CN114210133A - 一种抗紫外线过滤袋及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种抗紫外线过滤袋及其制备方法，属于过滤材料技术领域。所述制备方法，包括以下步骤：步骤一、基布的制备；步骤二、将聚丙烯纤维、聚苯硫醚纤维、聚酰亚胺纤维和基布针刺加固，得复合针刺毡；步骤三、将复合针刺毡浸入含有2,4‑二羟基二苯甲酮的正庚烷溶液中，浸泡，晾干，再将晾干复合针刺毡浸入功能单体的丙酮溶液中浸润，经后处理，得一种抗紫外线过滤袋。且所述功能单体中既含有双键和含氟链，又含有受阻胺结构。利用双键使得功能单体在复合针刺毡表面形成一层聚合物膜，利用含氟链和受阻胺结构，赋予该聚合物膜优异的耐水、耐酸碱以及抗紫外线能力，进而提高了复合针刺毡的耐水、耐酸碱以及抗紫外线性能。

Description

一种抗紫外线过滤袋及其制备方法

技术领域

本发明属于过滤材料技术领域，具体地，涉及一种抗紫外线过滤袋及其制备方法。

背景技术

过滤袋根据其使用目的不同，分为除尘过滤袋、净水过滤袋、除油过滤袋等，广泛应用各行各业中。其中，除尘过滤袋常用于燃煤电厂烟道中气袋式除尘。由于该种除尘过滤袋长期受到高温、紫外照射、腐蚀烟等严苛环境的侵害，使用寿命较短。而延长该种除尘过滤袋的使用寿命也是业界的研究热点。

如CN102512881A公开的复合型纤维过滤材料、其制备方法及过滤袋，该复合型纤维过滤材料包括由聚苯硫醚纤维、或者聚四氟乙烯纤维、或者间位芳纶纤维、或者聚酰亚胺纤维制成的支撑层；设置在支撑层上的由聚苯硫醚纤维制成的纤网层；以及设置在纤网层上的PTFE覆膜。利用了聚苯硫醚纤维或者聚四氟乙烯纤维、或者间位芳纶纤维、或者聚酰亚胺纤的耐水解、耐酸性、耐碱性和耐高温性能，延长该发明中过滤袋的使用寿命。但是，上述纤维的抗紫外线性能有待进一步提高，进一步延长除尘过滤袋的使用寿命。

因此，本发明提供了一种抗紫外线过滤袋及其制备方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抗紫外线过滤袋及其制备方法，以提高过滤袋的抗紫外线、耐水、耐酸碱和耐高温性能。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种抗紫外线过滤袋的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、基布的制备：将玄武岩纤维和聚酰亚胺纤维进行机织，得基布，其中，玄武岩纤维、聚酰亚胺纤维的质量比为25-35：65-75；

步骤二、针刺加固：将聚丙烯纤维、聚苯硫醚纤维、聚酰亚胺纤维按照质量比为15-25：50-73：12-25进行混合，开松，随后在基布两表面交叉铺网，进行针刺加固，得复合针刺毡，其中，针刺工艺参数：针刺频率130-150刺/min，进步量4-4.5mm，针刺道数为正反一道；

步骤三、表面处理：将复合针刺毡浸入含有2,4-二羟基二苯甲酮的正庚烷溶液中，控制固液比为1g：25-35mL，并浸泡60-80min，空气中晾干，再将晾干复合针刺毡浸入功能单体的丙酮溶液中，控制固液比为1g：25-35mL，浸润10-17min，再紫外光光照30-60min，取出复合针刺毡，并用去离子水反复振荡清洗，50℃真空干燥，再经过裁剪，缝纫，得一种抗紫外线过滤袋，其中，2,4-二羟基二苯甲酮的正庚烷溶液的浓度为20-30mmol/L，功能单体的丙酮溶液中功能单体和丙酮的质量比为15-20：100。

