涂覆改性聚酯粉体的反渗透膜无纺布支撑材料及其制备方法

文档序号:1806706 发布日期:2021-11-09 浏览:23次 >En<

阅读说明:本技术 涂覆改性聚酯粉体的反渗透膜无纺布支撑材料及其制备方法 (Reverse osmosis membrane non-woven fabric supporting material coated with modified polyester powder and preparation method thereof ) 是由 楼钱 吴立群 于 2021-08-30 设计创作,主要内容包括:本发明提供了一种涂覆改性聚酯粉体的反渗透膜无纺布支撑材料及其制备方法。本发明以对苯二甲酸、乙二醇、磺基琥珀酸二己酯钠、聚乙二醇和新戊二醇为原料,经酯化反应和缩聚反应制备改性聚酯;再将改性聚酯与环氧树脂熔融共混,制成改性聚酯粉体;再将含有改性聚酯粉末的涂布液通过狭缝挤压涂布工艺均匀涂覆于经二乙烯三胺处理的无纺布基材表面,热压处理后得到涂覆改性聚酯粉体的反渗透膜无纺布支撑材料。通过上述方式,本发明能够使改性聚酯粉体在无纺布基材表面充分分散并有效粘结,在降低无纺布支撑材料孔径的同时有效提高其孔径一致性,以减少反渗透膜生产过程的渗涂缺陷,节约涂膜成本并提高生产效率,具有较高的实际应用价值。(The invention provides a reverse osmosis membrane non-woven fabric supporting material coated with modified polyester powder and a preparation method thereof. The invention takes terephthalic acid, ethylene glycol, sodium dihexyl sulfosuccinate, polyethylene glycol and neopentyl glycol as raw materials, and prepares modified polyester through esterification reaction and polycondensation reaction; then melting and blending the modified polyester and epoxy resin to prepare modified polyester powder; and then uniformly coating the coating liquid containing the modified polyester powder on the surface of the non-woven fabric substrate treated by diethylenetriamine through a slit extrusion coating process, and performing hot-pressing treatment to obtain the reverse osmosis membrane non-woven fabric support material coated with the modified polyester powder. Through the mode, the modified polyester powder can be fully dispersed and effectively bonded on the surface of the non-woven fabric substrate, the aperture consistency of the non-woven fabric support material is effectively improved while the aperture of the non-woven fabric support material is reduced, so that the permeation coating defect in the production process of the reverse osmosis membrane is reduced, the coating cost is saved, the production efficiency is improved, and the modified polyester powder has higher practical application value.)

涂覆改性聚酯粉体的反渗透膜无纺布支撑材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及反渗透膜支撑材料技术领域,尤其涉及一种涂覆改性聚酯粉体的反渗透膜无纺布支撑材料及其制备方法。

背景技术

反渗透技术是一种以压力差为推动力,从溶液中分离出溶剂的膜分离操作。反渗透膜作为反渗透技术的核心元件,是由模拟生物半透膜制成的具有一定特性的人工半透膜,具有分离性能好、厚度薄、耐压高等优势,已广泛应用于海水淡化、脱盐、废水处理与浓缩分离等领域,同时在电力、食品饮料、制药、化学、石油等行业中得到大量应用,创造了巨大的社会经济效益。

随着反渗透膜制备工艺的发展,如今常用的反渗透膜主要包括支撑层和功能层,二者可以分开制备。其中,支撑层用于支撑整个反渗透膜,为反渗透膜的制备和应用提供了界面反应环境、力学强度以及稳定性,对支撑层的研究对于反渗透膜性能的提高具有重要意义。目前,用作反渗透膜支撑层的主要为无纺布支撑材料,而不同材质及不同工艺下制备的无纺布支撑材料存在较大的性能差异,如何通过改进无纺布支撑材料的制备工艺来优化反渗透膜的生产条件及产品质量已成为当前的研究重点。

