CN103505943A

CN103505943A - 一种耐磨抗氧化聚苯硫醚滤料的制备方法

Info

Publication number: CN103505943A
Application number: CN201310317789.9A
Authority: CN
Inventors: 邓炳耀; 余琴; 刘庆生
Original assignee: Jiangnan University
Current assignee: Jiangnan University
Priority date: 2013-07-26
Filing date: 2013-07-26
Publication date: 2014-01-15
Anticipated expiration: 2033-07-26
Also published as: CN103505943B

Abstract

本发明涉及一种耐磨抗氧化聚苯硫醚(PPS)滤料的制备方法。本发明通过下述技术方案予以实现：将经过碱液和渗透剂预处理后的PPS滤料浸渍在纳米SiO2/PTFE复合处理液中，轧去多余液体后再高温定形烘干，制得耐磨抗氧化聚苯硫醚滤料。其特征在于通过纳米SiO2/PTFE复合处理液将PPS滤料浸渍处理提高PPS纤维表面抗氧化薄膜的耐磨损性能，实现PPS滤料耐磨、抗氧化双重功能。通过实验测得，经过纳米SiO2/PTFE复合处理液处理较仅用PTFE处理液处理后的PPS滤料耐磨性提高20％以上。同时，本发明还能在一定程度上提高过滤材料的过滤效率。本发明工艺简单便于产业化，用于袋式除尘器工业烟尘除尘滤料。

Description

一种耐磨抗氧化聚苯硫醚滤料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种耐磨抗氧化聚苯硫醚(PPS)滤料的制备方法，属于高温烟气除尘材料技术领域。

背景技术

袋式除尘器因具有除尘效率高、工艺相对简单等优点，在工业烟尘过滤领域得到广泛应用。聚苯硫醚(PPS)因具有优良的耐高温性、阻燃性、耐腐蚀、良好的力学等优异性能，使其在高温袋式除尘领域尤其是在一些含湿度较大、腐蚀性强的烟气过滤中应用广泛。而PPS抗氧化性差、耐磨性差等缺点大大限制了其应用范围，开发PPS结构功能一体化材料引起世界各国学者的高度关注。

20世纪90年代后，以脉冲喷吹类强力清灰逐渐成为首选设备，对滤料耐温、耐腐蚀性能、过滤性能及强度等提出更高要求，聚四氟乙烯(PTFE)覆膜、涂层应运而生。PTFE材料具有自清洁、耐高低温的优良特性，短时间可耐高温达300℃，一般在240～260℃之间可长时间连续使用；PTFE几乎不受任何化学试剂腐蚀。正是由于PTFE材料具有上述物理化学性能，所以其在加工过程中存在三大缺点：冷流性、难焊接性、难熔融加工性，从而限制了其应用领域。目前改善滤料性能的后处理方式主要有PTFE覆膜和PTFE乳液浸渍两种方式。PTFE覆膜具有均匀的、微小的孔隙，可以实现粉尘的表面过滤，提高过滤效果；但PTFE薄膜与滤料覆膜加工和使用过程中易破损等问题而限制了其进一步应用。PTFE乳液涂层在滤料表面均匀地复合上一层致密透气的PTFE涂层，一方面可以提高滤料的过滤精度与效率、改善滤料清灰性能，降低除尘系统的运行阻力，另一方面，可以利用PTFE独特的化学性能对耐化学性较差的纤维起到保护作用，在生产中获得广泛应用。但目前PTFE乳液浸渍而在滤料表面形成的PTFE膜在使用过程中容易被破坏，因此需要对其进行有效改性。

进一步缩小现有的过滤材料性能与实际生产应用的需求之间存在的差距，提高过滤材料的各项性能，仍然是一项迫在眉睫的任务。目前，通过纳米粒子分散液与PTFE乳液复合的方式改善PPS滤料的耐磨性、抗氧化性能和过滤效率的报导很少。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工艺简便、耐磨抗氧化聚苯硫醚滤料制备方法。

本发明的技术方案是采用无机纳米分散和乳液复合技术的方法制得纳米SiO₂/PTFE复合处理液，并采用浸渍-烘燥将纳米粒子和PTFE负载在PPS滤料上，在纤维表面形成一层耐磨性能良好的抗氧化性薄膜。步骤如下：