进一步地，所述功能单体通过以下步骤制成：

A1、将全氟己碘烷和醋酸烯丙酯加入装有冷凝管、温度计、干燥管和搅拌桨的四口烧瓶中，加热至93℃，并保持3-5min，然后加入过氧化苯甲酰，待反应急剧放热升温至150℃后，继续反应30min，待反应温度降至80℃时，加入正己烷和氢氧化钾，反应5h，冷却过滤，滤饼用正己烷洗涤，滤液减压蒸馏收集77-80℃/40mmHg馏分，得环氧基含氟化合物，其中，全氟己碘烷、醋酸烯丙酯、正己烷的用量比为0.1mol：0.1-0.13mol：100-200mL，过氧化苯甲酰的加入质量为全氟己碘烷加入质量的0.2-0.5％，氢氧化钾的加入质量为全氟己碘烷加入质量的2-5％；

在A1反应中，利用全氟己碘烷和醋酸烯丙酯在过氧化苯甲酰的作用下发生迈克尔加成反应，然后获得的加成产物在氢氧化钾的作用下发生成环反应(离去基团为碘和乙基)，得环氧基含氟化合物，其分子结构式如下所示；

A2、将2,2,6,6-四甲基哌啶胺和甲醇加入带有冷凝管、温度计和搅拌桨的三口烧瓶中，在冰水浴、搅拌的条件下向其中缓慢滴加环氧基含氟化合物，1滴/15秒，滴加结束后加热回流反应5h，停止反应，旋蒸除去溶剂，得含氟链哌啶胺，其中，2,2,6,6-四甲基哌啶胺、甲醇、环氧基含氟化合物的用量比为0.1mol：40-70mL：0.11-0.13mol；

在A2反应中，利用2,2,6,6-四甲基哌啶胺中的氨基和环氧基含氟化合物中的环氧基反应，得含氟链哌啶胺，其分子结构式如下所示；

A3、将含氟链哌啶胺、三乙胺和二氯甲烷加入带有冷凝管、温度计、搅拌桨和尾气吸收装置的四口烧瓶中，在冰水浴、搅拌下滴加丙烯酰氯，滴加速度为1滴/15秒，滴加完全后，升温至室温反应4h，水洗，分液，有机相旋蒸，得功能单体，其中，含氟链哌啶胺、三乙胺、二氯甲烷、丙烯酰氯的用量比为0.1mol：0.15-0.2mol：50-80mL：0.11-0.13mol。

在A3反应中，利用含氟链哌啶胺中的醇羟基和丙烯酰氯中的氯反应，得功能单体，其分子结构式如下所示，可知，该功能单体中既含有双键和含氟链，又含有受阻胺结构。

本发明的有益效果：

本发明选用聚酰亚胺纤维和玄武岩纤维为基布原料，作为过滤袋的骨架，发挥了聚酰亚胺纤维和玄武岩纤维的耐高温性能，提高过滤袋的尺寸稳定性；采用聚苯硫醚纤维、聚酰亚胺纤维和聚丙烯纤维为针刺材料，一方面利用了聚苯硫醚纤维和聚酰亚胺纤维的耐高温性能、耐酸性，同时利用了聚酰亚胺纤维优良的阻止灰尘能力，提高过滤袋的过滤性能，另一方面，利用聚丙烯纤维与后续功能单体的接枝，以及利用聚丙烯纤维在高温条件下软化，增加了毡的抱合力；

为进一步提高过滤袋的耐水、耐酸碱以及抗紫外线的性能，本发明首先将复合针刺毡浸入含有光引发剂(2,4-二羟基二苯甲酮)的正庚烷溶液中，使得复合针刺毡表面富含光引发剂，然后将此复合针刺毡浸入含有功能单体的正庚烷溶液中，再进行紫外光照射，在此过程中利用了功能单体在光引发剂的作用下聚合形成一层聚合物膜，该聚合物膜覆盖在复合针刺毡的表面，且该聚合物膜含有含氟链、受阻胺结构，具有优异的耐水、耐酸碱以及抗紫外线能力，进而提高了复合针刺毡的耐水、耐酸碱以及抗紫外线性能，且该聚合物膜中游离的双键和复合针刺毡中聚丙烯纤维的游离双键在光引发剂的作用下发生键连，且该种化学接枝键连的作用力较强，使得复合针刺毡的耐水、耐酸碱以及抗紫外线性能的持久；

