一种好氧堆肥工艺用高强度生物隔离膜及其制备方法与流程

1.本发明属于生物隔离膜制备技术领域，具体涉及一种好氧堆肥工艺用高强度生物隔离膜及其制备方法。


背景技术：

2.聚四氟乙烯微孔薄膜类似于密封用生料带，在好氧堆肥工艺实际应用中，由于发酵工艺操作本身就要经常开启和覆盖，极易造成膜材料的物理拉伸和硬物刺穿破损，造成臭气外泄，破坏环境，影响现场与周边空气恶臭，给操作人员与周边老百姓带来健康问题，而且产品质量不稳定、寿命短，直接造成好氧堆肥工艺的不稳定因素高，发酵终止，有机肥质量下降，堆积物由于堆放时间长，容易发生厌氧现象，造成沼液外流，破坏环境，经济效益和社会效应极差。


技术实现要素：

3.为解决现有技术中存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种好氧堆肥工艺用高强度生物隔离膜及其制备方法。
4.为实现上述目的，达到上述技术效果，本发明采用的技术方案为：
5.一种好氧堆肥工艺用高强度生物隔离膜，包括由外至内依次设置的外层、中间层和里层，所述外层、中间层和里层通过焊接形成一体结构，中间层选用聚四氟乙烯材料制成，外层和里层分别采用tpu材料制成，tpu材料中选择性加入抗菌材料，外层远离中间层的一面由外至内选择性设置抗紫外层和高密度玻璃纤维抗磨层。
6.进一步的，所述好氧堆肥工艺用高强度生物隔离膜具有若干微孔结构，微孔的孔径小于20nm，总厚度小于0.3mm。
7.进一步的，所述外层和里层的厚度分别为0.012～0.025mm，根据astm e96bw测试的tpu材料的透湿度为5000-10000g/m2x24hrs，根据jis l1092/en20811/aatcc-127测试的tpu材料的防水度为不小于8000mmh2o，根据iso9237测试的tpu材料的防风度为不大于5mm/s。
8.进一步的，所述中间层的厚度为0.02～0.03mm，根据astme96-2000 bw测试的聚四氟乙烯材料的透湿度不小于6000g/m2x24hrs，根据jis l1092/en20811/aatcc-127测试的聚四氟乙烯材料的防水度为不小于10000mmh2o，根据gb11042-89测试的聚四氟乙烯材料的剥离强度不小于5n/2.5cm，根据iso9237测试的聚四氟乙烯材料的防风度为不大于5mm/s。
9.本发明还公开了一种好氧堆肥工艺用高强度生物隔离膜的制备方法，包括以下步骤：
10.1)利用真空压膜机将熔融的tpu粒料压制成tpu片材；利用真空压膜机将熔融的聚四氟乙烯粒料压制成聚四氟乙烯片材；
11.2)将外层的tpu片材放置于模压机内，随后将中间层的聚四氟乙烯片材放于其上，在120～500mpa压力下进行模压，随后将里层的tpu片材放于中间层的聚四氟乙烯片材上远
离外层的一面，在120～500mpa压力下进行模压，形成夹心结构，随后在外层的tpu片材与中间层的聚四氟乙烯片材之间相接触处的边缘四周均匀涂布焊料，里层的tpu片材与中间层的聚四氟乙烯片材之间相接触处的边缘四周均匀涂布焊料，用于下一步实现焊接用；
12.随后选择性利用穿刺线将外层的tpu片材、中间层的聚四氟乙烯片材和里层的tpu 片材穿连起来，穿刺线与外层的tpu片材、中间层的聚四氟乙烯片材及里层的tpu片材的接触缝隙分别涂布焊料，随后进行步骤3)；
13.3)对步骤2)所得产品进行焊接，焊接后瞬时进行竖向热压，待冷至室温后即可得到所需好氧堆肥工艺用高强度生物隔离膜。
14.进一步的，步骤2)中，所述焊料为tpu与碳纳米管的混合料，制备方法包括以下步骤：
15.先将碳纳米管与乙醇混匀，随后加入熔融的tpu料，升温至200～300℃，磁性搅拌混匀，随后利用真空压膜机在真空状态下热压制成焊料。
16.进一步的，所述碳纳米管与乙醇的质量比控制在1:3～12；所述碳纳米管与乙醇的质量之和与tpu料的质量比控制在1：5～15。
17.进一步的，步骤3)中，焊接频率控制在1000～3000hz，焊接功率控制在0.05～2.2w，焊接时间不大于80s。
