CN107268119B - 一种改性工业滤布及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改性工业滤布及其制备方法，工业滤布由以下组分制备而成：聚丙烯、聚乙烯、二苯基硅二醇、PET、氯磺酸、抗氧剂、聚四氟乙烯乳液、二氯乙烷、无水乙醇、去离子水。制备方法为先将各组分通过两次改性形成改性后的混合物，再通过双螺杆挤出机挤出后进行纺丝，最后织网形成工业滤布。本发明提供的改性工业滤布将聚乙烯、聚丙烯等与PET进行复合改性，显著提高了工业滤布的机械强度，同时提高了工业滤布的透水性以及使用稳定性。

Description

一种改性工业滤布及其制备方法
技术领域
本发明属于分离过滤技术领域，具体涉及一种改性工业滤布及其制备方法。
背景技术
凡能使“固-液”、“气-固”在系统中通过，又能将其中的固体颗粒截流，以达到固液或气固分离目的的多孔物统称为过滤介质。滤布是过滤介质的品种之一，它在工业生产的固-液分离中应用很广。在使用滤布的过滤设备中，滤布是过滤设备的心脏，如果没有滤布就无法实现固-液分离。过滤设备能否满意地工作，往往取决于滤布在使用条件下，分离固-液或气-固的性能。在工业生产中，由于需要过滤的物料性能干差万别，过滤机的型式又各不相同，这就对滤布提出了不同的要求。在确定过滤机型后，必须考虑解决的另一个难题就是选择合适的滤布。多数情况下，滤布在开始使用时阻力较小，随着使用时间的增加以及滤布再生不完全等原因，使其过滤阻力上升，过滤速率明显下降。滤布的种类、材质、结构形式、过滤精度、可靠性、寿命等参数，对过滤机的生产能力、过滤效率、过滤质量、能耗及过滤操作的可行性和经济效益都具有举足轻重的作用。因此，对过滤操作来说，不同的物料(固-液比、固-气比、固相粒子的形状、大小及其分布、密度、可压缩性、电性、液相的粘度、固-液两相的密度差)，不同的分离要求(滤饼的含湿量，滤液中允许的固体粒子大小、多寡、处理量)，应选用刁；同的过滤设备以及能满足生产要求并与设备配套的滤布，才能使过滤过程顺利进行，并最大限度地发挥设备的处理能力，使滤液澄清度、滤饼含液率、固体回收率及单位处理量的成本等综合指标达到最优。
目前工业滤布使用的主要成分有丙纶、涤纶、锦纶等，其中以丙纶和涤纶最为常用，编织方法采用平纹编织和斜纹便是等手段，具有精度高、耐酸碱耐磨等性能。但是目前常用的工业滤布机械强度不高，使用寿命有限，常用的方法是引入高强度的树脂来增加其机械强度，但是这些树脂带来的问题一方面是与常用工业滤布纤维的复合程度不够，影响性能的最大限度发挥，另一方面由于以上组分在织网形成滤布后对于液体过滤产生了较大的阻力，液体透过性显著下降。
发明内容
本发明提供一种改性工业滤布及其制备方法，在提高工业滤布机械性能的基础上进一步提升透水性与使用稳定性。
本发明的实现方案如下：
一种改性工业滤布，由以下重量份计的组分制备而成：聚丙烯6-12份，聚乙烯5-10份，二苯基硅二醇3-6份，PET8-12份，氯磺酸2-3份，抗氧剂0.2-0.5份，聚四氟乙烯乳液6-10份，二氯乙烷40-50份，无水乙醇30-50份，去离子水60-70份。
进一步地，所述抗氧剂可以为抗氧剂BHT。
进一步地，所述聚四氟乙烯乳液的固含量可以为50-60％。
所述的改性工业滤布的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，将聚丙烯和聚乙烯粉碎，得到粉末，然后加入到去离子水中，加热煮沸，保持10-15分钟，过滤，加入到无水乙醇中，在40-50℃条件下搅拌5-10分钟，过滤后烘干，得到混合粉末；
步骤2，将混合粉末加入到二氯乙烷中，加入氯磺酸，在氮气保护条件下加热至70-75℃，反应40-50分钟，然后使用溶剂清洗后干燥，得到改性混合物；
步骤3，将改性混合物、PET、聚四氟乙烯乳液和二苯基硅二醇混合，在真空条件下以3-5℃/分钟的升温速度加热至80-90℃，反应30-40分钟，降至室温，得到反应混合物；
步骤4，将反应混合物与抗氧剂混合，通过双螺杆挤出机熔融挤压，然后将熔体挤压至纺丝箱进行喷丝；
步骤5，将喷丝进行冷却定型，得到网丝；
