CZ308593B6 - Způsob výroby filtrační membrány - Google Patents

Způsob výroby filtrační membrány Download PDF

Info

Publication number
CZ308593B6
CZ308593B6 CZ2020-70A CZ202070A CZ308593B6 CZ 308593 B6 CZ308593 B6 CZ 308593B6 CZ 202070 A CZ202070 A CZ 202070A CZ 308593 B6 CZ308593 B6 CZ 308593B6
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
layer
nanotextile
nonwoven
polymeric
electrospinning
Prior art date
Application number
CZ2020-70A
Other languages
English (en)
Other versions
CZ202070A3 (cs
Inventor
Dušan Kimmer
Ivo Vincent
Lenka Lovecká
Miroslava Kovářová
Jaroslav Císař
Original Assignee
Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně filed Critical Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně
Priority to CZ2020-70A priority Critical patent/CZ308593B6/cs
Publication of CZ202070A3 publication Critical patent/CZ202070A3/cs
Publication of CZ308593B6 publication Critical patent/CZ308593B6/cs
Priority to PCT/CZ2021/050017 priority patent/WO2021160194A1/en

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/10—Supported membranes; Membrane supports
    • B01D69/107—Organic support material
    • B01D69/1071—Woven, non-woven or net mesh
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D39/00—Filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D39/14—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material
    • B01D39/16—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of organic material, e.g. synthetic fibres
    • B01D39/1607—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of organic material, e.g. synthetic fibres the material being fibrous
    • B01D39/1623—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of organic material, e.g. synthetic fibres the material being fibrous of synthetic origin
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D67/00—Processes specially adapted for manufacturing semi-permeable membranes for separation processes or apparatus
    • B01D67/0002—Organic membrane manufacture
    • B01D67/0004—Organic membrane manufacture by agglomeration of particles
    • B01D67/00042—Organic membrane manufacture by agglomeration of particles by deposition of fibres, nanofibres or nanofibrils
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/02—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor characterised by their properties
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/06—Flat membranes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/12—Composite membranes; Ultra-thin membranes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00—Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/12—Layered products comprising a layer of synthetic resin next to a fibrous or filamentary layer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B37/00—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding
    • B32B37/10—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding characterised by the pressing technique, e.g. using action of vacuum or fluid pressure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/02—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by structural features of a fibrous or filamentary layer
    • B32B5/022—Non-woven fabric
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/22—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed
    • B32B5/24—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed one layer being a fibrous or filamentary layer
    • B32B5/26—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed one layer being a fibrous or filamentary layer another layer next to it also being fibrous or filamentary
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H1/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres
    • D04H1/70—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of fibres
    • D04H1/72—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of fibres the fibres being randomly arranged
    • D04H1/728—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of fibres the fibres being randomly arranged by electro-spinning
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2239/00—Aspects relating to filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D2239/02—Types of fibres, filaments or particles, self-supporting or supported materials
    • B01D2239/025—Types of fibres, filaments or particles, self-supporting or supported materials comprising nanofibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2239/00—Aspects relating to filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D2239/06—Filter cloth, e.g. knitted, woven non-woven; self-supported material
    • B01D2239/065—More than one layer present in the filtering material
    • B01D2239/0668—The layers being joined by heat or melt-bonding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2239/00—Aspects relating to filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D2239/12—Special parameters characterising the filtering material
    • B01D2239/1291—Other parameters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2323/00—Details relating to membrane preparation
    • B01D2323/39—Electrospinning
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2325/00—Details relating to properties of membranes
    • B01D2325/02—Details relating to pores or porosity of the membranes
    • B01D2325/0281—Fibril, or microfibril structures
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/14—Ultrafiltration; Microfiltration
    • B01D61/147—Microfiltration
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2250/00—Layers arrangement
    • B32B2250/02—2 layers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2262/00—Composition or structural features of fibres which form a fibrous or filamentary layer or are present as additives
    • B32B2262/02—Synthetic macromolecular fibres
    • B32B2262/0223—Vinyl resin fibres
    • B32B2262/023—Aromatic vinyl resin, e.g. styrenic (co)polymers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2262/00—Composition or structural features of fibres which form a fibrous or filamentary layer or are present as additives
    • B32B2262/02—Synthetic macromolecular fibres
    • B32B2262/0223—Vinyl resin fibres
    • B32B2262/0238—Vinyl halide, e.g. PVC, PVDC, PVF, PVDF
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2262/00—Composition or structural features of fibres which form a fibrous or filamentary layer or are present as additives
    • B32B2262/02—Synthetic macromolecular fibres
    • B32B2262/0246—Acrylic resin fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2262/00—Composition or structural features of fibres which form a fibrous or filamentary layer or are present as additives
    • B32B2262/02—Synthetic macromolecular fibres
    • B32B2262/0253—Polyolefin fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2262/00—Composition or structural features of fibres which form a fibrous or filamentary layer or are present as additives
    • B32B2262/02—Synthetic macromolecular fibres
    • B32B2262/0276—Polyester fibres
    • B32B2262/0284—Polyethylene terephthalate [PET] or polybutylene terephthalate [PBT]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2262/00—Composition or structural features of fibres which form a fibrous or filamentary layer or are present as additives
    • B32B2262/02—Synthetic macromolecular fibres
    • B32B2262/0292—Polyurethane fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2262/00—Composition or structural features of fibres which form a fibrous or filamentary layer or are present as additives
    • B32B2262/04—Cellulosic plastic fibres, e.g. rayon
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2262/00—Composition or structural features of fibres which form a fibrous or filamentary layer or are present as additives
    • B32B2262/06—Vegetal fibres
    • B32B2262/062—Cellulose fibres, e.g. cotton
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2262/00—Composition or structural features of fibres which form a fibrous or filamentary layer or are present as additives
    • B32B2262/06—Vegetal fibres
    • B32B2262/062—Cellulose fibres, e.g. cotton
    • B32B2262/065—Lignocellulosic fibres, e.g. jute, sisal, hemp, flax, bamboo
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/70—Other properties
    • B32B2307/732—Dimensional properties

