CN1819866B - 湿铺纺粘层压膜支持物 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了适合用作半透膜(12)支持物的无纺布层压物。无纺布层压物通常包括至少两层：连续的长丝纤维的纺粘层(16)和不连续的纤维的湿铺层(18)。所得半透膜支持物在光滑度、孔隙率、层间附着性和通量特性等性能之间获得了有利的平衡。

Description

湿铺纺粘层压膜支持物
技术领域
本发明涉及适合用作过滤支持介质的无纺布。更具体地，本发明涉及适合用作精密过滤支持介质的无纺层压布。
背景技术
精密过滤工艺(如反渗透、纳滤、超滤和微滤)具有广阔的应用范围，包括海水淡化、果汁生产和工业废水处理等。通常称为半透膜的合成滤膜通常与精密过滤工艺联合使用。半透膜提供选择性的物质迁移，通常允许溶剂分子在其厚度方向上通过，而不允许溶质通过。半透膜通常为薄层聚合物，例如一层流延膜。合成滤膜可以由很多聚合物形成，包括乙酸纤维素、聚酰胺、聚砜、聚偏二氟乙烯聚合物等。
过滤过程中所使用的工艺条件是相当严格的。例如，用反渗透法将盐从海水中分离出来可能需要采用最高约1200psi(磅/平方英寸)的高压。遗憾的是，半透膜通常比较容易破裂。为了提高过滤介质的耐用性，将支持基质与半透膜结合在一起的层压过滤器结构是已知的。示例性的支持基质包括各种多孔材料，包括烧结材料和无纺布。
层压过滤器结构通常通过将半透膜直接流延到支持基质上形成。最近，开发出了常被称作薄膜复合物(Thin Film Composite，TFC)的复合膜。除半透膜之外，复合膜还包括多孔聚合物层，例如多孔聚合物膜。多孔聚合物层通常位于半透膜与支持基质之间。中间多孔聚合物层允许使用更薄的半透膜，并产生更高的通量率。
在过滤期间，进入的液体流通常首先通过半透膜或复合膜，再通过支持基质出来。因此，支持基质必需提供强度特性，同时对半透膜或复合膜的迁移特性(例如渗透性或通量)具有最小的影响。
合适的支持基质(例如合适的无纺布)还应具有若干其他有利特性。例如，支持基质应该对中间多孔聚合物层或半透膜具有较好的附着性，以避免在过滤过程中层离。可以通过使中间多孔聚合物层或半透膜向下穿插至支持基质的表面来获得合适的附着性。然而中间多孔聚合物层或半透膜穿插至支持基质体现出一种微妙的平衡。穿插不足将导致过滤器介质内部的附着性不足。支持基质的过度穿插(例如中间多孔聚合物层或半透膜穿插至承载流延表面的表面上)将会导致过滤特性不均匀(例如通量降低)，和/或由于过滤过程中局部压力过大而损坏半透膜。
除了上述特性之外，支持基质还应有利地提供施加中间多孔聚合物层或半透膜的适当光滑表面。表面缺陷(尤其是表面凸起)会在中间多孔聚合物层和/或半透膜中生成小孔，会对过滤器性能产生不利影响。
已经发现由无纺的湿铺法纤维制成的支持基质能够提供有利的光滑表面和可接受的对半透膜的亲和性。Goettmann的美国专利5,851,355中披露了试图用作半透膜支持物的示例性湿铺法无纺网，在此以参考的方式引入上述专利。由无纺的湿铺法纤维网形成的支持基质可以从BBA以产品名无纺布商购获得。
复合支持结构可以用于改善半透性过滤介质(尤其是加入有湿铺法无纺布网的过滤支持物)的经济性.例如，美国专利4,728,394和4,795,559披露了包含结合到湿铺网上的粗梳纤维层的膜支持物.然而，虽然加入了粗梳网的多孔膜具有很多有利的特性，但是这种层压体存在的缺点是，半透膜或复合膜内部的小孔的水平是令人难以接受的.粗梳网也是较贵的基质.
