CN107447363A - 一种用于高温过滤的液晶高分子熔喷无纺布的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种用于高温过滤的液晶高分子熔喷无纺布的制备方法，用以解决了现有技术中常规熔喷无纺布熔点低、热稳定性差不能用于高温领域的问题。将经过真空干燥处理的液晶高分子和助剂送入到螺杆挤出机中，熔融后经计量泵送入到喷丝模头，熔体从喷丝模头挤出后受到高速热空气牵伸，形成的纤维收集在成网帘上，在经过后处理制备得到熔喷无纺布。本发明提供一种可用于高温过滤且具有优异过滤效果的液晶高分子熔喷无纺布，本发明所用的液晶高分子的熔融粘度低，且分子链可沿外力方向高度取向，可形成纤维直径较细（0.2‑10μm）、强力较高（断裂强力大于45N）的无纺布材料。

Description

一种用于高温过滤的液晶高分子熔喷无纺布的制备方法
技术领域
本发明涉及纺织材料领域，特别是指一种用于高温过滤的液晶高分子熔喷无纺布的制备方法。
背景技术
水泥厂、热电厂、垃圾焚烧厂等企业排放出的高温粉尘气体是当前主要的大气污染源，也是造成雾霾天气的主要元凶。国家相关法规要求上述相关企业必须对高温粉尘气体进行过滤除尘后再进行排放，而袋式除尘器是目前应用最多、最普遍的除尘设备。用于袋式除尘器制备的纤维主要是聚苯硫醚纤维、聚四氟乙烯纤维、聚酰亚胺纤维、玻璃纤维和玄武岩纤维等耐高温性能优异的纤维。这些纤维或他们的混合纤维经过梳理成网再经水刺、针刺等方式加固后制作成除尘布。
与针刺、水刺无纺布相比，熔喷无纺布具有纤维细度小，孔隙结构繁多，比表面积大等特点，非常适合用于气体、液体过滤领域。然而，常规熔喷无纺布大多由聚丙烯制备得到，其较低的熔点(160℃)和较差的热稳定性能使其不能够用于高温(>120℃)过滤领域。聚苯硫醚，聚四氟乙烯等耐高温塑料虽可以进行热塑性加工，但其流动性太差，不能用于熔喷生产制备超细纤维无纺布。因此，开发用于高温过滤的熔喷无纺布是非常有必要的。
发明内容
本发明提出一种用于高温过滤的液晶高分子熔喷无纺布的制备方法，解决了现有技术中常规熔喷无纺布熔点低、热稳定性差不能用于高温领域的问题。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种用于高温过滤的液晶高分子熔喷无纺布，其中液晶高分子由芳香族羟基酸、芳香族二酚和芳香族二酸经熔融缩聚制备得到。
熔融缩聚可将含有羟基单体乙酰化后再与其他单体在惰性气体和催化剂存在下进行聚合，也可将酰化试剂乙酸酐加入到单体中先进行乙酰化，然后升温在惰性气体氛围和金属醋酸盐或甲基咪唑催化剂下进行缩聚反应。为了得到高分子量的液晶高分子，在缩聚完成后对体系施加1-5小时的真空环境(20-1000Pa)，进一步使小分子副产物逸出，达到提升聚合度的目的。液晶高分子分子量的提升也可以通过在低于熔融温度20-50℃下进行固相缩聚达到。固相缩聚可在惰性气体如氮气氛围下进行也可在真空氛围下进行。
为制备能应用在高温环境(大于160℃)下的熔喷无纺布过滤材料，液晶高分子的熔点应大于250℃，熔融指数大于100g/10min(熔融指数的测试温度为液晶高分子的熔点+20℃)。
液晶高分子构成单体中，所述的芳香族羟基酸单体为中的一种或任意两种组合，其含量为40-100mol％。
所述的芳香族二酚为中的一种或任意两种的组合，其含量为0-30mol％。
所述的芳香族二酸为中的一种或任意两种的组合，其含量为0-30mol％。
液晶高分子优选由和组成的Vectra液晶高分子。
本发明还提供了一种高温过滤的液晶高分子无纺布的制备方法，过程为，将经过真空干燥处理的液晶高分子和助剂送入到螺杆挤出机中，熔融后经计量泵送入到喷丝模头，熔体从喷丝模头挤出后受到高速热空气牵伸，形成的纤维收集在成网帘上，在经过后处理制备得到熔喷无纺布。
为避免由于水分引起的加工降解，所述的真空干燥处理温度为100-150℃，处理时间为8-24h。
所述的助剂为抗氧化剂，其用量为总质量的0.01-0.5％。
所述的螺杆挤出机为5区加热，加热温度范围分别为150-220℃，200-260℃，240-300℃，280-320℃和300-350℃，所述的熔喷模头温度为300-350℃。
所述的高速热空气的温度为310-360℃，压力为0.1-0.8MPa。
为进一步提升液晶高分子熔喷无纺布的强度，提高在高温高速气体下的使用寿命，需对无纺布进行针刺加固处理，针刺可分为预针刺、倒针刺、主针刺三道工序，根据产品使用条件，可选择对应的工序，最终制备得到无纺布的克重为20-500g/m2；也可通过热处理2-8h后提高无纺布的强度。
本技术方案能产生的有益效果在于：
