CN109664530A - 一种改进的防静电导流网及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种改进的防静电导流网及其制备方法和应用，制备方法包括：向熔融态的聚合物中加入导电粒子和加工助剂，得到导电塑料颗粒；再与高分子主体材料进行混合，并添加加工助剂得到混合料；然后熔融共混挤出，经过成型、冷却定型、剖分、牵引、展开、收卷后即得。本发明制备的导流网传质阻力小，由绝缘性改进成导电性，可以传导卷式膜组件中产生的静电，从而解决了卷式膜组件应用在挥发性有机气体分离时静电安全的问题。

Description

一种改进的防静电导流网及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及气体膜分离技术领域，具体涉及一种改进的防静电导流网及其制备方法和应用。
背景技术
气体膜分离是一项高效、节能、环保的新兴技术，能有效地分离一些气体，通过调节膜面积和工艺参数可用来适应处理量变化的要求。在有机蒸气等易燃易爆气体分离回收过程中，由于气体不完全纯净，往往含有灰尘、铁末、液滴、蒸气等固体颗粒或液体颗粒，通过这些颗粒的碰撞、摩擦、分裂等过程可产生静电，另外，高速流动的气体流经导流网时也会产生静电。由于常规的导流网是绝缘体，这些静电会不断堆积，如果不能及时排出，轻则吸附灰尘等，阻塞通道，造成膜污染，重则达到一定电压值时会放电产生电火花，遇到可燃性气体会发生爆炸。因此，如何及时排出静电是膜应用于易燃易爆气体分离领域亟待解决的问题。
目前国内气体膜分离领域采用的膜组件绝大部分并没有采取防静电措施，因此膜分离技术应用的范围和对象都很有限，文献报道的解决卷式气体膜分离过程中的静电问题的方法也较少，如专利CN101239279B在常规导流网表面铺一层金属丝（网），这种方法虽然可以解决静电问题，但或多或少存在一些问题。如金属网减少了膜组件的有效面积，也增加了操作工序，影响生产效率；金属丝（网）容易划伤膜面，影响分离效率；金属丝（网）容易接触不良；金属丝（网）抗腐蚀性差等。其它一些方法，如塑料电镀将金属颗粒覆在常规导流网表面，虽然能起到防静电目的，但是抗腐蚀性能差，导电性能在使用过程中衰减很快。还有将常规导流网在防静电液中浸涂这种方法，在长期使用过程中（如震动、湿热环境因素下）会产生剥离和脱落现象，同样也存在导电性能衰减问题。
申请人已申请一种防静电导流网的制备方法和应用（CN201510595679.8），主要用于卷式气体分离膜渗透侧。该导电网不能用于原料侧，原因在于，渗透侧防静电导流网目的是起导流和支撑作用，它的特点是网孔比较密，能防止膜片受力后变形。如果作为原料侧导流网，放在膜正面传质助力非常大，影响分离效果。
普通的导电塑料制得的导流网，虽然也能起到一定去除静电的效果，然而现有的导电塑料往往不耐有机溶剂腐蚀，用于膜分离，其效果较差且寿命很短。
发明内容
本发明的目的是针对上述静电问题处理方法的不足，提供一种改进的防静电导流网及其制备方法和应用。该防静电导流网能够有效去除膜组件内产生的静电，且具有良好的耐摩擦、耐腐蚀等能力。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种改进的防静电导流网的制备方法，具体包括以下步骤：
（1）向熔融态的聚合物中加入导电粒子和加工助剂，并混合均匀之后挤出、冷却、切粒，得到导电塑料颗粒；
（2）将所述的导电塑料颗粒与高分子主体材料进行混合，并继续添加加工助剂得到混合料；
（3）将混合料进行熔融共混挤出，经过成型、冷却定型、剖分、牵引、展开、收卷后，得到所述防静电导流网。
步骤（1）所述的聚合物为聚苯胺或聚偏氟乙烯中的一种或两种。
步骤（1）所述的导电粒子为乙炔炭黑、导电炉黑或导电槽黑中的一种或几种。
步骤（1）所述的导电粒子中还有导电填料，所述的导电填料优选为活性超细重质碳酸钙。
所述的导电填料在所述的导电粒子中的质量分数为3~18%。
步骤（1）或（2）所述的加工助剂包括偶联剂和分散剂，所述的偶联剂优选为钛酸酯偶联剂或铝酸酯偶联剂，所述的分散剂优选为硬脂酸锌或聚乙烯蜡。
所述偶联剂在加工助剂中的重量分数为30%~70%。
步骤（1）中所述的聚合物、导电粒子和加工助剂的质量比为40~70:100:1~15。
步骤（2）所述的高分子主体材料为聚四氟乙烯、聚酰亚胺聚合物或聚醚酰亚胺聚合物中的一种或几种。
步骤（2）所述的高分子主体材料与所述的导电塑料颗粒的质量比为100:30~50。
步骤（2）所述的加工助剂在所述混合料中的质量分数为2~5%。