因此，仍需要能够提供改善的表面特性的加入了湿铺法纤维网的复合支持物。仍需要能够更经济地生产的加入了湿铺法纤维网的复合支持物。
发明内容
本发明提供了一种复合支持物，该复合支持物因其有利的表面特性而展现出改善的过滤器性能。该复合支持物还可以经济地生产。
本发明的复合支持物包括湿铺法纤维网和纺粘织物。令人惊讶的是，现已发现由湿铺层和纺粘层形成的复合支持物会在所得过滤介质中产生更小的表面差异。
本发明的复合支持物一般包括纺粘无纺布的第一层和湿铺法无纺布的第二层，所述纺粘无纺布的第一层上重叠有湿铺法无纺布的第二层，其中，所述纺粘无纺布的第一层由连续的热塑性聚合物长丝形成，并限定了第一外表面；所述湿铺法无纺布的第二层由离散长度的热塑性聚合物纤维形成，并限定了第二外表面。在优选实施方案中，复合支持物还包括将第一层和第二层彼此粘合在一起的热塑性聚合物粘合剂。在该实施方案中，热塑性聚合物粘合剂是纤维状的。在其他方面中，热塑性聚合物粘合剂粘着至第一层的长丝和第二层的纤维上。
连续的热塑性聚合物长丝和离散长度的热塑性聚合物纤维可各自独立地由多种树脂形成，包括聚酯和聚酰胺，及其共聚物和混合物。在本发明的优选实施方案中，第一层的连续的长丝和第二层的离散长度的纤维由同样的热塑性聚合物形成。
例如，连续的热塑性聚合物长丝和离散长度的热塑性聚合物纤维均可由聚酯聚合物形成。在进一步的方面中，热塑性聚合物粘合剂包含熔点低于用于形成长丝和离散长度的纤维的聚酯聚合物的聚酯共聚物。热塑性聚合物粘合剂还可以由具有较高熔点的聚酯共聚物和具有较低熔点的聚酯共聚物的混合物形成。
湿铺法无纺布中的离散长度的纤维通常具有约为2.5mm～40mm的长度，每单丝旦数(denier per filament，dpf)约为0.2～3.0。纺粘层的长丝通常具有约1～10的每单丝旦数。纺粘无纺布基重通常约为10gsm(克/平方米)～35gsm，湿铺法无纺布基重通常约为30～70gsm，所得复合支持物的总基重最高达80gsm。
根据本发明，可以通过将复合膜或半透膜附着在复合支持物的第二外表面(即湿铺层的外表面)来生产过滤设备。用于形成半透膜的示例性材料包括乙酸纤维素(“CA”)、三乙酸纤维素、乙酸纤维素-三乙酸纤维素混合物、明胶、聚胺、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、芳香族聚酰胺、聚苯并咪唑、聚苯并咪唑酮、聚丙烯腈(“PAN”)、聚丙烯腈-聚氯乙烯共聚物、聚砜、聚醚砜、聚二甲基苯基醚、聚偏二氟乙烯、聚电解质络合物、聚烯烃、聚甲基丙烯酸甲酯及它们的共聚物。
本发明还包括生产本发明的复合支持物和过滤介质的方法.例如，根据本发明的复合支持物可以按照以下方法生产：(a)形成连续的热塑性聚合物长丝的纺粘无纺布第一层；(b)形成离散长度的热塑性聚合物纤维的湿铺法无纺布第二层；和(c)以反向的面-对-面的关系粘合第一层和第二层，从而使第一层和第二层分别限定了复合支持物的第一外表面和第二外表面.
附图说明
由本发明以下的详细说明和附图，本发明的上述及其它的目的、特征和优点将更加清楚，其中：
图1是根据本发明形成的示例性过滤介质的放大的横截面的示意图；
图2是根据本发明用于形成过滤介质的示例性方法的示意图；
图3是用于形成本发明的膜支持物的设备的示意图。
具体实施方式
现在将参照附图在下文中更全面地介绍本发明，其中显示了本发明的几个(但不是全部)实施方案。实际上，这些发明可以以多种方式来实施，并且不应该认为它们仅局限于这里所列出的实施方案；提供这些实施方案是为了使所公开的内容满足适当的法律要求。全文中相同的数字表示相同的部件。
图1提供了根据本发明的示例性过滤介质的横截面图。过滤介质10通常包括附着在复合支持物14上的复合膜11。复合膜11通常包括半透膜12和中间多孔聚合物层13。在本发明的替代实施方案中，可以使用半透膜12而不使用中间多孔聚合物层13，即可以从过滤介质10中省去中间多孔聚合物层。复合支持物14包括(a)由纺粘织物形成的第一层16，它限定了第一外表面17，和(b)由湿铺法织物形成的第二层18，它限定了第二外表面22，即流延表面。
尽管在提及本发明的过滤介质、复合膜和复合支持物时称其包含“层”，但该术语仅仅是考虑到过滤介质、复合膜或复合支持物厚度方向上的各个区域存在不同的组成和/或结构，为了方便讨论而使用。虽然本发明的过滤介质、复合膜和复合支持物被称作由这些“层”形成，然而在其整个厚度方向提供了展现出粘结性的整体结构。此外，每个“层”通常直接与其相邻层进行液体传递。
形成第一层16的纺粘织物包括大量连续的热塑性聚合物长丝。更具体地，纺粘织物通常包括约80重量％～100重量％的连续的热塑性聚合物长丝。在此所用的术语“长丝”和“连续的长丝”以通常的含义使用，是指无限长或极长的纤维材料，例如几英尺长或更长。第一层16中的连续的长丝的每单丝旦数(“dpf”)通常在约1dpf～10dpf之间，例如是约4dpf～6dpf。在某些优选实施方案中，第一层16中的纺粘长丝的细度约为4dpf，特别是具有三叶形横截面形状的4dpf纤维。在替代实施方案中，各种纺粘长丝可以具有不同的旦数。
纺粘第一层16中的连续的长丝可以由任何能够形成纤维的热塑性聚合物形成，并且这种热塑性聚合物能够提供可接受的力学性能和耐化学性。例如，连续的长丝可以由聚酯均聚物和/或共聚物形成，或由聚酰胺均聚物和/或其共聚物或混合物形成。示例性的聚酯是聚对苯二甲酸乙二酯。示例性的聚酰胺包括尼龙6和尼龙6，6。在本发明的优选实施方案中，第一层16中连续的单丝由聚对苯二甲酸乙二酯形成。
第一层16可以由具有在纤维生产领域中已知的各种横截面的纺粘连续的长丝形成，这些横截面形状包括三叶形、四叶形、五叶形、圆形、椭圆形和哑铃形.第一层16中可以包括单一横截面或具有不同横截面的长丝的混合物.在本发明的优选实施方案中，第一层16由具有三叶形横截面的纺粘长丝形成.
