本發(fā)明屬于液體過濾與分離制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及到一種海水淡化用反滲透膜支撐體及制備方法。
背景技術(shù)：
反滲透海水淡化技術(shù)至上世紀(jì)70年代商業(yè)化以來，其高效、低能耗、清潔、少污染、操作管理方便等特點(diǎn)使其成為當(dāng)今先進(jìn)的脫鹽技術(shù)。經(jīng)過50多年的研究開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化，反滲透海水淡化膜及膜組件性能得到大幅度的提高，其脫鹽率已高達(dá)99.8％，而產(chǎn)水量提高了2-3倍多。
海水淡化膜的研究始于美國，John E.Cadotte首先使用間苯二胺和均苯三甲酰氯通過界面聚合的方式制備了具有實(shí)際使用價(jià)值的海水淡化膜片，海水淡化膜的研究進(jìn)入實(shí)質(zhì)性的階段。其后國際上的著名公司陶氏、東麗、海德能等都大力發(fā)展自己的海水淡化膜制造技術(shù)，而相關(guān)報(bào)道的專利技術(shù)卻越來越少。在國家“十一五”和“十二五”項(xiàng)目的支持下，我國也對(duì)海水淡化膜的制備開展了研究，從膜材料入手，建立了國產(chǎn)海水淡化膜的生產(chǎn)線，制備了海水淡化膜元件。
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，水資源的日趨短缺和污染，在近島和沿海地區(qū)，優(yōu)先采用反滲透脫鹽技術(shù)開辟新水源已在全球達(dá)成共識(shí)。但雖然國內(nèi)外對(duì)海水淡化用反滲透膜進(jìn)行了大量的研究，對(duì)相關(guān)的海水淡化反滲透膜的支撐體還鮮有報(bào)道。部分文獻(xiàn)(陳國強(qiáng)等，反滲透膜支撐體的制備，印染助劑[J],28(8):8-10,2008)和專利[CN102031640B，CN101765456 A，USP5851355]僅僅報(bào)道了用針織物涂層、紡粘非織造材料和濕法非織造材料制備分離膜支撐體的方法，但該類支撐材料均以聚酯纖維為原料，其在長期高鹽堿性海水環(huán)境下的結(jié)構(gòu)和性能穩(wěn)定性較差，特別在一定的溫度下由于聚酯的水解性能加劇，其膜支撐體的形態(tài)穩(wěn)定性以及表觀平整度很難保證。
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)，提供了一種海水淡化用反滲透膜支撐體及制備方法，在高鹽堿性海水環(huán)境下，具有良好結(jié)構(gòu)和性能穩(wěn)定性。
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：
海水淡化用反滲透膜支撐體，其特征在于，由重量百分含量為40％-60％的作為主體纖維的聚丙烯纖維，20％-40％的作為支撐纖維的聚乙烯醇纖維，以及10％-30％的粘合纖維構(gòu)成，其定量在40g/m2-120g/m2。
進(jìn)一步，所述粘合纖維為纖維熔點(diǎn)為100℃-135℃ES纖維或聚乙烯纖維或者兩種纖維的組合。
進(jìn)一步，所述支撐聚乙烯醇纖維為縮甲醛聚乙烯醇纖維，分子量在100000-150000之間，熔點(diǎn)220℃-250℃，軟化點(diǎn)115℃，結(jié)晶度在50％-65％，其在90℃-115℃度的水中熱收縮率不超過1％。
進(jìn)一步，所述主體纖維含量和支撐纖維的總含量在70％-90％，粘合纖維的含量在10％-30％。
進(jìn)一步，所述主體纖維、支撐纖維和粘合纖維的長度為2mm-20mm；各主體纖維、支撐纖維和粘合纖維的直徑為3μm-45μm。
進(jìn)一步，主體纖維、支撐纖維和粘合纖維的長度為2mm-20mm，更進(jìn)一步優(yōu)選3mm-8mm；各主體纖維、支撐纖維和粘合纖維的直徑為3μm-45μm，更進(jìn)一步主體纖維和支撐纖維的直徑優(yōu)選為8μm-35μm，粘合纖維的直徑優(yōu)選為3μm-25μm。
海水淡化用反滲透膜支撐體的制備方法，包括以下步驟：