步骤（1）得到的导电塑料颗粒，其体积电阻为103~105Ω。
步骤（3）得到的防静电导流网，其体积电阻为105~109Ω。
步骤（1）中，所述的聚合物的熔融温度为200~400℃，熔融时间为3 ~10 min。
步骤（3）所述的熔融的温度为300~450℃，熔融时间为5 ~15 min。
步骤（1）或（3）所述的挤出为采用单螺杆或双螺杆挤出机挤出，螺杆转速为80～200 rpm。
步骤（3）所制得的防静电导流网的丝与丝之间的间距为3~8mm，夹角为30~45°。
本发明的另一目的是提供上述防静电渗透侧导流网的应用，该导流网用于卷式气体分离膜原料侧，既可用于气体流动通道，又可以将膜组件内摩擦产生的静电传导出来。
本发明的有益效果是：
本发明所制备的导流网用于卷式气体分离膜原料侧，传质阻力小，既可用于气体流动通道，又可以将膜组件内摩擦产生的静电传导出来，该导流网还具有良好的耐摩擦、耐屈曲、耐氧化及耐腐蚀能力，传质阻力小，导电性能永久，且不随时间变化，在长期使用过程中安全、可靠。
本发明的制备过程简单，生产效率高，可以灵活改变配比，适用于大批量生产，且制备过程能耗低，清洁无污染，生产成本也较低。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
以下实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
实施例1
将聚偏氟乙烯在温度为200℃条件下高温熔融3 min，加入导电粒子乙炔炭黑（含18%wt活性超细重质碳酸钙）、加工助剂（30%钛酸酯偶联剂和70%硬脂酸锌），使得聚偏氟乙烯、乙炔炭黑和加工助剂的质量比为40:100:10，搅拌至混合均匀；上述混合物用单螺杆挤出机挤出，螺杆转速为80 rpm，之后冷却，切粒，得到导电塑料颗粒，该导电塑料颗粒的体积电阻为103Ω；将所述的导电塑料颗粒与高分子主体材料聚四氟乙烯进行混合，聚四氟乙烯与导电塑料颗粒的质量比为100:30。并继续添加适量的加工助剂（50%钛酸酯偶联剂和50%硬脂酸锌）得到混合料，该助剂在混合料中的重量份数比为2%；最后将混合料进行熔融共混挤出，熔融温度为300℃，熔融时间为5 min，经过成型、冷却定型、剖分、牵引、展开、收卷等工艺后，得到防静电导流网，该防静电导流网的体积电阻为106Ω，丝与丝之间的间距为3mm，夹角为40°。
实施例2
将聚苯胺在温度为400℃条件下高温熔融6 min，加入导电粒子导电炉黑（含10%wt活性超细重质碳酸钙）、加工助剂（60%铝酸酯偶联剂和40%聚乙烯蜡），使得聚苯胺、导电炉黑和加工助剂的质量比为50:100:15，搅拌至混合均匀；上述混合物用双螺杆挤出机挤出，螺杆转速为100 rpm，之后冷却，切粒，得到导电塑料颗粒，该导电塑料颗粒的体积电阻为1.5×104Ω；将所述的导电塑料颗粒与高分子主体材料聚酰亚胺聚合物进行混合，聚酰亚胺聚合物与导电塑料颗粒的质量比为100:50。并继续添加适量的加工助剂（铝酸酯偶联剂和聚乙烯蜡）得到混合料，该助剂在混合料中的重量份数比为4%；最后将混合料进行熔融共混挤出，熔融温度为400℃，熔融时间为15min，经过成型、冷却定型、剖分、牵引、展开、收卷等工艺后，得到防静电导流网，该防静电导流网的体积电阻为2×108Ω，丝与丝之间的间距为6mm，夹角为30°。
实施例3
将聚苯胺和聚偏氟乙烯的聚合物混合物在温度为350℃条件下高温熔融10 min，加入导电粒子导电槽黑（含5%wt活性超细重质碳酸钙）、加工助剂（40%钛酸酯偶联剂和60%聚乙烯蜡），使得聚合物混合物、导电槽黑和加工助剂的质量比为70:100:1，搅拌至混合均匀；上述混合物用单螺杆挤出机挤出，螺杆转速为200 rpm，之后冷却，切粒，得到导电塑料颗粒，该导电塑料颗粒的体积电阻为105Ω；将所述的导电塑料颗粒与高分子主体材料聚醚酰亚胺聚合物进行混合，聚醚酰亚胺聚合物与导电塑料颗粒的质量比为100:40。并继续添加适量的加工助剂（钛酸酯偶联剂和聚乙烯蜡）得到混合料，该助剂在混合料中的重量份数比为5%；最后将混合料进行熔融共混挤出，熔融温度为450℃，熔融时间为10min，经过成型、冷却定型、剖分、牵引、展开、收卷等工艺后，得到防静电导流网，该防静电导流网的体积电阻为109Ω，防静电导流网的丝与丝之间的间距为8mm，夹角为30°。
实施例4
