本發(fā)明涉及液體分離與過濾用材料制造技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種雙層濕法水刺分離膜支撐體及其制備方法。
背景技術(shù)：
膜技術(shù)作為新型分離技術(shù)已廣泛應(yīng)用于氣體分離、物料分離和水處理，其中水處理領(lǐng)域?qū)δぎa(chǎn)品的需求量最大、應(yīng)用最廣。微濾膜、超濾膜應(yīng)用于凈水場的水處理，反滲透膜主要用于海水的淡水化處理。另外，反滲透膜、納濾膜被用于進(jìn)行半導(dǎo)體制造用水、熱水器用水、醫(yī)療用水和試驗(yàn)用純水等的處理。同時(shí)在地下廢水處理中，利用微濾膜、超濾膜來進(jìn)行膜分離潔性污泥。
單純的膜結(jié)構(gòu)很脆弱，無法承受較高的操作壓力，目前市場上銷售的平板超濾膜以及反滲透膜絕大多數(shù)都是以無紡布作為支撐體的。一般具有分離功能的膜和支撐體通過下述方法來一體化，即在無紡布、織布等的支撐體上流延并固化一層具有分離功能的膜。另外，對于反滲透膜而言，先在無紡布、織布等的支撐體上流延高分子聚合物的溶液以形成底膜，然后在該底膜上形成分離膜，通過這樣的方法等來一體化。
因此，這就一方面要求，要求作為支撐體的無紡布、織物等具有優(yōu)異的平滑性能，使得高分子聚合物的溶液在流延成膜時(shí)，不會(huì)因過度滲透而穿透背面從而使膜物質(zhì)剝離，進(jìn)而不會(huì)因支撐體起毛等而出現(xiàn)膜的不均勻化、小孔等的缺陷。另外，大部分分離膜都在一定壓力下使用，特別在高壓下使用的反滲透膜，更要求支撐體具有高機(jī)械強(qiáng)度和高尺寸穩(wěn)定性。因此這就要求在支撐體的涂覆面要求其有優(yōu)異的平滑性、同時(shí)支撐體還要有較高的物理機(jī)械性能和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
為了實(shí)現(xiàn)涂覆面的平滑和支撐材料高的物理機(jī)械性能和尺寸穩(wěn)定性，專利CN1819866A公開了一種濕法和紡粘復(fù)合的分離膜支撐體的制備方法，紡粘長絲在一定程度上確實(shí)可以提高膜支撐材料的物理機(jī)械性能和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，雖然在高于220℃的高溫和高壓下經(jīng)過熱軋可以制備雙層支撐體，但還存在紡粘材料與濕法粘合點(diǎn)較少、結(jié)合牢度不高從而導(dǎo)致層間易分層和涂覆液易漏膠等問題。另外專利CN201380005581.1、CN201380007196.0和CN201380009482.0報(bào)到了一系列以聚酯短纖維和低熔點(diǎn)聚酯纖維為原料制備濕法分離膜支撐體的方法，通過構(gòu)造小克重含大直徑的聚酯纖維和低熔點(diǎn)聚酯纖維的涂覆層和大克重含小直徑聚酯纖維和低熔點(diǎn)聚酯纖維的底層，然后通過熱軋復(fù)合制備涂覆層光滑平整、力學(xué)性能良好的雙層膜支撐材料。但是該材料在厚度方向仍然只靠熱軋實(shí)現(xiàn)層與層之間的粘合，特別對于80克以上的厚型膜支撐體，結(jié)合牢度較低，會(huì)有分層現(xiàn)象；另一方面在無紡布的全部厚度方向過分地施加熱、壓力，無紡布中所含的粘合纖維過分地熔融，造成空隙過于減少，另外在分離膜涂敷時(shí)更易產(chǎn)生褶皺。專利CN201410043311.6利用纖維纖維增強(qiáng)聚酯纖維濕法分離膜的方法，但該方法一是纖維素纖維在過濾過程中強(qiáng)力損失會(huì)比較大，另外還存在纖維素纖維長期浸在水中發(fā)霉腐爛的問題。
此外上述復(fù)合膜支撐材料由于都在高溫和高壓力復(fù)合而成，因此還存在材料剛性大柔性差的問題，不能在液體過濾時(shí)給予材料有限緩沖，從而增加了過濾時(shí)阻力，縮短了過濾組件的使用壽命。
