專利名稱：半透膜支撐材及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種半透膜支撐材及其制法。
背景技術(shù)：
半透膜是一種表面具有多孔性，廣泛應(yīng)用于海水淡化、廢水處理、食品濃縮、微生物分離、血液過濾及制造半導(dǎo)體制程或洗凈用超純水等領(lǐng)域應(yīng)用。一般而言，半透膜是一種合成高分子薄膜，本身具有低機(jī)械強(qiáng)度。因此，常以不織布、織物及類似產(chǎn)品做為其支撐材，聚合物高分子即涂敷在該支撐材上形成半透膜。
半透膜一般是指超微過濾或逆滲透等超精密過濾，一般需在高壓接近100大氣壓下操作。因此，需要具有高強(qiáng)度及尺寸安定性的半透膜支撐材。傳統(tǒng)是使用織物或多孔性不織物為支撐材，但是仍具有易剝層及產(chǎn)生針孔等問題。為能解決上述缺點(diǎn)及滿足在高壓下操作，最早是以增加支撐材基重做為解決方法。但是，相對(duì)增加成本及降低過濾效率。后來德國Freudenberg carl FA公司于美國專利第4,728,394號(hào)及第4,795,559號(hào)等，提出是由低密度與高密度兩層不織布貼合而成的半透膜支撐材，雖然此種具有兩層結(jié)構(gòu)的不織布具有高強(qiáng)度，但是仍存在兩層貼合易脫層及半透膜加工性不良等缺點(diǎn)。
2000年10月18日歐洲專利案EP1044719A1揭示一種由聚酯短纖維組成的單層半透膜支撐材，其特征為支撐材在5％延伸時(shí)的斷裂長大于或等于4.0km及透氣度在0.2-10cc/cm2/sec范圍。此種單層半透膜支撐材，改良了兩層不織布貼合易脫層及半透膜加工性不良等缺點(diǎn)。但是，半透膜支撐材的縱/橫向拉力強(qiáng)度仍存在有明顯的差異，使得在半透膜的加工制程會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重卷取等問題。
2002年5月16日美國專利案第20020056535號(hào)揭示一種半透膜支撐材及其制備方法，其特征是一種包括主纖維與黏結(jié)纖維(20∶80-70∶30重量％)的不織布。此二種纖維均為合成樹脂細(xì)纖維(fine fiber)，其纖維細(xì)徑為0.6-8.9分特(decitex)。上述纖維混合利用斜網(wǎng)式抄紙機(jī)抄制成薄紙并干燥，再經(jīng)壓光機(jī)處理利用加熱與加壓的程序處理制得此種不織布適合做為半透膜支撐材，其特征為半透膜支撐材具有在紙進(jìn)料的方向的拉伸強(qiáng)度與橫向的拉伸強(qiáng)度比為2∶1-1∶1，可以解決在半透膜高分子涂膜加工時(shí)會(huì)產(chǎn)生卷曲等缺點(diǎn)。
然而，當(dāng)僅以聚酯短纖維及熱融接著纖維為原料的聚酯纖維不織布做為支撐材時(shí)，此種支撐材的制備并不易于利用傳統(tǒng)抄紙?jiān)O(shè)備，尤其是圓網(wǎng)抄紙機(jī)，抄制成具有高強(qiáng)度及在紙進(jìn)料的方向的拉伸強(qiáng)度與橫向的拉伸強(qiáng)度比為2∶1-1∶1的半透膜支撐材。
因此，以單層結(jié)構(gòu)的不織布做為半透膜支撐材方面，較兩層結(jié)構(gòu)具有制程簡單及低成本等優(yōu)點(diǎn)，但是仍存在需使用特殊濕式成型設(shè)備等缺點(diǎn)。因此，亟需一種更佳的半透膜支撐材以及更便利的支撐材制法以克服上述缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種半透膜支撐材，此半透膜支撐材為單層，含有主要量的聚酯纖維以及其它纖維，可便利的利用傳統(tǒng)抄紙?jiān)O(shè)備來制造，且具有高強(qiáng)度6-8kg/1 5mm及在紙進(jìn)料的方向的拉伸強(qiáng)度與橫向的拉伸強(qiáng)度比為1.5∶1-1∶1及透氣度0.2-10c.c./cm2/sec的半透膜支撐材。
本發(fā)明的另一目的是提供一種制造半透膜支撐材的方法，能簡單利用傳統(tǒng)抄紙?jiān)O(shè)備，抄制單層纖維層以進(jìn)一步制得較佳尺寸安定性的半透膜支撐材。