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Filtering Materials (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

Způsob výroby filtrační membrány, která ve své vícevrstvé struktuře obsahuje alespoň jednu podkladovou vrstvu polymerní textilie s plošnou hmotností 15 až 200 g/m2 a s ní spojenou alespoň jednu vrstvu elektrospinningové netkané nanotextilie s plošnou hmotností 0,05 až 8 g/m2, s distribucí průměrů nanovláken v intervalu 40 až 400 nm. Tento způsob výroby spočívá ve slisování podkladové vrstvy s vrstvou netkané nanotextilie při teplotě 50 až 200 °C s tím, že jako podkladová vrstva se použije polymerní textilie s širokou distribucí molárních hmotností, jejíž nízkomolekulární podíly mají teplotu tání v intervalu lisovací teploty a v roztaveném stavu při slisování způsobí propojení s netkanou nanotextilií, jejíž polymerní materiál má teplotu tání nad horní hranicí intervalu lisovací teploty.

Description

Způsob výroby filtrační membrány
Oblast techniky
Vynález se týká způsobu výroby filtrační membrány, která je určena pro filtry k mikrofiltraci kapalin a filtraci vzduchu s účinností především v oblasti záchytu ultrajemných části.
Dosavadní stav techniky
Aplikací nanovláknitých struktur - nano netkaných textilií pro filtraci kapalin a vzduchu lze docílit velmi vysokých průtoků na filtračních membránách především v počátku filtračního procesu. Nanostruktury vytvářejí útvary se střední velikostí pórů kolem 300 nm a lze je tedy používat i pro mikrofiltraci kapalin, především pak vodní proces, který s vysokou účinností odstraní veškeré bakterie. Nevýhodou použití nanostruktur pro filtrace kapalin jsou jejich špatné mechanické vlastnosti. Membrány z nich připravené proto vyžadují dodatečné ztužení spojením (laminací) s vhodnými podkladovými vrstvami.
Způsoby spojování vrstev z velmi jemných vláken do laminovaných struktur filtračních materiálů jsou předmětem např. mezinárodní patentové přihlášky PCT WO 2011/052865, mezinárodní patentové přihlášky PCT/WO 2012/135679, či patentové přihlášky US 2013118973.
Z hlediska funkčnosti filtrační struktury se jeví jako pozitivní, je-li spojení jednotlivých vrstev spojovací mezivrstvou plošně limitované. V tomto smyslu je např. v mezinárodní patentové přihlášce PCTWO 2008/150548 Al a patentových přihláškách US 2004116019 aUS 2004128732 uváděn způsob spojování vrstvy z velmi jemných vláken a podkladové vrstvy, při němž se spojovací adhezivní mezivrstva nanáší v plošně omezených útvarech gravírovacím válcem.
Předmětem mezinárodní patentové přihlášky PCT/WO 2013/066022 Al je zase způsob spojování, při němž se na podkladový materiál z jedné nebo obou stran nanese elektrospinningem vrstva velmi j emných vláken s nižší teplotou tání (5 0 až 170 °C) a na ni pak vrstva velmi j emných vláken s vyšší teplotou tání (80 až 250 °C). Při následné tepelné laminaci dojde k částečnému natavení vrstvy s nižší teplotou tání a ke spojení vrstev. Obdobně spojování filtračních struktur řeší patent německých autorů EP 1985349 Bl.
