CN101537280A - 纳米粒子改性聚苯硫醚滤料的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种纳米粒子改性聚苯硫醚滤料的制造方法，包括重量百分比为83％～99％的聚苯硫醚纤维滤料、0.5％～15％的纳米粒子和0.5％～2.0％的抗氧剂，包括如下步骤：(1)将前述纳米粒子和抗氧剂分散成乳液，制成抗氧化纳米乳液；(2)将前述抗氧化纳米乳液浸泡或喷涂在聚苯硫醚纤维滤料上；(3)在真空鼓风设备中进行干燥处理。此方法可使得加工后的聚苯硫醚滤料具有抗氧化耐高温的性能，延长使用时间。

Description

纳米粒子改性聚苯硫醚滤料的制造方法

技术领域

本发明属于化学领域，特别涉及一种对聚苯硫醚滤料进行处理而提高其抗氧化耐高温性能的方法。

背景技术

聚苯硫醚(PPS)是一种综合性能优异的热塑性结晶聚合物，具有良好的流动性、成型加工性、耐药品性、阻燃性、刚性和模量，尺寸稳定性高，电气性能优良。聚苯硫醚纤维具有优良的耐温性、耐腐蚀、阻燃性和良好的力学性能，并具有耐老化、抗辐射、无毒等特性。由聚苯硫醚纤维制备的环保过滤材料，是气相过滤和液相过滤不可替代的材料。用PPS纤维制成的针刺过滤毡被广泛应用到发电、钢铁、水泥、垃圾焚烧炉等燃煤锅炉高温烟气除尘过滤上。这种类型的高温烟气中氧含量一般为7％左右，最高含氧量能达到14％左右，高温烟气的温度一般是在160℃～180℃，瞬时可能达到200℃以上，在很多的使用设计中，都要求聚苯硫醚滤袋在此环境中使用寿命达到3年以上。但是在这样的长时间强氧化氛围中，聚苯硫醚就更容易发生硫键被氧化，极易与空气中的氧气发生热氧化交联反应，使得PPS大分子发生降解、断裂，宏观表现为过滤材料老化、除尘过滤效果下降、破损、使用寿命大大减小，严重影响了滤袋的使用。

针对PPS纤维滤料在高温容易热氧化交联而造成老化的缺陷，中国专利CN200610134654.9采用不同的改性剂与聚苯硫醚树脂在高速混合机内进行高速混合，经干燥处理后的混合料置于双螺杆挤出机内熔融造粒，制成改性的聚苯硫醚树脂，有明显提高PPS的抗氧化效果。中国专利CN200610096711.9则采用50～80％重量比的聚苯硫醚和20％～50％重量比的聚酰胺或聚酯制备一种大直径耐高温聚苯硫醚共混纤维。聚酰胺的添加可以有效提高滤料的热稳定性和抗氧化性能。中国专利CN200710171182.9提供了一种改性聚苯硫醚纤维及其制备方法，经过表面处理的纳米二氧化硅0.2～2份与100份重量比的聚苯硫醚经过双螺杆挤出制备改性聚苯硫醚树脂，并采用了特定的纺丝工艺制备聚苯硫醚纤维，纤维的力学性能得到改善，同时还提高了纤维的光泽度、抗氧化性能。

虽然目前有多种发明专利用于改善聚苯硫醚的抗氧化性，但是其效果不佳，工艺复杂而且增加了聚苯硫醚滤袋的成本，因此，还无法获得广泛的应用。而纳米粒子对聚苯硫醚滤料进行改性，提高耐高温性能、抗氧化性能的发明专利未见任何报道和申请。

发明内容

本发明的主要目的，在于提供一种纳米粒子改性聚苯硫醚滤料的制造方法，其可使得加工后的聚苯硫醚滤料具有抗氧化耐高温的性能，延长使用时间。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种纳米粒子改性聚苯硫醚滤料的制造方法，包括重量百分比为83％～99％的聚苯硫醚纤维滤料、0.5％～15％的纳米粒子和0.5％～2.0％的抗氧剂，包括如下步骤：(1)将前述纳米粒子和抗氧剂分散成乳液，制成抗氧化纳米乳液；(2)将前述抗氧化纳米乳液浸泡或喷涂在聚苯硫醚纤维滤料上；(3)在真空鼓风设备中进行干燥处理。

