是树脂不能兼具耐热、耐酸和耐碱性，即便环氧树脂或者有机硅改性环氧树脂，在一定温度和酸碱度条件下的加速腐蚀过程中，仍然过快失效，且有机树脂和无机陶瓷材料的界面结合力不持久，树脂涂层容易脱落而失去密封性。而特种玻璃虽然具备优异的耐热、耐酸碱及密封性，但由于玻璃粉的烧结熔融温度与膜层材料的烧成温度往往不一致，需要单独烧结，增加了工作量和成本。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种管式陶瓷膜的封端方法。
本发明的技术方案如下：
一种管式陶瓷膜的封端方法，包括如下步骤：
(1)将10-30重量份的粒径为20-40nm的超细纳米无机氧化物粒子加入65-90重量份的水中，并加入0.5-1.5重量份的分散剂，7500-8500rpm剪切10-30min得到超细纳米无机氧化物粒子分散液；
(2)将10-40重量份的粒径为60-100nm的纳米无机氧化物粒子中加入65-90重量份的水中，并加入0.5-1.5重量份的分散剂，7500-8500rpm剪切10-30min得到纳米无机氧化物粒子分散液；
(3)将10-30重量份的粒径为140-800nm的无机金属成膜粉体、0-10重量份的纳米无机氧化物粒子分散液和1-10重量份的超细纳米无机氧化物粒子分散液，同时加入60-80重量份的水中，并添加硝酸调节pH至3-6，7500-8500rpm剪切10-30min，加入0.1-15重量份成膜剂和0.05-0.2重量份的消泡剂，搅拌1.5-2.5h制得封端浆料；
(4)将涂膜烘干后的管式陶瓷膜膜管的一端放入上述封端浆料中浸泡30-90s，取出后用压力为0.02-0.05MPa的气枪吹去堵在孔内的浆料，倒立，室温放置20-25h；然后将另一端放入上述封端浆料中浸泡30-90s，取出后用压力为0.02-0.05MPa的气枪吹去堵在孔内的浆料，倒立，室温放置20-25h；
(5)将经步骤(4)处理后的整根膜管经1-4℃/min的速度升温至1150-1250℃，保温烧结2-5h后自然降温，端部得到致密化或接近致密化的封端涂层。
在本发明的一个优选实施方案中，所述超细纳米无机氧化物粒子为超细纳米氧化铝、超细纳米氧化钛、超细纳米氧化锆和超细纳米氧化硅中的至少一种。
在本发明的一个优选实施方案中，所述纳米无机氧化物粒子为纳米氧化铝、纳米氧化钛和纳米氧化锆中的至少一种。
在本发明的一个优选实施方案中，所述无机金属成膜粉体为氧化铝、氧化锆或氧化钛。
在本发明的一个优选实施方案中，所述分散剂为高分子型分散剂、阳离子型分散剂和阴离子型分散剂中的至少一种。
在本发明的一个优选实施方案中，所述成膜剂为羟丙基甲基纤维素。
在本发明的一个优选实施方案中，所述消泡剂为改性有机硅消泡剂。
在本发明的一个优选实施方案中，所述管式陶瓷膜膜管的膜层组成的粉体为粒径在100-800nm的氧化铝、氧化锆或氧化钛。
本发明的有益效果是：本发明采用与膜层组成相同的金属氧化物粉体为主填料，添加一定量粒径更小的金属氧化物粉体和一定量粒径介于两者之间的金属氧化物粉体，配制成水性浆料，并采用与树脂或树脂涂层类似的封端工艺，在管式陶瓷膜涂膜烘干后，端部用封端浆料浸涂，阴干或烘干后，随膜层的烧结制度一起烧成，得到致密化或接近致密化的无机金属氧化物涂层，该无机金属氧化物涂层不需要进行再次烧结，具备优异的耐热、耐酸碱和密封性能，并且与陶瓷膜端部的结合力强。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明的技术方案进行进一步的说明和描述。
实施例1
(1)将30重量份的粒径为20-40nm的超细纳米氧化钛加入69重量份的水中，并加入1重量份的disper750w，8000rpm转速剪切15min得到超细纳米氧化钛分散液；