步骤6，将网丝进行经线与纬线的排列后进行织网，得到改性工业滤布。
进一步地，步骤1中粉碎得到粉末的粒径为1mm以下。
进一步地，步骤1中烘干的温度为100-120℃。
进一步地，步骤2中溶剂为丙酮或环己酮。
进一步地，步骤3中真空条件的真空度为0.02-0.04MPa。
进一步地，步骤4中喷丝的线径为0.2-0.3mm。
进一步地，步骤6中经线线径为0.15-0.18mm，纬线线径为0.2-0.3mm；织网后的经密为20-23根/cm，纬密为7-10根/cm。
本发明提供的改性工业滤布，通过将聚乙烯、聚丙烯和PET相结合，通过聚乙烯、聚丙烯的复合磺化改性一定程度上提升了滤布浸水性，使得滤布更容易浸润液体，同时通过二苯基硅二醇和PET和聚四氟乙烯乳液进行混合二次改性，在高温真空条件下磺化改性后的聚乙烯、聚丙烯和二苯基硅二醇以及聚四氟乙烯乳液发生不可逆反应，产生组分间的互聚，改善了材料的可塑性，同时进一步提高了制备得到滤布后的液体透过性，降低了过滤堵塞问题，提高了滤布的强度。
本发明制备方法中通过聚乙烯、聚丙烯的复合磺化，控制磺化反应温度70-75℃，反应时间40-50分钟，得到的磺化混合物具有特定的亲水性，使得最终制备得到的工业滤布具有较好的侵水性，能够使得过滤的液体迅速渗透，但同时磺化程度不高，这样易于后期磺化混合物与二苯基硅二醇、PET和聚四氟乙烯乳液的二次混合改性。
本发明中采用聚乙烯、聚丙烯两种组分进行同时磺化改性，通过特定参数控制磺化效率，然后将混合组分进行二次改性，在高温真空条件下二苯基硅二醇渗透到聚乙烯、聚丙烯和PET的非晶区，协同聚四氟乙烯乳液在液体环境下通过高温相转变过程中形成大分子链自由基，实现了各组分间的互聚，最终提升了滤布的液体浸润性以及液体透过性。而对于聚乙烯和聚丙烯的磺化改性来讲，本发明的磺化过程及参数控制实现了磺化改性与组分互聚的兼顾，磺化温度太高或磺化时间过长均会影响到后期二次混合改性的效果，进而影响最终制备得到的滤布的特性。
本发明提供的改性工业滤布，经过二次改性后的混合组分在纺丝后形成的网丝，具有亲水性，织网后形成的滤布具有优良的液体通过性，同时具有良好的耐酸碱性以及机械强度，同时对于环境的影响变化很小。
具体实施方式：
实施例1
本实施例提供一种改性工业滤布，由以下重量份计的组分制备而成：聚丙烯6份，聚乙烯5份，二苯基硅二醇3份，PET8份，氯磺酸2份，抗氧剂BHT0.2份，聚四氟乙烯乳液(固含量50％)6份，二氯乙烷40份，无水乙醇30份，去离子水60份。
以上所述的改性工业滤布的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，将聚丙烯和聚乙烯粉碎至粒径1mm以下，得到粉末，然后加入到去离子水中，加热煮沸，保持10分钟，过滤，加入到无水乙醇中，在40℃条件下搅拌5分钟，过滤后烘干，烘干的温度为100℃，得到混合粉末；
步骤2，将混合粉末加入到二氯乙烷中，加入氯磺酸，在氮气保护条件下加热至70℃，反应40分钟，然后使用丙酮或环己酮清洗后干燥，得到改性混合物；
步骤3，将改性混合物、PET、聚四氟乙烯乳液和二苯基硅二醇混合，在真空度为0.02MPa的真空条件下以3℃/分钟的升温速度加热至80℃，反应30分钟，降至室温，得到反应混合物；
步骤4，将反应混合物与抗氧剂混合，通过双螺杆挤出机熔融挤压，然后将熔体挤压至纺丝箱进行喷丝，线径为0.2-0.3mm；
步骤5，将喷丝进行冷却定型，得到网丝；
步骤6，将网丝进行经线与纬线的排列后进行织网，经线线径为0.15-0.18mm，纬线线径为0.2-0.3mm；织网后的经密为20-23根/cm，纬密为7-10根/cm，得到改性工业滤布。
实施例2
一种改性工业滤布，由以下重量份计的组分制备而成：聚丙烯8份，聚乙烯7份，二苯基硅二醇4份，PET9份，氯磺酸3份，抗氧剂BHT0.3份，聚四氟乙烯乳液(固含量55％)8份，二氯乙烷43份，无水乙醇40份，去离子水65份。
以上所述的改性工业滤布的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，将聚丙烯和聚乙烯粉碎至粒径1mm以下，得到粉末，然后加入到去离子水中，加热煮沸，保持12分钟，过滤，加入到无水乙醇中，在45℃条件下搅拌7分钟，过滤后烘干，烘干的温度为105℃，得到混合粉末；
