CN112742217B - 一种半透膜支撑体 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种半透膜支撑体，是含主体纤维和粘结纤维的无纺布，热压后，沿半透膜支撑体厚度方向相对设置为涂覆面层、中间层和非涂覆面层；涂覆面层的主体纤维截面平均长径为R1，平均长径/平均短径为1.40‑1.90，粘结纤维呈熔融状；中间层的主体纤维和粘结纤维呈纤维状；非涂覆面层的主体纤维平均截面长径为R2，平均长径/平均短径为1.05‑1.10，粘结纤维变形，处于熔融状和纤维状之间，且R1大于R2。本发明提供的支撑体使得半透膜在支撑体上的粘附力大大提高，能够更好的抵抗涂覆后的卷曲，非涂覆面层的纤维变形阻止了半透膜溶液的进一步渗透，涂覆面纤维变形程度较大，平滑度高，半透膜在无纺布表面的厚度均匀性好。
Description
技术领域
本发明涉及无纺布、特种纸领域，尤其是涉及一种半透膜支撑体。
背景技术
在饮料/工业用水中杂质的去除、海水的淡化、食品中杂菌的去除、排水处理或者生物化学领域中，半透膜已经被广泛使用。
为了得到高的过滤流速和过滤性能，要求半透面表面凹凸少，不产生半透膜形成时的横向弯曲或皱褶，需要在支撑体上以均匀的厚度设置半透膜。因此，半透膜支撑体的涂覆面需要优异的平滑性。而且为了得到良好的过滤性能，需要半透膜与半透膜支撑体的胶粘性也优异，因此需要在支撑体上产生瞄定效应。另外，在安装制作膜袋时，有使用胶黏剂将支撑体非涂覆面粘接在一起的工艺，因此，也要求该非涂覆面之间的胶黏性也优异。进而要求半透膜溶液不渗透于非涂覆面。此外，在半透膜溶液涂覆并经凝固浴凝固除去溶剂时，聚合物在凝固浴中析出，在支撑体表面形成半透膜膜层并在涂覆面产生应力集中，这种应力可能导致膜最终产生翘曲，严重时会发生卷曲。综上所述，支撑体对其各层次结构有着不同的要求。
专利CN110453377A提供了一种非对称结构，非涂覆面的纤维长径大于涂覆面的纤维长径，使涂覆面的纤维抗拉强度更高，从而能够更好的抵抗涂覆时的卷曲情况，但是其结构使得涂覆面的平整度不高，涂覆的半透膜层厚度不均匀。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种半透膜支撑体。
为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：
一种半透膜支撑体，是含主体纤维和粘结纤维的无纺布，热压后，沿半透膜支撑体厚度方向相对设置为涂覆面层、中间层和非涂覆面层；所述涂覆面层的主体纤维截面平均长径为R1，平均长径/平均短径为1.40-1.90，所述粘结纤维呈熔融状；所述中间层的主体纤维和粘结纤维呈纤维状；所述非涂覆面层的主体纤维平均截面长径为R2，平均长径/平均短径为1.05-1.10，所述粘结纤维变形，处于熔融状和纤维状之间，且R1大于R2。
进一步的，所述主体纤维的直径为7-8μm，长度为3-6mm；所述粘结纤维的直径为10-12μm，长度为3-6mm。
进一步的，所述R1在10-12μm之间。
进一步的，所述R2在7.5-8.5μm之间。
进一步的，所述主体纤维熔点在250-260℃，热变形温度在190-200℃，粘结纤维熔点在170-190℃。
进一步的，所述半透膜支撑体的克重在75-85g/m2。
进一步的，所述半透膜支撑体的厚度在95-105μm，涂覆面层的厚度在6-15μm，非涂覆面层厚度在7-12μm。
进一步的，所述涂覆面层的贝克平滑度在15-25s，所述非涂覆面层的贝克平滑度在10-20s。
进一步的，支撑体的透气度在1.0-1.2cm3/cm2/s。
进一步的，所述主体纤维可以为聚酯、聚丙烯、聚丙烯酸酯、聚氨酯、聚酰胺、聚酰亚胺等合成树脂纺丝而成的纤维；所述粘结纤维为单组分纤维或者双组份纤维，双组份纤维可以为皮芯型、并列型、海岛型、桔瓣型复合纤维。