(2)将40重量份的粒径为80-100nmm的纳米氧化钛中加入59重量份的水中，并加入1重量份的disper750w，8000rpm转速剪切15min得到纳米氧化钛分散液；
(3)将14重量份的粒径为200-400nm的氧化铝粉体、1重量份的纳米氧化钛分散液和2重量份的超细纳米氧化钛分散液，同时加入82.1重量份的水中，并添加硝酸调节pH至3-6，8000rpm转速剪切10min，加入0.8重量份的羟丙基甲基纤维素(I型，粘度400mPa.s，阿拉丁)和0.1重量份的改性有机硅消泡剂(SD670，德国瓦克)，搅拌2h制得封端浆料；
(4)将涂膜烘干后的膜管(膜层组成粉体为粒径在200-400nm的氧化铝)，一端放入上述封端浆料中浸泡1min，取出，用压力为0.03MPa的气枪吹去堵在孔内的浆料，倒立，室温放置24h；将另一端放入封端浆料中浸泡1min，取出，用压力为0.03MPa的气枪吹去堵在孔内的浆料，倒立，室温放置24h；
(5)接着整根膜管经4℃/min的程序升温至1200℃，保温烧结3h后自然降温，端部得到致密化或接近致密化的无机金属氧化铝钛封端涂层。
在5％的大豆蛋白截留测试中，端部有上述无机金属氧化铝钛封端涂层的膜管，其截留效率比没有上述无机金属氧化铝钛封端涂层的膜管高9.7％。
将端部有有机硅改性环氧树脂(ES-1023，日本信越有机硅树脂)封端涂层的膜管和端部有上述无机金属氧化铝钛封端涂层的膜管，分别经100℃的10％氢氧化钠溶液、100℃的20％硝酸溶液浸泡72h后，有机硅改性环氧树脂封端涂层变色、变脆，而无机金属氧化铝钛封端涂层未发生变化。
实施例2
(1)将30重量份的粒径为20-30nm的超细纳米氧化锆加入69重量份的水中，并加入1重量份的disper750w，8000rpm转速剪切15min得到超细纳米氧化锆分散液；
(2)将40重量份的粒径为90-100nmm的纳米氧化锆中加入59重量份的水中，并加入1重量份的disper750w，8000rpm转速剪切15min得到纳米氧化锆分散液；
(3)将14重量份的粒径为200-400nm的氧化铝粉体、1重量份的纳米氧化锆分散液和2重量份的超细纳米氧化锆分散液，同时加入82.1重量份的水中，并添加硝酸调节pH至3-6，8000rpm转速剪切10min，加入0.8重量份的羟丙基甲基纤维素(I型，粘度400mPa.s，阿拉丁)和0.1重量份的改性有机硅消泡剂(SD670，德国瓦克)，搅拌2h制得封端浆料；
(4)将涂膜烘干后的膜管(膜层组成粉体为粒径在200-400nm的氧化铝)，一端放入封端浆料中浸泡1min，取出，用压力为0.03MPa的气枪吹去堵在孔内的浆料，倒立，室温放置24h；将另一端放入封端浆料中浸泡1min，取出，用压力为0.03MPa的气枪吹去堵在孔内的浆料，倒立，室温放置24h；
(5)整根膜管经4℃/min的程序升温至1200℃，保温烧结3h后自然降温，端部得到致密化或接近致密化的无机金属氧化铝锆封端涂层。
在5％的大豆蛋白截留测试中，端部有无机金属氧化铝锆封端涂层的膜管，其截留效率比没有无机金属氧化铝锆封端涂层的膜管高10.2％。
将端部有有机硅改性环氧树脂(ES-1023，日本信越有机硅树脂)封端涂层的膜管和端部有上述无机金属氧化铝锆封端涂层的膜管，分别经100℃的10％氢氧化钠溶液、100℃的20％硝酸溶液浸泡72h后，有机硅改性环氧树脂封端涂层变色、变脆，而无机金属氧化铝锆封端涂层未发生变化。
实施例3
(1)将30重量份的粒径为20-30nm的超细纳米氧化锆加入69重量份的水中，并加入1重量份的disper750w，8000rpm转速剪切15min得到超细纳米氧化锆分散液；
(2)将14重量份的粒径为200-400nm的氧化铝粉体和2.5重量份的超细纳米氧化锆分散液，同时加入82.6重量份的水中，并添加硝酸调节pH至3-6，8000rpm转速剪切10min，加入0.8重量份的羟丙基甲基纤维素(I型，粘度400mPa.s，阿拉丁)和0.1重量份的改性有机硅消泡剂(SD670，德国瓦克)，搅拌2h制得封端浆料；