步骤2，将混合粉末加入到二氯乙烷中，加入氯磺酸，在氮气保护条件下加热至72℃，反应43分钟，然后使用丙酮或环己酮清洗后干燥，得到改性混合物；
步骤3，将改性混合物、PET、聚四氟乙烯乳液和二苯基硅二醇混合，在真空度为0.03MPa的真空条件下以4℃/分钟的升温速度加热至84℃，反应35分钟，降至室温，得到反应混合物；
步骤4，将反应混合物与抗氧剂混合，通过双螺杆挤出机熔融挤压，然后将熔体挤压至纺丝箱进行喷丝，线径为0.2-0.3mm；
步骤5，将喷丝进行冷却定型，得到网丝；
步骤6，将网丝进行经线与纬线的排列后进行织网，经线线径为0.15-0.18mm，纬线线径为0.2-0.3mm；织网后的经密为20-23根/cm，纬密为7-10根/cm，得到改性工业滤布。
实施例3
一种改性工业滤布，由以下重量份计的组分制备而成：聚丙烯10份，聚乙烯8份，二苯基硅二醇5份，PET10份，氯磺酸3份，抗氧剂BHT0.4份，聚四氟乙烯乳液(固含量58％)9份，二氯乙烷47份，无水乙醇45份，去离子水66份。
以上所述的改性工业滤布的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，将聚丙烯和聚乙烯粉碎至粒径1mm以下，得到粉末，然后加入到去离子水中，加热煮沸，保持13分钟，过滤，加入到无水乙醇中，在48℃条件下搅拌7分钟，过滤后烘干，烘干的温度为110℃，得到混合粉末；
步骤2，将混合粉末加入到二氯乙烷中，加入氯磺酸，在氮气保护条件下加热至75℃，反应46分钟，然后使用丙酮或环己酮清洗后干燥，得到改性混合物；
步骤3，将改性混合物、PET、聚四氟乙烯乳液和二苯基硅二醇混合，在真空度为0.03MPa的真空条件下以5℃/分钟的升温速度加热至86℃，反应37分钟，降至室温，得到反应混合物；
步骤4，将反应混合物与抗氧剂混合，通过双螺杆挤出机熔融挤压，然后将熔体挤压至纺丝箱进行喷丝，线径为0.2-0.3mm；
步骤5，将喷丝进行冷却定型，得到网丝；
步骤6，将网丝进行经线与纬线的排列后进行织网，经线线径为0.15-0.18mm，纬线线径为0.2-0.3mm；织网后的经密为20-23根/cm，纬密为7-10根/cm，得到改性工业滤布。
实施例4
一种改性工业滤布，由以下重量份计的组分制备而成：聚丙烯12份，聚乙烯10份，二苯基硅二醇6份，PET12份，氯磺酸3份，抗氧剂BHT0.5份，聚四氟乙烯乳液(固含量60％)10份，二氯乙烷50份，无水乙醇50份，去离子水70份。
以上所述的改性工业滤布的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，将聚丙烯和聚乙烯粉碎至粒径1mm以下，得到粉末，然后加入到去离子水中，加热煮沸，保持15分钟，过滤，加入到无水乙醇中，在50℃条件下搅拌10分钟，过滤后烘干，烘干的温度为120℃，得到混合粉末；
步骤2，将混合粉末加入到二氯乙烷中，加入氯磺酸，在氮气保护条件下加热至75℃，反应50分钟，然后使用丙酮或环己酮清洗后干燥，得到改性混合物；
步骤3，将改性混合物、PET、聚四氟乙烯乳液和二苯基硅二醇混合，在真空度为0.04MPa的真空条件下以5℃/分钟的升温速度加热至90℃，反应40分钟，降至室温，得到反应混合物；
步骤4，将反应混合物与抗氧剂混合，通过双螺杆挤出机熔融挤压，然后将熔体挤压至纺丝箱进行喷丝，线径为0.2-0.3mm；
步骤5，将喷丝进行冷却定型，得到网丝；
步骤6，将网丝进行经线与纬线的排列后进行织网，经线线径为0.15-0.18mm，纬线线径为0.2-0.3mm；织网后的经密为20-23根/cm，纬密为7-10根/cm，得到改性工业滤布。
对以上实施例提供的改性工业滤布进行性能测试，其中对于透气量与透水量来讲，不仅与滤布本身使用的材料有关，也与滤布编织过程中经线与纬线的编织密度有关，以下中测定了按照本发明提供的编织密度得到的滤布的性能数据以及进行的平行对比，具体如下：