(1)按重量份数计，取90～100份去离子水，向其中加入3～6份经真空干燥后的纳米SiO₂，超声分散30～50min，加入0.2～0.5份硅烷偶联剂，在磁力搅拌器上搅拌20～40min，再超声30～50min。加入0.2～0.4份十二烷基苯磺酸钠和1～3份三乙醇胺，超声20～50min，在磁力搅拌器上搅拌20～40min，超声分散30～50min，得分散均匀的纳米SiO₂水分散液；

(2)按重量份数计，取10～50份步骤(1)所得的纳米SiO₂水分散液、2～6份PTFE乳液、5～10份粘合剂、50～100份去离子水混合，在磁力搅拌器上搅拌20～40min，得到混合均匀的纳米SiO₂/PTFE复合处理液；

(3)将PPS滤料试样浸泡在含20～30g/L的NaOH和5～10g/L的渗透剂混合液中进行预处理，浴比10～20∶1，在水浴锅中加热，水浴温度80～100℃。处理0.5～1.5h后，将试样取出清洗干净，并在烘箱中烘干；

(4)将步骤(3)所得的PPS滤料试样完全浸渍在步骤(2)所得的纳米SiO₂/PTFE复合处理液中，浸渍时间为0.5～1.5min，浴比为10～20∶1。在轧车上轧去多余液体，轧余率为60～80％，然后放置于定型烘干机中烘焙，温度为200～260℃，时间为2～3min。得到所述耐磨抗氧化聚苯硫醚滤料。

改变上述步骤(2)中处理液配方，其中PTFE乳液2～6份，粘合剂5～10份，纳米SiO₂水分散液分别取0、10、20、30、40份，加一定量去离子水使复合处理液总重量达100份，将经过步骤(3)预处理过的PPS滤料按照步骤(4)浸入不同配方的复合处理液，并在200～260℃、2～3min的条件下热处理备用。按照上述方法制得耐磨抗氧化聚苯硫醚(PPS)滤料样品，各样品分别对应记为1#、2#、3#、4#、5#。另外制空白对照样，将未经复合处理液处理的PPS滤料仅在去离子水中浸渍，浸渍时间为0.5～1.5min，浴比为10～20∶1。在轧车上轧去多余液体，轧余率为60～80％，然后放置于定型烘干机中烘焙，在温度为200～260℃，时间为2～3min条件下热处理备用，对照样记为0#。

将处理后的样品在YG522N圆盘式织物耐磨仪上表征各样品耐磨性，其中耐磨次数为400转/次，砂轮280目，加压1000g。观察PPS布样的磨损情况，磨损至见中层基布为止，分别记录耐磨次数N和磨损的质量损失M。

将各样品浸入10％HNO₃中，温度90℃，浴比为1∶10，浸渍时间分别为2天。浸渍完成后，取出样品并用清水清洗干净、烘干。在YG026D型多功能电子织物强力机上测试这些样品的强力和伸长。

将0#、1#、3#样品分别浸入10％HNO₃、10％HNO₃/10％H₂5O₄复合酸、10％H₂8O₄、10％H₂O₂中，温度90℃，浴比为1∶10，浸渍时间分别为2、4、6、8天。浸渍完成后，取出样品并用清水清洗干净、烘干。在YG026D型多功能电子织物强力机上测试这些样品的强力和伸长。

本发明的有益效果：工艺简单便于产业化，能实现PPS滤料耐磨、抗氧化双重功能，经过复合处理液处理后其耐磨性提高20％以上。同时，该发明还能在一定程度上提高过滤材料的过滤效率。

附图说明

图1为本发明纳米SiO₂分散液粒径分布图

图2为本发明3#样品元素分析图

图3为本发明1#配方处理液处理过的PPS滤料纤维SEM图

图4为本发明3#配方处理液处理过的PPS滤料纤维SEM图

图5为本发明经10％HNO₃处理2天后3#处理液配方SEM图

图6为本发明经10％HNO₃处理8天后3#处理液配方SEM图

具体实施方式

下面以实例进一步详细说明本发明，但并不限制本发明

表1-表6分别为：

表1为本发明纳米SiO₂/PTFE复合处理液的不同配方；

表2为本发明不同复合处理液的配方处理后滤料耐磨性；

表3为本发明不同纳米SiO₂/PTFE复合处理液的配方处理后滤料耐硝酸性；

表4为本发明0#、1#和3#处理液配方处理后滤料在不同时间作用下耐硝酸性能；

表5为本发明0#、1#和3#处理液配方处理后滤料耐HNO₃/H₂SO₄复合酸性能；

表6为本发明0#、1#和3#处理液配方处理后滤料耐H₂O₂性能。

所用原料为：PPS针刺滤料，550g/m²，购于市场。

实例1.

