CN106087243B - 一种聚酰亚胺和聚砜酰胺共混的过滤毡及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种聚酰亚胺和聚砜酰胺共混的过滤毡及其制备方法，所述过滤毡由下述重量份的原料组成：25‑45份聚酰亚胺纤维、55‑75份聚砜酰胺纤维；所述聚砜酰胺纤维为全间位芳香族聚砜酰胺纤维；所述全间位芳香族聚砜酰胺纤维，含有2‑8wt％改性二氧化钛，0.1‑1wt％光稳定剂。本发明通过选择合适的光稳定剂和无机填料，并优选合适的偶联剂对无机填料表面改性处理，得到全间位芳香族聚砜酰胺纤维，使其具有良好的耐紫外性能和力学性能；以这种短纤维与聚酰亚胺纤维共混物制成的过滤毡具有较高的透气性，提高了粉尘过滤效率，降低滤料阻力，改善了过滤毡的过滤性能，该过滤毡还具有更好的耐紫外性能和力学性能，可以有效延长过滤毡的使用寿命。

Description

一种聚酰亚胺和聚砜酰胺共混的过滤毡及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种过滤材料及其制备方法，具体涉及一种聚酰亚胺和聚砜酰胺共混的过滤毡及其制备方法。
背景技术
聚酰亚胺纤维是一种新型特种纤维，指分子链中含有芳酰亚胺环的纤维。聚酰亚胺纤维具有高强度、高模量、耐高温、阻燃、防辐射、耐化学腐蚀等优点，在原子能工业、空间环境、航空航天、国防建设、新型建筑、高速交通工具、海洋开发、体育器械、新能源、环境产业以及防护用具等领域具有良好的应用前景。
现有的聚酰亚胺纤维的制备方法包括一步法和两步法两种，一步法是指采用聚酰亚胺溶液直接进行纺丝，经过热牵伸后得到聚酰亚胺纤维，这种方法纺制的原丝无需再进行酰亚胺化，工艺流程短，得到的聚酰亚胺纤维力学性能高，但是这种方法要求聚酰亚胺聚合物具有可溶性，其制备成本非常高，不利于工业化应用，且制备过程中使用的溶剂毒性较高。两步法是先将二胺和二酐进行缩聚反应生成聚酰胺酸原液，然后进行纺丝得到聚酰胺酸纤维，再经过酰亚胺化和热牵伸处理最后得到聚酰亚胺纤维，这种方法由于成本低廉，适于工业化开发而获得了广泛的应用。
聚砜酰胺纤维是一种在高分子主链上含有砜基(-SO2-)的芳香族聚酰胺纤维，为三元无规共聚物，英文名称为Polysulfonamidefibre(简称PSA纤维)。由于芳砜纶大分子主链上存在强吸电子的砜基，通过苯环的双键共轭作用，使芳砜纶纤维分子结构稳定，具有很好的耐水解性，阻燃性和耐高温性，但是纤维强度不够高。
本发明提供了一种聚酰亚胺和聚砜酰胺共混的过滤毡，具有更好的防紫外性能、热稳定性能和强度，可以有效延长过滤毡的使用寿命。
发明内容
针对现有技术中存在的上述不足，本发明所要解决的技术问题之一是提供一种聚酰亚胺和聚砜酰胺共混的过滤毡。
本发明所要解决的技术问题之二是提供上述聚酰亚胺和聚砜酰胺共混的过滤毡的制备方法。
本发明目的是通过如下技术方案实现的：
一种聚酰亚胺和聚砜酰胺共混的过滤毡，由下述重量份的原料组成：25-45份聚酰亚胺纤维、55-75份聚砜酰胺纤维；
所述聚砜酰胺纤维为全间位芳香族聚砜酰胺纤维；
所述全间位芳香族聚砜酰胺纤维，含有2-8wt％改性二氧化钛，0.1-1wt％光稳定剂。
所述的改性二氧化钛由偶联剂对二氧化钛表面改性得到，二氧化钛与偶联剂质量比为50:1-10:1，所述的偶联剂由40-60wt％二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷和40-60wt％乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷组成。
优选地，所述的光稳定剂由2-(2-羟基-5-甲基苯基)苯并三唑、2-(3,5-二叔丁基-2-羟基苯基)苯并三唑、2-(2'-羟基-3',5'-二戊基苯基)苯并三唑混合而成，所述2-(2-羟基-5-甲基苯基)苯并三唑、2-(3,5-二叔丁基-2-羟基苯基)苯并三唑、2-(2'-羟基-3',5'-二戊基苯基)苯并三唑的质量比为(1-3)：(1-3)：(1-3)。