如上所述，通過以上技術(shù)無法得到完全滿足分離膜涂敷面的平滑性、良好的物理機(jī)械性能和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性以及柔韌性的分離膜支撐材料。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)，提供了一種雙層濕法水刺分離膜支撐體及其制備方法，解決雙層分離膜支撐體層間作用力差、易分層、強(qiáng)力低、柔韌性差的問題，在無需較高的溫度和熱軋壓力下，提供制備層間結(jié)合力良好、力學(xué)性能優(yōu)異、形態(tài)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的剛?cè)徇m度的雙層分離膜支撐材料的方法。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
雙層濕法水刺分離膜支撐體，包括涂覆層和支撐層，所述涂覆層由重量百分含量為60％-80％的細(xì)徑聚酯纖維配以20％-40％的低熔點(diǎn)聚酯纖維或ES纖維構(gòu)成，其定量為20g/m2-40g/m2；所述支撐層由重量百分含量為70％-90％粗徑聚酯纖維配以10％-30％的低熔點(diǎn)聚酯纖維或PE纖維構(gòu)成，其定量為40g/m2-80g/m2。
進(jìn)一步，所述低熔點(diǎn)聚酯纖維為纖維熔點(diǎn)為100℃-135℃的低熔點(diǎn)聚醋/聚醋復(fù)合纖維、聚乙烯纖維、或重量配比分別為3-4:7-6的聚乙烯/聚丙烯的ES復(fù)合纖維。
進(jìn)一步，所述涂覆層由重量百分含量為65％-80％的細(xì)徑聚酯纖維配以20％-35％的低熔點(diǎn)聚酯纖維或ES纖維構(gòu)成。
進(jìn)一步，所述支撐層由重量百分含量為75％-90％粗徑聚酯纖維配以10％-25％的低熔點(diǎn)聚酯纖維或PE纖維構(gòu)成。
進(jìn)一步，所述粗徑纖維直徑在在10μm～20μm之間，細(xì)徑纖維直徑在5μm～15μm之間。
雙層濕法水刺分離膜支撐體的制備方法，包括以下步驟：
1)取重量百分含量為60％-80％的細(xì)徑聚酯纖維配以20％-40％的低熔點(diǎn)聚酯纖維或ES纖維依次投入己貯有水的打漿機(jī)中，控制纖維濃度為2-4％，疏解40-60min，放入另一配漿池，加水和分散劑攪拌均勻，使?jié)舛葹?.01-0.1％，配成涂覆層的漿料；
2)取重量百分含量為70％-90％粗徑聚酯纖維維配以20％-40％的低熔點(diǎn)聚酯纖維或PE纖維投入己貯有水的另一打漿機(jī)中，控制纖維濃度為1-4％，疏解40-60min，放入另一配漿池，加水和分散劑攪拌均勻，使?jié)舛葹?.01-0.1％，配成支撐層的漿料；
3)將步驟2)和步驟3)制備的兩種不同漿料，由不同供漿系統(tǒng)的送至圓網(wǎng)/斜網(wǎng)濕法成型器或雙層斜網(wǎng)濕法成型器，得到雙層濕法纖網(wǎng)；
4)將雙層濕法纖網(wǎng)先經(jīng)過水刺加固、經(jīng)烘缸干燥、熱軋壓延成型即制成定量60-120g/m2的雙層結(jié)構(gòu)水刺熱軋分離膜支撐體。
進(jìn)一步，在步驟4所述水刺加固過程中，預(yù)刺水刺壓力20bar-50bar，主刺水刺壓力30bar-60bar。
進(jìn)一步，分散劑是聚丙烯酰胺或聚氧化乙烯。
進(jìn)一步，在步驟4)所述熱軋壓延過程中，熱軋壓延設(shè)備由串聯(lián)配置的第一壓延設(shè)備和第二壓延設(shè)備兩部分組成，其中第一壓延設(shè)備是有上加熱金屬輥和無加熱彈性輥組合的壓延裝置；第二壓延設(shè)備是由兩金屬加熱輥組成的熱軋?jiān)O(shè)備。
進(jìn)一步，第一壓延設(shè)備和第二壓延設(shè)備壓延溫度在110℃-130℃，輥壓力在300N/cm-500N/cm。