上述纳米粒子为纳米二氧化钛、二氧化硅、蒙脱土、云母粉中的一种或者是两种及两种以上的混合物，且该纳米粒子的粒径为20纳米～80纳米。

上述抗氧剂为IR1010、抗氧剂1076、抗氧剂168、受阻酚类抗氧剂的一种或者是多种的混合物。

上述纳米乳液的制备过程为：将以重量份计1～3份偶联剂溶解在50份分散溶剂中，再加入前述纳米粒子，在温度为30～60℃下强烈搅拌1～4小时，且该纳米乳液的含量为10～60％。

上述偶联剂为硅烷偶联剂或者是钛酸酯偶联剂。

上述分散溶剂为乙醇或质量浓度为40％～95％的乙醇-水溶液。

上述用于喷涂的抗氧化纳米乳液的制备方法为：将以重量份计的10份纳米乳液分散在20～80份水中，加热到温度为30～50℃，强烈搅拌0.5～4小时，再加入0.5～2份的抗氧剂，在温度25～60℃下强烈搅拌0.5～8小时。

上述喷涂制成改性聚苯硫醚滤料的步骤为：(1)剪取以重量份计100份的聚苯硫醚滤料，平铺展开后，将前述抗氧化纳米乳液利用高压喷枪均匀喷涂在聚苯硫醚滤料上，喷枪的压力为0.5～2MPa，喷涂量为2～50ml/分钟；(2)将前述聚苯硫醚滤料放置于80～150℃的烘箱中，鼓风干燥0.5～24小时，将烘箱温度降低到20～50℃，保持0.2～3小时。

上述用于浸泡的抗氧化纳米乳液的制备方法为：将以重量份计的20份纳米粒子乳液分散在50～150份水中，加热到温度为30～50℃，强烈搅拌0.5～4小时，加入0.5～2份的抗氧剂，在温度25～60℃下强烈搅拌0.5～8小时。

上述浸泡制成改性聚苯硫醚滤料的步骤为：(1)剪取以重量份计100份的聚苯硫醚滤料，浸泡在前述抗氧化纳米乳液中，充分浸泡后，通过轧车控制成滤料湿态增重率在60％～90％之间，重复1～5次浸轧；(2)将前述浸轧过的聚苯硫醚滤料放置于70～140℃烘箱中，鼓风干燥0.5～30小时，将烘箱温度降低到20～50℃，保持0.2～3小时。

上述聚苯硫醚滤料所使用的纤维的纤度是85～91dtex.

采用上述方案后，本发明通过将纳米乳液和抗氧剂涂敷在聚苯硫醚滤料表面，隔绝氧气与聚苯硫醚的直接接触，减少和延缓高温下氧气对聚苯硫醚滤料的氧化，降低滤料的老化降解，从而提高了聚苯硫醚滤料耐热性能以及抗氧化效果，延长了使用时间，使得改性后的聚苯硫醚滤料能在氧气含量达到20％，温度为190～210℃环境中连续使用，可耐热270℃；抗氧化纳米粒子不仅屏蔽聚苯硫醚大分子中的弱键，防止被氧化，还能提供聚苯硫醚滤料的力学性能，制备工艺简单，操作简便，无需特殊的设备，并且不对滤料的过滤效果以及透气量有明显影响。在氧气含量20％左右、温度分别为190℃、210℃环境中15天，滤料的拉伸强度保持率可达到95％，与不经改性的聚苯硫醚滤料(其拉伸强度保持率为75％)比较有明显提高，滤料的抗氧化耐高温性能得到改善，说明本发明方法所采用的抗氧化纳米粒子乳液涂敷在聚苯硫醚滤料上，能起到隔绝氧气，减少滤料在高温中被氧化交联和降解，从而获得比较高的拉伸强度保持率。

具体实施方式

具体实施例1

将以重量份计的1份硅烷偶联剂溶解在50份的乙醇溶剂中，在温度为45℃下机械搅拌2小时，加入10份的纳米二氧化硅，在温度为35℃下强烈搅拌2小时，后将1份抗氧剂1076和50份水加入混合乳液中，在温度为40℃下强烈搅拌3小时。将抗氧化纳米粒子乳液移入高压喷枪中，将乳液以20ml/分钟的速度喷涂在100份的聚苯硫醚滤料上，喷涂结束后将滤料放置于100℃烘箱中，鼓风干燥4小时，将烘箱温度降低到30℃，保持1小时，即获得耐高温聚苯硫醚滤料。

