CN108404521A - 一种针刺过滤材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种针刺过滤材料的制备方法，属于过滤材料技术领域。本发明将竹炭纤维和聚合物纤维分别开松后，按质量比1：1～1：2混合，再开松，梳理，针刺，热轧，即得混合纤维过滤材料；按重量份数计，将60～80份乳液，8～10份硅烷偶联剂，8～10份发泡剂搅拌混合，得混合发泡液；将混合发泡液倒在混合纤维过滤材料表面，刮涂，干燥，得预处理纤维过滤材料；将尿素与巴氏芽孢杆菌菌液按体积比1：20～1：30搅拌混合，得混合液；将预处理纤维过滤材料浸泡于混合液中，再加入混合液体积0.1～0.2倍的氯化钙溶液，静置浸泡，取出，干燥，得针刺过滤材料。本发明技术方案制备的针刺过滤材料具有优异的力学性能，阻燃性能及过滤性能的特点。

Description

一种针刺过滤材料的制备方法
技术领域
本发明公开了一种针刺过滤材料的制备方法，属于过滤材料技术领域。
背景技术
过滤就是分离、捕集分散于气体或液体中的颗粒状物质的一个动态过程。过滤材料因其具有较大的内表面和适当的空隙，使之有能力捕获和吸附固体颗粒，并将其从混合物中分离出来。非织造材料一般是应用于过滤材料的较好选择，其主体是由纤维与纤维间互相构成的网状结构，因纤维弯曲使其具有弯曲孔道。同时，纤维与纤维交叉使其有较高的孔隙率。通过纤维原料的选择和加工方式的不同及后整理可以获得不同孔隙率和孔径的材料，这些是制备过滤材料的较理想方法。
环境保护日显重要的今天，人们对冶金、钢铁、发电、碳黑、水泥等行业的高温烟尘过滤，防止大气污染也越来越重视。目前用于耐高温过滤材料一类为机织布，另一类则为非织造布，而针刺非织造布材料以其多呈三维结构，孔隙小而孔隙率大，过滤效率高的特点得到越来越广泛的应用。该类滤料通常是以纤维为原料制成的，各种纤维具有不同的理化特性，在满足温度、湿度，以及耐化学性要求方面各有所长。传统针刺过滤材料采用聚四氟乙烯（PTFE）、聚苯硫醚（PPS）和聚酰亚胺（P84）针刺过滤材料等，这些材料存在着力学性能差及阻燃性能差的缺点。在针刺加固过程中，随着刺针的高速上下往复运动，针尖与钩齿易冲击破坏基布，进而导致滤料强力大幅下降，滤材的使用寿命显著降低。一般来讲，基布在针刺过程的强力保持与针刺密度和深度有关，为了使纤维网层与基布尽量充分缠结，增强针刺毛毡的密实度，提高过滤性能，一般采取适当增大针刺密度与深度的方法，但同时又要尽量减少刺针对基布的损伤，这本来就是一个针刺密度和深度的矛盾调和的过程，严重影响针刺过滤材料的推广与应用。
因此，如何改善传统针刺过滤材料力学性能差，过滤性能及阻燃性能不佳的缺点，以获取更高综合性能的针刺过滤材料，是其推广与应用，满足工业生产需求亟待解决的问题。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是：针对传统针刺过滤材料力学性能差，过滤性能及阻燃性能不佳的缺点，提供了一种针刺过滤材料的制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
（1）将竹炭纤维和聚合物纤维分别开松后，将开松后的竹炭纤维和聚合物纤维分别按质量比1：5～1：10混合，开松，梳理，针刺，热轧，得混合纤维过滤材料；
（2）按重量份数计，将60～80份乳液，8～10份硅烷偶联剂，8～10份发泡剂搅拌混合，得混合发泡液；
（3）将混合发泡液倒在混合纤维过滤材料表面，刮涂，干燥，得预处理纤维过滤材料；
（4）将尿素与巴氏芽孢杆菌菌液按体积比1：20～1：30搅拌混合，得混合液；
（5）将预处理纤维过滤材料浸泡于混合液中，再加入混合液体积0.1～0.2倍的氯化钙溶液，静置浸泡，取出，干燥，得针刺过滤材料。
步骤（1）所述聚合物纤维为聚四氟乙烯纤维，聚苯硫醚纤维，聚丙烯纤维或聚酰亚胺纤维中的任意一种。
步骤（2）所述乳液为聚四氟乙烯乳液，聚丙烯酸乳液或苯丙乳液中的任意一种。
步骤（2）所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH-550，硅烷偶联剂KH-560或硅烷偶联剂KH-570中的任意一种。
步骤（2）所述发泡剂为十二烷基硫酸钠，羟乙基纤维素钠或羟丙基甲基纤维素中的任意一种。
步骤（4）所述巴氏芽孢杆菌菌液是由以下重量份数的原料配置而成：80～100份去离子水，4～6份巴氏芽孢杆菌，10～15份甘油，8～10份乙二醇。
本发明的有益效果是：
