專利名稱：微孔塑料過濾元件及其制備方法
微孔塑料過濾元件及其制備方法技術(shù)領(lǐng)域 本發(fā)明涉及的是一種微孔塑料過濾元件及其制備方法，屬于塑料產(chǎn)品制造的技術(shù)領(lǐng)域，也屬于過濾器材制造的技術(shù)領(lǐng)域。技術(shù)背景 微孔塑料過濾元件包括片狀、管狀或其它形狀的以塑料為基材的過濾元件。聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)是一種應(yīng)用很廣泛的通用工程塑料，具有耐 化學(xué)腐蝕性、耐熱性、無毒、無味、綜合力學(xué)性能及力。工性優(yōu)良、成本低等 特點(diǎn)。釆用聚丙烯、聚乙烯材料制成的微孔塑料過濾元件可作為化工提純、 凈水處理、空氣過濾、醫(yī)療器械和鉛酸蓄電池濾酸等領(lǐng)域中的過濾元件，產(chǎn) 業(yè)關(guān)聯(lián)度高，市場應(yīng)用前景大。目前，微孔塑料過濾元件的制備方法主要有相分離法、氣體過飽和法、 壓縮流體反溶劑沉淀法和單體聚合反應(yīng)法。相分離法是利用相分離和溶劑凍析過程中單向冷卻或嚴(yán)格的溶液脫氣， 在塑料制品中產(chǎn)生均勻泡沫。具體工藝是先溶解聚合物，然后將溶液放入模 具，驟冷模具直到溶液凍析。從聚合物溶劑相圖上，可選擇液液或液固相分 離，溶劑凍析產(chǎn)生的泡沫是各向同性，泡孔較小。氣體過飽和法的工藝過程是首先用惰性氣體(如N2、 C02)在高壓和玻 璃化溫度以下飽和聚合物；然后利用聚合物溫度升高和壓力減小產(chǎn)生的熱力 學(xué)不穩(wěn)定性生成泡孔，這種瞬時(shí)的不穩(wěn)定性誘發(fā)出無數(shù)的泡孔成核，分布很 均勻；最后讓泡孔增長至所需尺寸即可得到微米級(jí)泡沫。壓縮流體反溶劑沉淀法是以過飽和co2液體上面的過飽和蒸汽為反溶 劑，將聚合物溶液通過毛細(xì)管噴射進(jìn)入液態(tài)C02之中，使其干燥和玻璃化， 高速擴(kuò)散和強(qiáng)烈霧化使體系迅速產(chǎn)生相分離，形成亞微細(xì)粒。單體聚合反應(yīng)法是利用微乳液的熱力學(xué)穩(wěn)定性和有序的微結(jié)構(gòu)，將聚合 單體分散在微乳液中進(jìn)行聚合，得到微米級(jí)泡沫固體材料。在上述四種成型原理中，以第二類應(yīng)用較廣。在過去的十幾年中，大量 的研究集中于第二類技術(shù)，并已成功地實(shí)施了三種工業(yè)化生產(chǎn)方法間歇法、改進(jìn)熱成型法、連續(xù)擠出法和注塑法。用上述方法制備的微孔塑料過濾元件存在三大缺陷1、工藝復(fù)雜，流程 長，成本高。2、所得到的微孔塑料過濾元件中微孔的孔隙率都是各處均勻的， 因此就導(dǎo)致其在過濾過程中容易造成堵塞，且不容易被疏通清洗，即過濾元 件的再生性能較弱。3、在制作微孔過濾元件的過程中要引入的各種添加劑和 助劑，這使產(chǎn)品中夾帶或殘留一些具有毒害性的化學(xué)物質(zhì)，從而降低了產(chǎn)品 的適用性。因此，需要尋求一種新型的可控結(jié)構(gòu)的微孔塑料過濾元件來解決 生產(chǎn)使用過程中所遇到的問題。
