CZ305413B6 - Vrstvený mikrofiltrační materiál - Google Patents
Vrstvený mikrofiltrační materiál Download PDFInfo
- Publication number
- CZ305413B6 CZ305413B6 CZ2013-737A CZ2013737A CZ305413B6 CZ 305413 B6 CZ305413 B6 CZ 305413B6 CZ 2013737 A CZ2013737 A CZ 2013737A CZ 305413 B6 CZ305413 B6 CZ 305413B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- layer
- bonding
- filter layer
- lines
- nanostructured
- Prior art date
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 35
- 238000001471 micro-filtration Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 46
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims abstract description 17
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims abstract description 15
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims abstract description 15
- 244000005700 microbiome Species 0.000 claims abstract description 9
- 230000035515 penetration Effects 0.000 claims abstract description 7
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 51
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 27
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 claims description 21
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 claims description 21
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 19
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 claims description 15
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 claims description 13
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 13
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 13
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 claims description 13
- 238000001523 electrospinning Methods 0.000 claims description 12
- -1 polyethylene Polymers 0.000 claims description 12
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 claims description 12
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 claims description 12
- 239000004744 fabric Substances 0.000 claims description 10
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 claims description 9
- 239000004745 nonwoven fabric Substances 0.000 claims description 9
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 claims description 9
- 229920000747 poly(lactic acid) Polymers 0.000 claims description 8
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 8
- 238000007787 electrohydrodynamic spraying Methods 0.000 claims description 6
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 claims description 6
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 claims description 5
- 239000004695 Polyether sulfone Substances 0.000 claims description 5
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 5
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 claims description 5
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 claims description 5
- 229920006393 polyether sulfone Polymers 0.000 claims description 5
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 claims description 5
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 claims description 5
- 238000009987 spinning Methods 0.000 claims description 4
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 claims description 3
- 229920000297 Rayon Polymers 0.000 claims description 3
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 claims description 3
- 229920002492 poly(sulfone) Polymers 0.000 claims description 3
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 claims description 3
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 claims description 3
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 claims description 3
- 229920000742 Cotton Polymers 0.000 claims description 2
- 230000004913 activation Effects 0.000 claims description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 2
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 claims description 2
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 claims description 2
- 230000005686 electrostatic field Effects 0.000 claims description 2
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 claims description 2
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 claims description 2
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000004831 Hot glue Substances 0.000 claims 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 claims 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 abstract 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 abstract 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 abstract 3
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 31
- 229920001634 Copolyester Polymers 0.000 description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 description 11
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 7
- 241000588724 Escherichia coli Species 0.000 description 6
- 239000004433 Thermoplastic polyurethane Substances 0.000 description 6
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 6
- 229920002803 thermoplastic polyurethane Polymers 0.000 description 6
- 229920007485 Kynar® 761 Polymers 0.000 description 5
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 5
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 5
- 239000002121 nanofiber Substances 0.000 description 5
- MYSWGUAQZAJSOK-UHFFFAOYSA-N ciprofloxacin Chemical compound C12=CC(N3CCNCC3)=C(F)C=C2C(=O)C(C(=O)O)=CN1C1CC1 MYSWGUAQZAJSOK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 4
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 4
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 3
- 238000004075 wastewater filtration Methods 0.000 description 3
- 229920001410 Microfiber Polymers 0.000 description 2
- 230000001580 bacterial effect Effects 0.000 description 2
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000003490 calendering Methods 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 2
- 238000003889 chemical engineering Methods 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 2
- 239000012943 hotmelt Substances 0.000 description 2
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 2
- 229920001200 poly(ethylene-vinyl acetate) Polymers 0.000 description 2
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 2
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 1
- FXHOOIRPVKKKFG-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylacetamide Chemical compound CN(C)C(C)=O FXHOOIRPVKKKFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000317173 Perla Species 0.000 description 1
- 101000730001 Rattus norvegicus Advillin Proteins 0.000 description 1
- 238000001994 activation Methods 0.000 description 1
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 description 1
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 description 1
- DQXBYHZEEUGOBF-UHFFFAOYSA-N but-3-enoic acid;ethene Chemical compound C=C.OC(=O)CC=C DQXBYHZEEUGOBF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000010252 digital analysis Methods 0.000 description 1
- 238000011496 digital image analysis Methods 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 239000005038 ethylene vinyl acetate Substances 0.000 description 1
- 239000000499 gel Substances 0.000 description 1
- 239000010797 grey water Substances 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000003658 microfiber Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 229920002285 poly(styrene-co-acrylonitrile) Polymers 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 239000004753 textile Substances 0.000 description 1
- 238000007725 thermal activation Methods 0.000 description 1
- 238000009823 thermal lamination Methods 0.000 description 1
- 229920006344 thermoplastic copolyester Polymers 0.000 description 1
- 239000011882 ultra-fine particle Substances 0.000 description 1
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Filtering Materials (AREA)
- Nonwoven Fabrics (AREA)
Abstract
Vrstvený mikrofiltrační materiál s vysokou účinností záchytu mikroorganismů a jemných částeček obsahuje alespoň jednu nanostrukturovanou filtrační vrstvu a alespoň jednu vrstvu podkladového nosného materiálu. Podstata řešení spočívá v tom, že účinná, nanostrukturovaná filtrační vrstva, připravená z velmi jemných vláken o průměrech 40 až 920 nm, je spojena s vrstvou podkladového nosného materiálu nespojitou soustavou (z hlediska limitované penetrace do spojovaných struktur) vazných bodů, vzniklých z mikrokapiček tavného lepidla a/nebo vazných linií vzniklých z natavitelných částí vícevrstvé mřížky a/nebo vazných linií vzniklých z natavitelných částí multikomponentní vrstvy z velmi jemných vláken.