一种半透膜支撑体的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、制备湿纸：将主体纤维、粘结纤维，按粘结纤维占纤维总量的25％-40％，混合均匀分散在水中，得到纤维溶液，通过斜网形成湿纸；
步骤二、烘干：将湿纸烘干，烘干的温度为100-120℃；
步骤三、预热：采用红外线加热器预热，预热温度为160-185℃；
步骤四、硬压：线压力在100-150kN/m，车速在20m/min，钢辊温度为165-187℃；
步骤五、第一道软压：线压力在100-150kN/m，车速在20m/min，钢辊温度为190-200℃，非涂覆面层与钢辊相贴，涂覆面层与胶辊相贴；
步骤六、第二道软压：线压力在100-150kN/m，车速在20m/min，钢辊温度为200-210℃，涂覆面层与钢辊相贴，非涂覆面层与胶辊相贴。
进一步的，所述粘结纤维的熔点较所述主体纤维的热变形温度低10-20℃。
进一步的，所述硬压温度低于所述粘结纤维的熔点3-5℃。
进一步的，所述预热温度较所述硬压温度低2-5℃。
进一步的，所述步骤一中纤维溶液浓度为0.02％-0.05％。
进一步的，所述步骤六中钢辊温度较主体纤维的热变形温度高10℃-20℃。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
本发明提供的支撑体中间层主体纤维和粘结纤维无明显变形，截面与热压前保持一致，仍呈纤维状，主体纤维嵌在粘结纤维上形成连接，使得内部的孔隙较大，半透膜溶液涂覆后主要分布在涂覆面层表面和中间层，一方面产生了瞄定效应，使得半透膜在支撑体上的粘附力大大提高，另一方面中间层也同样产生了应力，一定程度上可以抵消表层应力，从而能够更好的抵抗涂覆后的卷曲；支撑体的涂覆面纤维变形程度较大，平滑度高，半透膜在支撑体表面的厚度均匀性好；支撑体的非涂覆面层的纤维变形阻止了半透膜溶液的进一步渗透。半透膜溶液涂覆在支撑体表面，半透膜溶液会逐步渗透入支撑体，随着渗透的深入，渗透阻力逐步增加，渗透深度直到某一深度，受力平衡，阻力不再增加，增加表面纤维的变形程度可以增加渗透的阻力，在更薄的厚度范围内防止半透膜溶液渗透。
本发明提供的技术工艺将半透膜支撑体的厚度、表层(涂覆面层和非涂覆面层)纤维形态单独进行控制，在硬辊处理时，钢辊本身温度不高于主体纤维的热变形温度，也不高于粘结纤维的熔点，前期的预热也保证了中间层的温度，因此在硬压时，整体的粘结纤维形态是一致的，表层主体纤维不会发生形变。在软压时，进一步提高钢辊温度，表层纤维受热变形，中间层纤维由于压区短，内部无法达到表层一样的温度，中间层几乎不受影响。
附图说明
图1是本发明中实施例1非涂覆面层的SEM图；
图2是本发明中实施例1涂覆面层的SEM图；
图3是本发明中实施例1中间层的SEM图；
图4是本发明中半透膜表面平整性判断对比图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
由于在热压过程中，规则的圆形截面纤维的截面会变成椭圆、类椭圆或不规则的形状，沿着与压力垂直的方向，即可形成截面长径；与压力平行的方向，即可形成截面短径；如果是不规则形状，则截面的最大尺寸成为截面长径，截面的最小尺寸为截面短径。
如图1-4所示，是本发明一种半透膜支撑体的实施方式，所述半透膜支撑体是含主体纤维和粘结纤维的无纺布，热压后，沿半透膜支撑体厚度方向相对设置为涂覆面层、中间层和非涂覆面层；所述涂覆面层的纤维受热压变形，所述涂覆面层的主体纤维截面平均长径为R1，平均长径/平均短径为1.40-1.90，所述粘结纤维呈熔融状，完全熔融，连成片状分布；所述中间层的主体纤维和粘结纤维无明显变形，截面与热压前保持一致，仍呈纤维状，主体纤维嵌在粘结纤维上形成连接；所述非涂覆面层的主体纤维有少许变形，所述非涂覆面层的主体纤维平均截面长径为R2，平均长径/平均短径为1.05-1.10，所述粘结纤维变形，处于熔融状和纤维状之间，且R1大于R2。
