CN102863740A

CN102863740A - 耐高温高强度多孔吸附材料的配方及其制备方法

Info

Publication number: CN102863740A
Application number: CN2012104097420A
Authority: CN
Inventors: 胡吉霞; 李江波; 张勇; 贺玉红
Original assignee: SHANGHAI SUPER HIGH ENGINEERING PLASTICS Co Ltd
Current assignee: SHANGHAI SUPER HIGH ENGINEERING PLASTICS Co Ltd
Priority date: 2012-10-24
Filing date: 2012-10-24
Publication date: 2013-01-09

Abstract

本发明涉及一种耐高温高强度多孔吸附材料的配方及其制备方法，将一定比例的PEEK与PES共混，将一定质量比的聚醚醚酮、聚砜醚树脂和改性纳米蒙脱土热共混后，置入模具中，采用烧结技术成型，其中PEEK、PES、纳米蒙脱土的质量比为（以PEEK100份计）：PEEK：100，PES：10-60，纳米蒙脱土：3-40。三种组分共混后，模具的温度在220℃-280℃，烧结3小时，自然冷却，制得初步吸附板材，用PES制得的超细粉，应用粉末喷涂技术，将粉喷涂在板材表面。按本发明的配方与工艺制得的多孔吸附材料具有耐高温、孔径较小、强度高等优点，在性能上能满足比较苛刻的生产环境和对粉尘粒径较小等要求较高的吸附过滤要求中，并可多次重复使用。

Description

耐高温高强度多孔吸附材料的配方及其制备方法

技术领域

本发明涉及吸附材料，特别涉及一种耐高温高强度多孔吸附材料的配方及其制备方法。

背景技术

在我国，耐高温高强度多孔吸附材料的开发是一个相对比较困难的难题。目前有很多企业如矿场、钢厂、电厂等要求相对比较高的环境中，在吸附粉尘方面基本上采用德国和日本的吸附板材。国内虽然有为数很少的几家公司在生产此类吸附板材，但是，其耐高温性能和强度能达到钢厂等要求条件的非常少。就目前看来，国内耐高温强度较高的吸附材料真正实现产品化的很少，尤其在200℃以上能做到连续使用的很少。目前国内钢铁厂基本上都是从国外进口该板材，其价格昂贵，且在国外真正能做到该类产品研发和市场化的非常少，同时由于产品的原因，在吸附材料的孔径率方面，国内的很多钢厂、电厂等在应用上存在吸附不完全。同时伴随国家对于PM＜2.5的提出，在该方面能达到良好吸附效果的吸附材料非常之少。

有鉴于此，采用耐高温、熔融指数低、易加工的高分子材料则是一种比较关键的选择。

发明内容

本发明的任务是提供一种耐高温高强度多孔吸附材料的配方及其制备方法，它解决了上述现有技术所存在的问题，充分利用聚醚醚酮（PEEK）和聚砜醚树脂（PES）的优良性能，同时辅助纳米蒙脱土作为助剂，提高了烧结板基体材料的耐热性和强度，能形成比较均一的较小孔径，达到了耐高温高强度多孔吸附的目的。

本发明的技术解决方案如下：

一种耐高温高强度多孔吸附材料的配方，所述配方中材料的组成及质量份数为：

PEEK：100；

PES：10-60；

纳米蒙脱土：3-40。

所述PEEK的重均分子量在40000-70000，所述PES的重均分子量在35000-700000，且要求两者树脂的相对分子质量均一。

所述纳米蒙脱土经过KH-550改性。

一种耐高温高强度多孔吸附材料的制备方法，制得多孔吸附材料初步板材的加工工艺为：

将PEEK、PES、纳米蒙脱土，在100℃下热共混0.5小时；

将共混物置于模具中，机器温度设置220℃-280℃，逐渐升温，保持该温度3个小时后停止加热，逐渐冷却；

然后脱模，抽取板材。

初步加工成型板材时，需用粉末涂料进行喷涂处理，喷涂层为1-2mm。

采用粉末喷涂的PES的分子量由于较低且易分散，其重均分子量在10000-15000，PES为超细粉状。

加工基材PEEK与PES烧结加工温度取决于其相对分子质量和所需孔径的大小，如所需吸附材料孔径较大，其加工温度稍高，反之则加工温度较低。

按本发明的一种耐高温高强度多孔吸附材料的配方及其制备方法，取得了以下的技术效果，并具有多方面的优点。

聚醚醚酮（Polyether Ether Ketone，简称PEEK树脂）是由4，4‘-二氟二苯甲酮与对苯二酚在碱金属碳酸盐存在下，以二苯砜作溶剂进行缩合反应制得的一种新型半晶态芳香族热塑性工程塑料。它是一种性能优异的工程塑料，与其他工程塑料相比具有耐高温、机械性能优异、自润滑性好、耐化学品腐蚀、阻燃、耐腐蚀、耐磨、耐腐蚀等优点，其优越的性能保证了它可在一定程度上替代铝和其他金属材料制造各种飞机零部件等。