Ze stavu techniky představovaného např. také dokumentem CZ 25797 Ul (NAFIGATE Corporation, a.s.) je znám kompozit obsahující alespoň jednu vrstvu nanovláken. Z příkladů uskutečnění technického řešení je zde zřejmé, že filtrační vrstva polymemích nanovláken se může nanášet přímo na povrch nosné vrstvy, která slouží jako podkladový materiál pro ukládání polymemích nanovláken, přičemž pro dostatečně odolné spojení nosné vrstvy a filtrační vrstvy se použije kalandrování a/nebo vhodné pojivo. Toto pojivo se může nanášet ve formě prášku a/nebo pasty a/nebo gelů a/nebo kapalin, v podobě pravidelné či nepravidelné mřížky a/nebo samostatných útvarů, jako např. vláken a/nebo částic a/nebo pruhů a/nebo jiných útvarů.
Ze stavu techniky jsou též známy kompozitní struktury, které obsahují nanovlákna, a které jsou vhodné pro odstraňování mikroorganismů, viz mezinárodní patentová přihláška PCT/WO 2013/013241 Al (EMD MILLIPORE CORPORATION).
Nicméně při aplikaci výše uvedených postupů, obdobně jako při spojování textilií ultrazvukem, plamenem, horkým plynem nebo vzduchem, dochází k pronikání tavitelné složky dojemných pórů filtračních materiálů a výraznému snižování účinné plochy pro filtraci, tedy růstu tlakového odporu a snižování rychlosti průtoku.
-1 CZ 308593 B6
Podstata vynálezu
K odstranění výše uvedených nedostatků přispívá způsob výroby filtrační membrány podle vynálezu, která ve své vícevrstvé struktuře obsahuje alespoň jednu podkladovou vrstvu polymemí textilie s plošnou hmotností 15 až 200 g/m2 a sní spojenou alespoň jednu vrstvu elektrospinningové netkané nanotextilie s plošnou hmotností 0,05 až 8 g/m2, s distribucí průměrů nanovláken v intervalu 40 až 400 nm a střední velikostí pórů 200 až 1800 nm.
Podstata vynálezu spočívá ve slisování uvedené podkladové vrstvy polymemí textilie s uvedenou vrstvou elektrospinningové netkané nanotextilie při teplotě 50 až 200 °C, s výhodou pak při teplotě 130 až 150 °C a tlaku 0,05 až 1 MPa. Jako podkladová vrstva se použije polymemí textilie s širokou distribucí molámích hmotností, jejíž nízkomolekulámí podíly mají teplotu tání v intervalu lisovací teploty a v roztaveném stavu při slisování způsobí propojení s elektrospinningovou netkanou nanotextilií, jejíž polymemí materiál má teplotu tání nad horní hranicí intervalu lisovací teploty.
Jako podkladová vrstva polymemí textilie se širokou distribucí molámích hmotností se s výhodou použije polymemí textilie z částečně degradovaného polyethylentereftalátu, obsahující podíly polymemích makromolekul, které mají teplotu tání 145 až 170 °C a při slisování podkladové vrstvy polymemí textilie s vrstvou elektrospinningové netkané nanotextilie při teplotě 50 až 200 °C a tlaku 0,05 až 1 MPa způsobí vedle propojení obou vrstev dále též ztužení podkladové vrstvy.
Jako vrstva netkané nanotextilie se použije s výhodou vrstva submikronových vláken na bázi polymeru ze skupiny zahrnující polyvinylidenfluorid, polyurethan, kyselinu polymléčnou, polyamid, polyakrylonitril, acetát celulózy, polystyren, polysulfon, polyethersulfon.