18.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
19.本发明公开了一种好氧堆肥工艺用高强度生物隔离膜及其制备方法，该高强度生物隔离膜应用在好氧堆肥工艺中，该高强度生物隔离膜集合了tpu材料的抗拉伸、抗氧化、抗穿刺以及防水透气的物理和化学特性，集合了聚四氟乙烯材料的防水透气的物理和化学特性，可以使水气自由通过，但凝结成水后无法再穿透，从而保证好氧堆肥内好氧菌的干燥舒适，避免滋生霉菌，同时避免凝结的含氨含硫水露等破坏好氧堆肥的曝气系统和建设墙体，实现防臭、阻菌外溢的目的，在生物隔离膜内壁形成的水膜在系统曝气充氧条件下，形成生物硝化现象，降解臭气物质，如氨气、硫化氢、挥发性有机物(voc)等，有些形成水滴回落到发酵物料中，继续被好氧微生物分解，整个过程臭气浓度降低95％以上，排气中的微生物减少到99.5％以上。
附图说明
20.图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
21.下面对本发明进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
22.以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。
23.在本发明的描述中，术语“内”、“外”、“竖向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是
要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不应当理解为对本发明的限制。
24.如图1所示，一种好氧堆肥工艺用高强度生物隔离膜，包括由外至内依次设置的外层 1、中间层2和里层3，外层1、中间层2和里层3通过焊接形成一体结构，中间层2选用聚四氟乙烯材料制成，外层1和里层3分别采用tpu材料制成，tpu材料中选择性加入抗菌材料，外层1远离中间层2的一面由外至内选择性设置抗紫外层和高密度玻璃纤维抗磨层，通过设置抗紫外层提高生物隔离膜的抗紫外线能力，通过设置高密度玻璃纤维抗磨层提高生物隔离膜的耐磨性和强度。
25.生物隔离膜的总厚度小于0.3mm，生物隔离膜具有若干微孔结构，微孔的孔径小于 20nm，介于水蒸气和水滴的粒径之间，允许空气和水蒸气通过，不允许水滴和水珠通过，生物隔离膜能够起到防水透气的作用，可以有效散热，防止产品内壁结雾，平衡内外空间气压，兼具良好的防尘性，微孔在膜内结成网状立体结构，均匀密集的微孔分布，使灰尘遇到阻隔，达到有效的防尘效果，最小可以捕捉到0.1μm的颗粒，同时具有良好的耐温性，在-100～300℃之间能够保持稳定的物理性能，在强酸、强碱等腐蚀性极强的溶液中长时间浸泡能保持极其稳定的化学性能。
26.作为具体的一种实施方式，外层1和里层3的厚度分别为0.012～0.025mm，根据astme96bw测试的tpu材料的透湿度为5000-10000g/m2x24hrs，根据jisl1092/en20811/aatcc-127测试的tpu材料的防水度为不小于8000mmh2o，根据 iso9237测试的tpu材料的防风度为不大于5mm/s。
27.中间层2的厚度为0.02～0.03mm，根据astme96-2000 bw测试的聚四氟乙烯材料的透湿度不小于6000g/m2x24hrs，根据jis l1092/en20811/aatcc-127测试的聚四氟乙烯材料的防水度为不小于10000mmh2o，根据gb11042-89测试的聚四氟乙烯材料的剥离强度不小于5n/2.5cm，根据iso9237测试的聚四氟乙烯材料的防风度为不大于5mm/s。
28.好氧堆肥工艺用高强度生物隔离膜的特性为：
29.防水、透湿、透气、绝缘、保温、抗紫外线、抗穿刺、耐磨、耐酸碱，其透湿量为每 24小时每平方米10000g，防水压可达到8000～20000mm水柱，绝缘最高可达10万伏。生物隔离膜在恶劣的环境中也能保持其最佳功效，中间层材料可适应温度为：-100～300℃。