進(jìn)一步，纖維網(wǎng)經(jīng)過第一壓延設(shè)備時(shí)，直接接觸上加熱金屬輥的纖維層是涂覆面，直接接觸無加熱彈性輥的纖維網(wǎng)面為支撐層。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
(1)通過水刺復(fù)合構(gòu)建了雙層濕法膜支撐材料，實(shí)現(xiàn)了膜支撐材料在厚度方向的有效纏結(jié)，解決了現(xiàn)有雙層膜支撐材料易分層的難題，大大提高了雙層膜材料的物理機(jī)械性能和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
(2)通過水刺和熱軋工藝的結(jié)合，克服了現(xiàn)有復(fù)合層壓濕法膜支撐材料需要高溫高壓的熱軋壓延，產(chǎn)品過于密實(shí)、后期使用結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的不足，在保證膜支撐材料良好物理機(jī)械性能和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的同時(shí)，通過低壓、低溫?zé)彳垑貉訉?shí)現(xiàn)涂覆層表面結(jié)構(gòu)的平滑度和平整度。
(3)引入水刺加固技術(shù)，克服了現(xiàn)有膜支撐材料僅僅通過熱軋壓延技術(shù)加固成型，其存在剛度有余而柔性不足的難題，充分發(fā)揮水刺材料的柔性特征，實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)度和柔性的平衡，在液體過濾時(shí)給予材料有效緩沖，從而降低過濾組件阻力，延長過濾組件的使用壽命。
附圖說明
附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，與本發(fā)明的實(shí)施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制，在附圖中：
圖1是本發(fā)明是熱軋壓延示意圖。
1——無加熱彈性輥；2——上加熱金屬輥；3——下加熱金屬輥；4——卷繞輥。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行說明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的優(yōu)選實(shí)施例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
實(shí)施例1
雙層濕法水刺分離膜支撐體制備主要包括以下步驟：
1、配漿
將聚酯纖維(纖維直徑6.3μm、纖維長度5mm)和ES纖維(3.2μm，纖維長度5mm)以60:40的混合比例分散于水中，控制纖維濃度為2％，疏解40min，放入配漿池，加水和聚丙烯酰胺分散劑攪拌均勻，使?jié)舛?.03，粘度為60秒，配成涂覆層漿料；
將聚酯纖維(纖維直徑14.5μm、纖維長度5mm)和聚乙烯纖維(10.2μm，纖維長度5mm)以60:40的混合比例分散于水中，控制纖維濃度為2％，疏解40min，放入配漿池，加水和聚丙烯酰胺分散劑攪拌均勻，使?jié)舛?.04，粘度為65秒，配成支撐層漿料；
2、成網(wǎng)、水刺加固
將上述漿料由不同的供漿系統(tǒng)分別輸送至圓網(wǎng)/斜網(wǎng)組合濕法成型器制成涂覆層和支撐層干重分別為20g/m2和60g/m2復(fù)合纖網(wǎng)，經(jīng)過水刺頭壓力分別為20bar和30bar的預(yù)刺和主刺復(fù)合加固成型；經(jīng)130℃烘缸干燥制得干燥的濕法水刺片。
3、熱軋壓延成型
上述烘干濕法水刺片經(jīng)過一組串聯(lián)配置的熱軋壓延裝置(如圖1)，,首先纖維網(wǎng)經(jīng)過有上加熱金屬輥2(壓延溫度125℃，壓力300N/m)和無加熱彈性輥1組合第一壓延設(shè)備，其中直接接觸上加熱金屬輥2的纖維層是涂覆面，直接接觸無加熱彈性輥的纖維網(wǎng)面為支撐層。然后纖維網(wǎng)進(jìn)入由上加熱金屬輥2和下加熱金屬輥3(壓輥溫度125℃，壓力400N/m)組成的第二壓延設(shè)備，經(jīng)過卷繞輥4，最終獲得定量80g/m2的雙層濕法水刺分離膜支撐體。