申请人发现，具有相当均匀结构的纺粘层可以提供意料不到的光滑的流延表面22。令人惊讶的是，纺粘层16的光滑的界面20有利于形成位于湿铺法第二层18对侧上的优良的流延表面22。
第一层16还提供了有利的迁移特性，例如孔隙率-渗透率的值。压延之前第一层16的示例性孔隙率-渗透率的值的范围是约800～1550，例如孔隙率-渗透率的值为1400～1550(Textest透气率)。孔隙率-渗透率通常与密度(例如表观密度)有关，材料密度越高，孔隙率-渗透率值通常越低。压延之前第一层16的示例性表观密度一般是约0.100g/cc(克/厘米3)～0.250g/cc，例如表观密度是约0.100g/cc～0.150g/cc。按照第一层16的密度，本发明的有利的孔隙率-渗透率的值是出乎意料的。虽然不希望受理论的限制，但是申请人相信，获得这种有利的孔隙率-渗透率值的原因可能在于，与其他具有相当密度的无纺布相比，连续的热塑性长丝可以提供更多开口的纤维结构。
为了在第一层16内提供足够的层间剥离强度，纺粘第一层16中连续的长丝在接触点上彼此粘合。虽然纺粘第一层16中的连续的长丝粘合在一起，但是无纺结构仍保持足够多的开口，从而提供前述的以通过量表示的有利的通量特性。然而，虽然以确保足够的通量的水平进行粘合，但据认为第一层16已经基本上完全地粘合，这是因为纺粘长丝已在大量交叉点粘合在一起。可以通过任何已知的手段(例如通过熔融热塑性粘合剂长丝、热塑性树脂粘合等)实现第一层16内部的粘合。在优选实施方案中，第一层16使用粘合剂长丝来粘合。粘合剂长丝可以以任何能够有效地导致充分粘合的量包含在第一层16中。存在于第一层16中的粘合剂长丝的量的范围通常是约2重量％～20重量％，例如是约10重量％。在本发明的替代方面中，第一层16中的纺粘长丝可以是多成分纤维，该多成分纤维包含热塑性粘合剂聚合物作为成分。例如，在此类替代实施方案中，纺粘长丝可以具有鞘/芯结构，其中鞘由粘合剂聚合物形成。
第一层16中的粘合剂长丝通常由熔点或软化温度至少比连续的长丝低约10℃的任何聚合物形成。粘合剂长丝可以全部由同一种聚合物形成，或者包括较高熔点的粘合剂长丝和较低熔点的粘合剂长丝的混合物。例如，粘合剂长丝可以包括长丝混合物，其第一部分具有较低的熔点，例如约225°F，其第二部分具有较高的熔点，例如375°F。示例性的粘结剂长丝可以由一种或多种较低熔点的聚合物或共聚物(例如聚酯共聚物)形成。在本发明的一个实施方案中，纺粘层是通过挤出分散有粘合剂长丝的聚酯均聚物基体长丝(聚对苯二甲酸乙二酯)而生产的，其中所述粘合剂长丝由较低熔点的聚酯共聚物，特别是聚间苯二甲酸乙二酯形成。
第一层16中的粘合剂长丝可以具有本领域内已知的任何横截面。在优选实施方案中，第一层16中的粘合剂长丝具有三叶形横截面。第一层16中的各种粘合剂长丝可以进一步具有任何本领域内已知的旦数或不同旦数以粘合纺粘织物。
第一层16的特征通常在于其基重约为10gsm～35gsm，例如12gsm～25gsm。用作第一层16的合适的纺粘织物可商购获得，例如得自田纳西州Old Hickory的Reemay，Inc.的REEMAY Style 2004纺粘织物。
在图1所示的实施方案中，复合支持物14包括一个纺粘第一层16。在替代实施方案中，复合支持物14可以包括一个以上的纺粘层。例如，复合支持物14可以包括两个邻接的纺粘层。对于包括至少两个纺粘层的实施方案，构成各纺粘层的纤维和材料可以相同也可以不同。例如，纺粘层的组成、旦数、基重或纤维横截面可以是不同的。
第二层18是由大量离散长度的热塑性聚合物纤维形成的湿铺法无纺布。更具体地，湿铺法无纺布所包含的离散长度的热塑性聚合物纤维的量通常约为80重量％～100重量％。此处所用的术语“离散长度的纤维”使用的是其通常的含义，用来描述性质上不连续的纤维材料。示例性的不连续纤维包括人造短纤维、湿铺法纤维和熔喷纤维。第二层18中的离散长度的热塑性聚合物纤维的示例性的平均长度一般为2.5mm～40mm，优选5mm～13mm。在优选实施方案中，所有的离散长度的纤维基本上具有相同的长度，例如长度范围约为5mm～13mm。在本发明的替代方面，可以采用不同的离散纤维长度。
湿铺法第二层18的一个重要特征是其渗透率-孔隙率。更具体地，如果第二层18的渗透率-孔隙率太低，则半透膜12将不能粘合到复合支持物14上。因此，第二层18的渗透率-孔隙率通常约为5cfm～30cfm(压延后的Textest透气率)。除了纤维长度之外(如上所述)，第二层18中的渗透率-孔隙率还受纤维刚性的影响，而纤维刚性又受纤维旦数的影响。因此，第二层18中离散长度的纤维的每单丝旦数(“dpf”)通常在约0.2dpf～3.0dpf的范围内，例如约为0.43dpf～1.5dpf。在某些实施方案中，离散长度的纤维都具有大致相同的旦数。在替代实施方案中，可以在第二层18中使用具有不同旦数的离散长度的纤维。