取90份去离子水，向其中加入4份经真空干燥后的纳米SiO₂，超声分散30min，加入0.3份硅烷偶联剂，在磁力搅拌器上搅拌30min，再超声40min。加入0.2份十二烷基苯磺酸钠和3份三乙醇胺，在磁力搅拌器上搅拌30min，超声分散40min，得分散均匀的纳米SiO₂水分散液。其粒径分布见图1。

实例2.

将步骤(1)所得的纳米SiO₂水分散液与PTFE乳液、粘合剂、去离子水混合按一定比例混合，在磁力搅拌器上搅拌30min，分别得到不同配比的混合均匀的纳米SiO₂/PTFE复合处理液，备用。不同配比如表1。

表1

实例3.

将PPS滤料试样浸泡在含20～30g/L的NaOH和5～10g/L的渗透剂混合液中进行预处理，浴比10～20∶1，在水浴锅中加热，水浴温度80～100℃。处理0.5～1.5h后，将试样取出清洗干净，并在烘箱中烘干。将经过处理的PPS试样完全浸渍在实例2所示的不同配比的纳米SiO₂/PTFE复合处理液中，浸渍时间为0.5～1.5min，浴比为10～20∶1。在轧车上轧去多余液体，轧余率为60～80％，然后放置于定型烘干机中烘焙，温度为200～260℃，时间为2～3min。得到所述耐磨抗氧化聚苯硫醚过滤材料。将分别经过不同配方的纳米SiO₂/PTFE复合处理液处理过的PPS样品对应编号记为0#、1#、2#、3#、4#、5#。

实例4.

在YG522N圆盘式织物耐磨仪上进行耐磨性测试，其中耐磨次数为400转/次，砂轮280目，加压1000g。观察PPS滤料的磨损情况，磨损至见中层基布为止，分别记录耐磨次数和磨损后的质量损失率。其耐磨性数据如表2。结果显示，复合处理液作用后，PPS滤料耐磨性改善明显，且3#配方作用的样品耐磨性最好。

表2

实例4.

将经过不同配方纳米SiO₂/PTFE复合处理液处理的样品分别浸入10％HNO₃中，温度90℃，浸渍时间为2天。浸渍完成后，取出样品并用清水清洗干净，烘干。将经过HNO₃处理后的样品在YG026D型多功能电子织物强力机上分别测试其经向和纬向的强力和伸长。结果如表3。结果显示，2#配方作用后PPS滤料硝酸处理后强力保持率最好。

表3

实例5.

将分别经过0#、1#和3#配方复合处理液处理过的PPS滤料分别浸入10％HNO₃溶液中，温度90℃，浸渍时间分别为2、4、6、8天，浴比为1∶10。浸渍完成后，取出样品并用清水清洗干净，烘干备用。将经过10％HNO₃处理后的样品在YG026D型多功能电子织物强力机上分别测试其经向和纬向的强力和伸长。结果如表4。结果显示，经过3#复合处理液处理过的PPS滤料耐HNO₃的能力优于经过1#处理液处理过的PPS滤料，这种优势在纬向表现更为明显。而经过0#处理液处理过的PPS滤料耐HNO₃的能力则是三者中最差的，随着酸处理时间的延长其强力下降最快。

表4

实例6.

将分别经过0#、1#、3#配方复合处理液处理过的PPS滤料分别浸入10％HNO₃/10％H₂8O₄的混合酸溶液中，温度90℃，浸渍时间分别为2、4、6、8天，浴比为10∶1。浸渍完成后，取出样品并用清水清洗干净，烘干备用。将经过10％HNO₃/10％H₂SO₄的混合酸溶液处理后的样品在YG026D型多功能电子织物强力机上分别测试其经向和纬向的强力和伸长。结果显示，经过3#复合处理液处理过的PPS滤料耐10％HNO₃/10％H₂5O₄的混合酸溶液的能力优于经过1#处理液处理过的PPS滤料，这种优势在纬向表现更为明显。而经过0#复合处理液处理的PPS滤料耐10％HNO₃/10％H₂5O₄的混合酸溶液的能力则是三者中最差的。

表5

实例7.