将聚偏氟乙烯在温度为250℃条件下高温熔融8 min，加入导电粒子乙炔炭黑和导电槽黑的混合物（其中含3%wt活性超细重质碳酸钙）、加工助剂（70%铝酸酯偶联剂和30%硬脂酸锌），使得聚偏氟乙烯、导电粒子和加工助剂的质量比为40:100:5，搅拌至混合均匀；上述混合物用单螺杆挤出机挤出，螺杆转速为150 rpm，之后冷却，切粒，得到导电塑料颗粒，该导电塑料颗粒的体积电阻为1.8×103Ω；将所述的导电塑料颗粒与高分子主体材料聚酰亚胺聚合物和聚醚酰亚胺聚合物的混合物进行混合，高分子主体材料与导电塑料颗粒的质量比为100:50。并继续添加适量的加工助剂（铝酸酯偶联剂和硬脂酸锌）得到混合料，该助剂在混合料中的重量份数比为3%；最后将混合料进行熔融共混挤出，熔融温度为400℃，熔融时间为12min，经过成型、冷却定型、剖分、牵引、展开、收卷等工艺后，得到防静电导流网，该防静电导流网的体积电阻为105Ω，丝与丝之间的间距为5 mm，夹角为45°。
实施例5
将聚合物聚苯胺在温度为350℃条件下高温熔融8 min，加入导电粒子导电炉黑含8%wt活性超细重质碳酸钙）、加工助剂（50%钛酸酯偶联剂和50%硬脂酸锌），使得聚苯胺、导电炉黑和加工助剂的质量比为60:100:12，搅拌至混合均匀；上述混合物用双螺杆挤出机挤出，螺杆转速为120 rpm，之后冷却，切粒，得到导电塑料颗粒，该导电塑料颗粒的体积电阻为2.4×104Ω；将所述的导电塑料颗粒与高分子主体材料聚四氟乙烯进行混合，聚四氟乙烯与导电塑料颗粒的质量比为100:50。并继续添加适量的加工助剂（钛酸酯偶联剂和硬脂酸锌）得到混合料，该助剂在混合料中的重量份数比为5%；最后将混合料进行熔融共混挤出，熔融温度为450℃，熔融时间为15 min，经过成型、冷却定型、剖分、牵引、展开、收卷等工艺后，得到防静电导流网，该防静电导流网的体积电阻为5×107Ω，丝与丝之间的间距为7mm，夹角为35°。

Claims (10)

1.一种改进的防静电导流网的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）向熔融态的聚合物中加入导电粒子和加工助剂，并混合均匀之后挤出、冷却、切粒，得到导电塑料颗粒；优选的聚合物、导电粒子和加工助剂的质量比为40~70:100:1~15；
（2）将所述的导电塑料颗粒与高分子主体材料进行混合，并继续添加加工助剂得到混合料；所述的高分子主体材料为聚四氟乙烯、聚酰亚胺聚合物或聚醚酰亚胺聚合物中的一种或几种；优选的，高分子主体材料与所述的导电塑料颗粒的质量比为100:30~50；
（3）将混合料进行熔融共混挤出，经过成型、冷却定型、剖分、牵引、展开、收卷后，得到所述防静电导流网。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述的聚合物为聚苯胺或聚偏氟乙烯中的一种或两种。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述的导电粒子为乙炔炭黑、导电炉黑或导电槽黑中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述的导电粒子中还有导电填料，所述的导电填料优选为活性超细重质碳酸钙；所述的导电填料在所述的导电粒子中的质量分数优选为3~18%。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）或（2）所述的加工助剂包括偶联剂和分散剂，所述的偶联剂优选为钛酸酯偶联剂或铝酸酯偶联剂，所述的分散剂优选为硬脂酸锌或聚乙烯蜡。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）所添加的加工助剂在所述混合料中的质量分数为2~5%。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述的聚合物的熔融温度为200~400℃，熔融时间为3 ~10 min；步骤（3）所述的熔融的温度为300~450℃，熔融时间为5~15 min；步骤（1）或（3）所述的挤出为采用单螺杆或双螺杆挤出机挤出，螺杆转速为80～200 rpm。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）所制得的防静电导流网的丝与丝之间的间距为3~8mm，夹角为30~45°。
9.权利要求1-8任一所述制备方法制得的防静电导流网。
10.权利要求9所述的防静电导流网的应用，其特征在于，所述防静电导流网用于卷式气体分离膜的原料侧。
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