例如,公开号为CN112663399A的专利提供了一种用于水处理反渗透膜支撑体基材的湿法无纺布及其制备方法。该专利以PET材质的主体纤维和皮芯结构的热熔粘结纤维作为原料纤维,采用湿法非织造无纺布工艺,经过纤维分散、斜网抄造成型、烘缸干燥后,再经离线机外热熔碾压而成一体,制备了用于水处理反渗透膜支撑体基材的湿法无纺布。然而,采用上述方式制备的湿法无纺布由于纤维直径大、抄造工艺等原因,会导致制得的无纺布存在孔径大、孔径分布集中度不良的问题,进而影响后续制备反渗透膜时涂膜的一致性,还易造成涂布渗漏,导致最终制得的反渗透膜存在渗涂缺陷,且涂膜成本高、生产效率低,难以满足实际生产的需求。

有鉴于此,有必要设计一种改进的反渗透膜无纺布支撑材料及其制备方法,以解决上述问题。

发明内容

针对上述现有技术的缺陷,本发明的目的在于提供一种涂覆改性聚酯粉体的反渗透膜无纺布支撑材料及其制备方法。通过对聚酯进行亲水改性,并将得到的改性聚酯与环氧树脂熔融共混后挤出,经充分粉磨后,制备超细的改性聚酯粉体;再采用狭缝挤压涂布工艺,将含有超细的改性聚酯粉末的涂布液均匀涂覆在制备的无纺布基材表面,从而使改性聚酯粉体在无纺布基材表面充分分散并有效粘结,在降低制得的无纺布支撑材料孔径的同时有效提高其孔径一致性,以便减少反渗透膜生产过程的渗涂缺陷,在节约反渗透膜涂膜成本的同时提高其生产效率。

为实现上述目的,本发明提供了一种涂覆改性聚酯粉体的反渗透膜无纺布支撑材料的制备方法,包括如下步骤:

S1、以对苯二甲酸、乙二醇、磺基琥珀酸二己酯钠、聚乙二醇和新戊二醇为原料,经酯化反应和缩聚反应制备改性聚酯;将所述改性聚酯与环氧树脂按照预设质量比进行熔融共混,经挤出、造粒后进行粉磨处理,得到改性聚酯粉体;

S2、采用造纸法制备聚酯无纺布,再将所述聚酯无纺布浸渍于含有二乙烯三胺的处理液中进行后处理,烘干后得到无纺布基材;

S3、将步骤S1得到的所述改性聚酯粉体均匀分散于水中,制备涂布液;再将所述涂布液通过狭缝挤压涂布工艺均匀涂覆于步骤S2得到的所述无纺布基材表面,烘干后进行热压处理,得到涂覆改性聚酯粉体的反渗透膜无纺布支撑材料。

作为本发明的进一步改进,在步骤S1中,所述改性聚酯的制备包括如下步骤:

将对苯二甲酸和乙二醇按照摩尔比1:(1.1~1.3)混合后,再加入催化剂和稳定剂,在氮气气氛下于220~250℃下反应2~4h,进行酯化反应;再向所述酯化反应产物中加入预定量的磺基琥珀酸二己酯钠,在180~220℃下搅拌20~30min后,再加入聚乙二醇和新戊二醇,在210~230℃下反应1~2h,进行缩聚反应,得到改性聚酯。

作为本发明的进一步改进,在步骤S1中,所述磺基琥珀酸二己酯钠、聚乙二醇、新戊二醇与对苯二甲酸的摩尔比为(0.015~0.025):(0.08~0.12):(0.03~0.05):1。

作为本发明的进一步改进,在步骤S1中,所述改性聚酯与所述环氧树脂的预设质量比为100:(5~10);所述熔融共混过程的熔融温度为230~250℃,熔融时间为1~5min。

作为本发明的进一步改进,在步骤S2中,所述处理液中所述二乙烯三胺的浓度为1~3mmol/L;所述聚酯无纺布在所述处理液中的浴比为1:(10~20),浸渍时间为10~30min。