(3)将涂膜烘干后的膜管(膜层组成粉体为粒径在200-400nm的氧化铝)，一端放入封端浆料中浸泡1min，取出，用压力为0.03MPa的气枪吹去堵在孔内的浆料，倒立，室温放置24h；将另一端放入封端浆料中浸泡1min，取出，用压力为0.03MPa的气枪吹去堵在孔内的浆料，倒立，室温放置24h；
(4)整根膜管经4℃/min的程序升温至1200℃，保温烧结3h后自然降温，端部得到致密化或接近致密化的无机金属氧化铝锆封端涂层。
在5％的大豆蛋白截留测试中，端部有无机金属氧化铝锆封端涂层的膜管，其截留效率比没有无机金属氧化铝钛封端涂层的膜管高9.3％。
将端部有有机硅改性环氧树脂(ES-1023，日本信越有机硅树脂)封端涂层的膜管和端部有上述无机金属氧化铝锆封端涂层的膜管，分别经100℃的10％氢氧化钠溶液、100℃的20％硝酸溶液浸泡72h后，有机硅改性环氧树脂封端涂层变色、变脆，而无机金属氧化铝锆封端涂层未发生变化。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。

Claims (8)

1.一种管式陶瓷膜的封端方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)将10-30重量份的粒径为20-40nm的超细纳米无机氧化物粒子加入65-90重量份的水中，并加入0.5-1.5重量份的分散剂，7500-8500rpm剪切10-30min得到超细纳米无机氧化物粒子分散液；
(2)将10-40重量份的粒径为60-100nm的纳米无机氧化物粒子中加入65-90重量份的水中，并加入0.5-1.5重量份的分散剂，7500-8500rpm剪切10-30min得到纳米无机氧化物粒子分散液；
(3)将10-30重量份的粒径为140-800nm的无机金属成膜粉体、0-10重量份的纳米无机氧化物粒子分散液和1-10重量份的超细纳米无机氧化物粒子分散液，同时加入60-80重量份的水中，并添加硝酸调节pH至3-6，7500-8500rpm剪切10-30min，加入0.1-15重量份成膜剂和0.05-0.2重量份的消泡剂，搅拌1.5-2.5h制得封端浆料；
(4)将涂膜烘干后的管式陶瓷膜膜管的一端放入上述封端浆料中浸泡30-90s，取出后用压力为0.02-0.05MPa的气枪吹去堵在孔内的浆料，倒立，室温放置20-25h；然后将另一端放入上述封端浆料中浸泡30-90s，取出后用压力为0.02-0.05MPa的气枪吹去堵在孔内的浆料，倒立，室温放置20-25h；
(5)将经步骤(4)处理后的整根膜管经1-4℃/min的速度升温至1150-1250℃，保温烧结2-5h后自然降温，端部得到致密化或接近致密化的封端涂层。
2.如权利要求1所述的封端方法，其特征在于：所述超细纳米无机氧化物粒子为超细纳米氧化铝、超细纳米氧化钛、超细纳米氧化锆和超细纳米氧化硅中的至少一种。
3.如权利要求1所述的封端方法，其特征在于：所述纳米无机氧化物粒子为纳米氧化铝、纳米氧化钛和纳米氧化锆中的至少一种。
4.如权利要求1所述的封端方法，其特征在于：所述无机金属成膜粉体为氧化铝、氧化锆或氧化钛。
5.如权利要求1所述的封端方法，其特征在于：所述分散剂为高分子型分散剂、阳离子型分散剂和阴离子型分散剂中的至少一种。
6.如权利要求1所述的封端方法，其特征在于：所述成膜剂为羟丙基甲基纤维素。
7.如权利要求1所述的封端方法，其特征在于：所述消泡剂为改性有机硅消泡剂。
8.如权利要求1所述的封端方法，其特征在于：所述管式陶瓷膜膜管的膜层组成的粉体为粒径在100-800nm的氧化铝、氧化锆或氧化钛。
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