CN107158800A - 一种改性芳纶纳米纤维/聚苯硫醚纤维复合除尘滤料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改性芳纶纳米纤维/聚苯硫醚纤维复合除尘滤料及制备方法,将间位芳纶纤维溶液和醋酸纤维素溶液混合后,发生新的相互作用生成氢键,提高了芳纶纤维的热稳定性,热失重温度升至250℃左右;还通过溶液分散的方法将富勒烯均匀分散在聚苯硫醚基体中,改善了聚苯硫醚纤维的抗氧化性能和力学性能,按照聚苯硫醚纤维/芳纶纳米纤维/聚苯硫醚纤维的三明治结构制得的复合除尘滤料强度高、热稳定性能好、透气率高、过滤精度高,对粒径位于0.1‑0.6μm之间超微粒子的过滤效率达到99.9%,且由于醋酸纤维素的改性优化,使得芳纶/醋酸纤维素纳米纤维的纤维尺寸和孔径增大,降低了过滤时的阻力,进而提高了复合滤料的压降。
Description
技术领域
本发明涉及工业除尘滤料技术领域,具体涉及一种改性芳纶纳米纤维/聚苯硫醚纤维复合除尘滤料及制备方法。
背景技术
我国当前正处于经济发展的重要转型期,对于传统高能耗、高污染行业带来的环境污染问题越来越重视。据有关部门统计,钢铁、水泥、冶金、化工、电力以及垃圾焚烧等高污染行业生产过程中产生的烟雾粉尘对人体健康危害巨大,所以对烟雾粉尘过滤材料的开发研究显得尤为重要。过滤材料按其使用温度可分为常温过滤材料(使用温度低于150℃)、高温过滤材料(使用温度介于150~300℃之间)和超高温过滤材料(使用温度高于300℃)。过滤材料除满足一定的使用条件(如强度、温度、酸碱)外,过滤效率和压降是2个最重要的考虑因素。
普通过滤材料因其自身性能的限制,对超微粒子(粒径小于1μm)的过滤性能很难在高温高效上得到兼顾,而这种超微粒子可直接穿透人体细胞,对环境和人体危害较常见粉尘更甚。聚苯硫醚纤维是一种新型高性能合成纤维,具有良好的热稳定性、化学稳定性、耐腐蚀性及电性能,制成的非织造布过滤材料通常纤维较粗,滤料之间孔隙较大,对于过滤超微粒子效果不佳,精细过滤效率较低,且在高温使用时对氧化剂较为敏感,为此王成等人,采用高压静电纺丝技术制备芳纶纳米纤维毡与聚苯硫醚针刺非织造布复合后形成高温超过滤材料,然而由于纳米芳纶在150℃附近存在热失重过程,热稳定性差。
发明内容
本发明的目的就是提供一种改性芳纶纳米纤维/聚苯硫醚纤维复合除尘滤料及制备方法,以克服现有技术的不足。
本发明的目的是这样实现的:
一种改性芳纶纳米纤维/聚苯硫醚纤维复合除尘滤料,其特征在于,采用高压静电纺丝技术制备芳纶/醋酸纤维素纳米纤维与富勒烯改性聚苯硫醚纤维针刺非织造布形成高温超过滤材料。
所述的芳纶/醋酸纤维素纳米纤维的制备方法包括以下步骤:
(1)将一定质量的LiCl加入到N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)中搅拌混匀制得DMAc/LiCl溶液,备用;
(2)将间位芳纶纤维于120℃下真空干燥2h,浸渍于步骤(1)制得的DMAc/LiCl溶液,在100℃恒温下磁力搅拌混匀得质量分数为15%的芳纶纤维溶液;
(3)将醋酸纤维素于120℃下真空干燥2h,浸渍于DMAc溶液中,在100℃恒温下磁力搅拌混匀得质量分数为15%醋酸纤维素溶液;
(4)将步骤(2)和步骤(3)按照质量比2∶1在60℃下搅拌5h,直到溶液呈完全均匀状态,静置,脱泡24h,得纺丝溶液,静电纺丝。
所述的步骤(1)中DMAc/LiCl溶液中LiCl的质量分数为4%。
所述的步骤(4)中静电纺丝条件为:可调电压0-50kV,注射器针头内径0.5mm,纺丝液流量1mL/h,铝箔接收距离15cm,电压22kV。
所述的富勒烯改性聚苯硫醚纤维的制备方法为:
(1)将富勒烯与聚苯硫醚加入到1-氯萘中,升温至200-210℃,搅拌反应1-2小时,负压脱出1-氯萘,用甲醇洗涤至不含1-氯萘,在100℃下真空干燥24h,得聚苯硫醚/富勒烯复合材料;