30.本发明的好氧堆肥工艺用高强度生物隔离膜在好氧堆肥系统中，在好氧菌代谢产生温度而产生的水蒸气的状态下，水蒸汽颗粒非常细小，根据毛细运动的原理，可以顺利渗透到生物隔离膜另一侧，从而发生透汽现象。当含氨含硫水汽冷凝变成水珠后，颗粒变大，由于水珠表面张力的作用，水分子就不能顺利通过上述生物隔离膜脱离水珠渗透到另一侧，也就是防止了水的渗透发生，使生物隔离膜有了防臭、阻菌外溢的功能，同时在生物隔离膜内壁形成的水膜在系统曝气充氧条件下，形成生物硝化现象，降解臭气物质、如氨气、硫化氢、挥发性有机物(voc)等，有些形成水滴回落到发酵物料中，继续被好氧微生物分解，整个过程臭气浓度降低95％以上，排气中的微生物减少到99.5％以上。
31.一种好氧堆肥工艺用高强度生物隔离膜的制备方法，包括以下步骤：
32.1)利用真空压膜机将熔融的tpu粒料压制成tpu片材；利用真空压膜机将熔融的聚四氟乙烯粒料压制成聚四氟乙烯片材；步骤1)也可直接采用市场购买的tpu片材、聚四氟乙烯片材；
33.2)将外层1的tpu片材放置于模压机内，随后将中间层2的聚四氟乙烯片材放于其
上，在120～500mpa压力下进行模压，随后将里层3的tpu片材放于中间层2的聚四氟乙烯片材上远离外层1的一面，在120～500mpa压力下进行模压，形成夹心结构，随后在外层1的tpu片材与中间层2的聚四氟乙烯片材之间的焊接区域即二者相接触处的边缘四周均匀涂布焊料4，同理，里层3的tpu片材与中间层2的聚四氟乙烯片材之间的焊接区域即二者相接触处的边缘四周均匀涂布焊料4，用于下一步实现焊接用；随后还可利用穿刺线将外层1的tpu片材、中间层2的聚四氟乙烯片材和里层3的tpu片材穿连起来，穿刺线与外层1的tpu片材、中间层2的聚四氟乙烯片材及里层3的tpu片材的接触缝隙分别涂布焊料4，随后进行步骤3)；
34.3)利用微波焊接、激光焊接等焊接技术对步骤2)所得产品进行焊接，焊接频率控制在1000～3000hz，焊接功率控制在0.05～2.2w，焊接时间不大于80s，焊接后瞬时进行竖向热压，待冷至室温后即可得到所需好氧堆肥工艺用高强度生物隔离膜；
35.tpu粒料中可根据实际需求加入适量的抗菌材料，以提高生物隔离膜的抗菌性能。
36.焊料为tpu与碳纳米管的混合料，其制备方法为：
37.先将碳纳米管与乙醇混匀，质量比控制在1:3～12，随后加入熔融的tpu料，升温至 200～300℃，磁性搅拌混匀，随后利用真空压膜机在真空状态下热压制成焊料，碳纳米管与乙醇的质量之和与tpu料的质量比控制在1：5～15。
38.实施例1
39.如图1所示，一种好氧堆肥工艺用高强度生物隔离膜，包括由外至内依次设置的外层 1、中间层2和里层3，外层1、中间层2和里层3通过焊接形成一体结构，中间层2选用聚四氟乙烯材料制成，外层1和里层3分别采用tpu材料制成，tpu材料中选择性加入抗菌材料。
40.生物隔离膜具有若干微孔结构，微孔的孔径小于20nm，平均孔径为15nm，介于水蒸气和水滴的粒径之间，允许空气和水蒸气通过，不允许水滴和水珠通过，生物隔离膜能够起到防水透气的作用，可以有效散热，防止产品内壁结雾，平衡内外空间气压，兼具良好的防尘性，微孔在膜内结成网状立体结构，均匀密集的微孔分布，使灰尘遇到阻隔，达到有效的防尘效果，最小可以捕捉到0.1μm的颗粒，同时具有良好的耐温性，在-100～300℃之间能够保持稳定的物理性能，在强酸、强碱等腐蚀性极强的溶液中长时间浸泡能保持极其稳定的化学性能，生物隔离膜的总厚度小于0.3mm。
41.外层1和里层3的厚度分别为0.02mm，根据astm e96bw测试的tpu材料的透湿度为7000g/m2x24hrs，根据jis l1092/en20811/aatcc-127测试的tpu材料的防水度为 10000mmh2o，根据iso9237测试的tpu材料的防风度为3mm/s。