Description
Vynález se týká vrstveného mikrofiltračního materiálu s vysokou účinností záchytu mikroorganismů a jemných částeček pro filtraci kapalin.
Dosavadní stav techniky
Vláknotvomý proces, vycházející ze zpracování roztoků polymerů v elektrostatickém poli (elektrospinning), nabízí způsob přípravy nanostruktur s regulovatelnou velikostí pórů v intervalu od 50 do několika set nanometrů. Nanostruktury aplikované pro mikrofiltrace kapalin umožňují dosažení užitných vlastností filtračních membrán, jinými technologiemi v současnosti nedosažitelnými, jako např. vysoce účinná filtrace bakterií a jiných mikroorganismů z vody při vysokých hodnotách průtoku kapaliny.
Vzhledem k tomu, že filtrační materiály jsou v průběhu výroby filtrů, a poté také při používání filtrů mechanicky namáhány, je žádoucí, aby soudržnost mezi nanoporézní filtrační vrstvou z velmi jemných vláken a podkladovým materiálem (substrátem) byla vyšší, než jaké lze docílit pouhým nanesením vrstvy velmi jemných vláken na podkladový materiál v průběhu elektrospinningu. Proto jsou také tyto filtrační materiály připravovány spojováním nanostruktur s podkladovými materiály, přičemž jsou používány postupy běžně užívané v oděvní či obecně textilní praxi, počínaje prostou laminaci (slisováním, kalandrováním) na sobě uložených vrstev teplem, přes hot melt prášky, naprášené na podkladových substrátech (powder coating) či použití termolepidla, aplikovaného gravírovacím válcem, až po aplikaci termoplastické mřížky či netkané textilie, které tají při nižších teplotách než spojované textilie. Způsoby spojování vrstev z velmi jemných vláken do laminovaných struktur filtračních materiálů jsou např. předmětem mezinárodní patentové přihlášky PCT WO 2011052865, mezinárodní patentové přihlášky PCT WO 2012135679, či patentové přihlášky USA 2013118973.
Z hlediska funkčnosti filtrační struktury se jeví jako pozitivní, je-li spojení jednotlivých vrstev spojovací mezivrstvou plošně limitované. V tomto smyslu je např. v mezinárodní patentové přihlášce PCT WO 2008150548 a patentových přihláškách US 2004116019 a US 2004128732 uváděn způsob spojování vrstvy z velmi jemných vláken a podkladové vrstvy, při němž se spojovací adhezívní mezivrstva nanáší v plošně omezených útvarech gravírovacím válcem.
Předmětem mezinárodní patentové přihlášky PCT WO 2013066022 je zase způsob spojování, při němž se na podkladový materiál zjedná nebo obou stran nanese elektrospinningem vrstva velmi jemných vláken s nižší teplotou tání (50 až 170 °C) a na ni pak vrstva velmi jemných vláken s vyšší teplotou tání (80 až 250 °C). Při následné tepelné laminaci dojde k částečnému natavení vrstvy s nižší teplotou tání a ke spojení vrstev. Obdobně spojování filtračních struktur řeší patent německých autorů EP 1985349.
Ze stavu techniky, představovaného např. také dokumentem CZ 25797 Ul (NAFIGATE Corporation, a.s.), je znám kompozit obsahující alespoň jednu vrstvu polymemích nanovláken. Z příkladů uskutečnění technického řešení je zde zřejmé, že filtrační vrstva polymemích nanovláken se může nanášet přímo na povrch nosné vrstvy, která slouží jako podkladový materiál pro ukládání polymemích nanovláken, přičemž pro dostatečně odolné spojení nosné vrstvy a filtrační vrstvy se použije kalandrování a/nebo vhodné pojivo. Toto pojivo se může nanášet ve formě prášku a/nebo pasty a/nebo gelů a/nebo kapaliny, v podobě pravidelné či nepravidelné mřížky a/nebo samostatných útvarů, jako např. vláken a/nebo částic a/nebo pruhů a/nebo jiných útvarů.
