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国内水泥混凝土外加剂技术资料
提高水处理过滤器的耐化学品性及亲水性的技术
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作者:pro10845f02
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发布时间: 2014-08-27
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一、现有水处理过滤器应用存在问题的技术分析
目前在进行来自工厂等的排水时、污水的净化处理、或利用地下水等时，不溶成分的除去一般使用水处理用的过滤器。
水处理过滤器上除了因使用而自然地蓄积不溶成分外，还会附着微生物与其细胞外产物的混合体、即生物淤积。如果对其置之不理，则会发生堵塞，所以必须定期清洗水处理过滤器。但是，生物淤积正因为是微生物的防御手段而无法容易地除去，而且还对某种化学物质具有耐性，难以完全除去。于是，在水处理过滤器的清洗中使用次氯酸盐等氧化剂。
次氯酸盐对宽范围内的微生物有效果，能将生物淤积溶解除去。此外，还表现出速效性、漂白作用及脱臭作用，还有水溶性高、廉价且毒性较低、不燃性的特性，所以在食品工业及水处理工业领域被广泛使用。
虽然是这样被广泛用于水处理过滤器的清洗的次氯酸盐，但正因为效果好，所以存在对过滤器自身也带来损伤、影响其寿命等的问题。具体而言，次氯酸盐中的氯处于Cl+的状态，与稳定的氯化物离子相比处于电子极度不足的状态，所以次氯酸盐起到强氧化剂的作用，有时会攻击过滤器原材料的亲水性基团及高分子骨架，进而切断高分子骨架。于是，人们开始研究将过滤器的原材料的耐化学品性提高。
作为耐化学品性优异的原材料，有PTFE(聚四氟乙烯)等氟树脂。实际上，氟树脂虽然被用作水处理过滤器的原材料，但存在亲水性差这样的缺点。于是，开发了用于提高由氟树脂构成的过滤器的亲水性的技术。例如用含氟乙烯基单体和含亲水性基团乙烯基单体的亲水性共聚物对多孔质PTFE膜进行浸溃处理的方法。用交联后的聚乙烯醇等亲水性高分子对多孔质PTFE膜的表面进行被覆的方法。再例如，作为除对原材料钻研外通过表面处理使过滤器的耐化学品性提高的技术，以及提高了对羟基自由基等的活性种的耐久性的、在过滤器基材的表面具备由消除影响氧化作用的活性种的金属构成的抗氧化金属膜的过滤器。还有研制的作为抑制由湿润状态和干燥状态的反复引起的水透过性的下降的技术的由交联性涂膜被覆的多孔质膜，且该交联性涂布层是含封端异氰酸酯或氨基甲酸酯的膜。等等以上所述，开发了各种用于提高水处理过滤器的耐化学品性及亲水性的技术。
存在问题：但是，现状是水处理过滤器的清洗中所使用的次氯酸盐是极强的氧化剂，且没有能耐受该次氯酸盐的亲水化剂。因此，聚乙烯醇虽然是能耐强酸和强碱的优异的亲水化剂，但对次氯酸盐的耐性不足够，所以专利文献I〜3的过滤器并不能解决因清洗引起的寿命缩短的问题。
此外，现有技术的过滤器上所承载或蒸镀的金属是金、钼、银等昂贵的金属，不仅制造成本高，且会因使用而导致脱落，所以也不是长寿命的过滤器。
还有，现有技术的多孔质膜对次氯酸盐的耐性也不足。详细而言，被覆该多孔质膜的交联涂膜具有聚乙烯亲核性聚合物通过封端异氰酸酯或氨基甲酸酯进行了交联的化学结构。该交联涂膜中的氨基甲酸酯基和异氰酸酯基的电子密度高，表现出亲核性，所以容易受到次氯酸盐的攻击而被切断。其结果是，交联涂膜脱落，存在亲水性极端降低等问题。
二、日本新技术：具有亲水性和耐化学品性长寿命的水处理过滤器用滤材
鉴于上述技术问题，日本最新研制了一种提供具有亲水性和耐化学品性这样互相相反的特性、且长寿命的水处理过滤器用滤材，及其制造方法。
为了解决上述技术问题，日本戈尔有限公司经过反复认真的研究。其结果是，考虑到水处理过滤器的清洗中所使用的次氯酸盐是强氧化剂，其中Cl+离子表现出极强的亲电性，所以如果将涂布多孔质基材的亲水性高分子用亲核性较低的交联基交联后，再使该交联亲水性高分子与具有对亲电试剂的反应性高的H电子的高电子密度部位共价结合，使该部位优先受到次氯酸盐的攻击，那么将可能有效地保护多孔质基材不受到次氯酸盐的攻击，对于此通过实验进行证明，从而完成了具有亲水性和耐化学品性长寿命的水处理过滤器用滤材的研制。
