CN115121046A - 一种气水分离过滤材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气水分离过滤材料及其制备方法，包括玻璃纤维过滤材料、均匀设置在玻璃纤维过滤材料外表面的疏水涂层以及设置在疏水涂层一侧的纤维网，所述玻璃纤维过滤材料表面呈亲水性，平均孔径为5‑20μm，透气度为60‑800mm/s，定量为60‑70g/㎡，所述纤维网丝径为2μｍ‑5μｍ，厚度为0.1‑0.2mm，平均孔径为20‑50μｍ；制备方法包括以下步骤：步骤一、制取疏水涂料；步骤二、在玻璃纤维过滤材料上形成疏水涂层；步骤三、制取纤维丝并将其覆盖在疏水涂层上部。本发明过滤材料表面的疏水涂层，先将绝大部分水分挡在外面，剩余穿透过滤材料的少量水分再通过吸水纤维吸附，从而在疏水和吸水双重作用下实现高效除水，可用于天然气、压缩空气等各类气体介质净化，具有良好的应用前景。

Description

一种气水分离过滤材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及过滤及分离技术领域，具体为一种气水分离过滤材料及其制备方法。

背景技术

随着我国经济的飞速发展，以天然气为燃料的重型燃气轮机发电行业快速崛起，特别是双碳目标的提出，以及天然气供应渠道的多元化，促使天然气发电在清洁能源发电领域的竞争性进一步提升。

天然气的清洁度直接影响发电效率，天然气中的主要杂质是水分和灰尘等固体颗粒；固体杂质会造成系统元件的积灰和磨损，影响系统运行稳定性，固体杂质也会造成管线、阀件和喷嘴等的堵塞；有水分存在时，若天然气含有CO₂和H₂S，会形成酸从而腐蚀管路和设备；另外在液化装置中，低于零度时，水分会凝结成冰或霜，影响换热器和节流阀的正常工作；实际中，在压缩空气以及其它各种以气体作为工作介质的场合中，都会遇到相同的问题，因此，气体介质中的水分和固体杂质必须高效去除。

常见的脱水方法有冷却脱水、吸收脱水、吸附脱水和膜分离脱水，但这几种脱水方式脱水效率较低，而且无法实现在脱水的同时，有效去除气体介质中的固体颗粒；目前常用的兼具过滤和除水功能材料利用聚结分离原理，在去除固体颗粒的同时，将水分从小液滴聚结成大液滴，然后在重力作用下去除，但这种过滤材料对水分的去除效率较低，特别是当气流速度较快时，水分容易穿透材料；还有的气水分离材料是使用憎水性纤维，如聚丙烯纤维制成，将水分挡在外面，只允许气体通过，但在较高压力下，部分水分仍然可以穿透材料，因此，对水分的去除效率较低。

如何提供一种气水分离过滤材料，使其在去除固体颗粒的同时，高效去除气体介质中的水分，是本领域亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种气水分离过滤材料及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种气水分离过滤材料，包括玻璃纤维过滤材料、均匀设置在玻璃纤维过滤材料外表面的疏水涂层以及设置在疏水涂层一侧的纤维网，所述玻璃纤维过滤材料表面呈亲水性，平均孔径为5-20μm，透气度为60-800mm/s，定量为60-70g/㎡，所述纤维网丝径为2μｍ-5μｍ，厚度为0.1-0.2mm，平均孔径为20-50μｍ。

本发明提供一种气水分离过滤材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、制取疏水涂料；

步骤二、在玻璃纤维过滤材料上形成疏水涂层；

步骤三、制取纤维丝并交织成纤维网，覆盖在完成步骤二的玻璃纤维过滤材料一侧表面形成气水分离过滤材料。

优选的，所述步骤一中，疏水涂料的成分按照质量比包括：5-10份的六碳氟系防水剂，2-5份的硅烷偶联剂和85-93份的去离子水。

优选的，所述步骤二中，将玻璃纤维过滤材料浸入步骤一所述疏水涂料中1-2min，取出控水直至无水滴流出，放入烘干设备中加热烘干，最终在玻璃纤维过滤材料表面形成疏水涂层。

优选的，所述步骤三中，所述纤维丝的成分按照质量比包括：60-80份高分子吸水树脂粉末和20-40份热熔胶粉；

具体制作步骤为：首先将60-80份高分子吸水树脂粉末和20-40份热熔胶粉末混合均匀；通过熔融挤出并经热空气牵伸成形得到纤维丝；最后将纤维丝交织形成纤维网，并覆盖在完成步骤二的玻璃纤维过滤材料上形成气水分离过滤材料。