- 1 CZ 305413 B6
Ze stavu techniky jsou též známy kompozitní struktury, které obsahují nanovlákna, a které jsou vhodné pro odstraňování mikroorganismů, viz dokument WO 2013/013241 A2 (EMD MILL1PORE CORPORATION).
Nicméně u všech výše uvedených řešení dochází, obdobně jako při spojování textilií ultrazvukem, plamenem, horkým plynem nebo vzduchem, k pronikání tavitelné složky do jemných pórů filtračních materiálů a výraznému snižování účinné plochy pro filtraci, tedy růstu tlakového odporu a snižování rychlosti průtoku.
Podstata vynálezu
K odstranění výše uvedených nedostatků přispívá vrstvený mikrofiltrační materiál s vysokou účinností záchytu mikroorganismů a jemných částeček podle vynálezu, obsahující alespoň jednu nanostrukturovanou filtrační vrstvu a alespoň jednu vrstvu podkladového nosného materiálu. Podstata vynálezu spočívá v tom, že účinná, nanostrukturovaná filtrační vrstva, připravená z velmi jemných vláken o průměrech 40 až 920 nm, je spojena s vrstvou podkladového nosného materiálu nespojitou soustavou (z hlediska limitované penetrace do spojovaných struktur) vazných bodů, vzniklých z mikrokapiček tavného lepidla nanesených elektrosprayingem v elektrostatickém poli s následnou tepelnou a tlakovou aktivací, s minimalizovaným stupněm penetrace termolepidla do nanostruktur filtrační vrstvy a zanesení jejích pórů a/nebo soustavou vazných linií vzniklých natavením linií mřížky z třívrstvého laminátu, sestávajícího z polyethylenové (PE), polypropylenové (PP) a polyethylenové (PE) folie, tepelnou a tlakovou aplikací jako mezivrstvy při spojování nanostrukturované filtrační vrstvy a vrstvy podkladového nosného materiálu, přičemž středová ztužující polypropylenová vrstva tvoří bariéru zatečení polyethylenu z roztavených povrchových vrstev mřížky do struktur filtrační vrstvy a/nebo soustavou vazných linií vzniklých natavením linií vláken jednoho z polymerů multikomponentní, zejména bikomponentní, nanostrukturované filtrační vrstvy, připravitelné elektrospinningem z multikomponentního roztoku polymerů, na bázi směsi dvou a více polymerů, přičemž alespoň jeden z těchto polymerů je tvořen termoplastem s nižší teplotou tání než ostatní zvlákňované polymery a při tepelném a tlakovém spojování nanostrukturované filtrační vrstvy s podkladovým nosným materiálem dojde k částečnému natavení linií vláken z tohoto polymeru.
Nespojitou soustavou vazných bodů a/nebo vazných linií může být s výhodou také kombinace alespoň dvou typů vazných bodů a/nebo vazných linií ze skupiny zahrnující vazné body vzniklé z mikrokapiček tavného lepidla, vazné linie vzniklé z natavitelných částí vícevrstvé mřížky a vazné linie vzniklé z natavitelných částí multikomponentní vrstvy z velmi jemných vláken.
Podkladovým nosným materiálem může být polyesterová, polyamidová, polylaktidová nebo bavlněná tkanina, netkaná textilie z polypropylenových, polyesterových, viskózových, celulózových, polylaktidových nebo skleněných vláken, případně kombinace alespoň dvou z výše uvedených materiálů.
Nanostrukturovanou filtrační vrstvu pak může s výhodou tvořit nanoporézní struktura připravená z vláken polyurethanových, polyamidových, polyvinylidenfluoridových, polyethersulfonových, polysulfonových, polystyrénových, polyakrylonitrilových, polykarbonátových, polymethylmethakrylátových, ethylenvinylacetátových, kopolyesterových, kopolyamidových a polylaktidových, případně kombinace alespoň dvou z výše uvedených materiálů.
Správně zvolené parametry laminace umožňují při aplikaci výše uvedených principů spojování jen v místě dotyku nanostruktury s členitým povrchem podkladového substrátu a tedy minimální roztěkání roztaveného polymeru.
-2CZ 305413 B6
Poznámka - vysvětlení používaných pojmů:
„Nanostrukturou“ rozumíme nanoporézní plošný útvar připravený elektrospinningem z roztoků polymerů, jehož produktem je netkaná textilie na bázi velmi jemných vláken s průměrem 40 až 920 nm. Nanostruktura tvoří účinnou filtrační vrstvu vícevrstvého materiálu. „Podkladová textilie“ je ekvivalentním pojmem k pojmu „podkladový substrát“ či zkráceně „substrát“ a jedná se o sběrnou textilii, na niž jsou v procesu elektrospinningu nanášena (sbírána) velmi jemná vlákna v podobě netkané textilie.