(2)将上述的聚苯硫醚/富勒烯复合材料在300-310℃下加热熔融,在柱塞式纺丝机上进行熔融纺丝。
所述的富勒烯添加量为聚苯硫醚质量的1.3-1.4%。
所述的一种改性芳纶纳米纤维/聚苯硫醚纤维复合除尘滤料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将富勒烯改性聚苯硫醚纤维经过开松、梳理、铺成纤维网,然后将纤维网通过刺针加固成非织造布;
(2)将芳纶/醋酸纤维素纳米纤维经过开松、梳理、铺成纤维网,然后将纤维网通过刺针加固成非织造布;
(3)以芳纶/醋酸纤维素纳米纤维非织造布为骨架,上下两个表面分别铺叠富勒烯改性聚苯硫醚纤维非织造布,得复合滤料;
(4)将步骤(3)制得的复合滤料采用程序升温工艺进行热定型处理:90℃处理5min,120℃处理3min,170℃处理2min;
(5)采用热辊对步骤(4)热定型处理后得到的复合滤料进行热轧处理:热轧温度为220℃,热轧时间为20s后得成品。
本发明有以下有益效果:本发明以DMAc/LiCl为溶剂溶解间位芳纶纤维,以DMAc溶液为溶剂溶解醋酸纤维素,将两种溶液按照质量比2∶1混合后,混合物之间发生新的相互作用生成氢键,提高了芳纶纤维的热稳定性,热失重温度升至250℃左右;本发明还通过溶液分散的方法将富勒烯均匀分散在聚苯硫醚基体中,相比传统的机械混合,本发明分散方式更均匀,富勒烯不易团聚,改善了聚苯硫醚纤维的抗氧化性能和力学性能,和芳纶/醋酸纤维素纳米纤维按照聚苯硫醚纤维/芳纶纳米纤维/聚苯硫醚纤维的三明治结构制得的复合除尘滤料强度高、热稳定性能好、透气率高、过滤精度高,对粒径位于0.1-0.6μm之间超微粒子的过滤效率达到99.9%,明显高于普通聚苯硫醚非织造布的过滤效率,且由于醋酸纤维素的改性优化,使得芳纶/醋酸纤维素纳米纤维的纤维尺寸和孔径增大,降低了过滤时的阻力,进而提高了复合滤料的压降。
具体实施方式
一种改性芳纶纳米纤维/聚苯硫醚纤维复合除尘滤料,其特征在于,采用高压静电纺丝技术制备芳纶/醋酸纤维素纳米纤维与富勒烯改性聚苯硫醚纤维针刺非织造布形成高温超过滤材料。
所述的芳纶/醋酸纤维素纳米纤维的制备方法包括以下步骤:
(1)将一定质量的LiCl加入到N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)中搅拌混匀制得DMAc/LiCl溶液,备用;
(2)将间位芳纶纤维于120℃下真空干燥2h,浸渍于步骤(1)制得的DMAc/LiCl溶液,在100℃恒温下磁力搅拌混匀得质量分数为15%的芳纶纤维溶液;
(3)将醋酸纤维素于120℃下真空干燥2h,浸渍于DMAc溶液中,在100℃恒温下磁力搅拌混匀得质量分数为15%醋酸纤维素溶液;
(4)将步骤(2)和步骤(3)按照质量比2∶1在60℃下搅拌5h,直到溶液呈完全均匀状态,静置,脱泡24h,得纺丝溶液,静电纺丝。
所述的步骤(1)中DMAc/LiCl溶液中LiCl的质量分数为4%。
所述的步骤(4)中静电纺丝条件为:可调电压0-50kV,注射器针头内径0.5mm,纺丝液流量1mL/h,铝箔接收距离15cm,电压22kV。
所述的富勒烯改性聚苯硫醚纤维的制备方法为:
(1)将富勒烯与聚苯硫醚加入到1-氯萘中,升温至200-210℃,搅拌反应1-2小时,负压脱出1-氯萘,用甲醇洗涤至不含1-氯萘,在100℃下真空干燥24h,得聚苯硫醚/富勒烯复合材料;
(2)将上述的聚苯硫醚/富勒烯复合材料在300-310℃下加热熔融,在柱塞式纺丝机上进行熔融纺丝。
所述的富勒烯添加量为聚苯硫醚质量的1.3%。
所述的一种改性芳纶纳米纤维/聚苯硫醚纤维复合除尘滤料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将富勒烯改性聚苯硫醚纤维经过开松、梳理、铺成纤维网,然后将纤维网通过刺针加固成非织造布;