第二层18中的离散长度的纤维可以由任何能够形成纤维的热塑性聚合物形成，并且这种热塑性聚合物能够提供可接受的力学性能和耐化学性。例如，离散长度的纤维可以由聚酯或聚酰胺的均聚物、或者其混合物或共聚物形成。形成离散长度的纤维的示例性的聚酯是聚对苯二甲酸乙二酯。示例性的聚酰胺包括尼龙6和尼龙6，6。在本发明的优选方面中，离散长度的纤维由聚对苯二甲酸乙二酯形成。
第二层18中的离散长度的纤维可以具有纤维生产领域中已知的各种横截面。在优选实施方案中，离散长度的纤维具有圆形横截面。在替代实施方案中，离散长度的纤维可以具有能够赋予更高刚性的横截面。示例性的刚性纤维横截面包括任何限定四叶形或更多叶形的非圆形的纤维，即具有任何适当的改进比例或尺寸关系的四叶形(横截面形状)、五叶形等。第二层18可以由具有单一横截面构型的离散长度的纤维形成。另外，第二层18中的离散长度的纤维可以包括不同的横截面形状。
离散长度的纤维在接触点彼此粘合，但是第二层18仍保持足够的开口，以提供有利的迁移特性。第二层18据认为已经基本上完全地粘合，这是因为离散长度的纤维已在大量交叉点粘合在一起。可以通过任何已知的手段(例如通过熔融粘合剂纤维、树脂粘合等)来独立实现第二层18内的粘合。在优选实施方案中，第二层18使用粘合剂纤维来粘合，因此还包括粘合剂纤维。粘合剂纤维可以以任何能够有效地导致充分粘合的量包含在第二层18中。粘合剂长丝通常以至多约60重量％的量存在于第二层18中，例如是至多约40重量％的量。在本发明的替代方面中，第二层18中的离散长度的纤维可以是多成分纤维，该多成分纤维包含粘合剂聚合物作为成分。例如，在此类替代实施方案中，离散长度的纤维可以具有鞘/芯结构，其中鞘由粘合剂聚合物形成。
第二层18中的粘合剂纤维通常由熔点或软化温度至少比离散长度的纤维低约10℃的任何聚合物形成。粘合剂纤维可以全部由同一种聚合物形成，或者包括较高熔点的粘合剂纤维和较低熔点的粘合剂纤维的混合物。例如，粘合剂纤维可以包括纤维混合物，其第一部分具有较低的熔点，例如约225°F，其第二部分具有较高的熔点，例如375°F。示例性的粘结剂纤维可以由一种或多种较低熔点的聚烯烃聚合物或共聚物、一种或多种低熔点聚酯聚合物或共聚物或其混合物形成。在本发明的优选实施方案中，粘合剂纤维由低熔点聚酯共聚物，特别是聚间苯二甲酸乙二酯形成。
第二层18中的粘合剂纤维可以具有本领域内已知的任何横截面。在优选实施方案中，第二层18中的粘合剂纤维具有圆形横截面。第二层18中的各种粘合剂纤维可以进一步具有任何本领域内已知的旦数或不同的旦数以粘合无纺布。
选择与第二层18有关的材料和工艺条件，以提供光滑的流延表面22。根据基质所需的性能，压延后第二层18所提供的孔隙率-渗透率通常约为5cfm～30cfm Textest透气率。第二层18的特征通常在于其基重约为30gsm～70gsm，例如约40gsm～60gsm。用作第二层18的合适的湿铺法织物可以商购获得，例如从BBA获得的
Figure G2004800195381D00091
无纺布。
在图1所示的实施方案中，复合支持物14包括单个湿铺法第二层18。在替代实施方案中，复合支持物14包括一个以上的湿铺层。例如，复合支持物14可以包括两个邻接的湿铺层。对于包括至少两个湿铺层的实施方案，构成各湿铺层的纤维和材料可以相同也可以不同。例如，湿铺层的组成、平均旦数、基重或纤维横截面可以是不同的。
由第一层16和第二层18组合形成的复合支持物14的厚度范围通常约为2mil(密耳)～8mil，例如厚度是约3mil～4mil。复合支持物14的特征通常还在于其基重小于约80gsm，例如基重约为40gsm～70gsm。复合支持物14通常提供约为5cfm～30cfm Textest透气率的孔隙率-渗透率。
如图1所示，本发明的过滤介质10还包括附着在复合支持物14的流延表面22上的复合膜11。复合膜11包括半透膜12和中间多孔聚合物层13。
精密过滤领域中已知的任何中间多孔聚合物层13均可以与复合支持物14联合使用。聚砜是可以用于形成中间的多孔聚合物层13的材料的一个实例。如本领域中所知，中间多孔聚合物层通常具有蜂窝状结构，该结构类似于从一个平面延伸到另一个平面的小管。中间的多孔聚合物层13通常可以改善表面光滑度，使得可以使用较薄的半透膜12，从而提高通过量。中间多孔聚合物层13的厚度范围通常约为40微米～70微米，例如约为45微米～65微米，特别是约为45微米～50微米。
