液体过滤器用过滤材料及其制备方法_4

文档序号:9649874阅读:来源:国知局
借助以均匀分散的方式固定于纳米纤维25的表面的银纳米粒子17,可对被 处理液体的水质进行净化,同时可去除存在于纳米纤维网13的各种病原菌。
[0114] 优选地,通过电纺丝方法制备的纳米纤维网13优选使用移送片单独制备,之后, 与多孔性支撑体11相贴合来形成过滤材料10。
[0115] 上述双层结构的过滤材料10通过滚压,来构成如图4所述的辊型液体过滤器100, 或如图5所示,可通过用于增加比表面积的弯曲工序,来层叠为多层结构,由此构成层叠型 液体过滤器l〇〇a。
[0116] 如上所述,若对由多孔性支撑体11层叠的过滤材料10的层进行划分,则处理水A 并不流经气孔度低的多孔性支撑体11,取而代之地,处理水A主要流经气孔度高的纳米纤 维网13并被过滤,从而可在过滤器100的出口得到纯净水B,由此防止处理水A的局部被偏 重加压的问题。
[0117] 在本发明中,构成多孔性纳米纤维网13的纳米纤维的直径设定在100nm至800nm 的范围,优选地设定在150nm至300nm。并且,优选地,纳米纤维网的厚度设定在2μπι~ 6μπι的范围,纳米纤维网的气孔大小设定在0. 2μηι至3μηι的范围。当形成多孔性纳米纤 维网时,纳米纤维的蓄积量小于5gsm,使得纳米纤维网形成低重量,优选地,纳米纤维的蓄 积量设定在2gsm至3gsm的范围。
[0118] 构成多孔性纳米纤维网13的纤维的平均直径对气孔度及气孔大小的分布起到非 常大的影响。纤维直径越小,则气孔大小变小,且气孔大小的分布也变小。
[0119] 并且,在本发明中,纳米纤维的直径越小,则平均气孔和最大气孔减少。并且,由于 纳米纤维的直径越小,则纳米纤维的密度增加,随之纳米纤维网的基本重量和平均厚度也 增加,虽然透气性(Airpermeability)减小,但可过滤更微细的污染物质,因此,反而提高 过滤效果。
[0120] 尤其,在包括本发明的过滤材料的液体过滤器中,由于在进行过滤工序的过程中, 过滤前后的压力差小,因而能源消耗低,且可具有很长的寿命。
[0121] (过滤材料的制备)
[0122] 以下,参照图2及图3,对本发明的过滤材料的制备方法进行说明。
[0123] 首先,从卷曲有移送片20的开卷机向电纺丝装置21的收集器23的上部供给纸等 的移送片20。
[0124] 之后,在混合高分子物质、离子交换树脂粒子、银金属盐及溶剂来制备纺丝溶液 后,使用纺丝溶液对移送片20进行电纺丝,来形成纳米纤维网13 (步骤S11)。
[0125] 可用于制备本发明的纳米纤维网的纺丝方法除了空气静电纺丝(AES: Air-Electrospinning)之外,可使用普通的静电纺丝(electrospinning)、电喷射 (electrospray)、电喷射纺丝(electrobrownspinning)、离心静电纺丝(centrifugal electrospinning)、闪光静电纺丝(flash-electrospinning)中的一种。
[0126] 在纳米纤维网13的纳米纤维25的内部或表面分散有离子交换树脂粒子,在整个 尚子交换树脂粒子中,部分尚子交换树脂粒子15在纳米纤维的表面露出,来参与对处理水 A所含有的特定离子所进行的过滤工作。并且,在纳米纤维25的内部或表面稳定、均匀地分 散有从银金属盐衍生的银(Ag)纳米粒子17。
[0127] 在本发明中,根据需要,在经过使多孔性纳米纤维网13在经由借助前置加热器27 形成的预干燥区间(Pre-airDryZone)过程中对残留于多孔性纳米纤维网13的表面的溶 剂和水分的量进行调节的工序(步骤S12)后,进行压延工序。