(1)本发明提供一种可用于高温过滤且具有优异过滤效果的液晶高分子熔喷无纺布，本发明所用的液晶高分子的熔融粘度低，且分子链可沿外力方向高度取向，可形成纤维直径较细(0.2-10μm)、强力较高(断裂强力大于45N)的无纺布材料。
(2)液晶高分子具有力学性能优异、流动性好、热稳定性突出等特点，无纺布材料纤维细度小，耐热稳定性好，过滤效率优异(>92％)；液晶高分子的熔点处于260-340℃，热分解温度大于450℃，制备得到的无纺布可在150-220℃下长期使用。
(3)本发明采用熔融缩聚的方法，该方法可将含有羟基单体乙酰化后再与其他单体在惰性气体和催化剂存在下进行聚合，也可将酰化试剂乙酸酐加入到单体中先进行乙酰化，然后升温在惰性气体氛围下进行缩聚反应。为了得到高分子量的液晶高分子，在缩聚完成后对体系施加1-5小时的真空环境(20-1000Pa)，进一步使小分子副产物逸出，达到提升聚合度的目的。
附图说明
图1为无纺布的微观形貌图。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1-7，一种用于高温过滤的液晶高分子熔喷无纺布，所用液晶高分子的结构式见表1。
本发明所用的液晶高分子的聚合工艺如下：
实施例1的液晶高分子：将单体6-羟基-2-萘甲酸和对羟基苯甲酸分别与过量乙酸酐反应，经水洗、提纯和干燥处理后得到6-乙酰氧基-2-萘甲酸(ANA)和对乙酰氧基苯甲酸(ABA)。将ABA与ANA按照摩尔比70:30加入反应器中，醋酸锌作为催化剂，用量为单体总质量的0.2％。用氮气排除反应体系空气后，升温至250℃，保持3h，接着在1h内升温至280℃，保持1.5h，之后升温至320℃，30min后停止充入氮气，对体系施加真空氛围，真空度为50Pa，继续反应2h后即可制备得到实施例1的液晶高分子。
实施例2的液晶高分子：将单体对羟基苯甲酸、联苯二酚和2,6-萘二甲酸按摩尔比40:30:30与过量乙酸酐加入到反应器中，甲基咪唑作为催化剂，用量为单体总质量的0.1％。用氮气排除反应体系空气后，升温至150℃，保持3h进行乙酰化反应，接着升温至220℃，保持1.5h，之后升温至300℃，保持3h，最后升温至330℃，30min后停止充入氮气，对体系施加真空氛围，真空度为20Pa，继续反应5h后即可制备得到实施例2的液晶高分子。
实施例3的液晶高分子：将6-羟基-2-萘甲酸和对苯二酚分别与过量乙酸酐反应，经水洗、提纯和干燥处理后得到6-乙酰氧基-2-萘甲酸(ANA)和4,4-二乙酰氧基苯(BPP)。将单体ANA、BPP与2,6-萘二甲酸(DNA)按照摩尔比50:25:25加入反应器中，醋酸钠作为催化剂，用量为单体总质量的0.5％。用氮气排除反应体系空气后，升温至230℃，保持2h，接着在1h内升温至270℃，保持3h，之后升温至300℃，1h后停止充入氮气，对体系施加真空氛围，真空度为100Pa，继续反应2h后即可制备得到实施例3的液晶高分子。
实施例4的液晶高分子：将单体对羟基苯甲酸、香草酸、间苯二甲酸和4,4’-二羟基二苯甲酮按摩尔比50:10:20:20与过量乙酸酐加入到反应器中，甲基咪唑作为催化剂，用量为单体总质量的0.2％。用氮气排除反应体系空气后，升温至130℃，保持3h进行乙酰化反应，接着升温至240℃，保持3h，之后升温至300℃，继续反应2h，最后升温至315℃，1h后停止充入氮气，对体系施加真空氛围，真空度为20Pa，继续反应1h后即可制备得到实施例4的液晶高分子。
实施例5的液晶高分子：将对羟基苯甲酸和2,6-萘二酚分别与过量乙酸酐反应，经水洗、提纯和干燥处理后得到6-乙酰氧基-2-萘甲酸(ANA)和2,6-二乙酰氧基萘(BAN)。将单体ANA、BAN与2,6-萘二甲酸(DNA)、联苯二甲酸(BPA)按照摩尔比70:15:5:10加入反应器中，醋酸镁作为催化剂，用量为单体总质量的0.3％。用氮气排除反应体系空气后，升温至280℃，保持2h，接着在1h内升温至310℃，保持3h，之后升温至340℃，30min后停止充入氮气，对体系施加真空氛围，真空度为500Pa，继续反应2h后即可制备得到实施例5的液晶高分子。
实施例6的液晶高分子：将对羟基苯甲酸、2,6-萘二酚、4,4’-二羟基二苯甲酮、分别与过量乙酸酐反应，经水洗、提纯和干燥处理后得到4-乙酰氧基苯甲酸(ABA)、2,6-二乙酰氧基萘(BAN)和4,4’-二乙酰氧基二苯甲酮(DPK)。将单体ABA、BNA、DPK与4,4’-二苯醚二甲酸(ODA)按照摩尔比60:10:10:20加入反应器中，醋酸镁作为催化剂，用量为单体总质量的0.5％。用氮气排除反应体系空气后，升温至260℃，保持3h，接着在1h内升温至290℃，保持2h，之后升温至330℃，30min后停止充入氮气，对体系施加真空氛围，真空度为1000Pa，继续反应4h后即可制备得到实施例6的液晶高分子。