本发明技术方案，通过将预处理纤维过滤材料经过混合液和氯化钙溶液浸泡，混合液中巴氏芽孢杆菌在新陈代谢过程中产生脲酶，脲酶可将体系中的尿素分解生成碳酸根离子，由于巴氏芽孢杆菌细胞壁表面带负电荷，体系中的钙离子会被巴氏芽孢杆菌细胞壁吸附，从而以细胞为晶核，在细菌周围会生成纳米碳酸钙，首先，纳米碳酸钙微球填充在体系中，提升体系的力学性能，有效降低了高温烟尘颗粒撞击而使得过滤材料损坏，其次，形成的纳米碳酸钙微球具有较大的内表面和适当的孔隙，使之具有良好的捕获和吸附固体颗粒的性能，并将其从混合物中分离出来，从而提升产品的过滤效率，同时，较大的内表面和适当的孔隙的存在，有效降低了过滤阻力，从而进一步提升产品的过滤效率，再次，碳酸钙受热生成氧化钙和二氧化碳，生成的二氧化碳具有稀释可燃气体和氧气的作用，同时生成的氧化钙和未反应的碳酸钙填充的体系中，有效提升产品的阻燃性能。
具体实施方式
按重量份数计，将80～100份去离子水，4～6份巴氏芽孢杆菌，10～15份甘油，8～10份乙二醇置于单口烧瓶中，并将单口烧瓶置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为28～38℃，转速为200～300r/min条件下，恒温搅拌混合40～60min，即得巴氏芽孢杆菌菌液；将竹炭纤维和聚合物纤维分别开松后，将开松后的竹炭纤维和聚合物纤维分别按质量比1：5～1：10混合，得混合纤维，再将混合纤维开松，再将开松后的混合纤维加入梳理机梳理成网，得混合纤维网，接着将混合纤维网输入针刺机中，于植针密度为1800～2000枚/m，机速为300～400r/min条件下，针刺固结，随后于温度为165～175℃条件下，热轧处理，即得混合纤维过滤材料；按重量份数计，将60～80份乳液，8～10份硅烷偶联剂，8～10份发泡剂置于1号烧杯中，于转速为1200～1400r/min条件下，搅拌混合40～60min，得混合发泡液；将混合发泡液倒在混合纤维过滤材料表面，并用刮刀进行刮涂，随后将进行刮涂后的混合纤维过滤材料置于烘箱中，于温度为105～110℃条件下，干燥至恒重，得预处理纤维过滤材料；将尿素与巴氏芽孢杆菌菌液按体积比1：20～1：30置于2号烧杯中，于转速为300～500r/min，搅拌混合40～60min，得混合液；将预处理纤维过滤材料浸泡于混合液中，再加入混合液体积0.1～0.2倍质量分数为10～30%的的氯化钙溶液，静置浸泡3～5天，随后将静置浸泡后的预处理纤维过滤材料取出，接着将去除后的浸泡的预处理纤维过滤材料置于烘箱中，于温度为105～110℃条件下，干燥至恒重，得针刺过滤材料。所述聚合物纤维为聚四氟乙烯纤维，聚苯硫醚纤维，聚丙烯纤维或聚酰亚胺纤维中的任意一种。所述乳液为聚四氟乙烯乳液，聚丙烯酸乳液或苯丙乳液中的任意一种。所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH-550，硅烷偶联剂KH-560或硅烷偶联剂KH-570中的任意一种。所述发泡剂为十二烷基硫酸钠，羟乙基纤维素钠或羟丙基甲基纤维素中的任意一种。
按重量份数计，将100份去离子水，6份巴氏芽孢杆菌，15份甘油，10份乙二醇置于单口烧瓶中，并将单口烧瓶置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为38℃，转速为300r/min条件下，恒温搅拌混合60min，即得巴氏芽孢杆菌菌液；将竹炭纤维和聚合物纤维分别开松后，将开松后的竹炭纤维和聚合物纤维分别按质量比1：10混合，得混合纤维，再将混合纤维开松，再将开松后的混合纤维加入梳理机梳理成网，得混合纤维网，接着将混合纤维网输入针刺机中，于植针密度为2000枚/m，机速为400r/min条件下，针刺固结，随后于温度为175℃条件下，热轧处理，即得混合纤维过滤材料；按重量份数计，将80份乳液，10份硅烷偶联剂，10份发泡剂置于1号烧杯中，于转速为1400r/min条件下，搅拌混合60min，得混合发泡液；将混合发泡液倒在混合纤维过滤材料表面，并用刮刀进行刮涂，随后将进行刮涂后的混合纤维过滤材料置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，得预处理纤维过滤材料；将尿素与巴氏芽孢杆菌菌液按体积比1：30置于2号烧杯中，于转速为500r/min，搅拌混合60min，得混合液；将预处理纤维过滤材料浸泡于混合液中，再加入混合液体积0.2倍质量分数为30%的的氯化钙溶液，静置浸泡5天，随后将静置浸泡后的预处理纤维过滤材料取出，接着将去除后的浸泡的预处理纤维过滤材料置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，得针刺过滤材料。所述聚合物纤维为聚四氟乙烯纤维。所述乳液为聚四氟乙烯乳液。所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH-550。所述发泡剂为十二烷基硫酸钠。