Objasnění výkresů
K bližšímu objasnění podstaty vynálezu slouží přiložený výkres, kde představuje
Obr. 1 - zvětšený snímek spojení podkladového substrátu s nanostrukturou nespojitou soustavou vazných bodů;
Obr. 2 - zvětšený snímek spojení podkladového substrátu s nanostrukturou nespojitou soustavou vazných linií-vyobrazení 1;
Obr. 3 - zvětšený snímek spojení podkladového substrátu s nanostrukturou nespojitou soustavou vazných linií - vyobrazení 2.;
Příklady uskutečnění vynálezu
Koncentrace bakterií Escherichia Coli (E. Coli) ve všech prezentovaných příkladech byla pro filtraci vody 5E+06 KTJ/ml, objem infikované filtrované modelové vody 1 000 ml a průměr filtru 4,3 cm. Používaný filtrační tlak byl lbar, není-li uvedeno jinak.
Příklad 1
Spojení podkladového substrátu s nanostrukturou nespojitou soustavou vazných bodů, z hlediska penetrace do spojovaných materiálů (viz zvětšený snímek na obr. 1)
a) Podmínky elektrosprayingu
Vláknotvomé zařízení Spinline 120 (Spur a.s., Zlín, ČR), sběrná elektroda byla opatřena vodivou textilií, vyrobenou z vlákna Rezistat (SHAKESPEARE Comp.) - PA vlákno s pláštěm PA-uhlík, zvlákňovaný roztok = 18 % termoplastický PU UNEX 4073 od DAKOTA COATINGS N.V. v dimethylacetamidu s viskozitou 0,55 Pa.s a vodivostí 3 pS/cm, sběrný substrát = PP netkaná tkanina s plošnou hmotností 50 g/m2, napětí = 85 kV, vzdálenost elektrod = 28 cm, teplota = 23 °C, relativní vlhkost = 30 %, nános mikrokapiček termolepidla = 0,8 g/cm2.
b) Podmínky elektrospinningu
Vláknotvomé zařízení Spinline 120 (Spur a.s., Zlín, ČR), kde sběrná elektroda byla pro zvýšení homogenity nánosu obalena vodivou tkaninou z vláken Rezistat (PA vlákna s pláštěm ze směsného materiálu PA-uhlík), zvlákňovaný roztok = 18 % PVDF Kynar 761 od ARKEMA v dimethylformamidu (DMF) s viskozitou 0,7 Pa.s a vodivostí 79 pS/cm, sběrný substrát = PP netkaná tkanina s plošnou hmotností (PH) 50 g/m2, opatřena nánosem PU termolepidla (viz. podmínky elektrosprayingu), napětí = 120 kV, vzdálenost elektrod = 28 cm, teplota = 26 °C, relativní vlhkost = 38 %, plošná hmotnost nanesených jemných vláken = 3,96 g/cm2.
-3 CZ 305413 B6
c) Charakterizace připravené nanostruktury
Dle ASTM F316 - 03 porometricky stanovená průměrná velikost pórů = 238 nm. Pro charakterizaci nanostruktur byly použity i snímky z rastrovacího elektronového mikroskopu (SEM) Vega 3 (Tescan, Brno, ČR). Distribuce průměrů vláken a její střední hodnota = 96 nm, distribuce velikosti pórů a její střední hodnota = 286 nm byly stanoveny s využitím techniky digitální analýzy SEM snímků [W. Sambaer, M. Zatloukal and D. Kimmer - The use of novel digital image analysis technique and rheological tools to characterize nanofiber nonwovens, Polymer Testing 29, 82-94 (2010); W. Sambaer, M. Zatloukal and D. Kimmer - 3D modeling of filtration process via polyurethane nanofuber based nonwoven filters, prepared by electrospinning process, Chemical Engineering Science 66, (2011) 613 - 623; W. Sambaer, M. Zatloukal and D. Kimmer - 3D air filtration modeling for nanofiber based filters in the ultrafine particle size range, Chemical Engineering Science 82, (2012) 299-311].
Materiál tvořený PP substrátem, opatřeným nánosem mikrokapiček termolepidla a pokrytý PVDF nanostrukturou byl tepelně fixován mezi válci při 90 °C, štěrbina 0,09 mm, a ze strany velmi jemných vláken vyhlazen při 95 °C. Takto připravená membrána vykazovala počáteční průtok vody při tlaku 7,5 kPa větší než 10 000 l/m2.h a pojedná hodině průtok > 1 000 l/m2.h. Modelový záchyt bakterií E. coli byl 100 %.