进一步的，所述主体纤维的直径为7-8μm，长度为3-6mm；所述粘结纤维的直径为10-12μm，长度为3-6mm。
进一步的，所述R1在10-12μm之间。
进一步的，所述R2在7.5-8.5μm之间。
进一步的，所述主体纤维熔点在250-260℃，热变形温度在190-200℃，粘结纤维熔点在170-190℃。
进一步的，所述半透膜支撑体的克重在75-85g/m2。
进一步的，所述半透膜支撑体的厚度在95-105μm，涂覆面层的厚度在6-15μm，非涂覆面层厚度在7-12μm。
进一步的，所述涂覆面层的贝克平滑度在15-25s，所述非涂覆面层的贝克平滑度在10-20s。
进一步的，支撑体的透气度在1.0-1.2cm3/cm2/s。
进一步的，所述主体纤维可以为聚酯、聚丙烯、聚丙烯酸酯、聚氨酯、聚酰胺、聚酰亚胺等合成树脂纺丝而成的纤维，优选聚酯纤维；所述粘结纤维为单组分纤维或者双组份纤维，双组份纤维可以为皮芯型、并列型、海岛型、桔瓣型复合纤维，优选单组份低熔点聚酯纤维。
一种半透膜支撑体的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、制备湿纸：将主体纤维、粘结纤维，按粘结纤维占纤维总量的25％-40％，混合均匀分散在水中，得到纤维溶液，通过斜网形成湿纸；
步骤二、烘干：将湿纸烘干，烘干的温度为100-120℃；
步骤三、预热：采用红外线加热器预热，预热温度为160-185℃；红外线加热器预热可以将无纺布的温度加热到整体一致，硬压时无纺布表里温差相差小。预热温度较硬压温度低2-5℃。如果温度相差太大，硬压时压区短，无纺布内部加热缓慢，则无法保证硬压时无纺布纤维表里温度的一致性，进而无法保证两者纤维形态的一致性。
步骤四、硬压：线压力在100-150kN/m，车速在20m/min，钢辊温度为165-187℃；硬压控制厚度，不改变纤维形态，硬压温度低于粘结纤维的熔点3-5℃，此时粘结纤维无法完全熔融，在该线压力下可以保持一维态，又可以充分变形连接主体纤维，并且该温度低于主体纤维的热变形温度，受压不会引起变形。
步骤五、第一道软压：线压力在100-150kN/m，车速在20m/min，钢辊温度为190-200℃，非涂覆面层与钢辊相贴，涂覆面层与胶辊相贴；此时主体纤维开始轻微变形，纤维截面由圆形变为椭圆，长径/短径在1.05-1.10，粘结纤维从半熔融的一维态逐步铺展开来。
步骤六、第二道软压：线压力在100-150kN/m，车速在20m/min，钢辊温度为200-210℃，涂覆面层与钢辊相贴，非涂覆面层与胶辊相贴。此时主体纤维明显变形，纤维截面由圆形变为椭圆，长径/短径在1.40-1.90，粘结纤维完全变形铺展。
进一步的，所述粘结纤维的熔点较所述主体纤维的热变形温度低10-20℃。
进一步的，所述硬压温度低于所述粘结纤维的熔点3-5℃。
进一步的，所述预热温度较所述硬压温度低2-5℃。
进一步的，所述步骤一中纤维溶液浓度为0.02％-0.05％。
进一步的，所述步骤六中钢辊温度较主体纤维的热变形温度高10℃-20℃。
实施例1
将主体纤维(PET,直径7.3μm，长度5mm，熔点为255℃，热变形温度为190℃)、单组份粘合纤维(直径10μm，长度5mm，熔点为180℃)以6：4的比例混合均匀分散在水中，形成浓度为0.02％的纤维溶液，通过斜网形成湿纸，用表面为110度的杨克缸进行烘干，得到面积为75g/m2的原纸。
采用红外线加热器预热，预热温度为175℃；