综上所述，本发明获得的过滤袋具有优异的尺寸稳定性、过滤性，且耐高温、耐水、耐酸碱以及抗紫外线。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

功能单体的制备：

A1、将0.1mol全氟己碘烷和0.1mol醋酸烯丙酯加入装有冷凝管、温度计、干燥管和搅拌桨的四口烧瓶中，加热至93℃，并保持3min，然后加入0.09g过氧化苯甲酰，待反应急剧放热升温至150℃后，继续反应30min，待反应温度降至80℃时，加入100mL正己烷和0.9g氢氧化钾，反应5h，冷却过滤，滤饼用正己烷洗涤，滤液减压蒸馏收集77℃/40mmHg馏分，得环氧基含氟化合物；

A2、将0.1mol 2,2,6,6-四甲基哌啶胺和40mL甲醇加入带有冷凝管、温度计和搅拌桨的三口烧瓶中，在冰水浴、搅拌的条件下向其中缓慢滴加0.11mol环氧基含氟化合物，1滴/15秒，滴加结束后加热回流反应5h，停止反应，旋蒸除去溶剂，得含氟链哌啶胺；

A3、将0.1mol含氟链哌啶胺、0.15mol三乙胺和50mL二氯甲烷加入带有冷凝管、温度计、搅拌桨和尾气吸收装置的四口烧瓶中，在冰水浴、搅拌下滴加0.11mol丙烯酰氯，滴加速度为1滴/15秒，滴加完全后，升温至室温反应4h，水洗，分液，有机相旋蒸，得功能单体。

实施例2

功能单体的制备：

A1、将0.1mol全氟己碘烷和0.13mol醋酸烯丙酯加入装有冷凝管、温度计、干燥管和搅拌桨的四口烧瓶中，加热至93℃，并保持5min，然后加入0.23g过氧化苯甲酰，待反应急剧放热升温至150℃后，继续反应30min，待反应温度降至80℃时，加入200mL正己烷和2.3g氢氧化钾，反应5h，冷却过滤，滤饼用正己烷洗涤，滤液减压蒸馏收集80℃/40mmHg馏分，得环氧基含氟化合物；

A2、将0.1mol 2,2,6,6-四甲基哌啶胺和70mL甲醇加入带有冷凝管、温度计和搅拌桨的三口烧瓶中，在冰水浴、搅拌的条件下向其中缓慢滴加0.13mol环氧基含氟化合物，1滴/15秒，滴加结束后加热回流反应5h，停止反应，旋蒸除去溶剂，得含氟链哌啶胺；

A3、将0.1mol含氟链哌啶胺、0.2mol三乙胺和80mL二氯甲烷加入带有冷凝管、温度计、搅拌桨和尾气吸收装置的四口烧瓶中，在冰水浴、搅拌下滴加0.13mol丙烯酰氯，滴加速度为1滴/15秒，滴加完全后，升温至室温反应4h，水洗，分液，有机相旋蒸，得功能单体。

实施例3

一种抗紫外线过滤袋的制备：

步骤一、基布的制备：将25g玄武岩纤维和75g聚酰亚胺纤维进行机织，得基布；

步骤二、针刺加固：将聚丙烯纤维、聚苯硫醚纤维、聚酰亚胺纤维按照质量比为15：73：12进行混合，开松，随后在基布两表面交叉铺网，进行针刺加固，得复合针刺毡，其中，针刺工艺参数：针刺频率130刺/min，进步量4mm，针刺道数为正反一道；