本发明还提供了上述聚酰亚胺和聚砜酰胺共混的过滤毡的制备方法，包括以下步骤：
(1)将偶联剂溶于乙醇中，得到偶联剂质量浓度为5-35％的偶联剂溶液，将二氧化钛加入到偶联剂溶液中，超声分散20-40分钟，再搅拌20-40分钟后离心分离，抽滤后放入烘箱中烘干、研磨，得到改性二氧化钛；
(2)将光稳定剂溶于N,N-二甲基甲酰胺中，得到光稳定剂质量浓度为1-10％的光稳定剂溶液；
(3)将3,3'-二氨基二苯砜溶解于N,N-二甲基甲酰胺中，冷却至-15～15℃，再加入与3,3'-二氨基二苯砜等摩尔的间苯二甲酰氯，然后加入与3,3'-二氨基二苯砜等摩尔的氢氧化钙，最后加入改性二氧化钛、光稳定剂溶液，得到纺丝浆液，将纺丝浆液纺丝得到全间位芳香族聚砜酰胺纤维；
(4)将聚酰亚胺纤维和全间位芳香族聚砜酰胺纤维捆的卷曲短纤维团开松，然后把开松后的短纤维制成均匀的混合物；使用标准梳理和交叉卷绕设备，将这些短纤维转变成交叉错叠的细毡；在标准针刺机或水刺机上将细毡粗缝或微微加固，将两片以上的细毡合并，并且在两面上针刺或水刺以制得所述过滤毡。
具体的，在本发明中，
二氧化钛，CAS号：1317-80-2，粒径30-40nm。
二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷，CAS号：35141-30-1。
乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷，CAS号：1067-53-4。
2-(2-羟基-5-甲基苯基)苯并三唑，CAS号：2440-22-4。
2-(3,5-二叔丁基-2-羟基苯基)苯并三唑，CAS号：3846-71-7。
2-(2'-羟基-3',5'-二戊基苯基)苯并三唑，CAS号：21615-49-6。
3,3'-二氨基二苯砜，CAS号：599-61-1。
间苯二甲酰氯，CAS号：99-63-8。
氢氧化钙，CAS号：1305-62-0。
乙醇，CAS号：64-17-5。
N,N-二甲基甲酰胺，CAS号：68-12-2。
本发明聚酰亚胺和聚砜酰胺共混的过滤毡，通过选择合适的光稳定剂和无机填料，并优选合适的偶联剂对无机填料表面改性处理，纺丝后得到全间位芳香族聚砜酰胺纤维，使其具有良好的耐紫外性能和力学性能；以这种短纤维与聚酰亚胺纤维共混物制成的过滤毡具有较高的透气性，提高了粉尘过滤效率，降低滤料阻力，改善了过滤毡的过滤性能，该过滤毡还具有更好的耐紫外性能和力学性能，可以有效延长过滤毡的使用寿命。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的说明，以下所述，仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做其他形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更为同等变化的等效实施例。凡是未脱离本发明方案内容，依据本发明的技术实质对以下实施例所做的任何简单修改或等同变化，均落在本发明的保护范围内。
聚酰亚胺纤维，采用专利申请号：201310213576.1中实施例1的方法制备。
实施例1
聚酰亚胺和聚砜酰胺共混的过滤毡原料(重量份)：30份聚酰亚胺纤维、70份聚砜酰胺纤维。
所述聚砜酰胺纤维为全间位芳香族聚砜酰胺纤维。
所述全间位芳香族聚砜酰胺纤维，含有5wt％改性二氧化钛，0.3wt％光稳定剂。
所述的改性二氧化钛由偶联剂对二氧化钛表面改性得到，所述的偶联剂由50wt％二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷和50wt％乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷搅拌混合均匀得到。