聚砜醚树脂（PES）颗粒是一种目前应用为数不多的工程塑料之一。它具有优良的耐热性、较高的物理机械强度、绝缘性等；同时，其具有良好的抗蠕变性，在180℃以下的温度范围内其抗蠕变性是热塑性树脂当中最优异的一种，在加工过程中具有良好的尺寸稳定性，线膨胀系数小，而且其温度信赖性也小。PES具有可以在高温下连续使用和在温度急剧变化的环境中仍能保持性能稳定等突出优点。

纳米蒙脱土系蒙皂石粘土，其平均晶片厚度小于25nm，蒙脱石含量较高。它具有良好的分散性能，可以广泛应用于高分子材料行业作为纳米聚合物高分子材料的添加剂，提高抗冲击、抗疲劳、尺寸稳定性及耐热性等，从而起到增强聚合物综合物理性能的作用，同时改善物料加工性能。在聚合物中的应用，可以在聚合物时添加，也可以在熔融时共混添加（通常采用螺杆共混）。经改性的纳米蒙脱土，可以与粉末状涂料一起具有优良的界面结合效果。

本发明充分利用聚醚醚酮（PEEK）和聚砜醚树脂（PES）的优良性能，同时辅助纳米蒙脱土作为助剂，大大提高了烧结板基体材料的耐热性和强度，能形成比较均一的较小的孔径，在200℃以上保持良好的孔径率，从而保证了烧结板材料对粉尘具有良好的吸附效果。

本发明采用烧结技术成型，在生产工艺上操作相对比较简单，对设备材料要求较低。

本发明采用PES粉状涂料进行喷涂，可有效提高制品的表面光洁度，一方面能有效地隔绝外在车间外在的铁锈，另一方面对较小的粉尘具有初步吸附隔离作用，更能多次重复加工，有效地延长多孔吸附材料的使用寿命。

目前世界范围内耐高温高强度多孔吸附材料的生产主要集中在日本和德国等几家公司，其价格相对较高；而采用PEEK、PES和纳米蒙脱土作为主要材料，可大大降低该材料的生产成本，在力学性能强度和使用温度上也具有良好的实用性能。

对于日本、德国等品牌的吸附材料，通过对我国企业所采用的该吸附材料的孔径观察，其孔径率相对比较单一；而采用PEEK、PES和纳米蒙脱土生产的吸附材料，通过改变温度和添加纳米蒙脱土的比例，可在短时间内达到良好的孔径率。

本发明结合PEEK、PES、纳米蒙脱土三种材料机械共混，应用烧结技术、粉状填料喷涂技术，可以有效地提高多孔状吸附材料的耐热性和控制其良好的孔径率，达到较好的吸附效果。

按本发明的配方与工艺制得的多孔吸附材料，具有耐高温、孔径较小、强度高等优点，在性能上能满足比较苛刻的生产环境和对粉尘粒径较小等要求较高的吸附过滤要求中，并可多次重复使用。

附图说明

图1是通过扫描电子显微镜显示的本发明的一种耐高温高强度多孔吸附材料样品的放大图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作详细说明。

本发明提供了一种耐高温高强度多孔吸附材料的配方，配方中材料的组成及质量份数为：PEEK：100；PES：10-60；纳米蒙脱土：3-40。

其中PEEK的重均分子量在40000-70000，PES的重均分子量在35000-700000，且要求两者树脂的相对分子质量均一。

纳米蒙脱土经过KH-550改性。

本发明还提供了一种耐高温高强度多孔吸附材料的制备方法，制得多孔吸附材料初步板材的加工工艺为：

将PEEK、PES、纳米蒙脱土，在100℃下热共混0.5小时；

然后脱模，抽取板材。

初步加工成型板材时，需用粉末涂料进行喷涂处理，喷涂效果要求在1-2mm左右。其主要原因有：对板材形成有效的保护；在一定程度上可有效地控制整体板材的孔径；随着多孔材料应用时间的延长，可有效地重复喷涂粉末状涂料，起到对板材的保护、控制整体板材孔径的作用。

采用粉末喷涂的PES的分子量应相对比较低，且易分散，其重均分子量在10000-15000，PES为超细粉状。

实施例1：

将PEEK100份、PES10份、纳米蒙脱土3份，在100℃下热共混0.5小时，将共混物置于模具中，机器温度设置220℃，逐渐升温，保持该温度3个小时后停止加热，逐渐冷却，至冷却完成，然后脱模，抽取板材；采用丙烯酸将粉末状超细PES溶解，喷涂，制得多孔吸附材料。

实施例2：

将PEEK100份、PES20份、纳米蒙脱土5份，在100℃下热共混0.5小时，将共混物置于模具中，机器温度设置235℃，逐渐升温，保持该温度3个小时后停止加热，逐渐冷却，至冷却完成，然后脱模，抽取板材；采用甲醇将粉末状超细PES溶解，喷涂，制得多孔吸附材料。