按重量份数计，将100份去离子水，6份巴氏芽孢杆菌，15份甘油，10份乙二醇置于单口烧瓶中，并将单口烧瓶置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为38℃，转速为300r/min条件下，恒温搅拌混合60min，即得巴氏芽孢杆菌菌液；将聚合物纤维开松，再将开松后的聚合物纤维加入梳理机梳理成网，得聚合物纤维网，接着将聚合物纤维网输入针刺机中，于植针密度为2000枚/m，机速为400r/min条件下，针刺固结，随后于温度为175℃条件下，热轧处理，即得聚合物纤维过滤材料；按重量份数计，将80份乳液，10份硅烷偶联剂，10份发泡剂置于1号烧杯中，于转速为1400r/min条件下，搅拌混合60min，得混合发泡液；将混合发泡液倒在聚合物纤维过滤材料表面，并用刮刀进行刮涂，随后将进行刮涂后的聚合物纤维过滤材料置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，得预处理纤维过滤材料；将尿素与巴氏芽孢杆菌菌液按体积比1：30置于2号烧杯中，于转速为500r/min，搅拌混合60min，得混合液；将预处理纤维过滤材料浸泡于混合液中，再加入混合液体积0.2倍质量分数为30%的的氯化钙溶液，静置浸泡5天，随后将静置浸泡后的预处理纤维过滤材料取出，接着将去除后的浸泡的预处理纤维过滤材料置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，得针刺过滤材料。所述聚合物纤维为聚四氟乙烯纤维。所述乳液为聚四氟乙烯乳液。所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH-550。所述发泡剂为十二烷基硫酸钠。
按重量份数计，将100份去离子水，6份巴氏芽孢杆菌，15份甘油，10份乙二醇置于单口烧瓶中，并将单口烧瓶置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为38℃，转速为300r/min条件下，恒温搅拌混合60min，即得巴氏芽孢杆菌菌液；将竹炭纤维和聚合物纤维分别开松后，将开松后的竹炭纤维和聚合物纤维分别按质量比1：10混合，得混合纤维，再将混合纤维开松，再将开松后的混合纤维加入梳理机梳理成网，得混合纤维网，接着将混合纤维网输入针刺机中，于植针密度为2000枚/m，机速为400r/min条件下，针刺固结，随后于温度为175℃条件下，热轧处理，即得混合纤维过滤材料；按重量份数计，将80份乳液，10份硅烷偶联剂，10份发泡剂置于1号烧杯中，于转速为1400r/min条件下，搅拌混合60min，得混合发泡液；将混合发泡液倒在混合纤维过滤材料表面，并用刮刀进行刮涂，随后将进行刮涂后的混合纤维过滤材料置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，得预处理纤维过滤材料；将预处理纤维过滤材料浸泡于巴氏芽孢杆菌菌液中，再加入巴氏芽孢杆菌菌液体积0.2倍质量分数为30%的的氯化钙溶液，静置浸泡5天，随后将静置浸泡后的预处理纤维过滤材料取出，接着将去除后的浸泡的预处理纤维过滤材料置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，得针刺过滤材料。所述聚合物纤维为聚四氟乙烯纤维。所述乳液为聚四氟乙烯乳液。所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH-550。所述发泡剂为十二烷基硫酸钠。
将竹炭纤维和聚合物纤维分别开松后，将开松后的竹炭纤维和聚合物纤维分别按质量比1：10混合，得混合纤维，再将混合纤维开松，再将开松后的混合纤维加入梳理机梳理成网，得混合纤维网，接着将混合纤维网输入针刺机中，于植针密度为2000枚/m，机速为400r/min条件下，针刺固结，随后于温度为175℃条件下，热轧处理，即得混合纤维过滤材料；按重量份数计，将80份乳液，10份硅烷偶联剂，10份发泡剂置于1号烧杯中，于转速为1400r/min条件下，搅拌混合60min，得混合发泡液；将混合发泡液倒在混合纤维过滤材料表面，并用刮刀进行刮涂，随后将进行刮涂后的混合纤维过滤材料置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，得预处理纤维过滤材料；将预处理纤维过滤材料浸泡于尿素中，再加入尿素体积0.2倍质量分数为30%的的氯化钙溶液，静置浸泡5天，随后将静置浸泡后的预处理纤维过滤材料取出，接着将去除后的浸泡的预处理纤维过滤材料置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，得针刺过滤材料。所述聚合物纤维为聚四氟乙烯纤维。所述乳液为聚四氟乙烯乳液。所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH-550。所述发泡剂为十二烷基硫酸钠。