具体实施例2

将以重量份计的2份硅烷偶联剂溶解在75份乙醇溶剂中，在温度为45℃下机械搅拌2小时，加入15份纳米二氧化硅，在温度为45℃下强烈搅拌3小时，后将1.5份IR1010和55份水加入混合乳液中，在温度为40度下强烈搅拌4小时。将抗氧化纳米粒子乳液移入高压喷枪中，将乳液以30ml/分钟的速度喷涂在100份的聚苯硫醚滤料上，喷涂结束后将滤料放置于110℃烘箱中，鼓风干燥5小时，将烘箱温度降低到40℃，保持1.5小时，即获得耐高温聚苯硫醚滤料。

具体实施例3

将以重量份计的1份钛酸酯偶联剂溶解在50份乙醇溶剂中，在温度为35℃下机械搅拌2小时，加入5份纳米二氧化钛，在温度为45℃下强烈搅拌2小时，后将1份IR1010和50份水加入混合乳液中，在温度为40℃下强烈搅拌4小时。将抗氧化纳米粒子乳液移入高压喷枪中，将乳液以20ml/分钟的速度喷涂在100份的聚苯硫醚滤料上，喷涂结束后将滤料放置于110℃烘箱中，鼓风干燥3小时，将烘箱温度降低到40℃，保持1小时，即获得耐高温聚苯硫醚滤料。

具体实施例4

将以重量份计的3份钛酸酯偶联剂溶解在50份乙醇溶剂中，在温度为35℃下机械搅拌4小时，加入10份纳米二氧化钛，在温度为45℃下强烈搅拌2小时，后将2份IR1010和70份水加入混合乳液中，在温度为40℃下强烈搅拌4小时。将抗氧化纳米粒子乳液移入高压喷枪中，将乳液以40ml/分钟的速度喷涂在100份聚苯硫醚滤料上，喷涂结束后将滤料放置于130℃烘箱中，鼓风干燥4小时，将烘箱温度降低到40℃，保持2小时，即获得耐高温聚苯硫醚滤料。

具体实施例5

将以重量份计的3份钛酸酯偶联剂溶解在50份乙醇溶剂中，在温度为35℃下机械搅拌4小时，加入10份纳米二氧化钛，在温度为45℃下强烈搅拌2小时，后将2份IR1010和100份水加入混合乳液中，在温度为40℃下强烈搅拌4小时。

剪取重量为100份的聚苯硫醚滤料，浸泡在抗氧化纳米粒子乳液中，充分浸泡后，通过轧车控制成滤料湿态增重率在80％之间。重复3次浸轧后，将聚苯硫醚滤料放置于90℃烘箱中，鼓风干燥1小时，将烘箱温度降低到50℃，保持3小时，即获得耐高温聚苯硫醚滤料。

具体实施例6

将以重量份计的2份钛酸酯偶联剂溶解在50份乙醇溶剂中，在温度为35℃下机械搅拌4小时，加入5份纳米云母粉，在温度为50℃下强烈搅拌4小时，IR1010和抗氧剂168混合抗氧剂2份和110份的水加入混合乳液中，在温度为40℃下强烈搅拌4小时。剪取重量为100份的聚苯硫醚滤料，浸泡在抗氧化纳米粒子乳液中，充分浸泡后，通过轧车控制成滤料湿态增重率在80％之间。重复4次浸轧后，将聚苯硫醚滤料放置于90℃烘箱中，鼓风干燥1小时，将烘箱温度降低到50℃，保持3小时，即获得耐高温聚苯硫醚滤料。

具体实施例7

将以重量份计的2份钛酸酯偶联剂溶解在50份乙醇溶剂中，在温度为35℃下机械搅拌4小时，加入2份纳米蒙脱土，在温度为50℃下强烈搅拌4小时，含有1076、168的混合抗氧剂2份和110份的水加入混合乳液中，在温度为40℃下强烈搅拌4小时。剪取重量为100份的聚苯硫醚滤料，浸泡在抗氧化纳米粒子乳液中，充分浸泡后，通过轧车控制成滤料湿态增重率在80％之间。重复3次浸轧后，将聚苯硫醚滤料放置于100℃烘箱中，鼓风干燥1小时，将烘箱温度降低到40℃，保持2小时，即获得耐高温聚苯硫醚滤料。

具体实施例8

将以重量份计的1份硅烷偶联剂溶解在40份乙醇溶剂中，在温度为35℃下机械搅拌4小时，加入1份纳米二氧化钛，在温度为50℃下强烈搅拌1小时，含有1076、168的混合抗氧剂1.5份和110份水加入混合乳液中，在温度为30℃下强烈搅拌3小时。剪取重量为100份的聚苯硫醚滤料，浸泡在抗氧化纳米粒子乳液中，充分浸泡后，通过轧车控制成滤料湿态增重率在75％之间。重复5次浸轧后，将聚苯硫醚滤料放置于100℃烘箱中，鼓风干燥1小时，将烘箱温度降低到40℃，保持2小时，即获得耐高温聚苯硫醚滤料。

