CN107961619B

CN107961619B - 多功能覆膜滤料的制备方法

Info

Publication number: CN107961619B
Application number: CN201711303767.1A
Authority: CN
Inventors: 项朝卫; 白亚飞; 徐正琦; 赵绪忠; 沈维海; 李卓; 钱明亮; 绪超
Original assignee: Sinoma Technology Membrane Material Shandong Co ltd
Current assignee: SINOMA TECHNOLOGY MEMBRANE MATERIAL (SHANDONG) Co.,Ltd.
Priority date: 2017-12-11
Filing date: 2017-12-11
Publication date: 2021-02-09
Anticipated expiration: 2037-12-11
Also published as: CN107961619A

Abstract

本发明涉及多功能覆膜滤料的制备方法。在超声波纳米分散机中依次加入助挤剂、分散剂、纳米催化剂、ePTFE粉末，经由化学的物理的协同分散作用配制成均匀的悬浮液，再经过真空抽吸控制膏状物中助挤剂的含量，最后膏状物经打坯、推挤、压延、脱脂、纵拉、横拉、烧结等工序制造成膜。再将该膜经裂膜法制成含有催化剂的纤维，经开松、输送、梳理、铺网、针刺成毡，并与多功能ePTFE微孔膜经高温热压复合成多功能覆膜滤料。利用本发明的耐磨ePTFE微孔膜制造的覆膜滤料过滤效率高、处理风量大、使用生命长、运行成本低；实现了除尘与有害气体催化一体化极大地节省了投资、简化了管理、提高了烟气的净化效率。

Description

多功能覆膜滤料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种多功能ePTFE微孔膜、覆膜滤料及其制备方法。

背景技术

随着世界性对环保要求的高度重视，对工业烟尘排放的标准越来越严格。不仅仅严格控制烟气中的微尘排放量，而且还要同时除去烟气中的有害气体。粉尘控制排放最先进的过滤材料是覆膜滤料，由于其一改过去深层过滤为表面过滤，具有清灰容易、风阻低、风速高、过滤效率高、运行成本低、使用寿命长的特点，在大气除尘行业得到了越来越广泛的应用，尤其是在火力发电行业，电除尘被覆膜滤料袋除尘取代已是不可阻挡的趋势；而烟气中有害气体的处理目前采用的多是活性炭吸附、反应物注入或催化反应器设备，设备复杂，占地面积广，前期投资费用大，运行成本高，处理效果不理想。市场亟需烟气除尘和有害气体处理合二为一的滤料，如果覆膜滤料能够具有这种多功能性，将为我国的环保事业做出巨大的贡献。

覆膜滤料是由机织布基材尤其是玻璃纤维机织布或非织造布基材、ePTFE微孔膜经高温热压或胶黏剂粘合而成。基材主要起支撑作用，并没有赋予它更多的功能，存在着资源浪费的问题；粉尘过滤主要由ePTFE微孔膜承担，也没有赋予其更多的功能。单一除尘的ePTFE微孔膜由于孔隙率高、孔径小、耐高温、防水、耐酸碱腐蚀等优异性能，深受用户欢迎。然而，ePTFE微孔膜也有它的缺点：膜厚度较薄，多数为5μm厚，很少一部分为10μm厚，再加上较高的孔隙率，膜的耐粉尘冲刷性即耐磨性较差，一旦ePTFE微孔膜遭到破坏，则过滤将失效。覆膜滤料的长期使用跟踪中发现，ePTFE微孔膜的损害现象在一些烟尘颗粒较粗糙的行业经常出现，造成烟尘排放失控，给企业和环境带来很大负面效应。这引起了覆膜滤料制造商家的高度重视，经过分类分析研究得知，ePTFE微孔膜的损坏状态最终多为粉碎的片状鱼鳞，这说明ePTFE微孔膜的力学强度经不住烟气中粉尘颗粒的长期冲刷而碎裂了。因此，开发一种高耐冲刷即耐磨的ePTFE微孔膜应用于覆膜滤料，已经刻不容缓。