所述的光稳定剂由2-(2-羟基-5-甲基苯基)苯并三唑、2-(3,5-二叔丁基-2-羟基苯基)苯并三唑、2-(2'-羟基-3',5'-二戊基苯基)苯并三唑按质量比为1：1：1搅拌混合均匀得到。
聚酰亚胺和聚砜酰胺共混的过滤毡，具体制备方法，包括以下步骤：
(1)将偶联剂溶于乙醇中，搅拌混合均匀，得到偶联剂质量浓度为1％的偶联剂溶液(即每1g偶联剂用99g乙醇溶解)，将二氧化钛加入到偶联剂溶液中，偶联剂溶液与二氧化钛质量比为5:1(即：每100g偶联剂溶液中加入二氧化钛20g)，超声分散30分钟，再搅拌30分钟后离心分离，抽滤后放入烘箱中70摄氏度烘干4小时、研磨至20nm，得到改性二氧化钛；
(2)将光稳定剂溶于N,N-二甲基甲酰胺中，搅拌混合均匀，得到光稳定剂质量浓度为3％的光稳定剂溶液(即每3g光稳定剂用97gN,N-二甲基甲酰胺溶解)；
(3)将170重量份3,3'-二氨基二苯砜溶于1080重量份N,N-二甲基甲酰胺中，冷却至-15℃，再加入140重量份间苯二甲酰氯在温度为-15℃下进行聚合反应5分钟，然后在温度为6℃继续反应90分钟；再加入51.5重量份氢氧化钙进行中和反应，中和反应温度为65℃，反应时间为10小时，最后加入改性二氧化钛、光稳定剂溶液搅拌混合均匀，得到聚合体含固量为18的纺丝浆液；将纺丝浆液经计量泵计量、过滤器过滤、从喷丝头喷入凝固浴槽中。该喷丝头的纺丝孔数为3000孔，纺丝孔径为0.06mm，纺丝速度为5.5m/min，凝固浴的组成为：N,N-二甲基甲酰胺60wt％、氯化钙3.5wt％、水36.5wt％(即：均为质量百分比)。凝固浴的温度为10℃，凝固成丝后进入预拉伸槽，拉伸浴组成为N,N-二甲基甲酰胺20wt％、氯化钙1wt％、水79wt％(即：均为质量百分比)，拉伸浴的温度为50℃，预拉伸比为2.5倍；随后在80℃的纯水中进行水洗；再在105℃的条件下干燥处理得到初生丝条；初生丝条在300℃的热管中拉伸，拉伸倍率1.5倍；随后通过250℃的热定型机进行稳定化处理，处理时间为1分钟；然后再蒸汽给湿的条件下卷曲，卷曲温度为110℃，最后通过冷却定型后，采用常规的切断机切断成纤维纤度为1.66dtex、长度为38mm的全间位芳香族聚砜酰胺纤维，最终纤维的具体组成为：94.7wt％全间位芳香族聚砜酰胺纤维，5wt％改性二氧化钛，0.3wt％光稳定剂；
(4)将30重量份聚酰亚胺纤维和70重量份步骤(3)制备的全间位芳香族聚砜酰胺纤维捆的卷曲短纤维团开松，然后把开松后的短纤维制成均匀的混合物；使用交叉卷绕设备，将这些短纤维转变成交叉错叠的细毡；在标准针刺机上将细毡粗缝加固，将三片细毡合并，并且在两面上针刺，制得所述聚酰亚胺和聚砜酰胺共混的过滤毡。
对比例1
与实施例1基本相同，区别仅仅在于：所述聚酰亚胺和聚砜酰胺共混的过滤毡原料(重量份)：90份聚酰亚胺纤维、10份聚砜酰胺纤维。得到对比例1的聚酰亚胺和聚砜酰胺共混的过滤毡。
对比例2
与实施例1基本相同，区别仅仅在于：所述聚酰亚胺和聚砜酰胺共混的过滤毡原料(重量份)：10份聚酰亚胺纤维、90份聚砜酰胺纤维。得到对比例2的聚酰亚胺和聚砜酰胺共混的过滤毡。
测试例1
使用方法VDI3926对三种毡评定过滤效率。由30/70％聚酰亚胺纤维/聚砜酰胺纤维共混物制得的过滤毡易于通过水泥厂的排放限度。此外，如表所示，当与对比例1和对比例2结构比较时，实施例1制得的过滤毡具有优异的性能。聚砜酰胺纤维的通过合适的比例，加入令人惊奇的表明，在不损失过滤效率的同时，具有显著较低的压降和更长的循环时间。这提供了延长袋寿命和降低操作成本的可能性。
表1
对比例3
与实施例1基本相同，区别仅仅在于：所述全间位芳香族聚砜酰胺纤维不添加二氧化钛和光稳定剂。得到对比例3的聚酰亚胺和聚砜酰胺共混的过滤毡。