(1)干热收缩率：将待测样品在100℃条件下放置50分钟，测定其长度变化率。
(2)湿热收缩率：将待测样品在100℃的水中放置50分钟，测定其长度变化率。
(3)透气量：室温下将待测样品在气压125Pa的条件下测试单位面积上每秒的通气量，同一样品测试过程中取不同的经、纬的测试点，测试3次以上取平均值，单位为cm3/(cm2·s)。
(4)透水量：常温下使得滤布两侧形成一定的压差(125Pa)，通过测定一定时间内透过单位面积滤布的水的质量，可以得到对应的透水率，通过不同经、纬测量点测定3次以上取平均值，单位为cm3/(cm2·s)。
测试结果如下：
从以上结果可以看出，以上实施例提供的改性工业滤布干热收缩率与湿热收缩率变化均在1％以内，表明滤布性能稳定，在干热与湿热处理后的通气量与通水量变化均不超过2.5％，因此滤布的使用性能也非常稳定，同时经向与纬向的拉伸断裂强度也分别达到了5800N/5cm与4200N/5cm以上，具有优良的机械强度，同时滤布也具有良好的耐腐蚀性与液体通过性。
本发明提供的的改性工业滤布，通过聚乙烯与聚丙烯的磺化改性提高了亲水性，通过与PET、聚四氟乙烯乳液和二苯基硅二醇的真空加热反应二次改性提升了材料的互聚，提升了材料互溶可塑性，进一步增强最终制备得到工业滤布的机械强度与透水性。
本发明提供的改性工业滤布，在制备过程中控制反应温度70-75℃，反应时间40-50分钟，得到的磺化混合物的磺化率为0.3-0.4％，改善了亲水性，同时有利于后期各组分的二次改性聚合，在具备亲水性的基础上进一步增强机械可塑性与透水性。
本发明通过试验发现，在制备过程中不进行二次改性，及不在真空条件下加热反应，直接纺丝后织网得到滤布，经过同样制备参数控制得到的滤布，其透水量相比经过二次改性后得到的滤布透水量下降了15％以上，透水时相比二次改性后的滤布带有一定的阻尼感。

Claims (7)

1. 一种改性工业滤布，其特征在于，由以下重量份计的组分制备而成：聚丙烯6-12份，聚乙烯5-10份，二苯基硅二醇3-6份，PET 8-12份，氯磺酸2-3份，抗氧剂0.2-0.5份，聚四氟乙烯乳液6-10份，二氯乙烷40-50份，无水乙醇30-50份，去离子水60-70份；聚四氟乙烯乳液的固含量为50-60%；
所述的改性工业滤布的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，将聚丙烯和聚乙烯粉碎，得到粉末，然后加入到去离子水中，加热煮沸，保持10-15分钟，过滤，加入到无水乙醇中，在40-50℃条件下搅拌5-10分钟，过滤后烘干，得到混合粉末；
步骤2，将混合粉末加入到二氯乙烷中，加入氯磺酸，在氮气保护条件下加热至70-75℃，反应40-50分钟，然后使用溶剂清洗后干燥，得到改性混合物；
步骤3，将改性混合物、PET、聚四氟乙烯乳液和二苯基硅二醇混合，在真空条件下以3-5℃/分钟的升温速度加热至80-90℃，反应30-40分钟，降至室温，得到反应混合物；
步骤4，将反应混合物与抗氧剂混合，通过双螺杆挤出机熔融挤压，然后将熔体挤压至纺丝箱进行喷丝；
步骤5，将喷丝进行冷却定型，得到网丝；
步骤6，将网丝进行经线与纬线的排列后进行织网，得到改性工业滤布；
其中步骤3中真空条件的真空度为0.02-0.04MPa。
2.根据权利要求1所述的改性工业滤布，其特征在于，抗氧剂为抗氧剂BHT。
3.根据权利要求1所述的改性工业滤布，其特征在于，步骤1中粉碎得到粉末的粒径为1mm以下。
4.根据权利要求1所述的改性工业滤布，其特征在于，步骤1中烘干的温度为100-120℃。
5.根据权利要求1所述的改性工业滤布，其特征在于，步骤2中溶剂为丙酮或环己酮。
6.根据权利要求1所述的改性工业滤布，其特征在于，步骤4中喷丝的线径为0.15-0.3mm。
7.根据权利要求1所述的改性工业滤布，其特征在于，步骤6中经线线径为0.15-0.18mm，纬线线径为0.2-0.3mm；织网后的经密为20-23根/cm，纬密为7-10根/cm。
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