步骤三、表面处理：将复合针刺毡浸入含有2,4-二羟基二苯甲酮的正庚烷溶液中，控制固液比为1g：25mL，并浸泡60min，空气中晾干，再将晾干复合针刺毡浸入实施例1制备的功能单体的丙酮溶液中，控制固液比为1g：25mL，浸润10min，再紫外光光照30min，取出复合针刺毡，并用去离子水反复振荡清洗，50℃真空干燥，再经过裁剪，缝纫，得一种抗紫外线过滤袋，其中，2,4-二羟基二苯甲酮的正庚烷溶液的浓度为20mmol/L，功能单体的丙酮溶液中功能单体和丙酮的质量比为15：100。

实施例4

一种抗紫外线过滤袋的制备：

步骤一、基布的制备：将30g玄武岩纤维和70g聚酰亚胺纤维进行机织，得基布；

步骤二、针刺加固：将聚丙烯纤维、聚苯硫醚纤维、聚酰亚胺纤维按照质量比为20：65：15进行混合，开松，随后在基布两表面交叉铺网，进行针刺加固，得复合针刺毡，其中，针刺工艺参数：针刺频率140刺/min，进步量4.2mm，针刺道数为正反一道；

步骤三、表面处理：将复合针刺毡浸入含有2,4-二羟基二苯甲酮的正庚烷溶液中，控制固液比为1g：30mL，并浸泡70min，空气中晾干，再将晾干复合针刺毡浸入实施例2制备的功能单体的丙酮溶液中，控制固液比为1g：30mL，浸润15min，再紫外光光照40min，取出复合针刺毡，并用去离子水反复振荡清洗，50℃真空干燥，再经过裁剪，缝纫，得一种抗紫外线过滤袋，其中，2,4-二羟基二苯甲酮的正庚烷溶液的浓度为25mmol/L，功能单体的丙酮溶液中功能单体和丙酮的质量比为20：100。

实施例5

一种抗紫外线过滤袋的制备：

步骤一、基布的制备：将35g玄武岩纤维和65g聚酰亚胺纤维进行机织，得基布；

步骤二、针刺加固：将聚丙烯纤维、聚苯硫醚纤维、聚酰亚胺纤维按照质量比为25：50：25进行混合，开松，随后在基布两表面交叉铺网，进行针刺加固，得复合针刺毡，其中，针刺工艺参数：针刺频率150刺/min，进步量4.5mm，针刺道数为正反一道；

步骤三、表面处理：将复合针刺毡浸入含有2,4-二羟基二苯甲酮的正庚烷溶液中，控制固液比为1g：35mL，并浸泡80min，空气中晾干，再将晾干复合针刺毡浸入实施例1制备的功能单体的丙酮溶液中，控制固液比为1g：35mL，浸润17min，再紫外光光照60min，取出复合针刺毡，并用去离子水反复振荡清洗，50℃真空干燥，再经过裁剪，缝纫，得一种抗紫外线过滤袋，其中，2,4-二羟基二苯甲酮的正庚烷溶液的浓度为30mmol/L，功能单体的丙酮溶液中功能单体和丙酮的质量比为20：100。

对比例1

单体的制备：

将0.1mol 2,2,6,6-四甲基哌啶胺、0.15mol三乙胺和50mL二氯甲烷加入带有冷凝管、温度计、搅拌桨和尾气吸收装置的四口烧瓶中，在冰水浴、搅拌下滴加0.11mol丙烯酰氯，滴加速度为1滴/15秒，滴加完全后，升温至室温反应4h，水洗，分液，有机相旋蒸，得单体。

对比例2

一种抗紫外线过滤袋的制备：

与实施例3相比，将步骤三中的功能单体替换成对比例1制备的单体，其余相同。

对比例3

一种过滤袋的制备：与实施例4相比，删除步骤三，直接将复合针刺毡进行裁剪和缝纫，得过滤袋。

实施例6

将实施例3-5和对比例2-3获得的过滤袋进行以下性能测试：

接触角：以去离子水为测试液体，将过滤袋裁剪成1cm×1cm面积的待测样品，然后将待测样品粘贴在载玻片上，每个密胺餐具各取20个不同位置，将去离子水滴于样品表面5s后保存图片，计算其度数；