Příklad 2
Podmínky stejné, jako v příkladu 1, ale jako termolepidlo byl použit termoplastický copolyester UNEX PES T3 (DAKOTA). Mikrokapičky lepidla zachycená na PP vláknech byly propojeny s nanostrukturou při teplotě 108 °C.
Příklad 3
Podmínky obdobné jako v příkladu 1, ale pro elektrospraying byl použit roztok PU Desmopan 2590 (BAYER). K následné tepelné aktivaci byla použita teplota 130 °C.
Příklad 4
Podmínky obdobné, jako v příkladu 1, ale jako termolepidlo byl použit polyesterový typ termoplastického polyurethanu PEARLCOAT 125K (MERQIUNSA). Laminační teplota byla 85 °C.
Příklad 5
Podmínky obdobné, jako v příkladu 1, ale jako termolepidlo byla použita směs termoplastický PU UNEX 4073 s PEARLCOAT 125K.
Příklad 6
Podmínky obdobné, jako v příkladu 1, ale nanostruktura s PH = 2,3 g/m2 byla připravená z PU vláken Permuthane SU-22-542 (STÁHL). Střední hodnota průměrů vláken 135 nm a průměrná velikost pórů 350 nm a menší PH než v příkladu 1 měly za následek pokles účinnosti záchytu bakterií na 99,99 %.
-4CZ 305413 B6
Příklad 7
Podmínky obdobné jako v příkladu 1, ale nanostruktura byla připravená z polyethersulfonu (ULTRASON 620P od BASF) vláken.
Příklad 8
Podmínky obdobné jako v příkladech 1 až 5, ale termolepidlo bylo aplikováno na viskózovou netkanou tkaninu Pervin (Perla Zábřeh) s PH = 50 g/m2 a nanostruktura byla připravená z polylaktidových nanovláken s PH = 3,2 g/m2. Po 1 měsíčním používání byl filtr biologicky degradován dle ISO 14855. K úplnému rozkladu PLA nanostruktur došlo po 79 dnech.
Příklad 9
Spojení podkladového substrátu s nanostrukturou nespojitou soustavou vazných linií, z hlediska limitované penetrace do spojovaných materiálů (viz zvětšené snímky na obr. 2 a 3). Mikrovláknová netkaná PP tkanina s PH = 50 g/m2 byla na laminovacím zařízení s vyhřívaným válcem na 135 °C opatřena mřížkou ztrilaminátu CLAF 1600 od JX Nippon On & Energy Corporation (Japonsko) s PH = 16 g/m2 PE/PP/PE s plošnými hmotnostmi jednotlivých vrstev 30/40/30 g/m2, která zaručí, že při tepelném a tlakovém namáhání nedojde k jejímu celkovému roztavení (jen PE vrstvy) a zatečení mezi vlákna spojovaných materiálů, což by negativně ovlivňovalo jejich filtrační vlastnosti. V následném kroku byla PP NT s mřížkou z trilaminátu použita jako podkladový materiál pro nános PVDF nanostruktury elektrospinningem dle podmínek uvedených v příkladu 1 odstavec b.
Takto připravená membrána vykazovala po 1 h průtok odpadní vody 2 300 l/m2.h - šedá voda, obsah kalu 6 g/1, tlak 1 bar. Záchyt bakterií E. coli při modelovém testu byl 100 %.
Příklad 10
Podmínky stejné jako v příkladu 9, ale substrát s trilaminátovou mřížkou byl při 132 °C spojen s nanostrukturou z aromatického PU Permuthane SU-22-542, charakterizovanou střední hodnotou průměrů vláken 132 nm, PH = 3,8 g/m2 a průměrnou velikostí pórů 0,42 pm a následně vyhlazen hladkým dezenovacím válcem při teplotě 90 °C ze strany nanostruktury. Po dvoutýdenní filtraci odpadních vod (kal 6 g/1) ve filtračním režimu 10 min průtok při tlaku 1 bar a 1 min čištění protiproudem vody při tlaku 0,5 baru membrána pracovala s průtoky v intervalu 240 až 730 l/m2h. Kultivací zjištěný obsah mikroorganismů po 1 dni filtrace byl 19 KTJ/ml, po týdnu filtrace byla koncentrace KTJ/ml neidentifikovatelná (desinfekce vody).
Příklad 11
Podmínky obdobné jako v příkladech 9 a 10, ale mřížka ztrilaminátu byla aplikována na polyesterovou tkaninu s PH = 50 g/m2.