42.中间层2的厚度为0.02mm，根据astme96-2000 bw测试的聚四氟乙烯材料的透湿度8000g/m2x24hrs，根据jis l1092/en20811/aatcc-127测试的聚四氟乙烯材料的防水度为12000mmh2o，根据gb11042-89测试的聚四氟乙烯材料的剥离强度不小于6n/2.5cm，根据iso9237测试的聚四氟乙烯材料的防风度为3mm/s。
43.一种好氧堆肥工艺用高强度生物隔离膜的制备方法，包括以下步骤：
44.1)利用真空压膜机将熔融的tpu粒料压制成tpu片材；利用真空压膜机将熔融的聚四氟乙烯粒料压制成聚四氟乙烯片材；
45.2)将外层1的tpu片材放置于模压机内，随后将中间层2的聚四氟乙烯片材放于其上，在200mpa压力下进行模压，随后将里层3的tpu片材放于中间层2的聚四氟乙烯片材上远离外层1的一面，在200mpa压力下进行模压，形成夹心结构，随后在外层1的tpu 片材与中间
层2的聚四氟乙烯片材之间相接触处的边缘四周均匀涂布焊料，里层3的tpu 片材与中间层2的聚四氟乙烯片材之间相接触处的边缘四周均匀涂布焊料，用于下一步实现焊接用；
46.随后利用穿刺线将外层1的tpu片材、中间层2的聚四氟乙烯片材和里层3的tpu 片材穿连起来，穿刺线与外层1的tpu片材、中间层2的聚四氟乙烯片材及里层3的tpu 片材的接触缝隙分别涂布焊料，随后进行步骤3)；
47.3)对步骤2)所得产品进行焊接，焊接后瞬时进行竖向热压，待冷至室温后即可得到所需好氧堆肥工艺用高强度生物隔离膜。
48.步骤2)中，焊料为tpu与碳纳米管的混合料，制备方法包括以下步骤：
49.先将碳纳米管与乙醇混匀，随后加入熔融的tpu料，升温至200～300℃，磁性搅拌混匀，随后利用真空压膜机在真空状态下热压制成焊料。其中，碳纳米管与乙醇的质量比控制在1:3.5；碳纳米管与乙醇的质量之和与tpu料的质量比控制在1：6.5。
50.步骤3)中，焊接频率控制在2000hz，焊接功率控制在0.08w，焊接时间不大于75s。
51.实施例2
52.如图1所示，一种好氧堆肥工艺用高强度生物隔离膜，包括由外至内依次设置的外层 1、中间层2和里层3，外层1、中间层2和里层3通过焊接形成一体结构，中间层2选用聚四氟乙烯材料制成，外层1和里层3分别采用tpu材料制成，tpu材料中选择性加入抗菌材料，外层1远离中间层2的一面由外至内设置抗紫外层和高密度玻璃纤维抗磨层，通过设置抗紫外层提高生物隔离膜的抗紫外线能力，通过设置高密度玻璃纤维抗磨层提高生物隔离膜的耐磨性和强度。
53.好氧堆肥工艺用高强度生物隔离膜具有若干微孔结构，微孔的孔径小于20nm，总厚度0.2mm。
54.外层1和里层3的厚度分别为0.025mm，根据astm e96bw测试的tpu材料的透湿度为5000g/m2x24hrs，根据jis l1092/en20811/aatcc-127测试的tpu材料的防水度为 8000mmh2o，根据iso9237测试的tpu材料的防风度为4mm/s。
55.中间层2的厚度为0.03mm，根据astme96-2000 bw测试的聚四氟乙烯材料的透湿度为7000g/m2x24hrs，根据jis l1092/en20811/aatcc-127测试的聚四氟乙烯材料的防水度为10000mmh2o，根据gb11042-89测试的聚四氟乙烯材料的剥离强度为6n/2.5cm，根据iso9237测试的聚四氟乙烯材料的防风度为4mm/s。
56.一种好氧堆肥工艺用高强度生物隔离膜的制备方法，包括以下步骤：
57.1)利用真空压膜机将熔融的tpu粒料压制成tpu片材；利用真空压膜机将熔融的聚四氟乙烯粒料压制成聚四氟乙烯片材；也可采用市场购买得到；
58.2)将外层1的tpu片材放置于模压机内，随后将中间层2的聚四氟乙烯片材放于其上，在300mpa压力下进行模压，随后将里层3的tpu片材放于中间层2的聚四氟乙烯片材上远离外层的一面，在300mpa压力下进行模压，形成夹心结构，随后在外层1的tpu 片材与中间层2的聚四氟乙烯片材之间相接触处的边缘四周均匀涂布焊料，里层3的tpu 片材与中间层2的聚四氟乙烯片材之间相接触处的边缘四周均匀涂布焊料，用于下一步实现焊接用；