在ePTFE粉料中填入带电粒子或微细粉粒以改变ePTFE微孔膜的性能的技术已见诸报道，然则那种直接把粉末放进ePTFE粉末中共混的技术存在一个最大的问题：即无法将两种粉料均匀混合，尤其是纳米材料的分散问题是制约两种材料均匀混合的技术瓶颈，因此用混合料制造的的ePTFE微孔膜有如下问题：不能拉伸较薄的膜，否则出现大量孔洞；颗粒物在膜中的分布不均匀，结果导致ePTFE微孔膜厚度不均匀、孔隙率不均匀、孔径尺寸分布不均匀和力学性能不均匀，更有甚至使得膜面产生许多巨大的空洞而无法使用。究其原因，之所以微细颗粒物与ePTFE粉末不能均匀混合，一是微细颗粒物自身的团聚性，二是ePTFE粉末本身的团聚性。这是亟待解决的一个大问题。

发明内容

本发明采用以下技术方案：多功能覆膜滤料的制备方法，包括如下步骤：

A．将所需的助挤剂、分散剂、纳米催化剂、ePTFE粉末按比例称好待用；

B. 在超声波纳米分散机中依次加入称好的助挤剂、分散剂、纳米催化剂、ePTFE粉末，经协同分散作用配制成均匀的悬浮液；

C．将上述悬浮液真空抽吸，控制膏状物中助挤剂和分散剂的含量；

D．将上述膏状物利用现有ePTFE微孔膜制造技术经打坯、推挤、压延、脱脂、纵拉、横拉、烧结工序制成多功能ePTFE微孔滤膜；

E．将步骤D制备好的多功能ePTFE微孔膜采用现有的裂膜法制造技术拉制成含有催化剂的ePTFE纤维；

F．采用现有的针刺毡制造技术经过开松、输送、梳理、铺网、针刺工序将含有催化剂的ePTFE纤维制成针刺毡；

G．采用现有高温热压覆膜技术，将步骤D制备的多功能ePTFE微孔滤膜和步骤F制备的多功能ePTFE纤维针刺毡复合成多功能覆膜滤料，即成。

作为本发明进一步的方案，所述纳米催化剂为陶瓷、过渡金属、贵金属和稀土复配而成的高温或低温催化剂。

作为本发明进一步的方案，助挤剂为石蜡油、煤油、汽油、乙醇、丙醇、丁醇、异丙醇的醇类、正烷烃与异构烷烃溶剂及同ePTFE粉末表面张力接近的阳离子和非离子及阴离子表面活性剂。

作为本发明进一步的方案，分散剂为全氟羧酸、全氟聚醚、硬脂酸、十二烷酸、焦磷酸钠与偏磷酸钠和水玻璃的无机电解质、醇类、阴离子及阳离子与非离子面活性剂（长链脂肪酸、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基本磺酸钠）、聚合物电解质或高分子分散剂（九水合硅酸钠、聚丙烯酰胺、聚甲基丙烯酸、聚甲基丙烯酸铵、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯），或是两种以上的分散剂的复合分散剂。

作为本发明进一步的方案，步骤A 中助挤剂与分散剂总量是纳米催化剂和ePTFE粉末总量的2～5倍。

作为本发明进一步的方案，超声波纳米材料分散机（固/液）工艺参数设定为温度2～18℃，较好的是2～15℃，最好的是3～12℃；超声波频率10～50HZ，较好的是15～45HZ，最好的是15～40HZ；超声波功率80～5000W，较好的是100～4000W，最好的是150～3500W；启动超声波纳米分散机。

作为本发明进一步的方案，步骤B中，加入助挤剂、分散剂、纳米催化剂、ePTFE粉末的均化时间为5～60分钟，较好的是10～60分钟，最好的是20～60分钟。

作为本发明进一步的方案，加入助挤剂、分散剂、纳米催化剂、ePTFE粉末的均化时间为20～60分钟。

作为本发明进一步的方案，步骤C控制膏状物中助挤剂和分散剂的含量为15～50%，较好的是16～45%，最好的是18～38%。

作为本发明进一步的方案，步骤D的工艺参数为：压延带厚度为40～400μm，较好的是50～350μm，最好的是60～300μm；纵拉倍数为2～18倍，较好的为2～15倍，最好的为3～12倍；纵拉温度120～350℃，较好的150～320℃，最好的为180～300℃；横拉倍数为3～28倍，较好的为3～20倍，最好的为3～18倍；横拉温度150～380℃，较好的为180～360℃，最好的是200～340℃；烧结温度340～500℃，较好的是360～450℃，最好的是380～450℃。