Připravená stmktura podkladové textilie tvořené z polymeru se širokou distribucí molámích hmotností spojené s nanotextilií se může následně ještě opatřit krycí vrstvou, tvořenou polypropylenovými, polyethylenovými, polyamidovými nebo polyesterovými meltblown, spunbond nebo spunlace netkanými textiliemi nebo sítěmi nebo tkanými textiliemi ze syntetických vláken, zejména ne bázi polypropylénu, polyethylentereftalátu a polyamidu nebo přírodních vláken jako je len, konopí, bavlna, případně jejich směsí.
Membrány ztužené tkanými anebo netkanými polymemími textiliemi připravené způsobem podle vynálezu vykazují již dostatečné mechanické vlastnosti nutné pro kapalinové mikrofiltrační membrány a lze je použít i pro skládání do filtrů pro vzduch. Nejdůležitějšími proměnnými při přípravě membrán je lisovací tlak a teplota.
Objasnění výkresů
K bližšímu objasnění podstaty vynálezu slouží přiložené výkresy, kde představuje:
obr. 1 DSC křivky polyethylentereftalátových polymerů se širokou a úzkou distribucí molámích hmotností;
obr. 2 Snímek ztužení podkladové netkané textilie roztavením nízkomolekulámích podílů;
obr. 3 Snímek tvorba biofilmu (vpravo) na výchozí nanostrukturované polyvinylidenfluoridové mikrofiltrační membráně;
obr. 4 Nanostrukturovaný povrch filtračního materiálu vytvořený při 130 °C;
- 2 CZ 308593 B6 obr. 5 Srovnání průtoku destilované vody přes omývanou a neomývanou mikrofiltrační membránu;
obr. 6 Zborcená nanostruktura filtračního materiálu vzniklá při 160 °C;
obr. 7 Graf snižování velikosti pórů a prodyšnosti s teplotou lisování;
obr. 8 DSC křivky polypropylénového polymeru se širokou distribucí molámích hmotností; a obr. 9 Vyobrazení plisování a fixace skladů filtračních materiálů.
Příklady uskutečnění vynálezu
Příklad 1
Membrána pro mikrofiltraci vody byla připravena slisováním podkladové vrstvy netkané textilie s plošnou hmotností 70 g/m2 vyrobené z částečně degradovaného polyethylentereftalátu se širokou distribucí molámích hmotností (viz obr. 1), připraveného z recyklovaného polymem a vrstvy elektrospinningové netkané nanotextilie s plošnou hmotností 2,4 g/m2 z polyvinylidenfluoridových nanovláken se střední hodnotou průměrů nanovláken kolem 160 nm. Lisování probíhalo při tlaku 0,4 MPa a teplotě 150 °C. Při této lisovací teplotě došlo k optimálnímu roztavení nízkomolekulámích podílů v polyethylentereftalátové podkladové vrstvě a tím i k žádoucímu ztužení filtračního materiálu, přičemž filtrační nanostmktura zůstala neporušená (viz stmktura na obr. 2).
Příklad 2 (srovnávací)
Membrána pro mikrofiltraci vody byla připravena slisováním 2,4 g/m2 polyvinylidenfluoridových nanovláken se střední hodnotou průměrů nanovláken kolem 160 nm a netkané textilie s plošnou hmotností 70 g/m2 vyrobené z částečně degradovaného polyethylentereftalátu se širokou distribucí molámích hmotností jako v příkladu 1. Lisování ale probíhalo při tlaku 0,4 MPa a teplotě 130 °C. Průtok destilované vody při tlaku 0,1 MPa přes membránu klesl během jedné hodiny ze 140 000 l/m2h na 30 000 l/m2h. Příčinou tohoto poklesuje tvorba biofilmu znázorněná na obr. 3.