依據(jù)本發(fā)明的一目的，提供一種半透膜支撐材，其包括10-70重量％的聚酯短纖維、30-70重量％的鞘部熔點(diǎn)較芯部為低的鞘芯(sheath-core)復(fù)合短纖維及3-40重量％的具有1-15m2/g的比表面積的聚烯烴絲漿纖維(pulp fiber)，三者含量總和不超過100重量％，其中，該聚酯短纖維、該鞘芯復(fù)合短纖維及該聚烯烴絲漿纖維是混合成纖維體以形成不織布(non-woven web)的結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明所述的鞘芯復(fù)合纖維的鞘部熔點(diǎn)較芯部熔點(diǎn)低20-150℃。
本發(fā)明所述的鞘部為聚酯或聚烯烴，及該芯部為聚酯。
依據(jù)本發(fā)明的另一目的，提供一種半透膜支撐材的制法，包括將10-70重量份的聚酯短纖維、30-70重量份的芯鞘復(fù)合短纖維及3-40重量份的聚烯烴絲漿纖維分散在水中，配成0.1-0.5重量％的纖維漿料，其中，該鞘芯復(fù)合短纖維的鞘部具有較芯部為低的熔點(diǎn)；對(duì)于該纖維漿料進(jìn)行濕式抄紙程序，獲得一濕纖維層；及將該濕纖維層干燥，及于110-150℃下進(jìn)行熱壓光處理的步驟，藉以獲得該半透膜支撐材，其具有不織布結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明方法中所述的濕式抄紙程序是以傳統(tǒng)抄紙?jiān)O(shè)備進(jìn)行。
本發(fā)明方法中所述的傳統(tǒng)抄紙?jiān)O(shè)備為長網(wǎng)式、圓網(wǎng)式或斜網(wǎng)式。
本發(fā)明方法中所述的聚烯烴絲漿纖維是以絲漿纖維(pulpfiber)的形式使用。
本發(fā)明方法中所述的鞘芯復(fù)合纖維的鞘部熔點(diǎn)至高于該熔點(diǎn)50℃之間的溫度下進(jìn)行熱壓光處理。
本發(fā)明的半透膜支撐材的聚烯烴絲漿纖維含量在3-40重量％，因此能便利的利用傳統(tǒng)的現(xiàn)有抄紙?jiān)O(shè)備，尤其是圓網(wǎng)式抄紙機(jī)，濕式抄制成單層纖維層，以進(jìn)一步制得本發(fā)明的半透膜支撐材。其具有高強(qiáng)度5-8kg/15 mm及在紙進(jìn)料的方向的拉伸強(qiáng)度與橫向的拉伸強(qiáng)度比為1.5∶1-1∶1及透氣度0.2-10c.c./cm2/sec的半透膜支撐材。


圖1為依據(jù)本發(fā)明的一具體實(shí)施例所使用的聚烯烴絲漿纖維的顯微圖。
圖2為依據(jù)本發(fā)明的一具體實(shí)施例的半透膜支撐材制造流程圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的半透膜支撐材包括聚酯短纖維、鞘芯復(fù)合短纖維及聚烯烴絲漿纖維。但不限于適用于本發(fā)明的聚酯短纖維可為任何熱塑性的聚酯纖維，長度可為3-12mm，此較佳為5-8mm。纖維丹尼數(shù)在0.5-5丹尼。聚酯短纖維在半透膜支撐材中的含量為10-70重量％，較佳為20-60重量％，更佳為30-50重量％。
適用于本發(fā)明的鞘芯復(fù)合纖維，可為任何熱塑性纖維，鞘部的熔點(diǎn)需較芯部為低，一般約低20-150℃，較佳為30-130℃。鞘部厚度與芯部直徑并無特別限制，整體的鞘芯復(fù)合纖維丹尼數(shù)可為1-5丹尼，較佳為1-3丹尼。長度并無特別限制。芯部可為例如聚酯，例如芳香族類聚酯，例如但不限于聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate；PET)或聚對(duì)苯二甲酸丁二酯(polybutylene terephthalate；PBT)或聚丙烯纖維(polyproplene；PP)。鞘部可為例如相對(duì)較低熔點(diǎn)的聚酯或聚烯烴，例如但不限于較低熔點(diǎn)的聚酯或聚乙烯(polyethylene；PE)、聚丙烯(polyproplene；PP)。鞘芯復(fù)合短纖維在半透膜支撐材中的含量為30-70重量％，較佳為30-60重量％，更佳為40-60重量％。