耐光照老化性能测试：参照ISO877中的方法，将过滤袋制成试样，暴露光照时间720h，测试光照后的拉伸强度Xa，计算力学性能变化率A，计算公式：A＝(Xa-X0)/X0×100％，X0为光照前的拉伸强度；

上述测试数据如表1所示。

表1

	接触角	A(％)
			实施例3	96.7	-8.7
实施例4	97.2	-7.2
			实施例5	97.9	-6.5
对比例2	85.9	-25.4
			对比例3	83.6	-7.1

从上述数据可以看出，本发明提供的功率袋具有优异的抗紫外性性能和防水性能。

在说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种抗紫外线过滤袋的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一、基布的制备：将玄武岩纤维和聚酰亚胺纤维进行机织，得基布；

步骤二、针刺加固：将聚丙烯纤维、聚苯硫醚纤维和聚酰亚胺纤维混合，开松，随后在基布两表面交叉铺网，然后进行针刺加固，得复合针刺毡；

步骤三、功能单体的制备：将含氟链哌啶胺、三乙胺和二氯甲烷混合后，在冰水浴、搅拌下滴加丙烯酰氯，滴加完全后，升至室温反应4h，水洗，有机相旋蒸，得功能单体；

步骤四、表面处理：将复合针刺毡浸入含有2,4-二羟基二苯甲酮的正庚烷溶液中，浸泡60-80min，空气中晾干，再将晾干复合针刺毡浸入功能单体的丙酮溶液中，浸润10-17min，再紫外光光照30-60min，取出复合针刺毡，并用去离子水振荡清洗，真空干燥，再经过裁剪，缝纫，得一种抗紫外线过滤袋。

2.根据权利要求1所述的一种抗紫外线过滤袋的制备方法，其特征在于：步骤一中玄武岩纤维、聚酰亚胺纤维的质量比为25-35：65-75。

3.根据权利要求1所述的一种抗紫外线过滤袋的制备方法，其特征在于：步骤二中聚丙烯纤维、聚苯硫醚纤维、聚酰亚胺纤维质量比为15-25：50-73：12-25。

4.根据权利要求1所述的一种抗紫外线过滤袋的制备方法，其特征在于：步骤三中含氟链哌啶胺、三乙胺、二氯甲烷、丙烯酰氯的用量比为0.1mol：0.15-0.2mol：50-80mL：0.11-0.13mol。

5.根据权利要求1所述的一种抗紫外线过滤袋的制备方法，其特征在于：步骤四中2,4-二羟基二苯甲酮的正庚烷溶液的浓度为20-30mmol/L，功能单体的丙酮溶液中功能单体和丙酮的质量比为15-20：100。

6.根据权利要求1所述的一种抗紫外线过滤袋的制备方法，其特征在于：所述含氟链哌啶胺包括以下步骤制成：

将2,2,6,6-四甲基哌啶胺和甲醇混合后，在冰水浴、搅拌的条件下向其中滴加环氧基含氟化合物，滴加结束后，加热回流反应5h，停止反应，旋蒸除去溶剂，得含氟链哌啶胺。

7.根据权利要求6所述的一种抗紫外线过滤袋的制备方法，其特征在于：所述环氧基含氟化合物包括以下步骤制成：

将全氟己碘烷和醋酸烯丙酯混合后，加热至93℃，并保持3-5min，然后加入过氧化苯甲酰，待反应急剧放热升温至150℃后，继续反应30min，待反应温度降至80℃时，加入正己烷和氢氧化钾，反应5h，经后处理，得环氧基含氟化合物。

8.一种抗紫外线过滤袋，其特征在于：根据权利要求1-7中任意一项所述的制备方法制成。