Filtrační membrána připravená lisováním tlakem 0,4 MPa při 130 °C měla hladký povrch a strukturu znázorněnou na obr. 4, může být čištěna opakovaným omýváním (s efektem znázorněným v grafů na obr. 5) a zpětným proplachem.
Materiál připravený slisováním stejných materiálů a za stejného tlaku jako v příkladu 1, ale při teplotě 160 °C, měl již zborcenou stmktum (obr. 6).
Vliv teploty lisování na velikost pórů a prodyšnost vzduchu (měřeno dle ASTMF316-03 z roku 2011) je znázorněný na obr. 7. Materiály s výše popsanou konstmkcí mohou být lisovány až do teplot 150 °C.
Příklad 3
Složení dvouvrstvého filtračního materiálu stejné jako v příkladech 1 a 2, ale jako podkladová textilie byla použita tkanina s plošnou hmotností 100 g/m2, utkaná z polyethylentereftalátových nití tvořených ze dvou vláken spletených ze tří přízí o jemnosti 20 tex. Použitý polyethylentereftalát byl tvořen z makromolekul se širokou distribucí molámích hmotností jako v příkladu 1. Ztužení membrány při teplotě lisování 130 °C bylo menší než v příkladu 1, ale ostatní mikrofiltrační schopnosti membrány zůstaly zachovány.
-3CZ 308593 B6
Příklad 4
Použitá nanovláknitá vrstva byla stejná jako v příkladech 1, 2 a 3, ale jako podkladový substrát byla použita netkaná textilie připravená ze směsi polypropylenové a polyethylentereftalátové střiže, připravené v hmotnostním poměru vláken 65 : 35, s celkovou plošnou hmotností 30 g/m2. Použitá polyethylentereftalátová vlákna byla vyrobena z polymeru se širokou distribucí molámích hmotností. Ztužení filtračního materiálu bylo menší než v příkladu 1, ale lisováním při teplotě 140 °C a tlaku 0,4 MPa byl připraven materiál s dobrou kompatibilitou k nanostruktuře a skládatelný na komerčních zařízeních.
Příklad 5
Použitá podkladová netkaná textilie byla stejná jako v příkladu 1, ale nanovláknitá vrstva byla alternativně zhotovena z nanovláken na bázi polymeru ze skupiny zahrnující polyurethany, kyselinu polymléčnou, polyamid 6, polyakrylonitril, acetát celulózy, polystyren, polysulfon a polyethersulfon.
Příklad 6
Filtrační membrána byla připravena vrstvením polyvinylidenfluoridových nanovláken s plošnou hmotností 2,3 g/m2 na polypropylenovou spunbond textilii s plošnou hmotností 50 g/m2 a distribucí molámích hmotností odpovídající DSC záznamu na obr. 8. Dvouvrstvý materiál byl slisován a následně vyhlazen při teplotě 80 °C a tlaku 0,1 MPa.
Příklad 7
Další příklad filtračního materiálu má vícevrstvou strukturu, která je vytvořena jako sendvičová se skladbou vrstev netkaná textilie z polyethylentereftalátových vláken se širokou distribucí molámích hmotností jako v příkladu 1 a plošnou hmotností 50 g/m2 - netkaná nanotextilie z polyvinylidenfluoridových nanovláken - netkaná textilie z polyethylentereftalátových vláken se širokou distribucí molámích hmotností jako v příkladu 1 a plošnou hmotností 50 g/m2. Takto výrazně ztužený materiál lze použít pro mikrofiltrace kapalin při zvýšeném tlaku.
Příklad 8