钢辊热压温度为177℃，线压力为100kN/m，车速为20m/min；
第一道软压辊设置为：胶辊/钢辊，线压力100kN/m，车速为20m/min，钢辊温度为190℃，非涂覆面层与钢辊相贴，涂覆面层与胶辊相贴；其表面形貌如图1所示。
第二道软压辊设置为：钢辊/胶辊，线压力100kN/m，车速为20m/min，钢辊温度为205℃，涂覆面层与钢辊相贴，非涂覆面层与胶辊相贴。其表面形貌如图2所示。
图3是半透膜支撑体撕开时出现的新面，其表现为支撑体中间层的形貌，几乎无变形，并且纤维仍旧呈现为一维状。
实施例2
将实施例1中第一道热压辊的条件设置为：胶辊/钢辊，线压力100kN/m，车速为20m/min，钢辊温度为195℃。
实施例3
与实施例1不同之处在于，将实施例1中第二道热压辊的条件设置为：钢辊/胶辊，线压力100kN/m，钢辊温度为210℃。
实施例4
与实施例1不同之处在于，将实施例1中第二道热压辊的条件设置为：钢辊/胶辊，线压力120kN/m，钢辊温度为205℃。
实施例5
将实施例1中纤维成分调整为PET(PET,直径7.3μm，长度5mm，熔点为255℃，热变形温度为190℃)，单组份粘结纤维(直径10μm，长度5mm，熔点为180℃)，双组分粘结纤维(直径10μm，长度5mm，皮层低熔点为110℃，芯层为PET)，三组成分比例为7：2：1；制备方法与实施例1一致。
对比例1
将实施例1中第二道热压辊的条件设置为：钢辊/胶辊，线压力100kN/m，钢辊温度为235℃
对比例2
将实施例1中第二道热压辊的条件设置为：钢辊/胶辊，线压力100kN/m，钢辊温度为160℃
对比例3
对比样品为目前公司采用的进口无纺布。
对比例4
对比样品为国内供应商提供的试验样品。
针对上述实施例和比较例中得到的半透膜支撑体，进行下述测定和评价，相关技术指标参考标准如下，结果示于表1。
1)克重测试方法：半透膜支撑材料的“克重”，依据GB/T 451.2-2002方法来测定。
2)厚度测试方法：半透膜支撑材料的“厚度”，依据GB/T 451.3-2002方法来测定。
3)平滑度测试方法：按照JIS P 8119，使用贝克平滑度试验机进行测定。
4)透气度测试方法：半透膜支撑材料的“透气度”依据JIS L1096-2010，使用弗雷泽型试验机进行测定，单位为cm3/cm2/s。
5)卷曲情况测试方法：半透膜支撑材料的涂覆面涂覆半透膜时，观察其是否会向涂覆面侧发生卷曲。半透膜支撑材料的卷曲性，由肉眼观察，若未发现卷曲，则标记为“√”，若发生卷曲，则标记为“×”。
6)纤维直径测试方法：测量半透膜支撑材料的纤维截面长径时，可通过直接采用扫描电子显微镜观察其涂覆面和非涂覆面上主体纤维的宽度(即垂直于纤维长度方向的数据)，也可通过将半透膜支撑材料低温脆断后观察其截面，纤维截面一般呈椭圆形或接近于椭圆形的不规则，其沿压力垂直方向的尺寸即为纤维截面长径，平行于压力方向为纤维截面短径。以下各实施例和对比例的截面长径为直接采用扫描电子显微镜观察其涂覆面和非涂覆面上主体纤维的宽度。
7)渗透情况测试方法：
使用具有恒定间隙的缺角轮涂布机，在半透膜支撑体的涂覆面层上，涂覆聚砜树脂(SOLVAY公司制、Udel P-3500LCD MB3、分子量78000～84000g/mol)的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶液(浓度22％)，进行水洗、干燥，在半透膜支撑体的涂覆面上形成聚砜膜(半透膜)，得到过滤膜。拍摄过滤膜的截面SEM照片，评价半透膜在半透膜支撑体上的渗入程度。
√：聚砜树脂仅渗入至半透膜支撑体的中心附近。使用效果良好。
△：聚砜树脂未从半透膜支撑体的非涂覆面渗出。使用效果一般。
×：聚砜树脂渗出至半透膜支撑体的非涂覆面。使用效果较差。
8)粘结力测试方法：