新水处理过滤器用滤材的特征是，它由具有亲水性涂布层的多孔质基材构成；亲水性涂布层具有交联亲水性高分子和高电子密度部位；交联亲水性高分子中，亲水性高分子通过可含有选自醚基、羟基及氨基的I种以上的官能团的饱和脂肪族烃基发生交联；高电子密度部位具有η电子且与交联亲水性高分子共价结合。
新水处理过滤器用滤材中，作为高电子密度部位，可例举具有选自脂肪族不饱和烃基、芳烃基、杂芳基、羰基、腈基、亚砜键、磺酰键及磺酸基的I种以上的高电子密度部位。
作为该亲水性基团，可例举选自羟基、磺酸基、羧基及氨基的1种以上。作为多孔质基材，可使用多孔质氟树脂膜，特别优选多孔质PTFE膜。对于水处理过滤器用的滤材，当然要求高过滤性能，但特别在污水处理厂等必须大规模地处理水的情况下，要求5年至10年的寿命。因此，对于水处理过滤器用滤材，还需要长期的强度、对酸及碱等的耐化学品性。在该方面，多孔质氟树脂膜、特别是多孔质PTFE表现出极优异的耐化学品性，除能耐受使用次氯酸盐的清洗处理外，多孔质PTFE能延伸，所以强度也高。
新技术中作为亲水性高分子，可例举聚乙烯醇、乙烯-乙烯基醇共聚物、四氟乙烯-乙烯基醇共聚物、聚(亚烷基)二醇或金属醇盐。它们除了能够赋予疏水性的多孔质基材以适度的亲水性外，由于该亲水性，使得具有疏水性部分的生物淤积难以附着。
新水处理过滤器的特征是包含上述本发明的水处理过滤器用滤材。作为该水处理过滤器的特性，可例举膜间压差为20kPa时的透水量在lmL/min/cm2以上、及在0.6质量％的次氯酸钠水溶液中浸溃2周后的透水量的减少率为70%以下。
三、新技术应用的效果 5年至10年水处理过滤器的寿命
大规模的污水处理厂等的情况下，作为用于除去不溶成分的水处理过滤器的寿命，人们期望是5年至10年。但是，通过使用次氯酸盐等氧化剂的清洗处理，亲水性基团或构成亲水性涂布层的亲水性交联高分子受到攻击，所以实际上是每1至5年的间隔就不得不进行过滤器的交换。
而新水处理过滤器在与亲水性涂布层的主链或交联链不同的位置具有更容易受到次氯酸盐等氧化剂的攻击的高电子密度部位，所以在清洗处理时，亲水性基团及亲水性交联高分子不易受到影响，寿命长。这种新水处理过滤器能够处理特别大量的水，大幅度降低过滤器更换及维护需要巨大成本，降低大规模水处理设施中更换及维护的频度，在工业上非常有用。
该技术详细工艺配方及制造方法请见：《国内外聚四氟乙烯(PTFE)过滤膜制造新技术工艺配方汇编》
目前在进行来自工厂等的排水时、污水的净化处理、或利用地下水等时，不溶成分的除去一般使用水处理用的过滤器。
水处理过滤器上除了因使用而自然地蓄积不溶成分外，还会附着微生物与其细胞外产物的混合体、即生物淤积。如果对其置之不理，则会发生堵塞，所以必须定期清洗水处理过滤器。但是，生物淤积正因为是微生物的防御手段而无法容易地除去，而且还对某种化学物质具有耐性，难以完全除去。于是，在水处理过滤器的清洗中使用次氯酸盐等氧化剂。
次氯酸盐对宽范围内的微生物有效果，能将生物淤积溶解除去。此外，还表现出速效性、漂白作用及脱臭作用，还有水溶性高、廉价且毒性较低、不燃性的特性，所以在食品工业及水处理工业领域被广泛使用。
虽然是这样被广泛用于水处理过滤器的清洗的次氯酸盐，但正因为效果好，所以存在对过滤器自身也带来损伤、影响其寿命等的问题。具体而言，次氯酸盐中的氯处于Cl+的状态，与稳定的氯化物离子相比处于电子极度不足的状态，所以次氯酸盐起到强氧化剂的作用，有时会攻击过滤器原材料的亲水性基团及高分子骨架，进而切断高分子骨架。于是，人们开始研究将过滤器的原材料的耐化学品性提高。
作为耐化学品性优异的原材料，有PTFE(聚四氟乙烯)等氟树脂。实际上，氟树脂虽然被用作水处理过滤器的原材料，但存在亲水性差这样的缺点。于是，开发了用于提高由氟树脂构成的过滤器的亲水性的技术。例如用含氟乙烯基单体和含亲水性基团乙烯基单体的亲水性共聚物对多孔质PTFE膜进行浸溃处理的方法。用交联后的聚乙烯醇等亲水性高分子对多孔质PTFE膜的表面进行被覆的方法。再例如，作为除对原材料钻研外通过表面处理使过滤器的耐化学品性提高的技术，以及提高了对羟基自由基等的活性种的耐久性的、在过滤器基材的表面具备由消除影响氧化作用的活性种的金属构成的抗氧化金属膜的过滤器。还有研制的作为抑制由湿润状态和干燥状态的反复引起的水透过性的下降的技术的由交联性涂膜被覆的多孔质膜，且该交联性涂布层是含封端异氰酸酯或氨基甲酸酯的膜。等等以上所述，开发了各种用于提高水处理过滤器的耐化学品性及亲水性的技术。
