CN100389860C - 半透膜支撑材及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是关于一种半透膜支撑材及其制造方法，该支撑材包括10-70重量%的聚酯短纤维；30-70重量%的鞘芯复合短纤维，该鞘芯复合短纤维的鞘部具有较芯部为低的熔点；及3-40重量%的聚烯烃纤维，该聚烯烃纤维具有1-15m2/g的比表面积；其中，该聚酯短纤维、该芯鞘复合短纤维及该聚烯烃纤维均匀混合以制成不织布或半透膜支撑材。本发明的半透膜支撑材具有强度佳及较佳的纵横向比，该纵横向比可在1.0-1.5范围，并可直接利用现有传统的抄纸设备，尤其是圆网式抄纸机，湿式抄制成单层纤维层而制得。
Description
技术领域
本发明是关于一种半透膜支撑材及其制法。
背景技术
半透膜是一种表面具有多孔性，广泛应用于海水淡化、废水处理、食品浓缩、微生物分离、血液过滤及制造半导体制程或洗净用超纯水等领域应用。一般而言，半透膜是一种合成高分子薄膜，本身具有低机械强度。因此，常以不织布、织物及类似产品做为其支撑材，聚合物高分子即涂敷在该支撑材上形成半透膜。
半透膜一般是指超微过滤或逆渗透等超精密过滤，一般需在高压接近100大气压下操作。因此，需要具有高强度及尺寸安定性的半透膜支撑材。传统是使用织物或多孔性不织物为支撑材，但是仍具有易剥层及产生针孔等问题。为能解决上述缺点及满足在高压下操作，最早是以增加支撑材基重做为解决方法。但是，相对增加成本及降低过滤效率。后来德国Freudenberg carl FA公司于美国专利第4,728,394号及第4,795,559号等，提出是由低密度与高密度两层不织布贴合而成的半透膜支撑材，虽然此种具有两层结构的不织布具有高强度，但是仍存在两层贴合易脱层及半透膜加工性不良等缺点。
2000年10月18日欧洲专利案EP 1044719A1揭示一种由聚酯短纤维组成的单层半透膜支撑材，其特征为支撑材在5％延伸时的断裂长大于或等于4.0km及透气度在0.2-10cc/cm2/Sec范围。此种单层半透膜支撑材，改良了两层不织布贴合易脱层及半透膜加工性不良等缺点。但是，半透膜支撑材的纵/横向拉力强度仍存在有明显的差异，使得在半透膜的加工制程会产生严重卷取等问题。
2002年5月16日美国专利案第20020056535号揭示一种半透膜支撑材及其制备方法，其特征是一种包括主纤维与黏结纤维(20∶80-70∶30重量％)的不织布。此二种纤维均为合成树脂细纤维(fine fiber)，其纤维细径为0.6-8.9分特(decitex)。上述纤维混合利用斜网式抄纸机抄制成薄纸并干燥，再经压光机处理利用加热与加压的程序处理制得此种不织布适合做为半透膜支撑材，其特征为半透膜支撑材具有在纸进料的方向的拉伸强度与横向的拉伸强度比为2∶1-1∶1，可以解决在半透膜高分子涂膜加工时会产生卷曲等缺点。
然而，当仅以聚酯短纤维及热融接着纤维为原料的聚酯纤维不织布做为支撑材时，此种支撑材的制备并不易于利用传统抄纸设备，尤其是圆网抄纸机，抄制成具有高强度及在纸进料的方向的拉伸强度与横向的拉伸强度比为2∶1-1∶1的半透膜支撑材。
因此，以单层结构的不织布做为半透膜支撑材方面，较两层结构具有制程简单及低成本等优点，但是仍存在需使用特殊湿式成型设备等缺点。因此，亟需一种更佳的半透膜支撑材以及更便利的支撑材制法以克服上述缺点。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种半透膜支撑材，此半透膜支撑材为单层，含有主要量的聚酯纤维以及其它纤维，可便利的利用传统抄纸设备来制造，且具有高强度6-8kg/15mm及在纸进料的方向的拉伸强度与横向的拉伸强度比为1.5∶1-1∶1及透气度0.2-10c.c./cm2/sec的半透膜支撑材。
本发明的另一目的是提供一种制造半透膜支撑材的方法，能简单利用传统抄纸设备，抄制单层纤维层以进一步制得较佳尺寸安定性的半透膜支撑材。