Osmý příklad technického zhodnocení popisuje filtrační materiál pro filtraci vzduchu s vícevrstvou strukturou, která je vytvořena jako sendvičová se skladbou vrstev netkaná textilie z polyethylentereftalátových vláken se širokou distribucí molámích hmotností jako v příkladu 1 a plošnou hmotností 50 g/m2 - netkaná nanotextilie z polyvinylidenfluoridových nanovláken viskózová netkaná textilie s plošnou hmotností 30 g/m2. Tento materiál lze použít pro skládání (obr. 9) do vzduchových filtrů se zvýšenou účinností záchytu ultrajemných částic. Dle obsahu nanovláken od 0,1 do 4 g/m2 lze takto připravit materiály pro filtraci vzduchu ve filtračních třídách od F9 doU16.
Výchozí filtrační materiál popsaný v tomto příkladu s 2,5 g/m2 z polyvinylidenfluoridových nanovláken má v planámím stavu filtrační účinnost dle EN143 vyšší než 99,999 % a tlakovou ztrátu při rychlosti proudění 30 1/min nižší než 300 Pa. Obdobný filtrační materiál na bázi borosilikátových mikrovláken, hromadně využívaný pro průmyslovou výrobu vzduchových filtrů, vykazuje stejnou filtrační účinnost, ale dosahuje tlakovou ztrátu více než 400 Pa čili vyšší o více než 30 %.
Po aplikaci polymemího filtračního materiálu dle tohoto příkladu s nanovlákny do skládaného filtru - plisování do skladů výšky 12 mm, fixací skladů (obr. 9), vyřezání do potřebného tvaru a zalití do pouzdra, zůstává filtrační účinnost hotového filtru vyšší než 99,99 %, avšak tlaková ztráta klesne na 60 Pa.
-4CZ 308593 B6
Příklad 9
Stejné složení sendvičového materiálu jako v příkladu 8, ale místo viskózové netkané textilie byly použity polypropylenové spunbond a meltblown textilie s plošnými hmotnostmi od 15 do 70 g/m2. Ve srovnání s křehkými borosilikátovými materiály mají polymemí filtry lepší odolnost proti poškození při skládání díky své elasticitě.
Příklad 10
Stejná skladba filtračního materiálu jako v příkladech 1 až 3, ale polyethylentereftalátová netkaná textilie nebo tkanina použitá jako podkladový materiál byla připravena ze směsi dvou polyethylentereftalátových polymerů s rozdílnými polymeračními stupni. Polyethylentereftalát připravený s nižším polymeračním stupněm, a tedy s nižší molámí hmotností, ve vláknech působí jako polymer tající při nižší teplotě zajišťující teplotní modifikaci podkladové textilie, která je předmětem tohoto patentu.
Příklad 11
Okenní síť pro záchyt vysokého podílu ultrajemných částic a bakterií ze vzduchu byla připravena v sendvičovém uspořádání ze dvou polyesterových sítí s prostřední vrstvou z polyvinylidenfluoridových nanovláken o plošné hmotnosti 0,06 g/m2, odpovídající tlakové ztrátě 8 Pa při průtoku vzduchu 30 l/m2h. Spodní polyethylentereftalátová síť byla charakterizována plošnou hmotností 24 g/m2, otevřenou plochu 69 %, tloušťkou 110 pm, velikostí čtvercových ok 240 pm a průměrem nitě v osnově i útku 55 pm. Horní polyethylentereftalátová síť měla velikost čtvercových ok 1000 pm a průměr nitě v osnově i útku 200 pm. Obě sítě byly vyrobeny z polyethylentereftalátu se širokou distribucí molámích hmotností. Trojvrstvá okenní síť byla připravena lisováním mezi dvěma vyhřívanými válci při teplotě 140 °C a tlaku 0,4 KPa. Účinnost záchytu 70 nm v oblasti maximálně penetrující velikosti částic měřená dle EN 1822 byla 10 % při čelní rychlosti vzduchu 5,7 cm/s odpovídající průtoku vzduchu 30 l/m2h.