實(shí)施例2
雙層濕法水刺分離膜支撐體制備主要包括以下步驟：
1、配漿
將聚酯纖維(纖維直徑7.2μm、纖維長度5mm)和低熔點(diǎn)聚酯纖維(熔點(diǎn)130℃，4.3μm，纖維長度5mm)以60:40的混合比例分散于水中，控制纖維濃度為2％，疏解40min，放入配漿池，加水和聚丙烯酰胺分散劑攪拌均勻，使?jié)舛?.03，粘度為60秒，配成涂覆層漿料；
將聚酯纖維(纖維直徑13.8μm、纖維長度5mm)和低熔點(diǎn)聚酯纖維(熔點(diǎn)130℃，12.6μm，纖維長度5mm)以60:40的混合比例分散于水中，控制纖維濃度為2％，疏解40min，放入配漿池，加水和聚丙烯酰胺分散劑攪拌均勻，使?jié)舛?.04，粘度為65秒，配成支撐層漿料；
2、成網(wǎng)、水刺加固
將上述漿料由不同的供漿系統(tǒng)分別輸送至圓網(wǎng)/斜網(wǎng)組合濕法成型器制成涂覆層和支撐層干重分別為20g/m2和60g/m2復(fù)合纖網(wǎng)，經(jīng)過水刺頭壓力分別為30bar和40bar的預(yù)刺和主刺復(fù)合加固成型；經(jīng)130℃烘缸烘干制得干燥的濕法水刺片。
3、熱軋壓延成型
上述烘干濕法水刺片經(jīng)過一組并聯(lián)配置的熱軋壓延裝置(如圖1)。復(fù)合纖網(wǎng)首先經(jīng)過有上加熱金屬輥2(壓延溫度135℃，壓力350N/m)和無加熱彈性輥1組合第一壓延設(shè)備，然后進(jìn)入由兩金屬加熱輥(壓輥溫度135℃，壓力450N/m)組成的熱第二壓延設(shè)備，最終獲得定量80.0g/m2的雙層濕法水刺分離膜支撐體。
實(shí)施例3
與實(shí)施例2采用相同的工藝條件和加工方法，不同的是水刺主刺壓力調(diào)整為55bar，制得定量79.6g/m2的雙層濕法水刺分離膜支撐體。
對比例1
與實(shí)施例1采用相同的工藝條件和加工方法，不同的是纖網(wǎng)復(fù)合后直接在130℃烘缸內(nèi)干燥，不經(jīng)過水刺直接熱軋壓延成型，熱軋溫度和壓力分別提高到145℃和550N/m，制得定量78.9g/m2的雙層濕法水刺分離膜支撐體。
對比例2
與實(shí)施例2采用相同的工藝條件和加工方法，不同的是纖網(wǎng)復(fù)合后直接在130℃烘缸內(nèi)干燥，不經(jīng)過水刺直接熱軋壓延成型，熱軋溫度和壓力分別提高到，210℃和750N/m，制備的定量79.2g/m2的雙層濕法水刺分離膜支撐體。
對比例3
市售以聚酯纖維與低熔點(diǎn)聚酯纖維為原料，經(jīng)濕法熱軋制備的一種克重80.9g/m2分離膜支撐體。
對上述實(shí)施例、對比例膜支撐材料分別測試其物理機(jī)械性能、柔軟度(用彎曲剛度表示)和層間結(jié)合力(根據(jù)GB/T 26203-2010《紙和紙板內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度的測定》)。測試結(jié)果表1所示，可以看出，不論與雙層熱軋膜支撐材料還是市售的膜支撐材料相比，經(jīng)過水刺熱軋的膜支撐材料，在保持涂覆面平滑度基本不變的情況下，縱橫向力學(xué)性能顯著提升，層間結(jié)合強(qiáng)度顯著增強(qiáng)，由于實(shí)施例膜支撐材料強(qiáng)力主要來源于纖維與纖維的柔性纏結(jié)因此其彎曲剛度反而略有下降，呈現(xiàn)較好的柔韌性。特別是高的水刺壓力下，本發(fā)明制備的膜支撐材料增強(qiáng)效果更明顯。
表1分離膜支撐體的性能
最后應(yīng)說明的是：以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換，但是凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。