再请参考表1所示，其列举了普通的聚苯硫醚及本实施例1～8中所提供的样品分别在190℃下的拉伸强度数据对比，按照国标GB/T3923.1～1997，使用常州某公司的万能拉伸机YG026G型号测试各滤料的拉伸性能(取三次测试结果的平均值)。

表1  拉伸强度数据

Claims (10)

1、一种纳米粒子改性聚苯硫醚滤料的制造方法，其特征在于：包括重量百分比为83％～99％的聚苯硫醚纤维滤料、0.5％～15％的纳米粒子和0.5％～2.0％的抗氧剂，包括如下步骤：

(1)将前述纳米粒子和抗氧剂分散成乳液，制成抗氧化纳米乳液；

(2)将前述抗氧化纳米乳液浸泡或喷涂在聚苯硫醚纤维滤料上；

(3)在真空鼓风设备中进行干燥处理。

2、如权利要求1所述的纳米粒子改性聚苯硫醚滤料的制造方法，其特征在于：所述纳米粒子为纳米二氧化钛、二氧化硅、蒙脱土、云母粉中的一种或者是两种及两种以上的混合物，且该纳米粒子的粒径为20纳米～80纳米。

3、如权利要求1所述的纳米粒子改性聚苯硫醚滤料的制造方法，其特征在于：所述抗氧剂为IR1010、抗氧剂1076、抗氧剂168、受阻酚类抗氧剂的一种或者是多种的混合物。

4、如权利要求1所述的纳米粒子改性聚苯硫醚滤料的制造方法，其特征在于所述纳米乳液的制备过程为：将偶联剂溶解在分散溶剂中，再加入纳米粒子，在温度为30～60℃下强烈搅拌1～4小时，且该纳米乳液的含量为10～60％。

5、如权利要求4所述的纳米粒子改性聚苯硫醚滤料的制造方法，其特征在于：所述偶联剂为硅烷偶联剂或者是钛酸酯偶联剂。

6、如权利要求4所述的纳米粒子改性聚苯硫醚滤料的制造方法，其特征在于：所述分散溶剂为乙醇或质量浓度为40％～95％的乙醇-水溶液。

7、如权利要求4所述的纳米粒子改性聚苯硫醚滤料的制造方法，其特征在于所述用于喷涂的抗氧化纳米乳液的制备方法为：将以重量份计的10份纳米乳液分散在20～80份水中，加热到温度为30～50℃，强烈搅拌0.5～4小时，再加入0.5～2份的抗氧剂，在温度25～60℃下强烈搅拌0.5～8小时。

8、如权利要求7所述的纳米粒子改性聚苯硫醚滤料的制造方法，其特征在于所述喷涂制成改性聚苯硫醚滤料的步骤为：

(1)剪取以重量份计100份的聚苯硫醚滤料，平铺展开后，将前述抗氧化纳米乳液利用高压喷枪均匀喷涂在聚苯硫醚滤料上，喷枪的压力为0.5～2MPa，喷涂量为2～50ml/分钟；

(2)将前述聚苯硫醚滤料放置于80～150℃的烘箱中，鼓风干燥0.5～24小时，将烘箱温度降低到20～50℃，保持0.2～3小时。

9、如权利要求4所述的纳米粒子改性聚苯硫醚滤料的制造方法，其特征在于所述用于浸泡的抗氧化纳米乳液的制备方法为：将以重量份计的20份纳米粒子乳液分散在50～150份水中，加热到温度为30～50℃，强烈搅拌0.5～4小时，加入0.5～2份的抗氧剂，在温度25～60℃下强烈搅拌0.5～8小时。

10、如权利要求9所述的纳米粒子改性聚苯硫醚滤料的制造方法，其特征在于所述浸泡制成改性聚苯硫醚滤料的步骤为：

(1)剪取以重量份计100份的聚苯硫醚滤料，浸泡在前述抗氧化纳米乳液中，充分浸泡后，通过轧车控制成滤料湿态增重率在60％～90％之间，重复1～5次浸轧；

(2)将前述浸轧过的聚苯硫醚滤料放置于70～140℃烘箱中，鼓风干燥0.5～30小时，将烘箱温度降低到20～50℃，保持0.2～3小时。