[發明專利]一種加入無機填料的聚合物微孔曝氣器的制造方法

無效

• 申請號: 200710043700.9
• 申請日: 2007-07-12
• 公開（公告）號: CN101096118A
• 公開（公告）日: 2008-01-02
• 發明（設計）人: 任天斌;王永濤;賈夢虹;趙鵬;劉濤
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: B29C43/02
• 分類號: B29C43/02;B29C43/58;B29C43/32;C02F7/00;C02F3/02;C02F1/72;B29K105/16;B29K23/00;B29K27/06;B29K505/00;B29K509/00
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司
• 代理人: 張磊

技術領域

本發明屬于高分子材料加工技術領域，具體涉及一種加入無機填料的聚合物微孔曝氣器的制造方法。

背景技術

曝氣是污水處理系統中一個重要的工藝過程，是通過向污水中充氧，為好氧菌提供生存環境，使其在生存與繁殖過程中消耗掉水中的各種有機物，從而使水體得以凈化。目前，常用的微孔曝氣器多為陶瓷(剛玉)和橡膠膜片。由于材料和結構形式的不同，這兩種曝氣器在充氧效率，布氣均勻性，抗堵塞能力，安裝布置方式，連續正常工作時間，使用壽命和日常運行能耗等各方面存在很大的差異。例如，陶瓷(剛玉)曝氣器耐腐蝕性強但阻力損失大，氧利用率較低，易斷裂，易結垢；橡膠膜片曝氣器布氣較均勻但氣阻大，能耗高，易腐蝕，使用壽命短等。因此研究一種低耗能，高機械強度，均勻充氧，不易堵塞的聚合物微孔曝氣器的制造方法是本領域技術人員的研究目標。

發明內容

本發明的目的是提供一種低耗能，高效率，高機械強度，均勻充氧，不易堵塞的加入無機填料的聚合物微孔曝氣器的制造方法。

本發明提出的加入無機填料的聚合物微孔曝氣器的制造方法，是通過原料攪拌混合、預混料振蕩、高壓定型、高溫燒結等一系列加工過程后，制造出具有微孔結構的曝氣器。其制造步驟具體如下：

(1)將聚合物原料與無機填料混合，以2500轉/分—5000轉/分的轉速攪拌5-10分鐘，使二者混合均勻，得到預混料；其中，無機填料的加入量為聚合物原料質量的20wt％-40wt％；

(2)將步驟(1)所得預混料置于模具內，振蕩10-25分鐘，使預混料在模具內由外面到內面按粒徑由小到大呈均勻梯度分布；

(3)將步驟(2)得到的原料擠壓定型，定型壓力為8～20MPa，定型時間為2-12分鐘，控制曝氣器厚度為10～30mm，較好的為12～15mm之間；

(4)將步驟(3)所得的定型制品燒結，燒結溫度為120～210℃，燒結時間為100分鐘～200分鐘，燒結時控制定型制品的內表面與外表面保持一個溫度梯度，這樣使在較熱一面的顆粒或粉末就會燒結的更完全，形成更小的微孔，從而形成內外孔徑大小形成一定梯度。內、外面的溫度梯度一般保持在15～25℃之間；

(5)將步驟(4)所得制品冷卻，即得所需產品，冷卻時間為1-3小時，冷卻溫度為40-60℃，冷卻時壓力為6-10MPa。

本發明中，步驟(1)中所述聚合物原料為高密度聚乙烯(UHMW-HD-PE)、聚丙烯(PP)或聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)和聚氯乙烯(PVC)混合物等中任一種。

本發明中，步驟(1)中所述無機填料為SiO₂、CaCO₃、石英砂或微孔玻璃等中一至幾種。微孔玻璃的粒徑為80～120μm。

利用本發明方法制造的曝氣器具有微孔結構，微孔開孔率為60％～75％；氣體流出面的孔小于流入面的孔，以形成一定的微孔分布梯度，微孔的孔徑為250～950nm，曝氣器壁厚為10～30mm。

利用本發明方法制造的曝氣器呈板狀或管狀。

利用本發明方法制造的曝氣器，孔徑控制范圍一般為外表面：250～450nm；內表面：700～950nm。另外，外表面的微孔直徑比內表面孔的直徑小20～45％。

本發明中，在燒結過程中，將溫度控制在使外面的聚合物顆粒在高溫下熔融，但不完全溶化的范圍內。使外表面發生表面不完全結皮，這樣冷卻后就會在表面形成一個具有超細微孔的致密的光滑層。

本發明中，燒結溫度和時間的選擇要根據期望得到的孔徑所需的溫度來確定。燒結溫度一般在120～210℃之間，按使用的聚合物材料和無機填料的不同，進行調節。燒結時間一般在100～200min之間。加熱時間要使聚合物顆粒或粉末可以從外面到內面都能全部受熱。冷卻時間一般控制在1～3小時之間。

經過上述各步驟地處理后，聚合物曝氣器可以用來制成各種形狀的制品，一般選擇板狀或管狀。

本發明的有益效果：

1.利用本發明方法得到的含無機填料的聚合物微孔曝氣器具有能耗低，機械強度高，產生氣泡小且分布均勻，充氧效果好，耐腐蝕，使用壽命長，不易堵塞等優點。是陶瓷(剛玉)和橡膠膜片曝氣器之后的第三代曝氣器。

2.利用本發明方法得到的含無機填料的聚合物微孔曝氣器的微孔的大小可以通過對聚合物顆粒大小、粉料的形狀、無機填料的選擇、無機填料顆粒度的大小、對加熱溫度和加熱時間的選擇來控制。制造所使用的原料易得，產品性能優異，有很好的推廣應用價值。