Příklad 12
Kombinace postupů spojení podkladového substrátu s nanostrukturou nespojitou soustavou vazných bodů a vazných linií
Substrát z PP NT, připravený elektrosprayingem dle podmínek příkladu 1 odstavec a, obsahující na PP vláknech mikrokapičky PU termoplastu, byl opatřen mřížkou z PE/PP/PE trilaminátu dle
-5CZ 305413 B6 podmínek příkladu 9 a následně v elektrostatickém poli pokryty nanostrukturou z PVDF jemných vláken dle podmínek příkladu 1 odstavec b. Membrána byla spojena na laminačním zařízení při 135 °C a na hladkém dezenovacím válci ze strany nanostruktury vyhlazena při 95 °C. Membrána vykazovala zvýšenou mechanickou odolnost a při dlouhodobém testu (1 měsíc) filtrace odpadní vody (při 0,7 baru, kal 7 g/1) s čištěním protiproudem přefiltrované vody při tlaku 0,5 bar a/nebo protiproudem vzduchu při tlaku 0,3 baru její průtok neklesl pod 230 l/m2h.
Příklad 13
Podmínky stejné jako v příkladu 12, ale filtrace odpadní vody (kal 7 g/1) neprobíhala přetlakem 0,7 baru, ale podtlakem na sací straně filtru 0,4 bar. Průtoky membránou se při tomto uspořádání zvýšily o 11 %.
Příklad 14
Spojování pomocí velmi jemných vláken, skládajících se alespoň ze dvou polymerů, přičemž alespoň jeden z těchto polymerů je tvořen termoplastem s nižším bodem měknutí a tání než druhý polymer spojovací vrstvy a nižším bodem měknutí a tání než vlákna podkladového substrátu a nižším bodem měknutí a tání než velmi jemná vlákna nanostruktury
Vrstvený mikrofiltrační materiál s vysokou účinností záchytu mikroorganismů byl připraven spojením tří vrstev - podkladové PP NT, adhezní vrstvy z velmi jemných vláken se střední velikostí průměrů vláken = 115 nm a nanostrukturované PVDF vrstvy. PP NT byla opatřena bikomponentním adhezivním nánosem technologií elektrospinningu z 18 % roztoku PVDF Kynar 761 a TPU PEARLCOAT 125K (MERQUIUNSA) v DMF, hmotnostní poměr v sušině = 2:1, s vodivostí = 75 pS/cm za podmínek dle příkladu 1 odstavce a, a následně při 90 °C laminována s PVDF nanostrukturou, připravenou dle podmínek příkladu 1, odstavec b. Takto připravený filtrační materiál připravený z nanostruktury s PH = 1,4 g/m2 měl filtrační účinnost pro záchyt bakterií E. coli při modelovém testu 99,91 %, ale při použití nanostruktury s PH = 3,9 g/m2 byl záchyt bakterií při modelovém testu již 100 %.
Příklad 15
Podmínky stejné jako v příkladu 14, ale poměr složek v sušině bikomponentního adhezivního nánosu byl Kynar 761 : TPU PEARLCOAT 125K = 4:1.
Příklad 16
Podmínky stejné jako v příkladu 14, ale multikomponentní adhezivní nános byl tvořen z Kynar 761 : TPU PEARLCOAT 125K : Desmopan 2590 v hmotnostních poměrech 3:1:1.
Příklad 17
Podmínky stejné jako v příkladu 14, ale multikomponentní adhezivní nános byl tvořen z PU SU22-542, TPU PEARLCOAT 125K a PU Desmopanu 2590, tavitelného při nižších teplotách než PU SU-22-542, v hmotnostních poměrech 3:1:1.
-6CZ 305413 B6
Příklad 18
Spojování mezi nanostrukturou z velmi jemných vláken a podkladovým materiálem a mezi velmi jemnými vlákny navzájem, kde velmi jemná vlákna se skládají alespoň ze dvou polymerů, přičemž jeden z těchto polymerů je tvořen termoplastem s nižším bodem měknutí a tání než druhý polymer
Vrstvený mikrofiltrační materiál s vysokou účinností záchytu mikroorganismů byl připraven spojením dvou vrstev - podkladové PP NT a vrstvy z velmi jemných vláken se střední velikostí průměrů vláken = 128 nm, tvořené z PVDF Kynar 761 a TPU PEARLCOAT 125K v hmotnostním poměru = 2:1. Vrstva velmi jemných vláken byla připravena elektrospinningem dle příkladu 1 odstavce b, a následně při 90 °C laminována s podkladovým materiálem z PP NT. Takto připravený filtrační materiál z nanostruktury s PH = 4,1 g/m2 měl počáteční průtoky při filtraci destilované vody při tlaku 1 bar větší než 200 000 l/m2.h a při tlaku vodního sloupce 75 cm větší než 10 000 l/m2.h a vykazoval záchyt bakterií E.coli při modelovém testu 100 %.