在反渗透、超滤、纳滤或微滤领域中已知的任何半透膜均可以与复合支持物14联合使用。非限制性的示例性半透膜包括由乙酸纤维素(“CA”)、三乙酸纤维素、乙酸纤维素-三乙酸纤维素混合物、明胶、聚胺、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、芳香族聚酰胺、聚苯并咪唑、聚苯并咪唑酮、聚丙烯腈、聚丙烯腈-聚氯乙烯共聚物、聚砜、聚醚砜、聚二甲基苯基醚、聚偏二氟乙烯、聚电解质络合物、聚烯烃、聚甲基丙烯酸甲酯及这些材料的共聚物和混合物形成的聚合膜。
适用于本发明的半透膜可以具有本领域内已知的用于这种膜的任何厚度，例如厚度是约25埃～100微米，优选约1微米。在某些实施方案中，半透膜在性质上是不对称的。
在图1所示的实施方案中，过滤介质10包括单个半透膜12和单个中间多孔聚合物层13.在本发明的替代实施方案中，过滤介质可以包括多个半透膜层和/或多个中间多孔聚合物层.在这些实施方案中，半透膜和/或多孔聚合物层在某方面可以各自相同或不同，例如组成或结构不同.
复合膜11至少要穿入复合支持物14的最外表面，以便为所得过滤介质10提供足够的附着性。然而，尽管穿入了复合支持物14的最外区域，但是复合膜11并没有过度穿入复合支持物14。例如，复合膜11没有穿透复合支持物14的整个厚度，即并未到达第一层16的外表面17。考虑到与不连续的纤维(例如人造短纤维)形成的无纺网相比，纺粘层16中连续的长丝提供了具有更多开口的纤维结构，因此没有出现这种过度穿入是很令人惊讶的。
申请人猜测，与加入了粗梳无纺布的传统复合支持物相比，纺粘第一层16中的连续的长丝导致产生更光滑的流延表面22。虽然不希望受到理论的限制，但是申请人已经发现，复合支持物中的中间表面的表面粗糙度(例如与湿铺层18接触的纺粘层的表面)最终影响了湿铺层的相反表面(即流延表面22)的表面特性。与单层较短的离散长度的纤维(即湿铺法纤维)形成的膜支持物相比，粗梳人造短纤维网(即由较长的离散长度的纤维形成的网)为复合支持物赋予了更大的流延表面粗糙度，考虑到这样的事实，因此由第一层16中的连续的长丝所赋予的优良的光滑度是更加令人吃惊的。本发明的流延表面越光滑，则在复合膜11内部产生的孔和/或空隙越少。
过滤介质中更高的效率通常反映了复合膜11中不存在孔或空隙。同时具有高的滤液排出特性和渗透通过量通常证实具有更高的效率。
可以使用工业上已知的生产工艺生产过滤介质10。现在参考图2，其中提供了一种形成过滤介质10的有利的实施方案的例证性工艺。如图所示，复合支持物可以通过以下步骤生产：(1)分别通过纺粘工艺24形成第一层和通过湿铺法工艺24a形成第二层；(2)粘合纺粘织物和湿铺法织物以形成复合支持物，26；和(3)向复合支持物施加复合膜，28。
可以使用能够由基本上连续的热塑性聚合物长丝和粘合剂长丝形成无纺布的任何纺粘设备生产第一层。纺粘法通常包括挤出连续的长丝，随后在将连续的长丝沉积在移动的收集表面或丝网上的同时，使其变细。将长丝收集成网状，然后将其在丝网上输送到热熔融工位，该热熔融工位优选为一对协同操作的压延辊，以提供纺粘织物。所述的网被粘合在一起以提供遍布纺粘织物的多个热粘合点。然后用传统手段将粘合的纺粘织物缠绕在辊上。纺粘工艺和设备对于本领域技术人员是已知的。
如图2所示，第二层通常以单独的湿铺法工艺形成。本领域中已知的任何湿铺法工艺都可以用于形成第二层。湿铺法工艺通常包括将悬浮在水性浆料(通常称作配料)中的纤维层沉积在连续的丝网上。在优选实施方案中，湿铺层中的纤维随机沉积，以使网具有各向同性，即在性质上没有方向性。来自配料的水通过丝网排出，留下初始湿铺网。用一组干燥辊从初始湿铺网中除掉额外的水并将该网固结。经干燥的湿铺网离开干燥辊，并用传统手段缠绕在辊上。湿铺法工艺和设备对于本领域技术人员是已知的，例如参见Goettmann的美国专利5,851,355。
如图2所示，随后通过粘合预先形成的纺粘层和湿铺层而制成复合支持物14.有利地，将所述层粘合在一起，以在纺粘织物和湿铺法织物之间形成多个热粘合点.如图3所示，可以使用多个垂直排列的辊来粘合预先形成的纺粘层和湿铺层.可以看出，垂直排列的辊限定了多个辊隙，使预先形成的层以蛇形方式在多个辊隙中通过.图3的粘合设备的各个辊隙均可以独立地加热和供料.在替代实施方案中，可以使用一系列水平辊来形成多个粘合辊隙，每个辊隙同样可以独立地加热和供料.