从过滤膜制作起1天后，将半透膜与半透膜支撑体以在其界面剥离的方式，缓慢剥离，以剥离时的阻抗程度判断“半透膜粘接性”。
√：半透膜与半透膜支撑体的粘接性非常高，无法剥离。
△：半透膜与半透膜支撑体粘接性一般，整体上容易剥离。
×：在半透膜涂覆后的水洗或干燥步骤中发生剥离。
10)涂覆后表面平整性判断方法，在显微图上观察平整性，有明显的皱痕视为不平整，否则为平整。具体如图4所示。若平整，则标记为“√”，若不平整，则标记为“×”。
表1
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种半透膜支撑体，是含主体纤维和粘结纤维的无纺布，其特征在于，热压后，沿半透膜支撑体厚度方向相对设置为涂覆面层、中间层和非涂覆面层；所述涂覆面层的主体纤维截面平均长径为R1，平均长径/平均短径为1.40-1.90，所述粘结纤维呈熔融状；所述中间层的主体纤维和粘结纤维呈纤维状；所述非涂覆面层的主体纤维平均截面长径为R2，平均长径/平均短径为1.05-1.10，所述粘结纤维变形，处于熔融状和纤维状之间，且R1大于R2。
2.根据权利要求 1 所述的一种半透膜支撑体，其特征在于，所述主体纤维的直径为7-8μm，长度为3-6mm；所述粘结纤维的直径为10-12μm，长度为 3-6mm。
3.根据权利要求1所述的一种半透膜支撑体，其特征在于，所述R1在 10-12μm 之 间。
4.根据权利要求1所述的一种半透膜支撑体，其特征在于，所述R2在7.5-8.5μm 之间。
5.根据权利要求1所述的一种半透膜支撑体，其特征在于，还包括半透膜支撑体的 制备方法，包括以下步骤：
步骤一、制备湿纸：将主体纤维、粘结纤维，按粘结纤维占纤维总量的 25%-40%, 混合均匀分散在水中，得到纤维溶液，通过斜网形成湿纸，所述主体纤维熔点在250-260℃，热变形温度在190-200℃，粘结纤维熔点在170-190℃；
步骤二、烘干：将湿纸烘干，烘干的温度为100-120℃；
步骤三、预热：采用红外加热器预热，预热温度为160-185℃；
步骤四、硬压：线压力在100-150kN/m，车速在20m/min，钢辊温度为 165-187℃，所述硬压温度低于所述粘结纤维的熔点3-5℃，所述预热温度较所述硬压温度低2-5℃；
步骤五、第一道软压：线压力在100-150kN/m，车速在20m/min，钢辊温度为190-200℃，非涂覆面层与钢辊相贴，涂覆面层与胶辊相贴；
步骤六、第二道软压：线压力在100-150kN/m，车速在20m/min，钢辊温度为200-210℃，涂覆面层与钢辊相贴，非涂覆面层与胶辊相贴。
6.根据权利要求1所述的一种半透膜支撑体，其特征在于，所述半透膜支撑体的克 重在 75-85g/m2。
7.根据权利要求1所述的一种半透膜支撑体，其特征在于，所述半透膜支撑体的厚度在95-105μm，涂覆面层的厚度在6-15μm，非涂覆面层厚度在7-12μm。
8.根据权利要求1所述的一种半透膜支撑体，其特征在于，所述涂覆面层的贝克平 滑度在15-25s，所述非涂覆面层的贝克平滑度在10-20s。
9.根据权利要求1所述的一种半透膜支撑体，其特征在于，支撑体的透气度在1.0-1.2cm3/cm2/s。
10.根据权利要求1所述的一种半透膜支撑体，其特征在于，所述主体纤维为合成 树脂纺丝而成的纤维，所述合成树脂为聚酯、聚丙烯、聚丙烯酸酯、聚氨酯、聚酰胺、 聚酰亚胺；所述粘结纤维为单组分纤维或者双组份纤维，双组份纤维为皮芯型、并列型、海岛型、桔瓣型复合纤维。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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