[0128]在前置加热器所形成的预干燥区间(Pre-AirDryZone),利用风扇(fan)向多孔 性纳米纤维网13施加温度在20°C~40温的空气,来调节残留于多孔性纳米纤维网13的表 面的溶剂和水分的量,从而可通过调节多孔性纳米纤维网13体积变大(bulky),起到增加 膜的强度的作用,并可调节多孔性(Porosity)。
[0129] 在此情况下,若在溶剂过度挥发的状态下执行压延,则多孔性虽增加,但网的强度 变差,相反,若溶剂挥发少,则产生网被熔化的现象。
[0130] 另一方面,在上述多孔性纳米纤维网13的制备中,还可由无纺布等的多孔性支撑 体11代替移送片20,来向电纺丝装置21的收集器23投入,从而在多孔性支撑体11上直接 形成低重量的多孔性纳米纤维网13。
[0131] 在形成由超细纳米纤维25组成的多孔性纳米纤维网13后,在第一压延装置31 中,在高分子的熔点以下的温度下,通过进行压延来形成多孔性纳米纤维网(步骤S13)。
[0132] 纳米纤维,例如,聚偏氟乙烯纤维的纤维间结合温度为150维,聚丙烯腈的纤维间 结合温度为160烯,聚醚砜的纤维间结合温度为200砜,无纺布(聚乙烯)的熔点为110°C~ 130 布。
[0133] 因此,在形成多孔性纳米纤维网13的高分子为聚偏氟乙烯的情况下,若在约150 子温度下进行第一次压延工序,则由纳米纤维形成的多孔性纳米纤维网13通过压延工序 使得纤维和纤维之间坚固地相结合,从而可制备出完成度高的多孔性纳米纤维网。若完成 上述第一次压延工序,则实现纳米纤维之间的结合,由此调节借助捕集多个纳米纤维25来 形成的三维气孔的大小和纳米纤维网的厚度。
[0134] 在本发明中,除了在使纳米纤维网和无纺布相贴合后进行热压接的压延方法之 外,可通过压接、加压、滚压、热接合、超声波接合中所选择的一种方法使上述纳米纤维网和 无纺布实现复合化。
[0135] 并且,在本发明中,经上述压延工序后所得到的多孔性纳米纤维网13根据需要, 优选地,在经过使用温度为100,、风速为20m/sec的第二次热风干燥器29来执行去除残留 溶剂或水分的工序(步骤S14)后,作为多孔性纳米纤维网13的卷曲辊以移送片20配置于 多孔性纳米纤维网13的内侧的状态卷绕于卷线器。
[0136] 之后,在第二次压延装置33中,卷绕于上述卷线器的多孔性纳米纤维网13和移送 片20的双重层叠体完成与无纺布等的多孔性支撑体11相贴合的工序(步骤S15)。
[0137] 在此情况下,在向第二次压延装置33供给未被预热的多孔性支撑体11的情况下, 有可能产生使得第二次压延装置33的辊的设定温度下降10°C~15的左右的问题。因此, 优选地,在使用加热辊或红外线(IR)灯(未图示)对多孔性支撑体11预热至如80至温度 的略低于第二次压延温度后,向第二次压延装置33进行供给。
[0138] 当使用在聚丙烯纤维的外周涂敷有聚乙烯的双重结构的聚丙烯/聚乙烯无纺布 时,上述第二次压延装置33的温度被设定为可熔化聚乙烯被覆层的110°C~130被。最终, 在第二次压延装置33中,多孔性支撑体11与多孔性纳米纤维网13相贴合(步骤S15),之 后在第二次压延装置33的后端,移送片20从被贴合的过滤材料10以剥离的方式得到去 除。
[0139] 在本发明中,通过使用转印方法,上述转印方法使用纳米纤维对纸等的移送片20 进行纺丝后与多孔性无纺布相贴合,从而可在贴合工序之前先在比无纺布的熔点高的温度 下执行压延,使得纳米纤维之间坚固地相结合。