Claims (5)

  1. PATENTOVÉ NÁROKY
    1. Způsob výroby filtrační membrány, určené pro mikrofiltraci kapalin a filtraci vzduchu s účinností především v oblasti záchytu ultrajemných částic, která ve své vícevrstvé struktuře obsahuje alespoň jednu podkladovou vrstvu polymemí textilie s plošnou hmotností 15 až 200 g/m2 a s ní spojenou alespoň jednu vrstvu elektrospinningové netkané nanotextilie s plošnou hmotností 0,05 až 8 g/m2, s distribucí průměrů nanovláken v intervalu 40 až 400 nm a střední velikostí pórů 200 až 1800 nm, vyznačující setím, že spočívá ve slisování uvedené podkladové vrstvy polymemí textilie s uvedenou vrstvou netkané nanotextilie, připravené elektrospinningem, při teplotě 50 až 200 °C a tlaku 0,05 až 1 MPa s tím, že jako podkladová vrstva se použije polymemí textilie se širokou distribucí molámích hmotností, jejíž nízkomolekulámí podíly mají teplotu tání v intervalu lisovací teploty a v roztaveném stavu při slisování způsobí propojení s elektrospinningovou netkanou nanotextilií, jejíž polymemí materiál má teplotu tání nad horní hranicí intervalu lisovací teploty.
  2. 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že slisování podkladové vrstvy polymemí textilie s vrstvou netkané nanotextilie, připravené elektrospinningem, se provede při teplotě 130 až 150 °C a tlaku 0,05 až 1 MPa.
  3. 3. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že jako podkladová vrstva polymemí textilie se použije polymemí textilie z částečně degradovaného polyethylentereftalátu, obsahující podíly polymemích makromolekul, které mají teplotu tání 145 až 170 °C a při slisování podkladové vrstvy polymemí textilie s vrstvou elektrospinningové netkané nanotextilie při teplotě 50 až 200 °C a tlaku 0,05 až 1 MPa způsobí vedle propojení obou vrstev dále též ztužení podkladové vrstvy.
  4. 4. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že jako vrstva netkané nanotextilie se použije vrstva submikronových vláken na bázi polymem ze skupiny zahrnující polyvinylidenfluorid, polyurethan, kyselinu polymléčnou, polyamid, polyakrylonitril, acetát celulózy, polystyren, polysulfon, polyethersulfon.
  5. 5. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že připravená struktura podkladové textilie tvořené z polymem se širokou distribucí molámích hmotností spojené s nanotextilií se následně opatří ještě krycí vrstvou, tvořenou polypropylenovými nebo polyesterovými meltblown, spunbond nebo spunlace netkanými textiliemi nebo tkanými textiliemi ze syntetických vláken, zejména na bázi polypropylénu, polyethylentereftalátu a polyamidu nebo přírodních vláken jako jsou len, konopí, bavlna, případně jejich směsí.
CZ2020-70A 2020-02-13 2020-02-13 Způsob výroby filtrační membrány CZ308593B6 (cs)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2020-70A CZ308593B6 (cs) 2020-02-13 2020-02-13 Způsob výroby filtrační membrány
PCT/CZ2021/050017 WO2021160194A1 (en) 2020-02-13 2021-02-11 Method of manufacturing a filter membrane