本发明的有益效果是：本发明有效地解决了如下两个问题：

1、现有ePTFE粉末与纳米氧化颗粒均匀分散的问题、ePTFE微孔膜不耐粉尘颗粒冲刷而碎裂导致覆膜滤料过滤失效或寿命较短的问题、现有ePTFE微孔滤膜只能除尘不能催化有害气体的问题；

2、现有覆膜滤料只能除尘不能同时催化烟气中有害气体的问题；

利用本发明的耐磨ePTFE微孔膜制造的覆膜滤料过滤效率高、处理风量大、使用生命长、运行成本低；实现了除尘与有害气体催化一体化极大地节省了投资、简化了管理、提高了烟气的净化效率；本发明的多功能ePTFE微孔膜和多功能覆膜滤料制备方法简单，所用分散与混料设备性能精度要求高，工艺过程控制精细。

附图说明

图1是催化剂含量为2%的耐磨ePTFE微孔膜的放大到2000倍电子扫描显微镜图片。

图2是催化剂含量为2%的耐磨ePTFE微孔膜的放大到1000倍电子扫描显微镜图片，

图3是催化剂含量为2%的耐磨ePTFE微孔膜的放大到500倍电子扫描显微镜图片。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细阐述。

实施例1

ePTFE粉末选择国外进口，催化剂纳米陶瓷颗粒选用脱硝专用产品，分散剂选择氟化液，助挤剂选择碳氢溶剂油。陶瓷催化剂纳米颗粒占ePTFE粉末的5%（重量百分比），溶剂油和分散剂占ePTFE粉末和纳米颗粒总量的3倍。

首先将助挤剂加入超声波分散机，参数设为：超声波频率38HZ，超声波功率1600W，温度6℃，启动超声波分散机；然后加入分散剂氟化液，均化20分钟；接着加入催化剂纳米陶瓷颗粒均化30分钟；最后加入ePTFE粉末，均化60分钟；利用真空液体抽吸装置控制ePTFE粉料和纳米催化剂颗粒中的分散剂、溶剂油含量为20%、15%。

混好的粉料在20℃下打坯，保压时间15分钟，打坯压力3MPa，速度35mm/min；推挤温度20℃，推挤压力6MPa，推挤速度50mm/min；压延温度20℃，压延速度25米/分，压延带宽250mm，压延带厚度120μm。在温度150℃下脱除润滑脂，250℃纵向拉伸3倍，然后320℃下横向拉伸4倍，并于400℃下烧结定型。

实施例2

除了催化剂纳米材料占ePTFE粉料的重量百分比为4%、真空抽吸后分散剂与溶剂油占ePTFE粉末和纳米材料总量的18%、15%，压延带厚度130μm、纵拉倍数4倍、横向拉伸5倍以外，其余工艺参数与实施例1相同。

实施例3

除了催化剂纳米材料占ePTFE粉料的重量百分比为3%、真空抽吸后分散剂和溶剂油占ePTFE粉末和纳米材料总量的17%、15%压延带厚度140μm、纵拉倍数5倍、横向拉伸6倍以外，其余工艺参数与实施例1相同。

实施例4

除了催化剂纳米材料占ePTFE粉料的重量百分比为2%、真空抽吸后分散剂和溶剂油占ePTFE粉末和纳米材料总量的16%、15%，压延带厚度150μm、纵拉倍数6倍、横向拉伸7倍以外，其余工艺参数与实施例1相同。

实施例5

分散剂配合比例为：异丙醇：丁醇=1:3；异丙醇与丁醇：氟化液=1:3。用这个复合分散剂代替实施例1中的分散剂，其余的工艺、条件完全同实施例1。

实施例6

复合分散剂配合比例：十二烷酸：氟化液=1:3.用这个复合分散剂代替实施例1中的分散剂，其余的工艺、条件完全同实施例1。

实施例1～实施例6实现了纳米颗粒材料在ePTFE粉料中的均匀分散，使得后续的制膜工艺得以顺利进行。

比较例

除了不添加TiO₂纳米材料、不需要配制分散液、溶剂油占ePTFE粉末的29%、压延带厚度130μm、纵向拉伸倍数8、横向拉伸倍数12外，其余工艺参数与实施例1完全相同。