發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述存在的技術(shù)缺陷，本發(fā)明就是要提出 一種濾孔孔徑沿過濾方向上逞梯度變化的微孔塑料過濾元件及其制備方法。本發(fā)明提供的微孔塑料過濾元件，是塑料模壓制而成的微孔有型材料， 所采用的材料是聚乙烯或聚丙烯或它們的混合物，在結(jié)構(gòu)上濾孔孔徑沿過濾 方向上從500nm以下向0.5|im以上呈梯度變化。本發(fā)明提供的微孔塑料過濾元件與現(xiàn)有的微孔塑料元件相比，采用具有 梯度變化的孩i孔孔徑，在過濾時(shí)，被過濾流體先通過粗孔區(qū)，再通過細(xì)孔區(qū)， 使濾去物在過濾元件的不同位置被阻擋，提高了過濾效率，不容易將過濾元 件堵實(shí)，也易于用反沖工藝進(jìn)行再生，延長了使用壽命。本發(fā)明提供的微孔塑料過濾元件的制造方法，其工藝過程是i. 混合攪拌工序，在混合攪拌工序中將塑料粉料加入攪拌機(jī)并加水和水蒸 汽以5000r/min以上的轉(zhuǎn)速進(jìn)行攪拌，混合攪拌工序中塑料粉料的溫度控制在 40 60°C;ii. 預(yù)熱工序，將經(jīng)過攪拌的塑料粉料隨后加入模具中進(jìn)行均勻加熱并達(dá)到 模具和其中塑料粉料恒溫，且保證同一規(guī)格產(chǎn)品的每模恒溫溫度一致，加熱溫度應(yīng)低于水在模具中蒸發(fā)的溫度，預(yù)熱工序中恒溫溫度控制在60°C~80°C;iii. 模壓成型工序，根據(jù)成型后過濾元件的過濾方向，分別在過濾元件的 上下游對(duì)模具進(jìn)行不等溫加熱，上游溫度低于下游溫度，加熱程度在使塑料 開始局部融化到全部融化的溫度范圍內(nèi)，模壓成型工序中加熱溫度范圍為 130~180°C;iv. 冷卻工序，冷卻工序在模具內(nèi)進(jìn)行，根據(jù)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要求分別在過濾元件上下游對(duì)模具進(jìn)行不同程度的受控冷卻。所說預(yù)熱工序中加入模具的塑料粉體是保持了攪拌結(jié)束后有低沸點(diǎn)溶液 膜包裹狀態(tài)的，最好是攪拌結(jié)束后短期內(nèi)放入模具中。此外對(duì)于同一規(guī)格要 求的過濾元件，在預(yù)熱時(shí)要保證所有模具都得到相同的預(yù)熱結(jié)果，以便保證 最終所得到的產(chǎn)品規(guī)j各一致。所說受控冷卻是指在冷卻劑的溫度和流量流速受到控制的條件下作用于 模具兩個(gè)部分使冷卻速度受到控制，控制模具兩個(gè)部分在同 一時(shí)間內(nèi)或不同 時(shí)間內(nèi)冷卻到不同溫度或同 一溫度。上述攪拌時(shí)間、預(yù)熱恒溫時(shí)間、壓制時(shí)間、冷卻時(shí)間都以材料量的多少， 過濾元件的大小，過濾元件厚薄有關(guān)，時(shí)間的掌握以達(dá)到工藝目的為準(zhǔn)，如 攪拌使塑料顆粒外包裹低沸點(diǎn)溶液的程度高、預(yù)熱恒溫程度高、壓制加熱溫 度深入無盲區(qū)、冷卻溫度深入無盲區(qū)等。本發(fā)明提供的微孔塑料過濾元件的成型原理將聚乙烯、聚丙烯或它們 的混合物粉料在高速攪拌機(jī)中混合攪拌，同時(shí)加入水、水蒸汽，使塑料粉料 的顆粒表面濕潤，即顆粒表面包裹一層均勻的低沸點(diǎn)溶液薄膜；然后，將攪 拌均勻的塑料粉料填入模具中加熱壓制成型，在加熱過程中，塑料粉料顆粒 表面包裹的低沸點(diǎn)溶液膜沸騰蒸發(fā)，生成氣泡使過濾元件在塑料顆粒表面融 化粘結(jié)的瞬間產(chǎn)生微孔，通過調(diào)節(jié)塑料顆粒的粒徑、低沸點(diǎn)溶液的用量，可 以有效控制微孔塑料元件孔經(jīng)的范圍。