1)取重量總含量為70％-90％的作為主體纖維的聚丙烯纖維和作為支撐纖維的聚乙烯醇纖維以及10％-30％的作為粘合纖維的ES纖維或聚乙烯纖維，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，放入配漿池，加水和分散劑攪拌均勻，使?jié)舛?.01％-0.1％，粘度為55-65秒，配成漿料；
2)將步驟1)中的漿料經(jīng)過斜網(wǎng)成型器成型，經(jīng)過烘干、熱軋壓延制成克重40-120g/m2的海水淡化反滲透膜支撐體。
進(jìn)一步，步驟1)中分散劑是聚丙烯酰胺或聚氧化乙烯。
進(jìn)一步，步驟2)中烘干采用兩步法，第一步脫水初步烘干，烘缸穩(wěn)定設(shè)定85℃，第二步快速干燥，烘干溫度設(shè)定100℃-120℃，車速100m/min，制備干燥的膜支撐體纖維網(wǎng)。
進(jìn)一步，步驟2)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500-750N/cm，成型后即制成定量40g/m2-120g/m2的海水反滲透膜支撐體。
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網(wǎng)面是涂覆面，直接接觸無加熱彈性輥的纖維網(wǎng)面為非涂覆面。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
1)該反滲透膜支撐涂覆面光滑度好、平整度高、在海水中強(qiáng)力損失和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好，生產(chǎn)工藝簡單，能長期穩(wěn)定的在海水淡化反滲透膜中使用，可以廣泛的應(yīng)用于不同溫度環(huán)境下的海水淡化反滲透膜組件中。
2)以耐酸堿性能和耐海水性能優(yōu)異的聚丙烯纖維和縮醛化聚乙烯醇纖維為主體纖維，以同樣具有優(yōu)良耐酸堿和耐海水性能的ES和聚乙烯纖維作為粘合纖維，通過濕法成網(wǎng)的方法制備耐海水反滲透膜支撐材料，解決了現(xiàn)有反滲透膜支撐材料耐海水性差的問題；
3)聚乙烯醇纖維的添加一方面大大提升了海水反滲透膜支撐體的耐海水性能，同時(shí)親水性聚乙烯醇纖維的添加提升了聚丙烯纖維、聚乙烯纖維和ES纖維濕法成型過程中纖網(wǎng)均勻性；
4)基于海水反滲透膜基本在長期在高壓下運(yùn)行、高能耗一直是國內(nèi)外海水反滲透膜業(yè)界亟待解決的問題，由于聚乙烯醇纖維良好的親水性能，該反滲透膜支撐材料將大大降低反滲透組件的運(yùn)行阻力，降低能耗和提高過濾效率。
5)本發(fā)明通過主體纖維聚丙烯、支撐纖維聚乙烯醇和粘合纖維ES纖維或聚乙烯纖維的組合，通過壓延溫度調(diào)節(jié)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)ES或PE粘合纖維的充分熔融和聚乙烯醇纖維軟化，這樣就使粘合纖維充分漫流填充到無紡布中，減小了支撐體的孔徑增加了強(qiáng)力；而聚乙烯醇纖維只軟化不熔融，其不會(huì)進(jìn)一步漫流填充到支撐體的空隙中，減小孔隙率，提高運(yùn)行阻力，另外由于聚乙烯醇的軟化，在熱壓輥的壓力下可以進(jìn)一步改善支撐體材料平滑度和平整度。
6)在熱軋的作用下同時(shí)實(shí)現(xiàn)ES或PE粘合纖維的充分熔融和聚乙烯醇纖維軟化的另一優(yōu)點(diǎn)是軟化時(shí)聚乙烯醇纖維會(huì)和周邊纖維互相粘連，可以進(jìn)一步提高反滲透膜支撐體的力學(xué)性能，同時(shí)冷卻后聚乙烯醇纖維以單一的纖維狀(棒)存在于反滲透膜支撐層中，作為支撐纖維，其一方面可以保證過濾過程的孔隙率，降低過濾阻力，同時(shí)提高了高壓過濾過程中的防滲透膜支撐體材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
附圖說明
附圖用來提供對(duì)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(duì)本發(fā)明的限制，在附圖中：