如图3所示，纺粘网80和湿铺网82分别从辊84和辊86上松开。纺粘网84的辊和湿铺网86的辊的排列方式是，在松卷时，使纺粘层80和湿铺层82以反向的面-对-面的关系重叠。
随后将重叠的层88纵向传送穿过第一辊隙90。在第一辊隙90中，纺粘织物中的粘合剂长丝和湿铺网中的粘合剂纤维开始软化并熔合，从而使所述层附着在一起。第一辊隙90是以本领域技术人员已知的传统方式构造。在图3所示的实施方案中，第一辊隙90由一对协同操作的压延辊94和96限定，所述压延辊94和96优选是光滑的并且有利的是由钢制成。协同操作的压延辊94和96优选具有固定的辊隙。固定辊隙能够确保无论使用多么过量的压力，重叠层88都将不会以薄于目标辊隙的厚度离开第一辊隙90。在图3所示的有利的实施方案中，使用最上面的辊97对第一辊隙90施加压力。
对于不同的聚合物，粘合条件(包括第一辊隙90的温度和压力)在本领域中是已知的。对于包含聚对苯二甲酸乙二酯无纺纺粘织物和湿铺法织物(它们都还包含聚间苯二甲酸乙二酯粘合剂长丝和/或纤维)的复合支持物，优选将第一辊隙90加热到约120℃～230℃的温度，优选约200℃～225℃。第一辊隙90通常在约为40～350磅/线性英寸(pli)的压力范围内运行，例如约为80pli～200pli。
在替代实施方案中，如虚线所示，两个重叠层88可以部分地环绕在附加辊上，例如在顶辊97上经过然后穿过辊97和94所限定的辊隙，将该辊隙加热到约200℃，然后穿过辊94和96间的辊隙90。在重叠网88进入辊隙90之前，先在压延辊94和96之前的附加加热辊97上经过而对重叠网88进行预热。这种预热可以提高粘合速度。
现在回到图3，重叠层离开第一辊隙90，随后进入第二辊隙98。第二辊隙98由顶辊96和底辊104形成。辊96和104优选为钢辊。
第二辊隙98中的压力通常高于第一辊隙90中的压力，从而进一步挤压离开第一辊隙90的重叠层。因此，由第二辊隙98形成的间隙比由第一辊隙90提供间隙更窄。第二辊隙98中的压力通常约为120pli～1100pli，例如约180pli～320pli。第二辊隙98可以被进一步加热，例如加热至约为120℃～230℃的温度，优选约为200℃～225℃。离开辊隙98后所获得的粘合复合支持物14可以经冷却辊106输送，并用传统手段缠绕在辊112上。
虽然图3图解说明了一系列压延辊形式的粘合设备，但是例如超声、微波或其他RF(射频)处理区等能够粘合重叠层的其它粘合设备可以用于代替图3中的压延辊。这些传统的热处理站对于本领域技术人员而言是已知的，它们能够进行两个无纺网的充分的热熔融。还可以通过使用本领域中已知的适当的粘结剂来实现粘合，可以单独使用也可以与热熔融结合使用。
现在回到图2，接下来通过将复合物或半透膜流延或以其他方式施加或涂布到复合支持物上形成过滤介质.将复合物和半透膜施加到多孔支持物上的方法对于本领域技术人员而言是已知的，并且披露于例如Cadotte的美国专利4,277,344中、Tuccelli等的美国专利5,522,991中和Rice等的美国专利6,132,804中.一般说来，复合物或半透膜可以通过浸涂、挤压涂布、辊衬刀涂和缝式涂布等手段施加到复合支持物上.如本领域中所知，根据特定的膜的组成和过滤用途，复合物或半透膜的厚度可以在很大范围内变化.施加涂层后，对复合物或半透膜进行固化(solification)处理，从而将复合物或半透膜粘合到复合支持物上.各种固化工艺对本领域技术人员是已知的，并且可以与本发明一起使用.示例性的固化工艺包括热风干燥、界面聚合和交联等.所得过滤介质完成固化处理后，用传统手段缠绕在辊上.