存在问题：但是，现状是水处理过滤器的清洗中所使用的次氯酸盐是极强的氧化剂，且没有能耐受该次氯酸盐的亲水化剂。因此，聚乙烯醇虽然是能耐强酸和强碱的优异的亲水化剂，但对次氯酸盐的耐性不足够，所以专利文献I〜3的过滤器并不能解决因清洗引起的寿命缩短的问题。
此外，现有技术的过滤器上所承载或蒸镀的金属是金、钼、银等昂贵的金属，不仅制造成本高，且会因使用而导致脱落，所以也不是长寿命的过滤器。
还有，现有技术的多孔质膜对次氯酸盐的耐性也不足。详细而言，被覆该多孔质膜的交联涂膜具有聚乙烯亲核性聚合物通过封端异氰酸酯或氨基甲酸酯进行了交联的化学结构。该交联涂膜中的氨基甲酸酯基和异氰酸酯基的电子密度高，表现出亲核性，所以容易受到次氯酸盐的攻击而被切断。其结果是，交联涂膜脱落，存在亲水性极端降低等问题。
二、日本新技术：具有亲水性和耐化学品性长寿命的水处理过滤器用滤材
鉴于上述技术问题，日本最新研制了一种提供具有亲水性和耐化学品性这样互相相反的特性、且长寿命的水处理过滤器用滤材，及其制造方法。
为了解决上述技术问题，日本戈尔有限公司经过反复认真的研究。其结果是，考虑到水处理过滤器的清洗中所使用的次氯酸盐是强氧化剂，其中Cl+离子表现出极强的亲电性，所以如果将涂布多孔质基材的亲水性高分子用亲核性较低的交联基交联后，再使该交联亲水性高分子与具有对亲电试剂的反应性高的H电子的高电子密度部位共价结合，使该部位优先受到次氯酸盐的攻击，那么将可能有效地保护多孔质基材不受到次氯酸盐的攻击，对于此通过实验进行证明，从而完成了具有亲水性和耐化学品性长寿命的水处理过滤器用滤材的研制。
新水处理过滤器用滤材的特征是，它由具有亲水性涂布层的多孔质基材构成；亲水性涂布层具有交联亲水性高分子和高电子密度部位；交联亲水性高分子中，亲水性高分子通过可含有选自醚基、羟基及氨基的I种以上的官能团的饱和脂肪族烃基发生交联；高电子密度部位具有η电子且与交联亲水性高分子共价结合。
新水处理过滤器用滤材中，作为高电子密度部位，可例举具有选自脂肪族不饱和烃基、芳烃基、杂芳基、羰基、腈基、亚砜键、磺酰键及磺酸基的I种以上的高电子密度部位。
作为该亲水性基团，可例举选自羟基、磺酸基、羧基及氨基的1种以上。作为多孔质基材，可使用多孔质氟树脂膜，特别优选多孔质PTFE膜。对于水处理过滤器用的滤材，当然要求高过滤性能，但特别在污水处理厂等必须大规模地处理水的情况下，要求5年至10年的寿命。因此，对于水处理过滤器用滤材，还需要长期的强度、对酸及碱等的耐化学品性。在该方面，多孔质氟树脂膜、特别是多孔质PTFE表现出极优异的耐化学品性，除能耐受使用次氯酸盐的清洗处理外，多孔质PTFE能延伸，所以强度也高。
新技术中作为亲水性高分子，可例举聚乙烯醇、乙烯-乙烯基醇共聚物、四氟乙烯-乙烯基醇共聚物、聚(亚烷基)二醇或金属醇盐。它们除了能够赋予疏水性的多孔质基材以适度的亲水性外，由于该亲水性，使得具有疏水性部分的生物淤积难以附着。
新水处理过滤器的特征是包含上述本发明的水处理过滤器用滤材。作为该水处理过滤器的特性，可例举膜间压差为20kPa时的透水量在lmL/min/cm2以上、及在0.6质量％的次氯酸钠水溶液中浸溃2周后的透水量的减少率为70%以下。
三、新技术应用的效果 5年至10年水处理过滤器的寿命
大规模的污水处理厂等的情况下，作为用于除去不溶成分的水处理过滤器的寿命，人们期望是5年至10年。但是，通过使用次氯酸盐等氧化剂的清洗处理，亲水性基团或构成亲水性涂布层的亲水性交联高分子受到攻击，所以实际上是每1至5年的间隔就不得不进行过滤器的交换。
而新水处理过滤器在与亲水性涂布层的主链或交联链不同的位置具有更容易受到次氯酸盐等氧化剂的攻击的高电子密度部位，所以在清洗处理时，亲水性基团及亲水性交联高分子不易受到影响，寿命长。这种新水处理过滤器能够处理特别大量的水，大幅度降低过滤器更换及维护需要巨大成本，降低大规模水处理设施中更换及维护的频度，在工业上非常有用。
该技术详细工艺配方及制造方法请见：《国内外聚四氟乙烯(PTFE)过滤膜制造新技术工艺配方汇编》
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