圖1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(duì)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
耐海水反滲透膜支撐體制備主要包括以下步驟：
1、成網(wǎng)
將聚丙烯纖維(纖維直徑6.5μm、纖維長度5mm)，聚乙烯醇纖維(纖維直徑7.2μm、纖維長度5mm)，以及聚乙烯纖維(3.2μm，纖維長度5mm)以60:20:20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，配成漿料；漿料經(jīng)斜網(wǎng)成型器抄造成型。
2、干燥
為了防止含水聚乙烯醇纖維在烘干時(shí)溶解，干燥分兩步進(jìn)行，首先成形的纖網(wǎng)進(jìn)入第一區(qū)的烘缸進(jìn)行脫水，第一區(qū)烘缸溫度設(shè)定為65℃，然而第進(jìn)入第二區(qū)烘干區(qū)，第二區(qū)溫度設(shè)定在90℃～100℃之間，最后纖網(wǎng)進(jìn)入第三烘缸進(jìn)行急速烘干，第三區(qū)烘缸溫度設(shè)定為100℃～110℃之間；
3、壓延成型
烘干的纖維網(wǎng)迅速經(jīng)過一組串聯(lián)配置的熱軋壓延裝置(如圖1)。纖維網(wǎng)首先經(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，直接接觸上加熱金屬輥2的纖維網(wǎng)面是涂覆面，直接接觸無加熱彈性輥1的纖維網(wǎng)面是非涂覆面。然后經(jīng)過初步加固的纖維網(wǎng)進(jìn)入加熱金屬輥2和下金屬加熱輥3(壓輥溫度125℃，壓力400N/m)組成的熱第二壓延設(shè)備，經(jīng)過卷繞輥4，最終獲得定量80g/m2的海水淡化反滲透膜支撐體。
實(shí)施例2
其它加工過程和工藝如實(shí)施例1所述，將聚丙烯纖維、聚乙烯醇纖維與聚乙烯纖維比例調(diào)整為50:30:20，制備海水淡化反滲透膜支撐體。
實(shí)施例3
其它加工過程和工藝如實(shí)施例1所述，將聚丙烯纖維、聚乙烯醇纖維與聚乙烯纖維比例調(diào)整為40:40:20，制備海水淡化反滲透膜支撐體。
實(shí)施例4
其它加工過程和工藝如實(shí)施例1所述，將聚丙烯纖維、聚乙烯醇纖維與聚乙烯纖維比例調(diào)整為40:45:15，制備海水淡化反滲透膜支撐體。
對(duì)比例1
其它加工過程和工藝如實(shí)施例一所述，將聚丙烯纖維、聚乙烯醇纖維與聚乙烯纖維比例調(diào)整為80:00:20，制備海水淡化反滲透膜支撐體。
對(duì)比例2
參考中國專利CN102188910A制備PET反滲透膜的方法,其制備過程如實(shí)施例一所述，以質(zhì)量比為80:20的聚酯纖維(纖維直徑6.4μm、纖維長度5mm)與低熔點(diǎn)聚酯粘合纖維(纖維直徑10.5μm、纖維長度5mm、熔點(diǎn)230℃)為纖維原料為，經(jīng)過如實(shí)施例一樣的壓延過程，壓延溫度200℃，壓力750N/m。經(jīng)130℃烘干得到單位面積重量80g/m2的防滲透膜支撐材料。
首先對(duì)制備的上述實(shí)施例和對(duì)比例膜支撐材料進(jìn)行表觀及物理機(jī)械性能進(jìn)行分析，具體性能見表1，從實(shí)施例中可以看出隨著聚乙烯醇纖維纖維含量的增加和壓延溫度的提升，膜支撐體表觀平滑度、厚度的均一性得到改善，力學(xué)性能得到提升，材料的體積密度也有所提高。對(duì)比例1中，由于沒有含有可以軟化的聚乙烯纖維因此此支撐體比實(shí)施例中滑度、厚度的均一性得到改善，力學(xué)性能有所下降。而在對(duì)比例2中，采用傳統(tǒng)的聚酯纖維和粘合纖維和較高的熱壓溫度和壓力，因此相比于實(shí)施例中的膜支撐體材料，具有較好的力學(xué)性能。