实施例7的液晶高分子：将6-羟基-2-萘甲酸，联苯二酚，10-(2,5-二羟基苯基)-10-氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物和对苯二甲酸按照摩尔比40:10:20:30与过量乙酸酐反应，加入到反应器中，甲基咪唑作为催化剂，用量为单体总质量的0.1％。用氮气排除反应体系空气后，升温至150℃，保持3h进行乙酰化反应，接着升温至200℃，保持1.5h，之后升温至250℃，继续反应2h，最后升温至300℃，2h后停止充入氮气，对体系施加真空氛围，真空度为20Pa，继续反应5h后即可制备得到实施例7的液晶高分子。
表1
表2为液晶高分子的抗氧剂的使用量以及烘燥的温度和时间。
表2
用于高温过滤液晶高分子无纺布的制备方法，具体为将表1中的液晶高分子按照表2中的真空干燥时间和温度进行处理后与抗氧化剂一起送入到螺杆挤出机中，熔融后经计量泵送入到喷丝模头，熔体从喷丝模头挤出后受到高速热空气牵伸，形成的纤维收集在成网帘上，经过针刺处理后制备得到熔喷无纺布。螺杆分5区加热，各区、熔喷模头及热空气温度和压力列于表3中。
表3熔喷工艺条件参数
表4液晶高分子熔喷无纺布的性能。
由表4可知本发明制备的液晶高分子熔喷无纺布不易断裂、耐热温度高于120℃，过滤高效，具有突出的优异特点。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于高温过滤的液晶高分子熔喷无纺布的制备方法，其特征在于步骤如下：
S1.经过真空干燥处理的液晶高分子和助剂送入到螺杆挤出机中，在螺杆挤出机中熔融后得熔体；
S2.熔体通过计量泵送入到喷丝模头，熔体从喷丝模头挤出后，受热空气牵伸，形成的纤维；
S3.在成帘网上将步骤S2中的纤维收集，收集的纤维经后处理得到液晶高分子熔喷无纺布。
2.如权利要求1所述的一种用于高温过滤的液晶高分子熔喷无纺布的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中液晶高分子的制备方法为：取一定量的芳香族羟基酸、芳香族二酚和芳香族二酸的混合物，经熔融缩聚制备得到，其中，液晶高分子熔融温度高于250℃，熔融指数大于100g/10min。
3.如权利要求2所述的一种用于高温过滤的液晶高分子熔喷无纺布的制备方法，其特征在于：所述芳香族羟基酸为中的一种或任意两种的组合，以混合物的总物质的量为基准，芳香族羟基酸的含量为40-100mol％。
4.如权利要求2所述的一种用于高温过滤的液晶高分子熔喷无纺布的制备方法，其特征在于：所述芳香族二酚为中的一种或任意两种的组合，以混合物的总物质的量为基准，芳香族二酚的含量为0-30mol％。
5.如权利要求2所述的一种用于高温过滤的液晶高分子熔喷无纺布的制备方法，其特征在于：所述芳香族二酸为中的一种或任意两种组合，以混合物的总物质的量为基准，芳香族二酸的含量为0-30mol％。
6.如权利要求1所述的一种用于高温过滤的液晶高分子熔喷无纺布的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中助剂为抗氧化剂，其用量为总质量的0.01-0.5％wt。
7.如权利要求1所述的一种用于高温过滤的液晶高分子熔喷无纺布的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中真空干燥的处理温度为100-150℃，处理时间为8-24h。
8.如权利要求1所述的一种用于高温过滤的液晶高分子熔喷无纺布的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中螺杆挤出机为5区加热，加热温度范围分别为150-220℃、200-260℃、240-300℃、280-320℃和300-350℃。
9.如权利要求1所述的一种用于高温过滤的液晶高分子熔喷无纺布的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中熔喷模头温度为300-350℃；热空气的温度为310-360℃，压力为0.1-0.8MPa。
10.如权利要求1所述的一种用于高温过滤的液晶高分子熔喷无纺布的制备方法，其特征在于：所述步骤S3中后处理为针刺加固，最终得到的无纺布的克重为20-500g/m2。
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