实施例2
与实施例1基本相同，区别仅仅在于：所述的改性二氧化钛由偶联剂对二氧化钛表面改性得到，所述的偶联剂仅为二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷。得到实施例2的聚酰亚胺和聚砜酰胺共混的过滤毡。
实施例3
与实施例1基本相同，区别仅仅在于：所述的改性二氧化钛由偶联剂对二氧化钛表面改性得到，所述的偶联剂仅为乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷。得到实施例3的聚酰亚胺和聚砜酰胺共混的过滤毡。
实施例4
与实施例1基本相同，区别仅仅在于：所述的光稳定剂由2-(3,5-二叔丁基-2-羟基苯基)苯并三唑、2-(2'-羟基-3',5'-二戊基苯基)苯并三唑按质量比为1：1搅拌混合均匀得到。得到实施例4的聚酰亚胺和聚砜酰胺共混的过滤毡。
实施例5
与实施例1基本相同，区别仅仅在于：所述的光稳定剂由2-(2-羟基-5-甲基苯基)苯并三唑、2-(2'-羟基-3',5'-二戊基苯基)苯并三唑按质量比为1：1搅拌混合均匀得到。得到实施例5的聚酰亚胺和聚砜酰胺共混的过滤毡。
实施例6
与实施例1基本相同，区别仅仅在于：所述的光稳定剂由2-(2-羟基-5-甲基苯基)苯并三唑、2-(3,5-二叔丁基-2-羟基苯基)苯并三唑按质量比为1：1搅拌混合均匀得到。得到实施例6的聚酰亚胺和聚砜酰胺共混的过滤毡。
测试例2
实验仪器为HD026N+型电子织物强力仪。以FZ/T 60005-1991《非织造布断裂强力及断裂伸长的测定》、GB/T 3923-1983《机织物断裂强力及断裂伸长的测定》为参考标准。环境温度为20℃，相对湿度为70％，织物夹持长度为200mm，拉伸速度为100mm/min，预加张力为2N，试样尺寸为30cm×5cm。
将实施例1-6和对比例3得到的聚酰亚胺和聚砜酰胺共混的过滤毡进行耐紫外强度测定：具体为实施例1-6和对比例3制备的聚酰亚胺和聚砜酰胺共混的过滤毡制成试样尺寸，经过紫外灯辐照后测定其强度保持数据，辐照强度为10.43w/m2，辐照时间为2000小时，波长范围是280～315nm，结果见表2。
表2：聚酰亚胺和聚砜酰胺共混的过滤毡耐紫外性能测定结果表
比较实施例1-6与对比例3，添加二氧化钛和光稳定剂的全间位芳香族聚砜酰胺纤维，通过与聚酰亚胺共混过滤毡辐照强度保持率，明显优于对比例3，不添加二氧化钛和光稳定剂的全间位芳香族聚砜酰胺纤维，通过与聚酰亚胺共混过滤毡。
比较实施例1与实施例2-3，实施例1(二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷和乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷复配)，聚酰亚胺和聚砜酰胺共混的过滤毡辐照强度保持率，明显优于实施例2-3(二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷和乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷中单一原料)。
比较实施例1与实施例4-6，实施例1(2-(2-羟基-5-甲基苯基)苯并三唑、2-(3,5-二叔丁基-2-羟基苯基)苯并三唑、2-(2'-羟基-3',5'-二戊基苯基)苯并三唑复配)，聚酰亚胺和聚砜酰胺共混的过滤毡辐照强度保持率，明显优于实施例4-6(2-(2-羟基-5-甲基苯基)苯并三唑、2-(3,5-二叔丁基-2-羟基苯基)苯并三唑、2-(2'-羟基-3',5'-二戊基苯基)苯并三唑中任意二者复配)。
测试例3
对实施例1-6和对比例3中步骤(3)制得的全间位芳香族聚砜酰胺纤维进行力学性能测定，具体结果见表3。