优选的，所述六碳氟系防水剂为含有六碳氟链的水性非离子氟碳表面活性剂，pH值为5-6.5，固含量为25-30%。

优选的，所述高分子吸水树脂是聚丙烯酸盐树脂类和聚丙烯腈树脂类中的一种或两种。

优选的，所述热熔胶为聚酯类，熔点为100-120℃，熔融指数为30-100g/10min。

优选的，所述放入烘干设备中加热烘干，加热温度为105-120℃，加热时间为20-30min。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明利用过滤材料表面的疏水涂层，先将绝大部分水分挡在外面，剩余穿透过滤材料的少量水分再通过吸水纤维吸附，从而在疏水和吸水双重作用下实现高效除水。

2、本发明所述疏水涂料中加入了硅烷偶联剂，可以有效改善非极性的六碳氟系防水剂和极性的玻璃纤维过滤材料之间的粘合性能，使得六碳氟系防水剂在实际使用中不会脱落，保持了长效疏水作用。

3、本发明利用高分子吸水树脂和热熔胶共混熔融纺丝形成吸水纤维，相比原始吸水树脂颗粒，表面积增加，吸水能力和吸水速度提高，同时纤维交织成网状结构，不会过多降低过滤材料透气性，使得气水分离过滤材料阻力保持在较低水平。

4、本发明利用高分子吸水树脂和热熔胶共混熔融纺丝形成吸水纤维，使其在具有较强吸水能力的同时，与玻纤滤材基材之间产生良好粘合性，使吸水纤维吸水膨胀后不会脱落。

附图说明

图1为本发明一种气水分离过滤材料制备方法的步骤流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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做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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例1

本发明提供一种技术方案：一种气水分离过滤材料，包括玻璃纤维过滤材料、均匀涂覆在玻璃纤维过滤材料外表面的疏水涂层以及玻璃纤维过滤材料一侧的由高分子吸水树脂粉末和热熔胶粉末熔喷制成的纤维网，所述玻璃纤维过滤材料表面呈亲水性。六碳氟系防水剂为含有六碳氟链的水性非离子氟碳表面活性剂，pH值为6.5，固含量为30%。本实施例中，硅烷偶联剂是甲基丙烯酰氧基硅烷。玻璃纤维过滤材料平均孔径为10μm，透气度为223mm/s，定量为65g/㎡。

请参阅附图1，气水分离过滤材料的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤一、制取疏水涂料：按质量比将10份六碳氟系防水剂、5份硅烷偶联剂和85份去离子水混合搅拌均匀制成疏水涂料；

步骤二、在玻璃纤维过滤材料上形成疏水涂层：将玻璃纤维过滤材料浸入疏水涂料中2min，取出控水直至无水滴流出；将控水后的玻璃纤维过滤材料放入烘干设备中加热烘干，加热温度为120℃，加热时间为30min；

步骤三、制取纤维丝并交织成纤维网，覆盖在完成步骤二的玻璃纤维过滤材料一侧表面上形成气水分离过滤材料：按质量比，将65份高分子吸水树脂粉末和35份热熔胶粉末混合均匀，并在真空干燥箱中进行干燥，干燥温度为105℃，时间为4h；干燥后的高分子吸水树脂和热熔胶送入螺杆挤出机中，螺杆挤出机温度为220℃，螺杆挤出机转速为8转/min；挤出的纤维丝经热空气牵伸形成丝径为2.5μｍ的纤维，交织形成纤维网，覆盖在玻璃纤维过滤材料上冷却修剪后形成气水分离过滤材料；热空气温度为225℃；

其中纤维网的规格为：定量30g/㎡，厚度为0.12mm，平均孔径为25μｍ。

实施例2

本发明提供一种技术方案：一种气水分离过滤材料，包括玻璃纤维过滤材料、均匀涂覆在玻璃纤维过滤材料外表面的疏水涂层以及玻璃纤维过滤材料一侧的由高分子吸水树脂粉末和热熔胶粉末制成的纤维网，所述玻璃纤维过滤材料表面呈亲水性。六碳氟系防水剂为含有六碳氟链的水性非离子氟碳表面活性剂，pH值为6.5，固含量为30%。本实施例中，硅烷偶联剂是甲基丙烯酰氧基硅烷。玻璃纤维过滤材料平均孔径为10μm，透气度为223mm/s，定量为65g/㎡。

请参阅附图1，气水分离过滤材料的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤一、制取疏水涂料：按质量比将10份六碳氟系防水剂、5份硅烷偶联剂和85份去离子水混合搅拌均匀制成疏水涂料；

步骤二、在玻璃纤维过滤材料上形成疏水涂层：将玻璃纤维过滤材料浸入疏水涂料中2min，取出控水直至无水滴流出；将控水后的玻璃纤维过滤材料放入烘干设备中加热烘干，加热温度为120℃，加热时间为30min；