作为本发明的进一步改进,在步骤S3中,所述涂布液中所述改性聚酯粉体的质量分数为10%~15%;所述涂布液在所述无纺布基材表面的涂覆量为20~40g/m2

作为本发明的进一步改进,在步骤S1中,所述改性聚酯粉体的粒径≤10μm。

作为本发明的进一步改进,在步骤S3中,所述热压处理的温度为180~200℃。

作为本发明的进一步改进,在步骤S3中,所述涂布液中还包括消泡剂,所述消泡剂的质量占所述改性聚酯粉体质量的0.2%~0.4%。

为实现上述目的,本发明还提供了一种涂覆改性聚酯粉体的反渗透膜无纺布支撑材料,该支撑材料根据上述技术方案中任一技术方案制备得到。

本发明的有益效果是:

(1)本发明通过对聚酯进行亲水改性,并将得到的改性聚酯与环氧树脂熔融共混后挤出,经充分粉磨后,制备了能够在水中充分分散且能够与无纺布基材有效粘结的超细改性聚酯粉体;在此基础上,本发明采用狭缝挤压涂布工艺,将含有超细改性聚酯粉末涂覆在经二乙烯三胺处理后的无纺布基材表面,从而使改性聚酯粉体在无纺布基材表面充分分散并有效粘结,对无纺布基材表面的孔结构进行优化,使最终制备的反渗透膜无纺布支撑材料同时具有较小的平均孔径和较好的孔径一致性,有效解决了现有技术中常规无纺布支撑材料孔径大、孔径分布集中度不良的问题。基于本发明提供的无纺布支撑材料进行反渗透膜生产时,其孔径小、孔径一致性好的优点能够有效减少反渗透膜生产过程的渗涂缺陷,从而节约反渗透膜的涂膜成本,并提高其生产效率,具有较高的实际应用价值。

(2)本发明通过在聚酯的制备过程中加入磺基琥珀酸二己酯钠、聚乙二醇和新戊二醇进行反应,不仅能够在聚酯分子链中引入亲水基团磺酸基和醚基,还能够使新戊二醇作为支化改性单体来降低聚合物的结晶度,进一步提高制得的改性聚酯与水的结合能力,从而提高改性聚酯粉末在水中的分散性。在此基础上,本发明进一步将改性聚酯与环氧树脂进行熔融共混,并通过对环氧树脂添加量及熔融条件进行控制,一方面能够使环氧树脂与改性聚酯的端羟基发生一定程度的扩链反应,提高改性聚酯的粘性;另一方面能够利用端羟基反应活性较低的特点降低扩链反应的反应程度,使剩余的未反应的环氧树脂复合于改性聚酯中,以便进一步与无纺布基材进行反应,从而有效提升改性聚酯粉末与无纺布基材之间的结合强度,防止聚酯粉末在长期使用过程中发生脱落,提高最终制备的反渗透膜无纺布支撑材料的使用寿命。

(3)本发明通过将制备的聚酯无纺布浸渍于含有二乙烯三胺的处理液中进行后处理,制备无纺布基材,再将均匀分散有改性聚酯粉体的涂布液通过狭缝挤压涂布工艺涂覆于无纺布基材表面,能够使改性聚酯粉体表面残余的环氧树脂与无纺布基材表面的二乙烯三胺反应,完成初步固化。在此基础上进行的热压处理还能够进一步固化环氧树脂,从而使均匀分散于无纺布表面的改性聚酯粉体通过其表面的环氧树脂牢固地附着于无纺布基材表面,水洗后也不易脱落,未反应完全的二乙烯三胺还可以在水洗过程中脱除,避免其残留对无纺布基材性能的影响。与传统的涂覆粘结剂的方式相比,本发明利用改性聚酯粉体自身携带的环氧树脂与无纺布基材表面的二乙烯三胺之间的反应实现对改性聚酯粉体的固化,不仅具有较高的结合强度,还能够有效避免粘结剂对无纺布基材孔隙的堵塞,从而在利用保证无纺布基材具有较高孔隙率的同时进一步优化其孔隙结构。

附图说明

图1为本发明提供的涂覆改性聚酯粉体的反渗透膜无纺布支撑材料的制备方法的流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

在此,还需要说明的是,为了避免因不必要的细节而模糊了本发明,在附图中仅仅示出了与本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤,而省略了与本发明关系不大的其他细节。