因?yàn)楦咚僬舭l(fā)都將產(chǎn)生多而細(xì)的蒸汽 顆粒，則加熱溫度越高和冷凝溫度越低可生成較小的濾孔，加熱溫度越低而 冷凝溫度越高就可產(chǎn)生較大的微孔孔徑。因此可以通過精確調(diào)節(jié)傳導(dǎo)熱量到 模具不同側(cè)面的溫度，利用模具不同金屬導(dǎo)熱系數(shù)的差異可以使微孔塑料過 濾元件的微孔孔徑在沿過濾方向上呈梯度變化。本發(fā)明提供的微孔塑料過濾元件及其制造方法采用無毒害、無污染的原 料，采用經(jīng)濟(jì)高效、可操作的工藝，而制備出一種在過濾方向上濾孔孔徑按 梯度變化的微孔塑料過濾元件，僅用物理方法就解決了眾多結(jié)合了化學(xué)方法 所未能解決的技術(shù)問題。其有益之處的關(guān)鍵就是向社會(huì)提供了一種不易堵塞 和便于再生的過濾元件，而且其制造過程簡單、衛(wèi)生安全、無環(huán)境污染。其 應(yīng)用領(lǐng)域包括化工、農(nóng)業(yè)、汽車廢氣排放、污水處理、空氣過濾器、氣水分離器、油水分離器、消聲器、醫(yī)療衛(wèi)生器械、各種過濾器材中的過濾部件。 本發(fā)明的制備工藝采用金屬直接導(dǎo)熱，大大提高了熱能的利用效率。


附圖為本發(fā)明過濾元件一實(shí)施例的斷面照片，圖中微孔大小自右上角向左下角逐漸變小。
具體實(shí)施方式
下面通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體描述，有必要在此指出的是以下實(shí)施例只用于對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明，不能理解為對(duì)本發(fā)明保做出的一些非實(shí)質(zhì)性的改進(jìn)和調(diào)整，仍屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。另外，以下 實(shí)施例各組份的份數(shù)均為重量份。 實(shí)施例1一種微孔聚乙烯塑料過濾元件的制備方法先將粒徑為50 300pm的聚乙 烯100份加入攪拌機(jī)中，并加入2 10份水在高速封閉攪拌機(jī)中攪拌，攪拌時(shí) 充入水蒸汽，攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速為9000 12000r/min,控制溫度在40°C條件下持續(xù) 攪拌3min使塑料顆粒表面得到低沸點(diǎn)溶液膜包裹。然后將混合攪拌好的粉料填滿模具，并將模具放入加熱設(shè)備中對(duì)模具的 上下模進(jìn)行等溫預(yù)熱，預(yù)熱溫度控制在80土1。C，預(yù)熱時(shí)間為5min。再將預(yù)熱好的模具放入微機(jī)控制的加熱設(shè)備中，對(duì)模具的上下兩面進(jìn)行 不等溫加熱，上模溫度為170 180°C,下模溫度為130 140。C,持續(xù)200s,同 時(shí)施加一定的壓力使塑料粉料成型。最后將加熱壓制完成的模具放入冷卻設(shè)備中進(jìn)行冷卻，上模溫度在70s 內(nèi)冷卻至20 40。C，下沖莫溫度在70s內(nèi)冷卻至30 50。C,冷卻同時(shí)繼續(xù)保持壓 力使微孔塑料元件成型。所得的微孔塑料元件在厚度方向上呈梯度分布，濾孔孔徑范圍在50pm至 0.5jam。