实施例3：

将PEEK100份、PES25份、纳米蒙脱土8份，在100℃下热共混0.5小时，将共混物置于模具中，机器温度设置245℃，逐渐升温，保持该温度3个小时后停止加热，室温冷却，至冷却完成，然后脱模，抽取板材；采用甲醇将粉末状超细PES溶解，喷涂，制得多孔吸附材料。

实施例4：

将PEEK100份、PES40份、纳米蒙脱土20份，在100℃下热共混0.5小时，将共混物置于模具中，机器温度设置248℃，逐渐升温，保持该温度3个小时后停止加热，室温冷却，至冷却完成，然后脱模，抽取板材；采用甲苯将粉末状超细PES溶解，喷涂，制得多孔吸附材料。

实施例5：

将PEEK100份、PES50份、纳米蒙脱土40份，在100℃下热共混0.5小时，将共混物置于模具中，机器温度设置255℃，逐渐升温，保持该温度3个小时后停止加热，室温冷却，至冷却完成，然后脱模，抽取板材；采用丙烯酸将粉末状超细PES溶解，喷涂，制得多孔吸附材料。

实施例6：

将PEEK100份、PES60份、纳米蒙脱土35份，在100℃下热共混0.5小时，将共混物置于模具中，机器温度设置280℃，逐渐升温，保持该温度3个小时后停止加热，逐渐冷却，至冷却完成，然后脱模，抽取板材；采用丙烯酸将粉末状超细PES溶解，喷涂，制得多孔吸附材料。

实施例7：

将PEEK100份、PES50份、纳米蒙脱土30份，在100℃下热共混0.5小时，将共混物置于模具中，机器温度设置253℃，逐渐升温，保持该温度3个小时后停止加热，室温冷却，至冷却完成，然后脱模，抽取板材；采用丙烯酸将粉末状超细PES溶解，喷涂，制得多孔吸附材料。

将实施例7所得吸附材料样品进行分析。

（1）扫描电子显微镜：将切好的样品薄片折断，在扫描电子显微镜（Scanning electron microscopy, SEM）上，仪器型号：SEM（JSM-6360LV），生产厂家：SEM（Japan Electron Optics Laboratory Co. Ltd，日本JEOL），于真空状态下观察样品断面，以了解样品的结构和形貌。其电镜示图请见说明书附图。

图1给出了放大10000倍的块状物表面部分。从图中可以看出，由于放大倍数很大，无法观察到完整的块状物，然而在该放大倍数下，可以清晰地看到块状物表面分布着大量的小颗粒。这些小颗粒的大小不均匀，尺寸分布范围很宽。通过与图标的比例尺比较，可以看出，最大的接近1μm，而大部分的颗粒尺寸都小于1μm，甚至有些仅为数百nm。

（2）力学性能测试：

将样条切割加工后，应用万能拉力机实验，测得力学性能如下：

由上表可以看出，该多孔吸附材料拉伸强度在7MPa左右，断裂伸长率在10％左右，弯曲模量在230MPa左右，弯曲强度在10MPa左右，作为吸附材料具有良好的力学性能。因此，该吸附材料在保证了良好的孔隙率的基础上，其力学强度也保证了其良好的使用效果。

当然，本技术领域内的一般技术人员应当认识到，上述实施例仅是用来说明本发明，而并非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对上述实施例的变换、变型都将落在本发明权利要求的范围内。

Claims

1.一种耐高温高强度多孔吸附材料的配方，其特征在于，所述配方中材料的组成及质量份数为：

PEEK：100；

PES：10-60；

纳米蒙脱土：3-40。

2.根据权利要求1所述的耐高温高强度多孔吸附材料的配方，其特征在于：所述PEEK的重均分子量在40000-70000，所述PES的重均分子量在35000-700000，且要求两者树脂的相对分子质量均一。

3.根据权利要求1所述的耐高温高强度多孔吸附材料的配方，其特征在于：所述纳米蒙脱土经过KH-550改性。

4.一种耐高温高强度多孔吸附材料的制备方法，其特征在于，制得多孔吸附材料初步板材的加工工艺为：

将PEEK、PES、纳米蒙脱土，在100℃下热共混0.5小时；

然后脱模，抽取板材。

5.根据权利要求4所述的耐高温高强度多孔吸附材料的制备方法，其特征在于：初步加工成型板材时，需用粉末涂料进行喷涂处理，喷涂层为1-2mm。

6.根据权利要求5所述的耐高温高强度多孔吸附材料的制备方法，其特征在于：采用粉末喷涂的PES的分子量由于较低且易分散，其重均分子量在10000-15000，PES为超细粉状。

7.根据权利要求4所述的耐高温高强度多孔吸附材料的制备方法，其特征在于：加工基材PEEK与PES烧结加工温度取决于其相对分子质量和所需孔径的大小，如所需吸附材料孔径较大，其加工温度稍高，反之则加工温度较低。