適用于本發(fā)明的聚烯烴絲漿纖維，是來自將聚烯烴纖維化所制得的類似紙漿的合成絲漿(pulp fiber，在此稱絲漿纖維，以與天然紙漿區(qū)別)，可自市面上購得。較佳其具有1-15m2/g的比表面積。此種纖維化絲漿所含的纖維，與上述的聚酯短纖維與鞘芯復(fù)合短纖維一起經(jīng)過熱處理使纖維互相粘著，形成微細(xì)化網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，即不織布的結(jié)構(gòu)，成為本發(fā)明所欲的半透膜支撐材。因此，使用此種聚烯烴絲漿纖維于本發(fā)明的半透膜支撐材中，其具有調(diào)整所欲支撐材的孔隙度、縱橫比與透氣性及做為成型的輔助功能。聚烯烴可舉例為聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)等，但不限于此。所使用的聚烯烴絲漿纖維的熔點(diǎn)較佳為高于前述的鞘芯復(fù)合短纖維的鞘部材料的熔點(diǎn)。聚烯烴絲漿纖維在半透膜支撐材中的含量為3-40重量％，較佳為5-30重量％，更佳為10-20重量％。
對(duì)于本發(fā)明的另一目的，是一種制造半透膜支撐材的方法，包括下列步驟將10-70重量％的如上述的聚酯短纖維、30-70重量％的如上述的鞘芯復(fù)合短纖維及3-40重量％的如上述的聚烯烴絲漿纖維分散在水中，配成纖維懸浮液含有0.05-1.0重量％，較佳為0.075-0.75重量％，更佳為0.1-0.5重量％的纖維的漿料。聚烯烴絲漿纖維較佳是以絲漿的形式使用，取其相當(dāng)于含有3-40重量％的聚烯烴絲漿纖維的量使用。
對(duì)于上述形成的纖維漿料進(jìn)行濕式抄紙程序，以獲得一層濕的纖維層。濕式抄紙程序不限于使用斜網(wǎng)式抄紙機(jī)可利用一般傳統(tǒng)抄紙?jiān)O(shè)備進(jìn)行，例如，長網(wǎng)式或圓網(wǎng)式均可。經(jīng)過濕式抄紙，獲得一層濕的纖維層。
將所得的濕的纖維層利用例如烘缸等進(jìn)行干燥。然后于110-150℃下，進(jìn)行熱壓光處理，藉以獲得該半透膜支撐材，其具有不織布結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的半透膜支撐材可以利用傳統(tǒng)抄紙程序及裝置制成聚酯纖維濕式不織布，進(jìn)而制得半透膜支撐材，制程便利。所得的半透膜支撐材具有拉伸強(qiáng)度在6kg/15mm以上，縱橫向拉伸強(qiáng)度比在1.0-1.5及透氣度0.2-10c.c./cm2/sec?？蛇m合做為應(yīng)用于海水淡化、廢水處理、食品濃縮、微生物分離、血液過濾的醫(yī)療應(yīng)用及制造半導(dǎo)體洗凈用超純水等領(lǐng)域的半透膜的支撐材。
為讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉出較佳實(shí)施例，作詳細(xì)說明如下實(shí)施例1將2g的纖維長度為6mm的0.8丹尼的聚酯短纖維(如遠(yuǎn)東化學(xué)纖維公司的SH-2840)、1.6g的長度為6mm的2丹尼的鞘芯復(fù)合短纖維(其中鞘部成分為聚酯，熔點(diǎn)為110℃，芯部成分為聚酯，熔點(diǎn)為256℃，如遠(yuǎn)東化學(xué)纖維公司的SH-2240 CM)及0.4g的比表面積為10m2/g的聚乙烯絲漿纖維(如日本三井石油化學(xué)公司SWP E400)分散在水中，三者重量比依序?yàn)?0∶40∶10，如表1所示，配成纖維懸浮液含有0.5重量％的纖維的纖維漿料。使用長寬25cm×25cm的手抄紙機(jī)將此纖維漿料進(jìn)行濕式手抄紙，形成一層濕的纖維層。使用烘箱將所得的濕的纖維層在105℃下進(jìn)行干燥。然后于125℃及80kg/cm壓力下進(jìn)行熱壓光處理，獲得具有不織布結(jié)構(gòu)的如本發(fā)明的半透膜支撐材。
對(duì)于所制得的半透膜支撐材，測得平均厚度為0.115mm、基重為71g/m2、密度為0.62g/cm3，以JISL1096A法測得透氣度為3.6c.c./cm2/sec，以TAPPI T494法測得拉力為6.19kg/15mm，延伸度為8.8％。各數(shù)據(jù)如表1所示。
實(shí)施例2至9
以如實(shí)施例1的相同方式制造本發(fā)明的半透膜支撐材，但改變0.8丹尼的聚酯短纖維、2丹尼的鞘芯復(fù)合短纖維及聚乙烯絲漿纖維的用量比例，制得如本發(fā)明的半透膜支撐材，及測得各性質(zhì)的數(shù)據(jù)，如表1所示。