根據(jù)國標(biāo)GB/T 2423.18-1985按照氯化鈉(NaCl)26.5g、氯化鉀(KCl)0.73g、硫酸鎂(MgSO4)3.3g、碳酸氫鈉(NaHCO3)0.2g、氯化鈣(CaCl2)1.1g、溴化鈉(NaBr)0.28g、氯化鎂(MgCl2)24g配制PH值在8-9的人造海水溶液。把上述實(shí)施例和對(duì)比例制備的反滲透膜支撐材料樣品放入人造海水溶液中，置入溫度交變的環(huán)境箱中(溫度區(qū)間：20℃-80℃，設(shè)計(jì)程序：20℃恒溫10分鐘，以1℃/10分鐘速度升溫至80℃，恒定10分鐘后再以1℃/10分鐘速度降溫至80℃，然后重復(fù)循環(huán))，處理24小時(shí)后，用去離子水充分沖洗、烘干后測試其表觀和力學(xué)性能的變化等。具體測試性能見表1，可以看出比較例2聚酯支撐體，平滑度、厚度均一性顯著降低、力學(xué)性能降低了30％，同時(shí)表觀密度降低到0.16，表面有較多的起泡和起鼓現(xiàn)象，已經(jīng)不能作為莫支撐材料使用。不包含聚乙烯醇纖維的比較例1材料光滑度、力學(xué)性能和密度有所下降，這是由于沒有聚乙烯醇纖維的粘合和支撐，尺寸穩(wěn)定性僅靠粘合纖維的粘合，因此其在海水中的穩(wěn)定性比實(shí)施例中要差。對(duì)比比較例，實(shí)施例均表現(xiàn)出良好的耐海水性能，不過由于實(shí)施例1中，由于聚乙醇酸纖維的含量較低，其光滑度、平整度以及密度略有下降，但仍能滿足防滲透膜的基本要求，特別是實(shí)施例2、實(shí)施例3和實(shí)施例4，其表觀和力學(xué)性能幾乎變化不大，這表明通過聚乙烯醇纖維和聚烯烴纖維的配合以及熱壓溫度的控制可以制備耐海水性能優(yōu)異的反滲透膜支撐材料。
表1 耐海水滲透膜支撐體實(shí)施例性能對(duì)照表
﹡○表示表面無起泡或起鼓現(xiàn)象,△說明表面有少量的起泡或起鼓◇說明表面有大量的起泡和起鼓
需要說明的是本發(fā)明通過選取耐酸堿性能良好的聚烯烴纖維作為主體和粘合纖維，選取耐海水性能優(yōu)異的聚乙烯醇纖維作為支撐纖維制備耐海水反滲透膜支撐體，熱軋溫度的選擇要在保證聚丙烯纖維不受影響的溫度條件下，實(shí)現(xiàn)ES或PE粘合纖維的充分熔融和聚乙烯醇纖維軟化。由于聚乙烯纖維或ES纖維熔點(diǎn)一般在100℃-135℃之間，聚乙醇酸纖維的軟化點(diǎn)在115℃，而在濕法聚丙烯制品(如濕法聚丙烯電池隔膜)制備過程中，聚丙烯纖維網(wǎng)的熱軋溫度一般在125℃-135℃之間，其結(jié)構(gòu)和性能依然保持穩(wěn)定，因此在本發(fā)明中膜支撐體制備過程中熱軋壓延溫度應(yīng)控制在110℃-130℃。
在設(shè)定的壓延溫度下粘合纖維熔融漫流填充到纖網(wǎng)的空隙中，減小纖維孔徑、增加支撐體強(qiáng)力。軟化的聚乙烯醇纖維在熱軋輥的作用下進(jìn)一步改善膜支撐體表觀平滑度、平整度的同時(shí)，提升支撐體的物理機(jī)械性能，重要的是存在于膜支撐體中的冷卻后軟化的扁平狀或棒狀的聚乙烯醇纖維將作為支撐材料，可以大大提升膜支撐體在不同海水環(huán)境中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
針對(duì)海水淡化防滲透膜基本在環(huán)境溫度80℃以下的高鹽和堿性環(huán)境中使用，而現(xiàn)有文獻(xiàn)專利防滲透膜支撐體基本以聚酯纖維原料為主體纖維、以低熔點(diǎn)纖維聚酯纖維為粘合纖維通過紡粘或濕法工藝制備。同時(shí)反滲透膜組件一般是在較高的壓力下運(yùn)行，因此要求在滿足防滲透膜支撐體平滑度的同時(shí)，也要求反滲透膜支撐體有較高的強(qiáng)力和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，現(xiàn)有制備方法中主要是通過使用高溫和高壓熱軋使粘合纖維充分熔融粘結(jié)，但在無紡布支撐體全部厚度方向過分地施加熱、壓力一方面會(huì)導(dǎo)致無紡布中所含的粘合劑合成纖維過分地熔融，材料空隙過于減少，或在反滲透膜涂敷時(shí)會(huì)產(chǎn)生褶皺。
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(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)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)。