依据本发明的一目的，提供一种半透膜支撑材，其包括10-70重量％的聚酯短纤维、30-70重量％的鞘部熔点较芯部为低的鞘芯(sheath-core)复合短纤维及3-40重量％的具有1-15m2/g的比表面积的聚烯烃丝浆纤维(pulp fiber)，三者含量总和不超过100重量％，其中，该聚酯短纤维、该鞘芯复合短纤维及该聚烯烃丝浆纤维是混合成纤维体以形成不织布(non-woven web)的结构。
本发明所述的鞘芯复合纤维的鞘部熔点较芯部熔点低20-150℃。
本发明所述的鞘部为聚酯或聚烯烃，及该芯部为聚酯。
依据本发明的另一目的，提供一种半透膜支撑材的制法，包括将10-70重量份的聚酯短纤维、30-70重量份的芯鞘复合短纤维及3-40重量份的聚烯烃丝浆纤维分散在水中，配成0.1-0.5重量％的纤维浆料，其中，该鞘芯复合短纤维的鞘部具有较芯部为低的熔点；对于该纤维浆料进行湿式抄纸程序，获得一湿纤维层；及将该湿纤维层干燥，及于110-150℃下进行热压光处理的步骤，藉以获得该半透膜支撑材，其具有不织布结构。
本发明方法中所述的湿式抄纸程序是以传统抄纸设备进行。
本发明方法中所述的传统抄纸设备为长网式、圆网式或斜网式。
本发明方法中所述的聚烯烃丝浆纤维是以丝浆纤维(pulpfiber)的形式使用。
本发明方法中所述的鞘芯复合纤维的鞘部熔点至高于该熔点50℃之间的温度下进行热压光处理。
本发明的半透膜支撑材的聚烯烃丝浆纤维含量在3-40重量％，因此能便利的利用传统的现有抄纸设备，尤其是圆网式抄纸机，湿式抄制成单层纤维层，以进一步制得本发明的半透膜支撑材。其具有高强度5-8kg/15mm及在纸进料的方向的拉伸强度与横向的拉伸强度比为1.5∶1-1∶1及透气度0.2-10c.c./c m2/sec的半透膜支撑材。
附图说明
图1为依据本发明的一具体实施例所使用的聚烯烃丝浆纤维的显微图。
图2为依据本发明的一具体实施例的半透膜支撑材制造流程图。
具体实施方式
本发明的半透膜支撑材包括聚酯短纤维、鞘芯复合短纤维及聚烯烃丝浆纤维。但不限于适用于本发明的聚酯短纤维可为任何热塑性的聚酯纤维，长度可为3-12m m，此较佳为5-8m m。纤维丹尼数在0.5-5丹尼。聚酯短纤维在半透膜支撑材中的含量为10-70重量％，较佳为20-60重量％，更佳为30-50重量％。
适用于本发明的鞘芯复合纤维，可为任何热塑性纤维，鞘部的熔点需较芯部为低，一般约低20-150℃，较佳为30-130℃。鞘部厚度与芯部直径并无特别限制，整体的鞘芯复合纤维丹尼数可为1-5丹尼，较佳为1-3丹尼。长度并无特别限制。芯部可为例如聚酯，例如芳香族类聚酯，例如但不限于聚对苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate；PET)或聚对苯二甲酸丁二酯(polybutylene terephthalate ；PBT)或聚丙烯纤维(polyp roplene；PP)。鞘部可为例如相对较低熔点的聚酯或聚烯烃，例如但不限于较低熔点的聚酯或聚乙烯(p olyethylene；P E)、聚丙烯(polyp roplene；PP)。鞘芯复合短纤维在半透膜支撑材中的含量为30-70重量％，较佳为30-60重量％，更佳为40-60重量％。
适用于本发明的聚烯烃丝浆纤维，是来自将聚烯烃纤维化所制得的类似纸浆的合成丝浆(pulp fiber，在此称丝浆纤维，以与天然纸浆区别)，可自市面上购得。较佳其具有1-15m2/g的比表面积。此种纤维化丝浆所含的纤维，与上述的聚酯短纤维与鞘芯复合短纤维一起经过热处理使纤维互相粘着，形成微细化网状结构，即不织布的结构，成为本发明所欲的半透膜支撑材。因此，使用此种聚烯烃丝浆纤维于本发明的半透膜支撑材中，其具有调整所欲支撑材的孔隙度、纵横比与透气性及做为成型的辅助功能。聚烯烃可举例为聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)等，但不限于此。所使用的聚烯烃丝浆纤维的熔点较佳为高于前述的鞘芯复合短纤维的鞘部材料的熔点。聚烯烃丝浆纤维在半透膜支撑材中的含量为3-40重量％，较佳为5-30重量％，更佳为10-20重量％。