[0140] 接着,如图4所示,若对上述过滤材料10进行滚压(rolling)(步骤S16),则得到 辊(roll)型液体过滤器100。
[0141] 如图4所示,在本发明中,若对具有纳米纤维网13和多孔性支撑体11层叠的结构 的过滤材料进行滚压,则可体现具有如下结构的层叠型液体过滤器l〇〇a,S卩,从被滚压的化 学过滤材料的中心(滚压轴)向外周面方向由纳米纤维网13和多孔性支撑体11构成的过 滤材料10持续反复的结构,或如图5所示,包括纳米纤维网13和多孔性支撑体11的过滤 材料10、10a反复层叠的结构。
[0142] 以下,通过实施例更详细说明本发明。但是,以下实施例仅属于对本发明的例示, 而本发明的范围并不限定于此。
[0143](实施例1)
[0144] 使用聚偏氟乙烯作为高分子物质,并以使高分子物质达到14重量百分比的方式 使高分子物质溶解于二甲基乙酰胺和丙酮的比例为7 : 3(DMAc:ACet〇ne= 7 : 3)的溶 剂中,来制备出纺丝溶液。使上述纺丝溶液向电纺丝装置的混合罐移动,并使混合罐调节为 施加电压100kV、纺丝喷嘴与收集器之间的距离20cm、每分钟排出量20μΙ/hole,在温度为 30温、且相对湿度为60%的纺丝气氛下进行电纺丝,从而制备出重量为3gsm、且气孔大小 为1μπι的纳米纤维网。
[0145] 在温度为1502、且压强为lKgf/cm2的条件下,对以如上所述的方式得到的纳米纤 维网进行压延,来形成纳米纤维之间的结合,从而体现固定孔结构(Fixedporeructure), 并在温度为130e、且压强为lKgf/cm2的条件下,使上述纳米纤维网与无纺布相贴合,从而制 备出过滤材料。所使用的无纺布为由韩国南洋无纺布有限公司所生产的产品,无纺布的材 质使用厚度为160μm、且重量为40gsm的聚烯烃。
[0146] 针对从上述实施例1所得到的过滤材料原材料,使用PMI公司(Porous Materials,Inc.)的毛细孔隙率仪(Capillaryporosimeter)来按ASTME1294标准测定孔 径分布,并在下列表1及图6中示出了测定结果。
[0147] 作为对照组,分别使用了默克密理博公司(Merck-Millipore)的以相转移方式制 备的气孔大小为1ym的聚偏氟乙稀膜(比较例1)、滤膜公司(Membrana)的以相转移方式 制备的气孔大小为1ym的微聚醚砜膜(MicroPESmembrane)(比较例2)、贺林斯沃与沃 斯公司(Hollingsworth&VoseCompany)的气孔大小为Ιμπι的恪喷过滤介质(melt-blown media)(比较例 3) 〇
[0148]表1
[0149]
[0150] 如上述表1及图6所示,本发明实施例1的过滤材料的平均气孔大小为1. 0μm,最 大气孔大小为1. 3μπι,呈现出具有与比较例1至比较例3的常用过滤器用分离膜相同水准 以上的窄的气孔大小的分布。
[0151] 利用理宝(TEXTEST)公司的FX3300,并按照ASTMD737标准对上述实施例1、比较 例1至比较例3中的过滤材料的透气度进行测定,并在下列表2中示出了测定结果。
[0152]表 2
[0153]
[0154] 如上述表2所示,本发明实施例1的过滤材料的透气度被测定为2. 5cfm@125Pa,与 比较例1至比较例3中的常用过滤器用分离膜相比,呈现出具有非常优秀的
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