按重量份数计，将100份去离子水，6份巴氏芽孢杆菌，15份甘油，10份乙二醇置于单口烧瓶中，并将单口烧瓶置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为38℃，转速为300r/min条件下，恒温搅拌混合60min，即得巴氏芽孢杆菌菌液；将竹炭纤维和聚合物纤维分别开松后，将开松后的竹炭纤维和聚合物纤维分别按质量比1：10混合，得混合纤维，再将混合纤维开松，再将开松后的混合纤维加入梳理机梳理成网，得混合纤维网，接着将混合纤维网输入针刺机中，于植针密度为2000枚/m，机速为400r/min条件下，针刺固结，随后于温度为175℃条件下，热轧处理，即得混合纤维过滤材料；按重量份数计，将80份乳液，10份硅烷偶联剂，10份发泡剂置于1号烧杯中，于转速为1400r/min条件下，搅拌混合60min，得混合发泡液；将混合发泡液倒在混合纤维过滤材料表面，并用刮刀进行刮涂，随后将进行刮涂后的混合纤维过滤材料置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，得预处理纤维过滤材料；将尿素与巴氏芽孢杆菌菌液按体积比1：30置于2号烧杯中，于转速为500r/min，搅拌混合60min，得混合液；将预处理纤维过滤材料浸泡于混合液中，静置浸泡5天，随后将静置浸泡后的预处理纤维过滤材料取出，接着将去除后的浸泡的预处理纤维过滤材料置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，得针刺过滤材料。所述聚合物纤维为聚四氟乙烯纤维。所述乳液为聚四氟乙烯乳液。所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH-550。所述发泡剂为十二烷基硫酸钠。
对比例：江苏某无纺有限公司生产的针刺过滤材料。
将实例1至5所得的针刺过滤材料及对比例产品进行性能检测，具体检测方法如下：
1.力学性能：按照GB/T 3923.1对试件断裂强力进行；
2.阻燃性能：按照GB/T 12138对试件试验后试件损毁长度进行检测；
3.过滤性能：按照GB 12625对试件过滤效率进行检测。
具体检测结果如表1所示：
表1
由表1检测结果可知，本发明技术方案制备的针刺过滤材料具有优异的力学性能，阻燃性能及过滤性能的特点，在过滤材料行业的发展中具有广阔的前景。

Claims (6)

1.一种针刺过滤材料的制备方法，其特征在于，具体制备步骤如下：
（1）将竹炭纤维和聚合物纤维分别开松后，将开松后的竹炭纤维和聚合物纤维分别按质量比1：5～1：10混合，开松，梳理，针刺，热轧，得混合纤维过滤材料；
（2）按重量份数计，将60～80份乳液，8～10份硅烷偶联剂，8～10份发泡剂搅拌混合，得混合发泡液；
（3）将混合发泡液倒在混合纤维过滤材料表面，刮涂，干燥，得预处理纤维过滤材料；
（4）将尿素与巴氏芽孢杆菌菌液按体积比1：20～1：30搅拌混合，得混合液；
（5）将预处理纤维过滤材料浸泡于混合液中，再加入混合液体积0.1～0.2倍的氯化钙溶液，静置浸泡，取出，干燥，得针刺过滤材料。
2.根据权利要求1所述一种针刺过滤材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述聚合物纤维为聚四氟乙烯纤维，聚苯硫醚纤维，聚丙烯纤维或聚酰亚胺纤维中的任意一种。
3.根据权利要求1所述一种针刺过滤材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述乳液为聚四氟乙烯乳液，聚丙烯酸乳液或苯丙乳液中的任意一种。
4.根据权利要求1所述一种针刺过滤材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH-550，硅烷偶联剂KH-560或硅烷偶联剂KH-570中的任意一种。
5.根据权利要求1所述一种针刺过滤材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述发泡剂为十二烷基硫酸钠，羟乙基纤维素钠或羟丙基甲基纤维素中的任意一种。
6.根据权利要求1所述一种针刺过滤材料的制备方法，其特征在于：步骤（4）所述巴氏芽孢杆菌菌液是由以下重量份数的原料配置而成：80～100份去离子水，4～6份巴氏芽孢杆菌，10～15份甘油，8～10份乙二醇。
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