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2020-70A CZ308593B6 (cs) 2020-02-13 2020-02-13 Způsob výroby filtrační membrány

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ202070A3 CZ202070A3 (cs) 2020-12-16
CZ308593B6 true CZ308593B6 (cs) 2020-12-16

Family

ID=73744353

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ2020-70A CZ308593B6 (cs) 2020-02-13 2020-02-13 Způsob výroby filtrační membrány

Country Status (2)

Country Link
CZ (1) CZ308593B6 (cs)
WO (1) WO2021160194A1 (cs)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110095753A (ko) * 2010-02-19 2011-08-25 주식회사 아모그린텍 자가융착형 나노섬유 및 그 제조방법, 그리고 이를 이용한 나노섬유 복합재 및 그 제조방법
CN109572082A (zh) * 2019-01-15 2019-04-05 山东蓝色时光新材料有限公司 一种可用于高效低阻防雾霾口罩的复合纤维膜及制备方法
CZ33137U1 (cs) * 2019-07-01 2019-08-20 Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně Filtrační materiál pro filtraci vzduchu
CZ33647U1 (cs) * 2019-10-03 2020-01-28 Nano Medical s.r.o. Nanovlákenný textilní laminát

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11207644B2 (en) * 2016-12-15 2021-12-28 Amogreentech Co., Ltd. Filter medium with improved backwashing durability, method for manufacturing same, and filter unit comprising same
CN110997119B (zh) * 2017-07-21 2022-11-29 阿莫绿色技术有限公司 过滤器滤材、其制造方法及包括其的过滤器单元

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110095753A (ko) * 2010-02-19 2011-08-25 주식회사 아모그린텍 자가융착형 나노섬유 및 그 제조방법, 그리고 이를 이용한 나노섬유 복합재 및 그 제조방법
CN109572082A (zh) * 2019-01-15 2019-04-05 山东蓝色时光新材料有限公司 一种可用于高效低阻防雾霾口罩的复合纤维膜及制备方法
CZ33137U1 (cs) * 2019-07-01 2019-08-20 Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně Filtrační materiál pro filtraci vzduchu
CZ33647U1 (cs) * 2019-10-03 2020-01-28 Nano Medical s.r.o. Nanovlákenný textilní laminát

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Jan Ulrich: Antimikrobiální filtrace vody v polních podmínkách, bakalářská práce, Technická univerzita v Liberci, 2017 *

Also Published As

Publication number Publication date
CZ202070A3 (cs) 2020-12-16
WO2021160194A1 (en) 2021-08-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5547488B2 (ja) 高表面積繊維を有する改良された複合ろ材
CN101674873B (zh) 袋式过滤器及介质
JP6050752B2 (ja) デプスフィルターとサブミクロンフィルターとの組合せを含むカートリッジフィルター並びにｒｏ前処理方法
DE102007023806A1 (de) Lagenverbund zur Verwendung in einem Luftfilter
CZ33137U1 (cs) Filtrační materiál pro filtraci vzduchu
CN102630182A (zh) 具有改善的容尘量和改善的抗高湿度环境性能的空气过滤介质
JP2013521105A (ja) 圧縮ナノ繊維複合ろ過材
WO1998013123A1 (fr) Filtre a haute precision
JP7248401B2 (ja) デプスフィルター
JP7368452B2 (ja) デプスフィルター
WO2018021426A1 (ja) 逆洗可能なデプスフィルター
CN110072604A (zh) 过滤器滤材、其制造方法及包括其的过滤器单元
JP6927710B2 (ja) フィルター
JP2014519971A5 (cs)
DE102004020555B4 (de) Staubfilterbeutel, enthaltend Schaumstofflage
JP4737039B2 (ja) 吸気用フィルター不織布
CN110087754A (zh) 过滤器滤材、其制造方法及包括其的过滤器单元
JP2009112887A (ja) 濾過材およびその製造方法、並びにカートリッジフィルター
TWI685370B (zh) 過濾器
CZ308593B6 (cs) Způsob výroby filtrační membrány
JP6726893B2 (ja) カートリッジフィルター
CN114173902A (zh) 用于制造多层的过滤介质的方法以及按照这种方法制造的过滤介质
JP2019000793A (ja) 集塵機フィルター用濾過材
DE202010009671U1 (de) Schmelzblas-Filtermaterial, zugehörige Einsatzmöglichkeiten und Verwendungen
JP6560101B2 (ja) プリーツフィルター