另外,还需要说明的是,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

本发明提供了一种涂覆改性聚酯粉体的反渗透膜无纺布支撑材料的制备方法,其流程示意图如图1所示,包括如下步骤:

S1、以对苯二甲酸、乙二醇、磺基琥珀酸二己酯钠、聚乙二醇和新戊二醇为原料,经酯化反应和缩聚反应制备改性聚酯;将所述改性聚酯与环氧树脂按照预设质量比进行熔融共混,经挤出、造粒后进行粉磨处理,得到改性聚酯粉体;

S2、采用造纸法制备聚酯无纺布,再将所述聚酯无纺布浸渍于含有二乙烯三胺的处理液中进行后处理,烘干后得到无纺布基材;

S3、将步骤S1得到的所述改性聚酯粉体均匀分散于水中,制备涂布液;再将所述涂布液通过狭缝挤压涂布工艺均匀涂覆于步骤S2得到的所述无纺布基材表面,烘干后进行热压处理,得到涂覆改性聚酯粉体的反渗透膜无纺布支撑材料。

在步骤S1中,所述改性聚酯的制备包括如下步骤:

将对苯二甲酸和乙二醇按照摩尔比1:(1.1~1.3)混合后,再加入催化剂和稳定剂,在氮气气氛下于220~250℃下反应2~4h,进行酯化反应;再向所述酯化反应产物中加入预定量的磺基琥珀酸二己酯钠,在180~220℃下搅拌20~30min后,再加入聚乙二醇和新戊二醇,在210~230℃下反应1~2h,进行缩聚反应,得到改性聚酯。

所述磺基琥珀酸二己酯钠、聚乙二醇、新戊二醇与对苯二甲酸的摩尔比为(0.015~0.025):(0.08~0.12):(0.03~0.05):1。

在步骤S1中,所述改性聚酯与所述环氧树脂的预设质量比为100:(5~10);所述熔融共混过程的熔融温度为230~250℃,熔融时间为1~5min;所述改性聚酯粉体的粒径≤10μm。

在步骤S2中,所述处理液中所述二乙烯三胺的浓度为1~3mmol/L;所述聚酯无纺布在所述处理液中的浴比为1:(10~20),浸渍时间为10~30min。

在步骤S3中,所述涂布液中所述改性聚酯粉体的质量分数为10%~15%;所述涂布液中还包括消泡剂,所述消泡剂的质量占所述改性聚酯粉体质量的0.2%~0.4%;所述涂布液在所述无纺布基材表面的涂覆量为20~40g/m2;所述热压处理的温度为180~200℃。

本发明还提供了一种涂覆改性聚酯粉体的反渗透膜无纺布支撑材料,该支撑材料根据上述技术方案制备得到。

下面结合具体的实施例对本发明提供的涂覆改性聚酯粉体的反渗透膜无纺布支撑材料及其制备方法进行说明。

实施例1

本实施例提供了一种涂覆改性聚酯粉体的反渗透膜无纺布支撑材料的制备方法,包括如下步骤:

S1、制备改性聚酯粉体

将对苯二甲酸和乙二醇按照摩尔比1:1.2混合后加入反应釜中,再依次向反应釜中加入催化剂三氧化二锑和稳定剂磷酸三甲酯,控制三氧化二锑和磷酸三甲酯分别占对苯二甲酸和乙二醇总质量的0.05%和0.08%,在氮气气氛下于240℃下反应3h,进行酯化反应;在酯化反应完成后,再向反应釜中加入磺基琥珀酸二己酯钠,在200℃下搅拌25min后,再加入聚乙二醇和新戊二醇,控制磺基琥珀酸二己酯钠、聚乙二醇和新戊二醇与对苯二甲酸的摩尔比为0.02:0.01:0.04:1,在220℃下反应1.5h,进行缩聚反应,得到改性聚酯熔体,再将其冷却固化后切片,得到改性聚酯切片。