对于本发明的另一目的，是一种制造半透膜支撑材的方法，包括下列步骤：
将10-70重量％的如上述的聚酯短纤维、30-70重量％的如上述的鞘芯复合短纤维及3-40重量％的如上述的聚烯烃丝浆纤维分散在水中，配成纤维悬浮液含有0.05-1.0重量％，较佳为0.075-0.75重量％，更佳为0.1-0.5重量％的纤维的浆料。聚烯烃丝浆纤维较佳是以丝浆的形式使用，取其相当于含有3-40重量％的聚烯烃丝浆纤维的量使用。
对于上述形成的纤维浆料进行湿式抄纸程序，以获得一层湿的纤维层。湿式抄纸程序不限于使用斜网式抄纸机可利用一般传统抄纸设备进行，例如，长网式或圆网式均可。经过湿式抄纸，获得一层湿的纤维层。
将所得的湿的纤维层利用例如烘缸等进行干燥。然后于110-150℃下，进行热压光处理，藉以获得该半透膜支撑材，其具有不织布结构。
本发明的半透膜支撑材可以利用传统抄纸程序及装置制成聚酯纤维湿式不织布，进而制得半透膜支撑材，制程便利。所得的半透膜支撑材具有拉伸强度在6kg/15mm以上，纵横向拉伸强度比在1.0-1.5及透气度0.2-10c.c./cm2/sec。可适合做为应用于海水淡化、废水处理、食品浓缩、微生物分离、血液过滤的医疗应用及制造半导体洗净用超纯水等领域的半透膜的支撑材。
为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，作详细说明如下：
实施例1
将2g的纤维长度为6mm的0.8丹尼的聚酯短纤维(如远东化学纤维公司的SH-2840)、1.6g的长度为6m m的2丹尼的鞘芯复合短纤维(其中鞘部成分为聚酯，熔点为110℃，芯部成分为聚酯，熔点为256℃，如远东化学纤维公司的SH-2240CM)及0.4g的比表面积为10m2/g的聚乙烯丝浆纤维(如日本三井石油化学公司SWP E 400)分散在水中，三者重量比依序为50∶40∶10，如表1所示，配成纤维悬浮液含有0.5重量％的纤维的纤维浆料。使用长宽25cm×25cm的手抄纸机将此纤维浆料进行湿式手抄纸，形成一层湿的纤维层。使用烘箱将所得的湿的纤维层在105℃下进行干燥。然后于125℃及80kg/cm压力下进行热压光处理，获得具有不织布结构的如本发明的半透膜支撑材。
对于所制得的半透膜支撑材，测得平均厚度为0.115mm、基重为71g/m2、密度为0.62g/cm3，以JI SL1096A法测得透气度为3.6c.c./cm2/sec，以TAPPI T494法测得拉力为6.19kg/15mm，延伸度为8.8％。各数据如表1所示。
实施例2至9
以如实施例1的相同方式制造本发明的半透膜支撑材，但改变0.8丹尼的聚酯短纤维、2丹尼的鞘芯复合短纤维及聚乙烯丝浆纤维的用量比例，制得如本发明的半透膜支撑材，及测得各性质的数据，如表1所示。
实施例10至11及13
以如实施例1的相同方式制造本发明的半透膜支撑材，但使用1.5丹尼及0.8丹尼的聚酯短纤维、2丹尼的鞘芯复合短纤维及聚乙烯丝浆纤维，用量比例如表1所示，制得如本发明的半透膜支撑材，及测得各性质的数据，如表1所示。
实施例12及14至15
以如实施例1的相同方式制造本发明的半透膜支撑材，但使用1.5丹尼的聚酯短纤维、2丹尼的鞘芯复合短纤维及聚乙烯丝浆纤维，用量比例如表1所示，制得如本发明的半透膜支撑材，及测得各性质的数据，如表1所示。
表1
| 实施例 | 聚乙烯丝浆纤维％ | 鞘芯复合短纤％ | 聚酯短纤维(1.5丹尼)％ | 聚酯短纤维(0.8丹尼)％ | 基重g/m<sup>2</sup> | 平均厚度mm | 密度g/cm<sup>3</sup> | 透气度cc/cm<sup>2</sup>/sec | 拉伸强度kg/15mm | 延伸度％ |
| 1 | 10 | 40 | 0 | 50 | 65 | 0.115 | 0.62 | 3.6 | 6.19 | 8.8 |
| 2 | 10 | 40 | 0 | 50 | 75 | 0.117 | 0.71 | 2.78 | 5.86 | 8.07 |