表3：全间位芳香族聚砜酰胺纤维力学性能测定结果表
卷曲度 卷曲回复率 断裂伸长率，％
实施例1 16.94 11.46 34.8
实施例2 15.37 10.58 32.7
实施例3 15.48 10.81 32.4
实施例4 15.75 10.93 33.1
实施例5 15.50 10.73 32.7
实施例6 15.52 10.82 32.9
对比例3 8.21 6.78 24.5
比较实施例1-6与对比例3，添加二氧化钛和光稳定剂的全间位芳香族聚砜酰胺纤维力学性能，明显优于对比例3，不添加二氧化钛和光稳定剂的全间位芳香族聚砜酰胺纤维。
比较实施例1与实施例2-3，实施例1(二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷和乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷复配)，全间位芳香族聚砜酰胺纤维力学性能，明显优于实施例2-3(二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷和乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷中单一原料)。

Claims (3)

1.一种聚酰亚胺和聚砜酰胺共混的过滤毡，其特征在于，由下述重量份的原料组成：25-45份聚酰亚胺纤维、55-75份聚砜酰胺纤维，所述聚砜酰胺纤维为全间位芳香族聚砜酰胺纤维,所述全间位芳香族聚砜酰胺纤维，含有2-8wt％改性二氧化钛，0.1-1wt％光稳定剂，所述的改性二氧化钛由偶联剂对二氧化钛表面改性得到，二氧化钛与偶联剂质量比为50:1-10:1，所述的偶联剂由40-60wt％二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷和40-60wt％乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷组成。
2.如权利要求1所述的聚酰亚胺和聚砜酰胺共混的过滤毡，其特征在于，所述的光稳定剂由2-(2-羟基-5-甲基苯基)苯并三唑、2-(3,5-二叔丁基-2-羟基苯基)苯并三唑、2-(2'-羟基-3',5'-二戊基苯基)苯并三唑混合而成，所述2-(2-羟基-5-甲基苯基)苯并三唑、2-(3,5-二叔丁基-2-羟基苯基)苯并三唑、2-(2'-羟基-3',5'-二戊基苯基)苯并三唑的质量比为(1-3)：(1-3)：(1-3)。
3.如权利要求1或2所述的聚酰亚胺和聚砜酰胺共混的过滤毡的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将偶联剂溶于乙醇中，得到偶联剂质量浓度为5-35％的偶联剂溶液，将二氧化钛加入到偶联剂溶液中，超声分散20-40分钟，再搅拌20-40分钟后离心分离，抽滤后放入烘箱中烘干、研磨，得到改性二氧化钛；
(2)将光稳定剂溶于N,N-二甲基甲酰胺中，得到光稳定剂质量浓度为1-10％的光稳定剂溶液；
(3)将3,3'-二氨基二苯砜溶解于N,N-二甲基甲酰胺中，冷却至-15～15℃，再加入与3,3'-二氨基二苯砜等摩尔的间苯二甲酰氯，然后加入与3,3'-二氨基二苯砜等摩尔的氢氧化钙，最后加入改性二氧化钛、光稳定剂溶液，得到纺丝浆液，将纺丝浆液纺丝得到全间位芳香族聚砜酰胺纤维；
(4)将聚酰亚胺纤维和全间位芳香族聚砜酰胺纤维捆的卷曲短纤维团开松，然后把开松后的短纤维制成均匀的混合物；使用标准梳理和交叉卷绕设备，将这些短纤维转变成交叉错叠的细毡；在标准针刺机或水刺机上将细毡粗缝或微微加固，将两片以上的细毡合并，并且在两面上针刺或水刺以制得所述过滤毡。
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