59.随后选择性利用穿刺线将外层1的tpu片材、中间层2的聚四氟乙烯片材和里层3 的tpu片材穿连起来，穿刺线与外层的tpu片材、中间层2的聚四氟乙烯片材及里层3 的tpu片材的接触缝隙分别涂布焊料，随后进行步骤3)；
60.3)对步骤2)所得产品进行焊接，焊接后瞬时进行竖向热压，待冷至室温后即可得到所需好氧堆肥工艺用高强度生物隔离膜。
61.步骤2)中，焊料为tpu与碳纳米管的混合料，制备方法包括以下步骤：
62.先将碳纳米管与乙醇混匀，随后加入熔融的tpu料，升温至300℃，磁性搅拌混匀，随后利用真空压膜机在真空状态下热压制成焊料，其中，碳纳米管与乙醇的质量比控制在 1:7，碳纳米管与乙醇的质量之和与tpu料的质量比控制在1：8。
63.步骤3)中，焊接频率控制在2000hz，焊接功率控制在0.05w，焊接时间不大于75s。
64.余同实施例1。
65.实施例3
66.如图1所示，一种好氧堆肥工艺用高强度生物隔离膜，包括由外至内依次设置的外层1、中间层2和里层3，外层1、中间层2和里层3通过焊接形成一体结构，中间层2选用聚四氟乙烯材料制成，外层1和里层3分别采用tpu材料制成。
67.好氧堆肥工艺用高强度生物隔离膜具有若干微孔结构，微孔的孔径小于10nm，总厚度0.08mm。
68.外层1和里层3的厚度分别为0.025mm，根据astm e96bw测试的tpu材料的透湿度为5000-10000g/m2x24hrs，根据jis l1092/en20811/aatcc-127测试的tpu材料的防水度为不小于8000mmh2o，根据iso9237测试的tpu材料的防风度为不大于5mm/s。
69.中间层2的厚度为0.03mm，根据astme96-2000 bw测试的聚四氟乙烯材料的透湿度不小于6000g/m2x24hrs，根据jis l1092/en20811/aatcc-127测试的聚四氟乙烯材料的防水度为不小于10000mmh2o，根据gb11042-89测试的聚四氟乙烯材料的剥离强度不小于5n/2.5cm，根据iso9237测试的聚四氟乙烯材料的防风度为不大于5mm/s。
70.一种好氧堆肥工艺用高强度生物隔离膜的制备方法，包括以下步骤：
71.1)市场采购厚度为0.025mm的tpu片材、厚度为0.03mm的聚四氟乙烯片材；
72.2)将外层1的tpu片材放置于模压机内，随后将中间层2的聚四氟乙烯片材放于其上，在120～500mpa压力下进行模压，随后将里层3的tpu片材放于中间层2的聚四氟乙烯片材上远离外层1的一面，在120～500mpa压力下进行模压，形成夹心结构，随后在外层1的tpu片材与中间层2的聚四氟乙烯片材之间相接触处的边缘四周均匀涂布焊料，里层3的tpu片材与中间层2的聚四氟乙烯片材之间相接触处的边缘四周均匀涂布焊料，用于下一步实现焊接用；
73.随后利用穿刺线将外层1的tpu片材、中间层2的聚四氟乙烯片材和里层3的tpu 片材穿连起来，穿刺线与外层1的tpu片材、中间层2的聚四氟乙烯片材及里层3的tpu 片材的接触缝隙分别涂布焊料，随后进行步骤3)；
74.3)对步骤2)所得产品进行焊接，焊接后瞬时进行竖向热压，待冷至室温后即可得到所需好氧堆肥工艺用高强度生物隔离膜。
75.步骤2)中，焊料为tpu与碳纳米管的混合料，制备方法包括以下步骤：
76.先将碳纳米管与乙醇混匀，随后加入熔融的tpu料，升温至200～300℃，磁性搅拌混匀，随后利用真空压膜机在真空状态下热压制成焊料。
77.所述碳纳米管与乙醇的质量比控制在1:5；碳纳米管与乙醇的质量之和与tpu料的质量比控制在1：8。
78.步骤3)中，焊接频率控制在2000hz，焊接功率控制在1w，焊接时间不大于67s。
79.余同实施例1。
80.本发明未具体描述的部分或结构采用现有技术或现有产品即可，在此不做赘述。
81.以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。