實(shí)施例2一種微孔聚丙烯過濾元件的制備方法先將粒徑為200 450jam的聚乙烯 IOO份加入攪拌機(jī)中，并加入2 5份水在高速封閉攪拌機(jī)中攪拌，攪拌時(shí)充入 水蒸汽，攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速為6000~8000r/min,控制溫度在45°C條件下持續(xù)攪拌4min 使塑料顆粒表面得到低沸點(diǎn)溶液膜包裹。6然后將混合攪拌好的粉料填滿模具，并將模具放入加熱設(shè)備中對(duì)模具的上下模進(jìn)行等溫預(yù)熱，預(yù)熱溫度控制在70土1。C，預(yù)熱時(shí)間為5min。再將預(yù)熱好的模具放入微機(jī)控制的加熱設(shè)備中，對(duì)模具的上下兩面進(jìn)行 不等溫加熱，上沖莫溫度為180°C,下模溫度為150°C,持續(xù)4min,同時(shí)施加一 定的壓力使塑料粉料成型。最后將加熱壓制完成的模具放入冷卻設(shè)備中進(jìn)行冷卻，上模溫度在70s 內(nèi)冷卻至20 40。C，下模溫度在70s內(nèi)冷卻至30 60。C,冷卻同時(shí)繼續(xù)保持壓 力使微孔塑料元件成型。所得的微孔高分子塑料元件在厚度方向上微孔孔徑呈梯度分布，濾孔孔 徑范圍在lOO]tim至40pm。實(shí)施例3一種微孔聚丙烯和聚乙烯混合物過濾元件的制備方法先將40份粒徑為 200~400pm的聚丙蹄、60份粒徑為50~300pm的聚乙烯，加入攪拌機(jī)中低速 攪拌均勻，再加入5 10份水在高速封閉攪拌機(jī)中攪拌，攪拌時(shí)充入水蒸汽， 攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速為5000r/min,控制溫度在50°C左右條件下持續(xù)攪拌8min使塑料 顆粒表面得到低沸點(diǎn)溶液膜包裹。然后將混合攪拌好的粉料填滿模具，并將模具放入加熱設(shè)備中對(duì)模具的 上下模進(jìn)行等溫預(yù)熱，預(yù)熱溫度控制在75士1。C,預(yù)熱時(shí)間為7min。再將預(yù)熱好的模具放入微機(jī)控制的加熱機(jī)中，對(duì)模具的上下兩面進(jìn)行不等溫加熱，上模溫度為140°C,下模溫度為170°C，持續(xù)7min,同時(shí)施加一定的壓力使塑料粉料成型。最后將加熱壓制完成的模具放入冷卻設(shè)備中進(jìn)行冷卻，上模溫度在70s內(nèi)冷卻至30~60°C,下模溫度在70s內(nèi)冷卻至20~40°C，冷卻同時(shí)繼續(xù)保持壓 力使微孔塑料元件成型。所得的微孔高分子塑料元件在厚度方向上微孔孔徑呈梯度變化，濾孔孔 徑范圍在200pm至100pm。實(shí)施例4一種微孔聚丙烯過濾元件的制備方法先將粒徑為60 400pm的聚丙烯 IOO份加入攪拌機(jī)中，并加入4 7份水在高速封閉攪拌機(jī)中攪拌，攪拌時(shí)充入水蒸汽，攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速為6000 10000r/min,控制溫度在60°C以內(nèi)條件下持續(xù) 攪拌10min使塑料顆粒表面得到低沸點(diǎn)溶液膜包裹。然后將混合攪拌好的粉料填滿模具，并將模具放入加熱設(shè)備中對(duì)模具的 上下模進(jìn)行等溫預(yù)熱，預(yù)熱溫度控制在65土 1。C,預(yù)熱時(shí)間為lOmin。再將預(yù)熱好的模具放入微機(jī)控制的加熱機(jī)中，對(duì)模具的上下兩面進(jìn)行不 等溫加熱，上模溫度為170°C,下模溫度為130°C,持續(xù)lOmin,同時(shí)施加一 定的壓力使塑料粉料成型。最后將加熱壓制完成的模具放入冷卻設(shè)備中進(jìn)行冷卻，上模溫度在100s 內(nèi)冷卻至20~40°C,下才莫溫度在100s內(nèi)冷卻至30~60°C,冷卻同時(shí)繼續(xù)保持 壓力使微孔塑料元件成型。所得的微孔高分子塑料元件在厚度方向上微孔孔徑呈梯度變化，濾孔孔 徑范圍在450pm至6(Him。