| 3 | 10 | 40 | 0 | 50 | 70 | 0.106 | 0.71 | 2.28 | 6.15 | 10.19 |
| 4 | 10 | 20 | 0 | 70 | 65 | 0.133 | 0.53 | 2.94 | 5.11 | 7.81 |
| 5 | 10 | 20 | 0 | 70 | 70 | 0.112 | 0.71 | 3.54 | 3.52 | 3.71 |
| 6 | 10 | 20 | 0 | 70 | 75 | 0.129 | 0.62 | 2.35 | 4.18 | 5.03 |
| 7 | 10 | 60 | 0 | 30 | 75 | 0.108 | 0.72 | 2.89 | 7.8 | 12.75 |
| 8 | 10 | 60 | 0 | 30 | 70 | 0.113 | 0.67 | 3.87 | 5.97 | 11.04 |
| 9 | 10 | 60 | 0 | 30 | 65 | 0.108 | 0.68 | 3.41 | 7.26 | 14.46 |
| 10 | 10 | 40 | 25 | 25 | 75 | 0.122 | 0.64 | 8.59 | 5.31 | 8.1 |
| 11 | 10 | 40 | 25 | 25 | 65 | 0.114 | 0.61 | 6.21 | 4.92 | 8.07 |
| 12 | 10 | 40 | 50 | 0 | 65 | 0.097 | 0.67 | 9.76 | 4.05 | 6.71 |
| 13 | 10 | 40 | 25 | 25 | 70 | 0.109 | 0.71 | 6.03 | 5.97 | 10.29 |
| 14 | 10 | 40 | 50 | 0 | 75 | 0.129 | 0.64 | 8.51 | 6.02 | 7.84 |
| 15 | 10 | 40 | 50 | 0 | 70 | 0.097 | 0.77 | 8.17 | 5.01 | 8.85 |
比较例1
以如实施例1的相同方式制造本发明的半透膜支撑材，但仅使用0.5丹尼的聚酯短纤维及鞘芯复合短纤维，用量比例如表2所示，制得如本发明的半透膜支撑材，测得透气度为6.5c.c./cm2/sec，如表2所示。
实施例16
以如比较例1的相同方式制造本发明的半透膜支撑材，但使用0.5丹尼的聚酯短纤维、鞘芯复合短纤维及聚乙烯丝浆纤维，用量比例如表2所示，制得如本发明的半透膜支撑材，测得透气度为0.52c.c./cm2/sec，如表2所示。由测得的数据显示，与比较例1比较之，同样使用0.5丹尼的聚酯短纤维及鞘芯复合短纤维，但依据本发明的实施例16进一步以聚乙烯丝浆纤维取代半量的鞘芯复合短纤维，所得的半透膜支撑材的透气度远小于比较例1所得的透气度。
比较例2
以如实施例1的相同方式制造本发明的半透膜支撑材，但仅使用4丹尼的聚酯短纤维及鞘芯复合短纤维，用量比例如表2所示，制得如本发明的半透膜支撑材，测得透气度为20.2c.c./cm2/sec，如表2所示。
实施例17
以如比较例2的相同方式制造本发明的半透膜支撑材，但使用4丹尼的聚酯短纤维、鞘芯复合短纤维及聚乙烯丝浆纤维，用量比例如表2所示，制得如本发明的半透膜支撑材，测得透气度为4.69c.c./cm2/sec，如表2所示。由测得的数据显示，与比较例2比较之，同样使用3丹尼的聚酯短纤维及鞘芯复合短纤维，但依据本发明的实施例17进一步以聚乙烯丝浆纤维取代半量的鞘芯复合短纤维，所得的半透膜支撑材的透气度远小于比较例2所得的透气度。
表2
| 0.5丹尼聚酯短纤维 | 4丹尼聚酯短纤维 | 鞘芯复合短纤维 | 聚乙烯丝浆纤维 | 透气度c.c./cm<sup>2</sup>/sec | |
| 比较例1 | 60％ | 0 | 40％ | 0 | 6.5 |
| 实施例16 | 60％ | 0 | 20％ | 20％ | 0.52 |
| 比较例2 | 0 | 60％ | 40％ | 0 | 20.2 |
