[发明专利]具有3维结构的薄层复合过滤材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可用于过滤的薄层复合结构材料，可以做为水处理、生物医药分离用的过滤材料，或者进一步在表面通过相转化法成膜，用于膜生物反应器中的分离膜等。本发明主要涉及薄层支撑层的选择以及其与外层的无纺布结构的粘结工艺。

背景技术平板膜组件是膜生物反应器应用中的一种重要结构，平板膜元件具有单位膜面积产量大，操作方便，膜的维护，化学清洗和更换比较容易(许振良，膜法水处理技术．北京，化学工业出版社，2001)。平板膜组件主要采用板框式结构，组件采用按膜、粗网支撑材料、支撑板、粗网支撑材料、膜的顺序交替组装在一起制成。其主要缺点在于由于支撑板很重，用量大增加成本，同时支撑板的厚度影响了膜组件的薄化。

许多研究用来优化膜组件的结构。CN101721917A提出一种新型平板式膜元件，其支撑层采用网孔板，利用网孔板形成中空内腔作为流通通道，减轻了支撑板的重量。CN101371971A提出一种由5层材料组成的过滤膜包，其支撑层为过滤支撑网格。上述结构对支撑层进行了部分改进，但是仍然没有解决上述问题。

CN102006917A提出一种间隔织物作为支撑层然后通过粘结层与过滤膜结合。间隔织物较薄，把过滤膜与支撑层直接粘结在一起形成较薄的一体式结构，同时选择的支撑层为柔性结构，可以方便的连续加工。但是对于间隔织物的形态结构没有做出说明和要求。

Desalination 250 (2010) 1078–1082，提出采用一种独特的空间织物，通过编织的方法使表面层之间连接起来，中间形成通道结构，无须通过粘结工艺将支撑层与表面层粘结起来。进一步在织物两边直接涂敷成膜。但是常规的空间织物由于表面上的孔洞很大，无法涂覆成膜。对于这种所需的特殊结构的空间织物，目前国内市场上没有相应产品，缺乏可操作性。

本发明的目的是在上述技术的基础上，利用现有工业技术，可以获得的原材料为基础，通过合适的工艺结合形成制备使用性能的过滤及分离膜产品。

发明内容

本发明的目的在于制备一种具有3维结构的薄层复合过滤材料及其制备方法，可以有效的降低过滤元件的厚度的同时保持过滤元件内部良好的过滤通道结构。

本发明涉及的一种具有3维结构的薄层复合过滤材料，采用3维支撑网布作为流道层，其两个端面分别与无纺布层或者无纺布复合膜层进行复合，形成的一种具有立体流道结构的薄层过滤材料。

其工艺过程为选择具有高强及内部互通结构的3D织物，进一步与无纺布层或者无纺布复合膜层进行粘合，形成具有复合支撑结构的过滤材料。对于表面复合无纺布层的过滤材料其表面可以通过采用相转化法涂膜制备出具有超薄结构的膜元件。

3D织物的选择是个关键问题。不同结构的3D织物会导致性能重大的差异。3D织物属于间隔织物中的一种。间隔织物类别很多：按照织造方式的不同，间隔织物可以分为针织和机织两种结构类型，针织间隔织物包括经编和纬编两种结构。经编间隔织物主要在拉舍尔双针床经编机上生产，间隔大小由针床间距调节得到。不同结构方法制备的织物性能有很大的差别。如针织间隔物是通过横穿前后针床织物的连接纱线或线圈在前后针床上转移而得到间隔效果的,效率低、成本高、强力低。本发明选择经编的间隔织物。

经编的3D织物，上下两层可以采用不同角度的纱线层连接，根据上下面层的柱纱连接方式，可以分为“V”字形、“x”字形和“8”字形，“1”字形等机织间隔织物。本发明中3D织物选择“8”字形连接方式。这是由于过滤过程中经常承压，要保持结构的稳定性，防止上下两层发生剧烈滑移和变型，“8”字形连接有助于最大限度优化改善织物的拉伸、抗压、抗冲击等性能。

本发明所述经编的3D织物的上下层结构具有对称结构，优选高表面孔，大花型的网布结构，其总厚度在1.5-5mm之间。优选2-3mm，

本发明所述的3D织物的原料选择可以包括涤纶、锦纶、尼龙、棉质、人造丝、超细纤维、低弹丝等。本专利优选涤纶纤维，其纤维选择50-1000旦之间。优选50-200旦之间，太粗的纤维会影响织物的厚度和强度。

本专利所涉及3D织物，也可以称为3D网布。网布的克重：100-1000（g/㎡）之间，优选100-500 g/㎡的产品

在本例专利中3D网布与表面无纺布之间的粘结过程是需要解决的另外一个重要问题。至于其中表面无纺布层的选择，是一个众所周知的问题，可以选择用于平板膜的支撑的任何类型的无纺布结构，此处不额外叙述。