實(shí)施例10至11及13以如實(shí)施例1的相同方式制造本發(fā)明的半透膜支撐材，但使用1.5丹尼及0.8丹尼的聚酯短纖維、2丹尼的鞘芯復(fù)合短纖維及聚乙烯絲漿纖維，用量比例如表1所示，制得如本發(fā)明的半透膜支撐材，及測得各性質(zhì)的數(shù)據(jù)，如表1所示。
實(shí)施例12及14至15以如實(shí)施例1的相同方式制造本發(fā)明的半透膜支撐材，但使用1.5丹尼的聚酯短纖維、2丹尼的鞘芯復(fù)合短纖維及聚乙烯絲漿纖維，用量比例如表1所示，制得如本發(fā)明的半透膜支撐材，及測得各性質(zhì)的數(shù)據(jù)，如表1所示。
表1

比較例1以如實(shí)施例1的相同方式制造本發(fā)明的半透膜支撐材，但僅使用0.5丹尼的聚酯短纖維及鞘芯復(fù)合短纖維，用量比例如表2所示，制得如本發(fā)明的半透膜支撐材，測得透氣度為6.5c.c./cm2/sec，如表2所示。
實(shí)施例16以如比較例1的相同方式制造本發(fā)明的半透膜支撐材，但使用0.5丹尼的聚酯短纖維、鞘芯復(fù)合短纖維及聚乙烯絲漿纖維，用量比例如表2所示，制得如本發(fā)明的半透膜支撐材，測得透氣度為0.52c.c./cm2/sec，如表2所示。由測得的數(shù)據(jù)顯示，與比較例1比較之，同樣使用0.5丹尼的聚酯短纖維及鞘芯復(fù)合短纖維，但依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例16進(jìn)一步以聚乙烯絲漿纖維取代半量的鞘芯復(fù)合短纖維，所得的半透膜支撐材的透氣度遠(yuǎn)小于比較例1所得的透氣度。
比較例2以如實(shí)施例1的相同方式制造本發(fā)明的半透膜支撐材，但僅使用4丹尼的聚酯短纖維及鞘芯復(fù)合短纖維，用量比例如表2所示，制得如本發(fā)明的半透膜支撐材，測得透氣度為20.2c.c./cm2/sec，如表2所示。
實(shí)施例17以如比較例2的相同方式制造本發(fā)明的半透膜支撐材，但使用4丹尼的聚酯短纖維、鞘芯復(fù)合短纖維及聚乙烯絲漿纖維，用量比例如表2所示，制得如本發(fā)明的半透膜支撐材，測得透氣度為4.69 c.c./cm2/sec，如表2所示。由測得的數(shù)據(jù)顯示，與比較例2比較之，同樣使用3丹尼的聚酯短纖維及鞘芯復(fù)合短纖維，但依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例1 7進(jìn)一步以聚乙烯絲漿纖維取代半量的鞘芯復(fù)合短纖維，所得的半透膜支撐材的透氣度遠(yuǎn)小于比較例2所得的透氣度。
表2

實(shí)施例18將50kg的纖維長度為6mm的0.8丹尼的聚酯短纖維、32kg的長度為6mm的2丹尼的鞘芯復(fù)合短纖維(其中鞘部成分為聚酯，熔點(diǎn)為110℃，芯部成分為聚酯，熔點(diǎn)為256℃及32kg的比表面積為10m2/g的聚乙烯絲漿纖維分散在水中，三者重量比依序?yàn)?0∶32∶18，如表1所示，配成纖維懸浮液含有0.5重量％的纖維的纖維漿料。使用幅寬90cm的圓網(wǎng)抄紙機(jī)以20m/min抄造速度將此纖維漿料進(jìn)行濕式抄紙，形成一層濕的纖維層。使用揚(yáng)基式烘缸進(jìn)行干燥所得的濕的纖維層。然后于130℃及200kg/cm壓力下進(jìn)行熱壓光處理，獲得具有不織布結(jié)構(gòu)的如本發(fā)明的半透膜支撐材。對(duì)于所制得的半透膜支撐材，如實(shí)施1的方法測得基重為65g/m2、密度為0.71g/cm3，透氣度為7.01c.c./cm2/sec，縱向拉伸強(qiáng)度為6.41kg/15mm、延伸度為10％，橫向拉伸強(qiáng)度為5.25kg/15mm、延伸度為10.5％。縱向/橫向拉伸強(qiáng)度比為1.22，各數(shù)據(jù)如表3所示。
比較例3以如實(shí)施例18的相同方式制造本發(fā)明的半透膜支撐材，但僅使用0.8丹尼的聚酯短纖維及鞘芯復(fù)合短纖維，用量比例如表3所示，制得如本發(fā)明的半透膜支撐材，測得基重為63g/m2、密度為0.75g/cm3，透氣度為13.85c.c./cm2/sec，縱向拉伸強(qiáng)度為6.26kg/15mm、延伸度為11％，橫向拉伸強(qiáng)度為2.98kg/15mm、延伸度為15.2％?？v向/橫向拉伸強(qiáng)度比為2.1，各數(shù)據(jù)如表3所示。
表3

雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例公開如上，然其并非用以限定本發(fā)明。任何熟悉此技藝者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的更動(dòng)與潤飾。因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視后附的申請(qǐng)專利范圍所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種半透膜支撐材，其特征在于包括10-70重量％的聚酯短纖維；30-70重量％的鞘芯復(fù)合纖維，該鞘芯復(fù)合纖維的鞘部具有較芯部為低的熔點(diǎn)；及3-40重量％的聚烯烴絲漿纖維，該聚烯烴絲漿纖維具有1-15m2/g的比表面積；其中，該聚酯短纖維、該鞘芯復(fù)合纖維及該聚烯烴絲漿纖維形成不織布的結(jié)構(gòu)；三者含量總和不超過100重量％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半透膜支撐材，其特征在于所述支撐材具有透氣度0.2-10c.c./cm2/sec。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半透膜支撐材，其特征在于所述支撐材具有拉伸強(qiáng)度5-8kg/15mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半透膜支撐材，其特征在于所述支撐材具有縱橫向拉伸強(qiáng)度比1.5∶1-1∶1。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半透膜支撐材，其特征在于該鞘芯復(fù)合纖維的鞘部熔點(diǎn)較芯部熔點(diǎn)低20-150℃。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半透膜支撐材，其特征在于該鞘部為聚酯或聚烯烴，及該芯部為聚酯。
7.一種半透膜支撐材的制造方法，其特征在于包括將10-70重量份的聚酯短纖維、30-70重量份的鞘芯復(fù)合纖維及3-40重量份的聚烯烴絲漿纖維分散在水中，配成0.1-1.0重量％的纖維漿料，其中，該鞘芯復(fù)合纖維的鞘部具有較芯部為低的熔點(diǎn)；對(duì)于該纖維漿料進(jìn)行濕式抄紙程序，獲得一濕纖維層；及將該濕纖維層干燥，及進(jìn)行熱壓光處理，藉以獲得該半透膜支撐材，其具有不織布結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半透膜支撐材的制造方法，其特征在于該濕式抄紙程序是以傳統(tǒng)抄紙?jiān)O(shè)備進(jìn)行。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半透膜支撐材的制造方法，其特征在于該傳統(tǒng)抄紙?jiān)O(shè)備為長網(wǎng)式、圓網(wǎng)式、或斜網(wǎng)式。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半透膜支撐材的制造方法，其特征在于該聚烯烴絲漿纖維是以絲漿纖維的形式使用。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半透膜支撐材的制造方法，其特征在于在該鞘芯復(fù)合纖維的鞘部熔點(diǎn)至高于該熔點(diǎn)50℃之間的溫度下進(jìn)行熱壓光處理。
全文摘要
本發(fā)明是關(guān)于一種半透膜支撐材及其制造方法，該支撐材包括10－70重量％的聚酯短纖維；30－70重量％的鞘芯復(fù)合短纖維，該鞘芯復(fù)合短纖維的鞘部具有較芯部為低的熔點(diǎn)；及3－40重量％的聚烯烴纖維，該聚烯烴纖維具有1－15m
文檔編號(hào)D21H27/08GK1768911SQ200410086739
公開日2006年5月10日 申請(qǐng)日期2004年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月29日
發(fā)明者蕭弘毅, 鄭淑蕙, 陳聯(lián)泰 申請(qǐng)人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院