| 实施例17 | 0 | 60％ | 20％ | 20％ | 4.69 |
实施例18
将50kg的纤维长度为6mm的0.8丹尼的聚酯短纤维、32kg的长度为6m m的2丹尼的鞘芯复合短纤维(其中鞘部成分为聚酯，熔点为110℃，芯部成分为聚酯，熔点为256℃及32kg的比表面积为10m2/g的聚乙烯丝浆纤维分散在水中，三者重量比依序为50∶32∶18，如表1所示，配成纤维悬浮液含有0.5重量％的纤维的纤维浆料。使用幅宽90cm的圆网抄纸机以20m/min抄造速度将此纤维浆料进行湿式抄纸，形成一层湿的纤维层。使用扬基式烘缸进行干燥所得的湿的纤维层。然后于130℃及200kg/cm压力下进行热压光处理，获得具有不织布结构的如本发明的半透膜支撑材。对于所制得的半透膜支撑材，如实施1的方法测得基重为65g/m2、密度为0.71g/cm3，透气度为7.01c.c./cm2/sec，纵向拉伸强度为6.41kg/15mm、延伸度为10％，横向拉伸强度为5.25kg/15mm、延伸度为10.5％。纵向/横向拉伸强度比为1.22，各数据如表3所示。
比较例3
以如实施例18的相同方式制造本发明的半透膜支撑材，但仅使用0.8丹尼的聚酯短纤维及鞘芯复合短纤维，用量比例如表3所示，制得如本发明的半透膜支撑材，测得基重为63g/m2、密度为0.75g/cm3，透气度为13.85c.c./cm2/sec，纵向拉伸强度为6.26kg/15mm、延伸度为11％，横向拉伸强度为2.98kg/15mm、延伸度为15.2％。纵向/横向拉伸强度比为2.1，各数据如表3所示。
表3
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，然其并非用以限定本发明。任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰。因此本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。
Claims (9)
1.一种半透膜支撑材，其特征在于包括：
10至70重量％的聚酯短纤维；且该聚酯短纤维为热塑性纤维；
30至70重量％的鞘芯复合纤维，该鞘芯复合纤维的鞘部具有较芯部为低的熔点，且该鞘芯复合纤维为热塑性纤维；及
3至40重量％的聚烯烃丝浆纤维，该聚烯烃丝浆纤维具有1至15m2/g的比表面积；
其中，该聚酯短纤维、该鞘芯复合纤维及该聚烯烃丝浆纤维形成不织布的结构；三者含量总和不超过100重量％。
2.根据权利要求1所述的半透膜支撑材，其特征在于所述支撑材具有透气度0.2至10c.c./cm2/sec。
3.根据权利要求1所述的半透膜支撑材，其特征在于所述支撑材具有拉伸强度5至8kg/15mm。
4.根据权利要求1所述的半透膜支撑材，其特征在于所述支撑材具有纵横向拉伸强度比1.5∶1至1∶1。
5.根据权利要求1所述的半透膜支撑材，其特征在于该鞘芯复合纤维的鞘部熔点较芯部熔点低20至150℃。
6.根据权利要求5所述的半透膜支撑材，其特征在于该鞘部为聚酯或聚烯烃，及该芯部为聚酯。
7.一种半透膜支撑材的制造方法，其特征在于包括：
将10至70重量份的聚酯短纤维、30至70重量份的鞘芯复合纤维及3至40重量份的聚烯烃丝浆纤维分散在水中，配成0.1至1.0重量％的纤维浆料，其中，该鞘芯复合纤维的鞘部具有较芯部为低的熔点，该聚酯短纤维为热塑性纤维；且该鞘芯复合纤维为热塑性纤维；
对于该纤维浆料进行湿式抄纸程序，获得一湿纤维层；及
将该湿纤维层干燥，及进行热压光处理，藉以获得该半透膜支撑材，其具有不织布结构。
8.根据权利要求7所述的半透膜支撑材的制造方法，其特征在于该湿式抄纸程序是以抄纸设备进行，该抄纸设备为长网式、圆网式、或斜网式。
9.根据权利要求7所述的半透膜支撑材的制造方法，其特征在于在该鞘芯复合纤维的鞘部熔点至高于该熔点50℃之间的温度下进行热压光处理。
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