Příklad 19
Podmínky obdobné jako v příkladu 18, ale multikomponentní nanostruktury byly postupně připraveny ze složek s vyšším bodem tání (polyurethanu, polyamidu, polyethersulfonu, polysulfonu, polystyrenu, styren-akrylonitrilového kopolymerů, polymethylmethakrylátu, polykarbonátu a v některých kombinacích i polylaktidu) a jako složky tající při nižších teplotách byly použity některé polyurethany (Unex 4073, Desmopan 2590), kopolyestery, kopolyamidy a ethylenvinylacetátové kopolymery.
PATENTOVÉ NÁROKY
Claims (4)
1. Vrstvený mikrofiltrační materiál s vysokou účinností záchytu mikroorganismů a jemných částeček pro filtraci kapalin, obsahující alespoň jednu nanostrukturovanou filtrační vrstvu a alespoň jednu vrstvu podkladového nosného materiálu, vyznačující se tím, že účinná, nanostrukturovaná filtrační vrstva, připravená z velmi jemných vláken o průměrech 40 až 920 nm, je spojena s vrstvou podkladového nosného materiálu nespojitou soustavou vazných bodů á/nebo vazných linií s limitovanou penetrací do spojovaných struktur, přičemž touto soustavou je soustava vazných bodů vzniklá z mikrokapiček tavného lepidla, nanesených elektrosprayingem v elektrostatickém poli s následnou tepelnou a tlakovou aktivací, s minimalizovaným stupněm penetrace termolepidla do struktur filtrační vrstvy a zanesení jejích pórů a/nebo soustava vazných linií vzniklá natavením linií mřížky z třívrstvého laminátu, sestávajícího z polyethylenové, polypropylenové a polyethylenové fólie, tepelnou a tlakovou aplikací jako mezivrstvy při spojování nanostrukturované filtrační vrstvy a vrstvy podkladového nosného materiálu, přičemž středová ztužující polypropylenová vrstva tvoří bariéru zatečení polyethylenu z roztavených povrchových vrstev mřížky do struktur filtrační vrstvy a/nebo soustava vazných linií vzniklých natavením linií vláken jednoho z polymerů multikomponentní, zejména bikomponentní, nanostrukturované filtrační vrstvy, připravitelné elektrospinningem z multikomponentního roztoku polymerů, na bázi směsi dvou a více polymerů, přičemž alespoň jeden z těchto polymerů je tvořen termoplastem s nižší teplotou tání než ostatní zvlákňované polymery a při tepelném a tlakovém spojování nanostrukturované filtrační vrstvy s podkladovým nosným materiálem dojde k částečnému natavení linií vláken z tohoto polymeru.
2. Vrstvený mikrofiltrační materiál podle nároku 1, vyznačující se tím, že nespojitou soustavou vazných bodů a/nebo vazných linií je kombinace alespoň dvou typů vazných bodů
-7CZ 305413 B6 a/nebo vazných linií ze skupiny zahrnující vazné body vzniklé z mikrokapiček tavného lepidla, vazné linie vzniklé z natavitelných částí vícevrstvé mřížky a vazné linie vzniklé z natavitelných částí multikomponentní vrstvy z velmi jemných vláken.
5
3. Vrstvený mikrofiltrační materiál podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že podkladovým nosným materiálem je polyesterová, polyamidová, polylaktidová nebo bavlněná tkanina, netkaná textilie z polypropylenových, polyesterových, viskózových, celulózových, polylaktidových nebo skleněných vláken, případně kombinace alespoň dvou z výše uvedených materiálů.