在本发明的涉及复合膜或多个半透膜层的实施方案中，如Rice等的美国专利6,132,804中所述，使用连续涂布工艺(例如连续缝式涂布)可以将各种层施加到复合支持物上。在该实施方案中，如本领域内所知，还需要保存步骤，以确保保持内部膜层提供的多孔结构。
所采用的特定膜支持物通常由使用该膜的分离/过滤工艺的类型和/或半透膜或复合膜的流延工艺的要求来确定。无论基质构造如何，多孔性是适当发挥膜支持物作用的重要特性。基质厚度是需要考虑的另一个重要因素，因为厚度会影响过滤组件中所能容纳的总膜面积。通常，较薄的膜支持物允许在过滤组件中使用更大的膜面积，相当于更高的组件输出。使用重量更轻的膜支持物还能为用户显著地节约成本。除了合适的多孔性和较小的厚度，本发明的复合支持物还有利地提供了均匀的厚度、具有针对复合膜或半透膜的良好的附着性、具有最少量的能够导致针孔的表面缺陷，并具有足以承受膜流延工艺的强度。
本发明的复合支持物可以有利地用于形成过滤介质，特别是在反渗透、超滤和纳滤应用中所采用的半透膜过滤介质。然而，本发明的无纺层压物还适用于很多非过滤应用。例如，本发明的无纺层压物可以用于需要坚固、光滑材料的任何应用中。本发明的无纺层压物的特别有利的非过滤应用包括横幅和标志材料。
提供以下实施例以进一步说明本发明的具体实施方案。但是，应该了解，本发明并不局限于实施例中所提供的具体细节。
实施例
使用以下表1和表2中所提供的层的组成来生产根据本发明的实施例1至5。以下样品由还包含聚酯粘合剂纤维的聚酯纺粘织物和湿铺法织物制成。
用本领域内已知的工艺制备各个湿铺法织物层和纺粘织物层。使用结合图3所描述的工艺将湿铺法织物层和纺粘织物层粘合成复合支持物。热粘合辊之间的压力约为80pli～200pli，而热粘合辊隙的温度约为225℃。表面压实辊之间的压力约为180psi～320psi，而表面压实辊隙之间的温度约为223℃。
1可从日本大阪的Kuraray Co.，Ltd.商购获得。
2可从美国北卡罗来纳州夏洛特的Kosa商购获得。
Figure G2004800195381D00152
3可从田纳西州Old Hickory的Reemay，Inc.商购获得。
表3提供了实施例1至实施例5以及比较例1和比较例2所显示的层的构成和特性。基重、厚度、透气率、泡点和平均流动孔径尺寸均使用本领域内熟知的方法来确定。
1A和B是可商购获得的基质。
如表3中所示，根据本发明形成的膜支持物通常比由湿铺法无纺布单独形成的膜支持物更薄、更轻。本发明的膜支持物还提供了可接受的孔隙率，如表3中的透气率、泡点和平均流动孔隙尺寸所示。
受益于上述说明书和附图的教导，本发明所属领域的技术人员会想到此处所列出的本发明的许多改进及其他实施方案。因此，应该了解本发明不局限于所披露的具体实施方案，对本发明的改进及其他实施方案也应包含在本发明所附的权利要求的范围内。尽管本申请中使用了特定的术语，但它们仅以通用的意义和说明性的意义使用，而且并不是为了进行限定。

Claims (28)

1.一种用于半透膜的复合支持物，所述支持物包含：
由连续的热塑性聚合物长丝形成的纺粘无纺布第一层，所述第一层限定了所述支持物的第一外表面；和
由离散长度的热塑性聚合物纤维形成的湿铺法无纺布第二层，所述第二层限定了所述支持物的第二外表面；和
粘合所述第一层和第二层的热塑性聚合物粘合剂。
2.如权利要求1所述的复合支持物，其中所述热塑性聚合物粘合剂为纤维状。
3.如权利要求1所述的复合支持物，其中所述第一层的连续的热塑性聚合物长丝和所述第二层的离散长度的热塑性聚合物纤维由相同的热塑性聚合物形成，并且所述热塑性聚合物粘合剂附着在所述第一层的长丝上和所述第二层的纤维上。
4.如权利要求1所述的复合支持物，其中所述连续的热塑性聚合物长丝由聚酯、聚酰胺或它们的共聚物形成。
5.如权利要求1所述的复合支持物，其中所述离散长度的热塑性聚合物纤维由聚酯或聚酰胺形成。
6.如权利要求1所述的复合支持物，其中所述第一层的连续的热塑性聚合物长丝和所述第二层的离散长度的热塑性聚合物纤维由聚酯形成。
7.如权利要求6所述的复合支持物，其中所述热塑性聚合物粘合剂包含聚酯共聚物，该聚酯共聚物的熔化温度低于所述长丝和纤维的聚酯聚合物的熔化温度。
8.如权利要求1所述的复合支持物，其中所述湿铺法无纺布的纤维的长度为2.5mm～40mm，并且每单丝旦数为0.2～3.0。
9.如权利要求1所述的复合支持物，其中所述第一层的长丝的每单丝旦数为1～10。
10.如权利要求1所述的复合支持物，其中所述纺粘无纺布的基重为10克/平方米～35克/平方米，所述湿铺法无纺布的基重为30克/平方米～70克/平方米。