实施例7

采用实施例4中的多功能ePTFE微孔膜进行裂膜法制造纤维，利用该含有催化剂的ePTFE纤维制造成540g/m2的针刺毡，并将按实施例4制造的ePTFE微孔膜利用高温热压工艺覆合成覆膜滤料，脱硝效率按《GB4915-2004水泥工业大气污染物排放标准》检测，达到68%。

。

现将所有实施例1～6和比较例的各项工艺参数的耐磨性能列于表中。

测试标准：瑞士标准SN 198525；仪器型号：Martindale耐磨测试仪；

图1-3是催化剂含量为2%的耐磨ePTFE微孔膜的电子扫描显微镜图片（放大到2000、1000、500倍），图中较大白斑为PTFE纤维节点，其余为起源于节点的细长纤维，纤维上微小不易察觉的光亮星点为催化剂纳米颗粒，它并不占据膜孔的空间，主要吸附在纤维上和节点上，并没有改变ePTFE膜的孔径大小、孔隙率，从而也没有改变膜的透气率和过滤风阻，但确实增强膜的耐磨或乃冲刷性能。

以上所述为本发明较佳实施例，对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，在不脱离本发明的原理与精神的情况下，对实施方式所进行的改变、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围之内。

Claims

1.多功能覆膜滤料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

A.将所需的助挤剂、分散剂、纳米催化剂、ePTFE粉末按比例称好待用；

B.在超声波纳米分散机中依次加入称好的助挤剂、分散剂、纳米催化剂、ePTFE粉末，经协同分散作用配制成均匀的悬浮液；

C.将上述悬浮液真空抽吸，控制膏状物中助挤剂和分散剂的含量；

D.将上述膏状物利用现有ePTFE微孔膜制造技术经打坯、推挤、压延、脱脂、纵拉、横拉、烧结工序制成多功能ePTFE微孔滤膜；

E.将步骤D制备好的多功能ePTFE微孔膜采用现有的裂膜法制造技术拉制成含有催化剂的ePTFE纤维；

F.采用现有的针刺毡制造技术经过开松、输送、梳理、铺网、针刺工序将含有催化剂的ePTFE纤维制成针刺毡；

G.采用现有高温热压覆膜技术，将步骤D制备的多功能ePTFE微孔滤膜和步骤F制备的多功能ePTFE纤维针刺毡复合成多功能覆膜滤料，即成；

所述步骤A中助挤剂与分散剂总量是纳米催化剂和ePTFE粉末总量的2～5倍；

所述步骤C控制膏状物中助挤剂和分散剂的含量为15～50％；

所述步骤D的工艺参数为：压延带厚度为40～400μm；纵拉倍数为2～18倍；纵拉温度120～350℃；横拉倍数为4倍；横拉温度320℃；烧结温度400℃。

2.如权利要求1所述的多功能覆膜滤料的制备方法，其特征在于，所述纳米催化剂为陶瓷、过渡金属、贵金属和稀土复配而成的高温或低温催化剂。

3.如权利要求1所述的多功能覆膜滤料的制备方法，其特征在于，助挤剂为石蜡油、煤油、汽油、乙醇、丙醇、丁醇、异丙醇的醇类、正烷烃与异构烷烃溶剂及同ePTFE粉末表面张力接近的阳离子和非离子及阴离子表面活性剂。

4.如权利要求1所述的多功能覆膜滤料的制备方法，其特征在于，分散剂为全氟羧酸、全氟聚醚、硬脂酸、十二烷酸、焦磷酸钠与偏磷酸钠和水玻璃的无机电解质、醇类、阴离子及阳离子与非离子面活性剂、聚合物电解质或高分子分散剂，或是两种以上的分散剂的复合分散剂。

5.如权利要求1所述的多功能覆膜滤料的制备方法，其特征在于，超声波纳米材料分散机工艺参数设定为温度2～18℃；超声波频率10～50HZ；超声波功率80～5000W；启动超声波纳米分散机。

6.如权利要求1所述的多功能覆膜滤料的制备方法，其特征在于，步骤B中，加入助挤剂、分散剂、纳米催化剂、ePTFE粉末的均化时间为5～60分钟。

7.如权利要求6所述的多功能覆膜滤料的制备方法，其特征在于，加入助挤剂、分散剂、纳米催化剂、ePTFE粉末的均化时间为20～60分钟。