4. Vrstvený mikrofiltrační materiál podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že nanostrukturovanou filtrační vrstvu tvoří nanoporézní struktura připravená z vláken polyuretanových, polyamidových, polyvinylidenfluoridových, polyethersulfonových, polysulfonových, polystyrénových, polyakrylonitrilových, polykarbonátových, polymethylmethakrylátových, ethy15 lenvinylacetátových, kopolyesterových, kopolyamidových a polylaktidových, případně kombinace alespoň dvou z výše uvedených materiálů.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CZ2013-737A CZ305413B6 (cs) | 2013-09-25 | 2013-09-25 | Vrstvený mikrofiltrační materiál |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CZ2013-737A CZ305413B6 (cs) | 2013-09-25 | 2013-09-25 | Vrstvený mikrofiltrační materiál |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CZ2013737A3 CZ2013737A3 (cs) | 2015-04-29 |
CZ305413B6 true CZ305413B6 (cs) | 2015-09-09 |
Family
ID=53266553
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CZ2013-737A CZ305413B6 (cs) | 2013-09-25 | 2013-09-25 | Vrstvený mikrofiltrační materiál |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CZ (1) | CZ305413B6 (cs) |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2008150548A2 (en) * | 2007-06-07 | 2008-12-11 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Process for forming a laminate of a nanoweb and a substrate, and filters utilizing the laminate |
US20100031617A1 (en) * | 2006-11-13 | 2010-02-11 | Research Triangle Insitute | Particle filter system incorporating nanofibers |
WO2011052865A1 (ko) * | 2009-10-29 | 2011-05-05 | (주) 에프티이앤이 | 나노섬유 접착층을 갖는 나노섬유 필터여재 및 그 제조방법 |
US20120076972A1 (en) * | 2010-09-29 | 2012-03-29 | Hao Zhou | Nanofiber Non-Woven Composite |
WO2013013241A2 (en) * | 2011-07-21 | 2013-01-24 | Emd Millipore Corporation | Nanofiber containing composite structures |
CZ2011439A3 (cs) * | 2011-07-19 | 2013-03-06 | Spur A.S. | Morfologicky optimalizované netkané textilie na bázi nanovláken |
CZ25797U1 (cs) * | 2013-03-11 | 2013-08-22 | Nafigate Corporation, A.S. | Kompozit obsahující alespoň jednu filtrační vrstvu polymemích nanovláken |
-
2013
- 2013-09-25 CZ CZ2013-737A patent/CZ305413B6/cs not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20100031617A1 (en) * | 2006-11-13 | 2010-02-11 | Research Triangle Insitute | Particle filter system incorporating nanofibers |
WO2008150548A2 (en) * | 2007-06-07 | 2008-12-11 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Process for forming a laminate of a nanoweb and a substrate, and filters utilizing the laminate |
WO2011052865A1 (ko) * | 2009-10-29 | 2011-05-05 | (주) 에프티이앤이 | 나노섬유 접착층을 갖는 나노섬유 필터여재 및 그 제조방법 |
US20120076972A1 (en) * | 2010-09-29 | 2012-03-29 | Hao Zhou | Nanofiber Non-Woven Composite |
CZ2011439A3 (cs) * | 2011-07-19 | 2013-03-06 | Spur A.S. | Morfologicky optimalizované netkané textilie na bázi nanovláken |
WO2013013241A2 (en) * | 2011-07-21 | 2013-01-24 | Emd Millipore Corporation | Nanofiber containing composite structures |
CZ25797U1 (cs) * | 2013-03-11 | 2013-08-22 | Nafigate Corporation, A.S. | Kompozit obsahující alespoň jednu filtrační vrstvu polymemích nanovláken |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CZ2013737A3 (cs) | 2015-04-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN104994928B (zh) | 过滤介质及其制备方法和利用其的过滤装置 | |
CN103459006B (zh) | 含有纳米纤维的复合材料结构 | |
KR102109724B1 (ko) | 액체 필터용 필터여재 및 이를 이용한 액체 필터 | |
JP6172924B2 (ja) | エアフィルター又はマスク用不織布基材の製造方法 | |
JP5483878B2 (ja) | 液体ろ過のためのろ材 | |
KR20160062027A (ko) | 극세 섬유를 포함하는 섬유 적층체 및 이로 이루어지는 필터 | |
CN110997119B (zh) | 过滤器滤材、其制造方法及包括其的过滤器单元 | |
KR20180069716A (ko) | 필터여재, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 필터유닛 | |
KR101739845B1 (ko) | 나노섬유 복합 섬유사를 이용한 카트리지 필터 및 그 제조방법 | |
EP2803405B1 (en) | Silver-coated nanofiber fabrics for pathogen removal filtration | |
KR20180069721A (ko) | 필터여재, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 필터유닛 | |
KR102576129B1 (ko) | 필터여재 및 이를 포함하는 필터유닛 | |
KR20180069724A (ko) | 필터여재, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 필터유닛 | |
KR20180069715A (ko) | 필터여재, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 필터유닛 | |
KR102576134B1 (ko) | 필터여재 및 이를 포함하는 필터유닛 | |
KR20180069350A (ko) | 필터여재, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 필터유닛 | |
CZ2016622A3 (cs) | Způsob ukládání vrstvy polymerních nanovláken připravených elektrostatickým zvlákňováním roztoku nebo taveniny polymeru na elektricky nevodivé materiály, a tímto způsobem připravený vícevrstvý kompozit obsahující alespoň jednu vrstvu polymerních nanovláken | |
CZ305413B6 (cs) | Vrstvený mikrofiltrační materiál | |
CN110709155A (zh) | 过滤器滤材、其制造方法及包括其的过滤器单元 | |
JP6508630B2 (ja) | 積層不織布の製造装置 | |
KR20180069351A (ko) | 필터여재, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 필터유닛 | |
KR102400732B1 (ko) | 필터여재 및 이를 포함하는 필터유닛 | |
Yalcinkaya et al. | 12 Nanofibers in liquid filtration | |
KR102109454B1 (ko) | 필터여재, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 필터유닛 | |
KR20090129048A (ko) | 필터재 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20230925 |