11.如权利要求1所述的复合支持物，其中所述复合支持物的总基重最高为80克/平方米。
12.一种过滤设备，所述过滤设备包含附着在如权利要求1、6或7任一项所述的复合支持物的第二外表面上的半透膜或复合膜。
13.如权利要求12所述的过滤设备，其中所述半透膜包含选自乙酸纤维素、三乙酸纤维素、乙酸纤维素-三乙酸纤维素混合物、明胶、聚胺、聚醚酰亚胺、芳香族聚酰胺、聚苯并咪唑、聚苯并咪唑酮、聚丙烯腈、聚丙烯腈-聚氯乙烯共聚物、聚醚砜、聚二甲基苯基醚、聚偏二氟乙烯、聚电解质络合物、聚烯烃、聚甲基丙烯酸甲酯及它们的共聚物中的至少一种聚合物。
14.如权利要求12所述的过滤设备，其中所述半透膜包含选自聚酰亚胺和聚砜中的至少一种聚合物。
15.如权利要求12所述的过滤设备，其中所述复合膜包括半透膜和多孔聚合物层，所述多孔聚合物层附着在所述第二外表面上，所述半透膜附着在所述多孔聚合物层上。
16.如权利要求15所述的过滤设备，其中所述多孔聚合物层含有聚砜。
17.一种用于半透膜的复合支持物，所述支持物包含：
由连续的聚酯聚合物长丝形成的纺粘无纺布第一层，所述第一层限定了所述支持物的第一外表面；
由离散长度的聚酯聚合物纤维形成的湿铺法无纺布第二层，所述第二层限定了所述支持物的第二外表面；和
存在于所述第一层和第二层中的聚酯聚合物粘合剂，所述粘合剂用于粘合所述第一层和第二层，以形成一体化的复合物。
18.如权利要求17所述的复合支持物，其中所述第一层中的所述粘合剂包含粘合剂长丝，所述第二层中的所述粘合剂包含粘合剂纤维，所述聚酯聚合物粘合剂包含聚酯成分，该聚酯成分的熔化温度低于所述纤维和长丝的聚酯聚合物的熔化温度。
19.一种用于半透膜的复合支持物，所述支持物包含：
由聚酯均聚物的基体长丝和较低熔点的聚酯共聚物的粘合剂长丝形成的纺粘无纺布第一层，所述第一层限定了所述支持物的第一外表面；由聚酯均聚物的基体纤维和较低熔点的聚酯共聚物的粘合剂纤维形成的湿铺法无纺布第二层，所述第二层限定了所述支持物的第二外表面，其中所述第一层和第二层在加热和加压下彼此粘合，从而使粘合剂长丝和粘合剂纤维软化并熔合以将所述第一层和第二层附着在一起，从而形成一体化的复合物。
20.如权利要求17至19中任一项所述的复合支持物，其中所述支持物的第二外表面是光滑的压延表面。
21.一种用于半透膜的复合支持物的生产方法，该方法包含：
形成连续的热塑性聚合物长丝的纺粘无纺布第一层，其中所述纺粘无纺布第一层包括至少一个纺粘无纺布层；
形成离散长度的热塑性聚合物纤维的湿铺法无纺布第二层，其中所述湿铺法无纺布第二层包括至少一个湿铺法无纺布层；和
用热塑性聚合物粘合剂粘合所述纺粘无纺布层和所述湿铺法无纺布层以形成复合支持物，由此所述至少一个纺粘无纺布层限定了所述复合支持物的第一外表面和所述至少一个湿铺法无纺布层限定了所述复合支持物的第二外表面。
22.如权利要求21所述的复合支持物的生产方法，其中所述粘合还包含输送所述复合支持物使其穿过一对协同操作的压延辊间的第一辊隙。
23.如权利要求22所述的复合支持物的生产方法，其中所述压延辊的温度为120℃～230℃，所述第一辊隙施加的压力为80磅/线性英寸～200磅/线性英寸。
24.如权利要求22所述的复合支持物的生产方法，其中所述粘合还包含输送所述复合支持物使其穿过第二对协同操作的压延辊间的第二辊隙。
25.如权利要求24所述的复合支持物的生产方法，其中所述第二辊隙的温度为180℃～320℃，所述第二辊隙施加的压力为150磅/线性英寸～260磅/线性英寸。
26.如权利要求24所述的复合支持物的生产方法，其中所述第二辊隙施加的压力高于所述第一辊隙施加的压力。
27.如权利要求24所述的复合支持物的生产方法，其中所述第二辊隙中的间隙比所述第一辊隙中的间隙更窄。
28.如权利要求21所述的用于半透膜的复合支持物的生产方法，其中
形成所述至少一个纺粘无纺布层的步骤包括挤出大量的连续的热塑性聚合物长丝，将所述长丝随机沉积在收集表面上，和将所述长丝粘合在一起以形成纺粘无纺网；
形成所述至少一个湿铺法无纺布层的步骤包括对离散长度的热塑性聚合物纤维进行湿铺以形成网，和将所述纤维粘合在一起以形成湿铺法无纺网；
布置所述至少一个纺粘无纺布层和至少一个湿铺法无纺布层，并引导所述至少一个纺粘无纺布层和所述至少一个湿铺法无纺布层穿过一系列加热辊隙以将所述至少一个纺粘无纺布层和所述至少一个湿铺法无纺布层彼此粘合。
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