将改性聚酯切片与CYD-011型环氧树脂分别烘干后按照质量比100:8混合,通过双螺杆挤出机熔融共混后挤出,控制熔融温度为240℃,熔融时间为3min,再对挤出的产物造粒后进行粉磨处理,过1250目筛后,得到粒径≤10μm的超细改性聚酯粉体。

S2、制备无纺布基材

采用造纸法制备聚酯无纺布:将聚酯(PET)纤维和粘结纤维按照质量比65:35混合后置于打浆机中,再加水进行打浆处理,得到纤维浆料;再向所述纤维浆料中加水并搅拌均匀,使其充分稀释成纤维悬浮液后再将其抄造成网,之后于80℃下烘干后得到聚酯无纺布。

将二乙烯三胺溶于水中,配制成浓度为2mmol/L的处理液;再将聚酯无纺布按照1:15的浴比置于处理液中浸渍20min,进行后处理,经烘干后得到无纺布基材。

S3、制备涂覆改性聚酯粉体的反渗透膜无纺布支撑材料

将步骤S1得到的改性聚酯粉体分散于水中,再加入聚醚改性硅消泡剂,形成涂布液;该涂布液中改性聚酯粉体的质量分数为12%,消泡剂的质量占改性聚酯粉体质量的0.3%。

将涂布液置于行星式搅拌机中充分搅拌后,再通过狭缝挤压涂布工艺涂覆于步骤S2得到的无纺布基材表面,控制涂布量为30g/m2。在涂布完成后,在60℃下烘干20min,然后在190℃下进行热压处理,得到涂覆改性聚酯粉体的反渗透膜无纺布支撑材料。

对本实施例制备的涂覆改性聚酯粉体的反渗透膜无纺布支撑材料进行测试可以发现,该支撑材料的厚度为92μm,克重为84.1g/m2,拉伸强度为7.9KN/m,断裂伸长率为15.2%,能够满足反渗透膜无纺布支撑材料的力学性能要求。

分别对步骤S2得到的无纺布基材和步骤S3得到的涂覆改性聚酯粉体的反渗透膜无纺布支撑材料的平均孔径及其孔径间的方差进行测试与计算,测得步骤S2得到的无纺布基材的平均孔径为14.3μm,孔径方差为10.2;步骤S3得到的支撑材料的平均孔径为6.8μm,孔径方差为3.1,表示本发明提供的方法能够大幅降低平均孔径,并有效提高其孔径一致性。基于此,以本实施例制备的支撑材料为基础制备反渗透膜时,能够有效减少反渗透膜生产过程的渗涂缺陷,从而节约反渗透膜的涂膜成本,并提高其生产效率,具有较高的实际应用价值。

为了检验涂覆于改性聚酯粉体与无纺布基材之间的结合强度,对制备的支撑材料进行水洗试验,将制得的支撑材料浸于40℃的蒸馏水中,彻底浸湿后再将水分挤出,重复三次后再烘干,测得水洗后的支撑材料的平均孔径为7.4μm,孔径方差为3.5,与水洗前的测试数据相差不大,表明涂覆的改性聚酯粉体具备较高的水洗牢度,能够与无纺布基材紧密结合,起到优化孔隙结构的作用,使本发明制备的涂覆改性聚酯粉体的反渗透膜无纺布支撑材料在拥有较低的孔径和较好孔径一致性的同时还具有较长的使用寿命,更能满足实际应用的需求。

实施例2~3及对比例1~3

实施例2~3及对比例1~3分别提供了一种涂覆改性聚酯粉体的反渗透膜无纺布支撑材料的制备方法。与实施例1相比,实施例2和实施例3的不同之处在于将步骤S1中磺基琥珀酸二己酯钠、聚乙二醇、新戊二醇与对苯二甲酸的摩尔比调整为0.015:0.08:0.03:1和0.025:0.12:0.04:1;对比例1~3的不同之处则在于减少了添加的原料种类,其中,对比例1中未添加磺基琥珀酸二己酯钠,对比例2中未添加聚乙二醇,对比例3中未添加新戊二醇,其余步骤均与实施例1一致,在此不再赘述。