步骤三、制取纤维丝并交织成纤维网，覆盖在完成步骤二的玻璃纤维过滤材料一侧表面形成气水分离过滤材料：按质量比，将65份高分子吸水树脂粉末和35份热熔胶粉末混合均匀，并在真空干燥箱中进行干燥，干燥温度为105℃，时间为4h；干燥后的高分子吸水树脂和热熔胶送入螺杆挤出机中，螺杆挤出机温度为220℃，螺杆挤出机转速为8转/min；挤出的纤维丝经热空气牵伸形成丝径为2.5μｍ的纤维，交织形成纤维网，覆盖在玻璃纤维过滤材料上冷却修剪后形成气水分离过滤材料；热空气温度为225℃；其中纤维网的规格为：定量为40g/㎡，厚度为0.16mm，平均孔径为20μｍ，纤维丝的丝径为3.5μｍ。

对比例1

使用聚丙烯纤维滤材，定量80g/㎡，平均孔径为20μｍ，透气度192mm/s，表面接触角为131度。

对比例2

使用玻璃纤维过滤材料滤材，定量82g/㎡，平均孔径为10μｍ，透气度225mm/s，表面接触角为126度。

对实施例1、实施例2得到的空气滤材进行测试，测试项目及方法分别为：

（1）气水分离效率：按照测试标准：QC/T1134-2020；

（2）过滤效率：按照测试标准：NIOSH 42 CFR PART 84；

（3）透气度：按照测试标准：GB/T5453-1997。测试结果见表1。

表1

从表1结果不难看出，实施例1和实施例2与对比例1和对比例2相比，其气水分离效率明显提高，最高提升了37%左右。可见，本发明获得的气水分离材料，相比传统材料，除水效率大幅提升。另外，实施例1和实施例2相比于对比例1，在透气度相近的前提下，过滤效率高出近40%。实施例1和实施例2过滤效率高的主要原因是，实施例1和实施例2基材是纤维更细的玻璃纤维过滤材料，而对比例1使用聚丙烯纤维作为憎水材料，其纤维直径远大于玻璃纤维过滤材料，因此，过滤效率低于玻璃纤维过滤材料。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种气水分离过滤材料，其特征在于：包括玻璃纤维过滤材料、均匀涂设在玻璃纤维过滤材料外表面的疏水涂层以及设置在疏水涂层一侧的纤维网，所述玻璃纤维过滤材料表面呈亲水性，平均孔径为5-20μm，透气度为60-800mm/s，定量为60-70g/㎡，所述纤维网丝径为2μｍ-5μｍ，厚度为0.1-0.2mm，平均孔径为20-50μｍ。

2.根据权利要求1所述的一种气水分离过滤材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、制取疏水涂料；

步骤二、在玻璃纤维过滤材料上形成疏水涂层；

步骤三、制取纤维丝并交织成纤维网，覆盖在完成步骤二的玻璃纤维过滤材料上形成气水分离过滤材料。

3.根据权利要求2所述的一种气水分离过滤材料的制备方法，其特征在于：所述步骤一中，疏水涂料的成分按照质量比包括：5-10份的六碳氟系防水剂，2-5份的硅烷偶联剂和85-93份的去离子水。

4.根据权利要求2所述的一种气水分离过滤材料的制备方法，其特征在于：所述步骤二中，将玻璃纤维过滤材料浸入步骤一所述疏水涂料中1-2min，取出控水直至无水滴流出，放入烘干设备中加热烘干，最终在玻璃纤维过滤材料表面形成疏水涂层。

5.根据权利要求2所述的一种气水分离过滤材料的制备方法，其特征在于：所述步骤三中，所述纤维丝的成分按照质量比包括：60-80份高分子吸水树脂粉末和20-40份热熔胶粉；

具体制作步骤为：首先将60-80份高分子吸水树脂粉末和20-40份热熔胶粉末混合均匀；放入螺杆挤出机内熔融挤出，并经热空气牵伸成形得到纤维丝；最后将纤维丝交织形成纤维网，并覆盖在完成步骤二的玻璃纤维过滤材料上，冷却后形成气水分离过滤材料。

6.根据权利要求3所述的一种气水分离过滤材料的制备方法，其特征在于：所述六碳氟系防水剂为含有六碳氟链的水性非离子氟碳表面活性剂，pH值为5-6.5，固含量为25-30%。

7.根据权利要求5所述的一种气水分离过滤材料的制备方法，其特征在于：所述高分子吸水树脂是聚丙烯酸盐树脂类和聚丙烯腈树脂类中的一种或两种。

8.根据权利要求5所述的一种气水分离过滤材料的制备方法，其特征在于：所述热熔胶为聚酯类，熔点为100-120℃，熔融指数为30-100g/10min。

9.根据权利要求4所述的一种气水分离过滤材料的制备方法，其特征在于：所述放入烘干设备中加热烘干，加热温度为105-120℃，加热时间为20-30min。

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