将分别经过0#、1#和3#配方复合处理液处理过的PPS滤料分别浸入10％H₂O₂溶液中，温度90℃，浴比1∶10，浸渍时间为2天。浸渍完成后，取出样品并用清水清洗干净，烘干备用。将经过10％H₂O₂处理后的样品在YG026D型多功能电子织物强力机上分别测试其经向和纬向的强力和伸长。结果显示，经过3#复合处理液处理过的PPS滤料耐H₂O₂的能力优于1#处理液处理过的PPS滤料，这种优势在纬向表现更为明显。而经过0#处理液体处理的PPS滤料耐H₂O₂的能力则在三者中最差。

表6

实例8.

利用透射电子显微镜-X射线能谱仪(EDAX)对3#进行元素分析，图2是其X样品射线能谱图，检测到Si元素和F元素，谱图结果可以证明PPS针刺滤料上成功负载了SiO₂及PTFE粒子。

实例9.

将经过1#配方和3#配方处理液处理过的PPS滤料，通过SEM观察其纤维表面，分别如图3和图4所示。结果显示，经过3#配方处理过的滤料纤维表面粒子分布多于经过1#配方处理后的滤料。

实例10.

将经过1#配方和3#配方处理液处理过的PPS滤料浸入10％HNO₃中，浸渍时间分别为2天和8天，取出后清洗干净并烘干，SEM观测其表面，分别如图5、6。酸处理2天后，纤维表面复合处理液涂层包覆仍然比较完整，酸处理8天后纤维表面复合处理液涂层被破坏，这可能是由于试样在液体酸中浸渍一定时间后，其表面涂层被破坏。

Claims

1.一种耐磨抗氧化聚苯硫醚(PPS)滤料的制备方法，其特征在于采用无机纳米分散和乳液复合技术的方法制得纳米SiO₂/PTFE复合处理液，并采用浸渍-烘燥将纳米粒子和PTFE负载在PPS滤料上，在纤维表面形成一层耐磨性能良好的抗氧化性薄膜。

2.根据权利要求1所述的一种耐磨抗氧化聚苯硫醚(PPS)滤料的制备方法，其特征在于按重量份数计，取90～100份去离子水，向其中加入3～6份经真空干燥后的纳米SiO₂，超声分散30～50min，加入0.2～0.5份硅烷偶联剂，在磁力搅拌器上搅拌20～40min，再超声30～50min。加入0.2～0.4份十二烷基苯磺酸钠和1～3份三乙醇胺，超声20～50min，在磁力搅拌器上搅拌20～40min，超声分散30～50min，得分散均匀的纳米SiO₂水分散液。

3.根据权利要求1所述的一种耐磨抗氧化聚苯硫醚(PPS)滤料的制备方法，其特征在于取10～50份权利要求2所述的纳米SiO₂水分散液、2～6份PTFE乳液、5～10份粘合剂、50～100份去离子水混合，在磁力搅拌器上搅拌20～40min，得到混合均匀的纳米SiO₂/PTFE复合处理液。

4.根据权利要求1所述的一种耐磨抗氧化聚苯硫醚(PPS)滤料的制备方法，其特征在于将PPS滤料试样浸泡在含20～30g/L的NaOH和5～10g/L的渗透剂混合液中进行预处理，浴比10～20∶1，在水浴锅中加热，水浴温度80～100℃。处理0.5～1.5h后，将试样取出清洗干净，并在烘箱中烘干。

5.根据权利要求1所述的一种耐磨抗氧化聚苯硫醚(PPS)滤料的制备方法，其特征在于按照权利要求4所述的将PPS滤料预处理后的试样完全浸渍在权利要求3所述的纳米SiO₂/PTFE复合处理液中，浸渍时间为0.5～1.5min，浴比为10～20∶1。在轧车上轧去多余液体，轧余率为60～80％，然后放置于定型烘干机中烘焙，温度为200～260℃，时间为2～3min。得到所述耐磨抗氧化聚苯硫醚滤料。

6.根据权利要求1～5所述的一种耐磨抗氧化聚苯硫醚(PPS)滤料的制备方法，该方法也适用于其他袋式除尘滤料的加工。