对实施例2~3和对比例1~3制备的涂覆改性聚酯粉体的反渗透膜无纺布支撑材料的平均孔径和孔径方差进行测试后,结果如表1所示。

表1实施例2~3和对比例1~3的性能参数

实施例/对比例 平均孔径(μm) 孔径方差
实施例2 7.8 5.6
实施例3 7.2 4.3
对比例1 10.2 7.8
对比例2 9.6 7.2
对比例3 9.1 6.4

由表1可以看出,在一定范围内对制备改性聚酯的原料用量进行调整对最终制得的支撑材料的孔隙结构影响不大,制得的支撑材料均能够达到孔径小、孔径一致性好的优点。但对比例1~3中减少原料的种类对制得的支撑材料的孔隙结构的影响则相对更加明显,主要是因为磺基琥珀酸二己酯钠、聚乙二醇和新戊二醇中任一原料的减少都将影响制得的改性聚酯粉末在涂布液中的分散程度,从而导致其在无纺布基材表面的涂覆不均匀,进而影响制得的支撑材料的孔隙结构。

实施例4~9和对比例4

实施例4~9和对比例4分别提供了一种涂覆改性聚酯粉体的反渗透膜无纺布支撑材料的制备方法。与实施例1相比,对比例4的不同之处在于步骤S1中未添加环氧树脂;实施例4~9的不同之处在于改变了各步骤中的部分工艺参数,各实施例对应的工艺参数如表2所示,其余步骤均与实施例1一致,在此不再赘述。

表2实施例4~9对应的工艺参数

对实施例4~9和对比例4制备的涂覆改性聚酯粉体的反渗透膜无纺布支撑材料在水洗前后的平均孔径和孔径方差进行测试,结果如表3所示。

表3实施例4~9和对比例4的性能参数

由表3可以看出,在制备涂覆改性聚酯粉体的反渗透膜无纺布支撑材料时,通过调节相应的工艺参数能够对制得的支撑材料的性能进行调控。当环氧树脂的含量、无纺布基材上负载的二乙烯三胺和改性聚酯粉体的含量相对更高时,制得的支撑材料在水洗前后的性能差异较小,且水洗前后的平均孔径均在6~9μm的范围内,孔径方差均在3~6的范围内,表明本发明提供的方法能够在优化孔隙结构的同时提高支撑材料的耐水洗度,进一步提高其使用寿命。而对比例4中未使用化环氧树脂则会影响无纺布基材与涂覆的改性聚酯粉体之间的结合强度,导致其水洗后容易脱落,使得对孔隙结构的优化效果在水洗后明显减弱,难以满足实际应用的需求。

因此,本发明提供的涂覆改性聚酯粉体的反渗透膜无纺布支撑材料通过对聚酯进行有效的亲水改性,并将得到的改性聚酯与环氧树脂熔融共混,再制备成超细的改性聚酯粉体,通过狭缝挤压涂布工艺均匀涂覆在经二乙烯三胺处理的无纺布基材表面,能够在保证改性聚酯粉体与无纺布基材牢固粘结地同时有效优化支撑材料的孔隙结构,得到平均孔径小、孔径一致性高的反渗透膜无纺布支撑材料。

综上所述,本发明提供了一种涂覆改性聚酯粉体的反渗透膜无纺布支撑材料及其制备方法。本发明以对苯二甲酸、乙二醇、磺基琥珀酸二己酯钠、聚乙二醇和新戊二醇为原料,经酯化反应和缩聚反应制备改性聚酯;再将改性聚酯与环氧树脂熔融共混,制成改性聚酯粉体;再将含有改性聚酯粉末的涂布液通过狭缝挤压涂布工艺均匀涂覆于经二乙烯三胺处理的无纺布基材表面,热压处理后得到涂覆改性聚酯粉体的反渗透膜无纺布支撑材料。通过上述方式,本发明能够使改性聚酯粉体在无纺布基材表面充分分散并有效粘结,在降低无纺布支撑材料孔径的同时有效提高其孔径一致性,以减少反渗透膜生产过程的渗涂缺陷,节约涂膜成本并提高生产效率,具有较高的实际应用价值。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

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