權(quán)利要求
1、一種微孔塑料過濾元件，是塑料模壓制而成的微孔有型材料，其特征是所采用的材料是聚乙烯或聚丙烯或聚乙烯和聚丙烯的混合物，在結(jié)構(gòu)上濾孔孔徑沿過濾方向上從500μm以下向0.5μm以上呈梯度變化。
2、 如權(quán)利要求1所述的微孔塑料過濾元件，其過濾方向上起始面到終止 面的濾孔平均孔徑差在45nm以上。
3、 如權(quán)利要求1所述的微孔塑料過濾元件的制造方法，其特征在于其工 藝過程是i. 混合攪拌工序，將塑料粉料加入攪拌機(jī)并加水和水蒸汽以5000r/min以 上的轉(zhuǎn)速進(jìn)行攪拌，混合攪拌工序中塑料粉料的溫度控制在40 60°C;ii. 預(yù)熱工序，將經(jīng)過攪拌的塑料粉料隨后加入模具中進(jìn)行均勻加熱并達(dá)到 模具和其中塑料粉料恒溫，且保證同一規(guī)格產(chǎn)品的每模恒溫溫度一致，加熱溫度應(yīng)低于水在模具中蒸發(fā)的溫度，預(yù)熱工序中恒溫溫度控制在6(TC 80。C;iii. 模壓成型工序，根據(jù)成型后過濾元件的過濾方向，分別在過濾元件的 上下游對(duì)模具進(jìn)行不等溫加熱，上游溫度低于下游溫度，加熱程度在使塑料 開始局部融化到全部融化的溫度范圍內(nèi)，模壓成型工序中加熱溫度范圍為 130 180°C;iv. 冷卻工序，冷卻工序在模具內(nèi)進(jìn)行，分別在過濾元件上下游對(duì)模具進(jìn) 行不同程度的受控冷卻。
4、 如權(quán)利要求2所述的微孔塑料過濾元件的制造方法，其特征在于在混 合攪拌工序中所加入的水重量是攪拌完成物重量的2 10%。
全文摘要
本發(fā)明過濾元件，是以聚乙烯或聚丙烯或它們的混合物壓制而成的，在結(jié)構(gòu)上濾孔孔徑沿過濾方向上從500μm以下向0.5μm以上呈梯度變化。本發(fā)明制造方法，其工藝過程是i.原料加水和水蒸汽以高轉(zhuǎn)速進(jìn)行攪拌；ii.將攪拌完成物料加入模具中進(jìn)行均勻加熱并達(dá)到恒溫，且保證同一規(guī)格產(chǎn)品的每模恒溫溫度一致；iii.分別在過濾元件的上下游對(duì)模具進(jìn)行不等溫加熱模壓成型；iv.分別在過濾元件上下游對(duì)模具進(jìn)行不同程度的受控冷卻。僅用物理方法就解決了眾多結(jié)合了化學(xué)方法所未能解決的技術(shù)問題。與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明提供的微孔塑料過濾元件及其制造方法提供了一種不易堵塞和便于再生的過濾元件，而且其制造過程簡單、安全、無環(huán)境污染。
文檔編號(hào)B29K23/00GK101402011SQ200810120988
公開日2009年4月8日 申請(qǐng)日期2008年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月10日
發(fā)明者虹 陳 申請(qǐng)人:舟山市虹源高分子科技有限公司