(2)将芳纶/醋酸纤维素纳米纤维经过开松、梳理、铺成纤维网,然后将纤维网通过刺针加固成非织造布;
(3)以芳纶/醋酸纤维素纳米纤维非织造布为骨架,上下两个表面分别铺叠富勒烯改性聚苯硫醚纤维非织造布,得复合滤料;
(4)将步骤(3)制得的复合滤料采用程序升温工艺进行热定型处理:90℃处理5min,120℃处理3min,170℃处理2min;
(5)采用热辊对步骤(4)热定型处理后得到的复合滤料进行热轧处理:热轧温度为220℃,热轧时间为20s后得成品。
Claims (7)
1.一种改性芳纶纳米纤维/聚苯硫醚纤维复合除尘滤料,其特征在于,采用高压静电纺丝技术制备芳纶/醋酸纤维素纳米纤维与富勒烯改性聚苯硫醚纤维针刺非织造布形成高温超过滤材料。
2.根据权利要求1所述的一种改性芳纶纳米纤维/聚苯硫醚纤维复合除尘滤料,其特征在于,所述的芳纶/醋酸纤维素纳米纤维的制备方法包括以下步骤:
(1)将一定质量的LiCl加入到N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)中搅拌混匀制得DMAc/LiCl溶液,备用;
(2)将间位芳纶纤维于120℃下真空干燥2h,浸渍于步骤(1)制得的DMAc/LiCl溶液,在100℃恒温下磁力搅拌混匀得质量分数为15%的芳纶纤维溶液;
(3)将醋酸纤维素于120℃下真空干燥2h,浸渍于DMAc溶液中,在100℃恒温下磁力搅拌混匀得质量分数为15%醋酸纤维素溶液;
(4)将步骤(2)和步骤(3)按照质量比2∶1在60℃下搅拌5h,直到溶液呈完全均匀状态,静置,脱泡24h,得纺丝溶液,静电纺丝。
3.根据权利要求2所述的芳纶/醋酸纤维素纳米纤维的制备方法,其特征在于,所述的步骤(1)中DMAc/LiCl溶液中LiCl的质量分数为4%。
4.根据权利要求2所述的芳纶/醋酸纤维素纳米纤维的制备方法,其特征在于,所述的步骤(4)中静电纺丝条件为:可调电压0-50kV,注射器针头内径0.5mm,纺丝液流量1mL/h,铝箔接收距离15cm,电压22kV。
5.根据权利要求1所述的一种改性芳纶纳米纤维/聚苯硫醚纤维复合除尘滤料,其特征在于,所述的富勒烯改性聚苯硫醚纤维的制备方法为:
(1)将富勒烯与聚苯硫醚加入到1-氯萘中,升温至200-210℃,搅拌反应1-2小时,负压脱出1-氯萘,用甲醇洗涤至不含1-氯萘,在100℃下真空干燥24h,得聚苯硫醚/富勒烯复合材料;
(2)将上述的聚苯硫醚/富勒烯复合材料在300-310℃下加热熔融,在柱塞式纺丝机上进行熔融纺丝。
6.根据权利要求5所述的富勒烯改性聚苯硫醚纤维的制备方法,其特征在于,所述的富勒烯添加量为聚苯硫醚质量的1.3-1.4%。
7.根据权利要求1所述的一种改性芳纶纳米纤维/聚苯硫醚纤维复合除尘滤料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将富勒烯改性聚苯硫醚纤维经过开松、梳理、铺成纤维网,然后将纤维网通过刺针加固成非织造布;
(2)将芳纶/醋酸纤维素纳米纤维经过开松、梳理、铺成纤维网,然后将纤维网通过刺针加固成非织造布;
(3)以芳纶/醋酸纤维素纳米纤维非织造布为骨架,上下两个表面分别铺叠富勒烯改性聚苯硫醚纤维非织造布,得复合滤料;
(4)将步骤(3)制得的复合滤料采用程序升温工艺进行热定型处理:90℃处理5min,120℃处理3min,170℃处理2min;
(5)采用热辊对步骤(4)热定型处理后得到的复合滤料进行热轧处理:热轧温度为220℃,热轧时间为20s后得成品。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20170915 |
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