CN116531848B - 一种用于烟气净化的有色芳纶过滤材料及其生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及芳纶过滤技术领域，具体为一种用于烟气净化的有色芳纶过滤材料及其生产工艺，由外至内依次包括以下结构：表层、中间层和支撑层；所述表层和支撑层由细纤、粗纤两种不同直径的间位芳纶短纤维组成；所述细纤在表层或支撑层中所占重量比例为30～70wt%。与现有的过滤材料相比，本发明的过滤材料能够在200～220℃的温度下长期使用，瞬间最高使用温度甚至达到250～280℃，且成本较低。本发明的过滤材料缝制成滤袋后，适合用于燃煤、垃圾焚烧炉、钢铁等，特别适合于沥青、粉尘收集以及水泥领域等其它领域。

Description

一种用于烟气净化的有色芳纶过滤材料及其生产工艺

技术领域

本发明涉及芳纶过滤技术领域，具体为一种用于烟气净化的有色芳纶过滤材料及其生产工艺。

背景技术

工业领域的持续发展给中国带来繁荣的同时，也带来了难以治理污染问题，作为发展中国家，中国早在2015年就提出构建低碳能源体系，形成节能低碳的产业体系，严控高耗能、高排放产业的扩张是大气污染防治势必要措施。垃圾焚烧、钢铁、燃煤、沥青、水泥、玻璃窑等部分领域内超低排放已呈常态化趋势，滤袋作为颗粒物过滤的关键部件，也必须适应日趋严格的污染物排放标准。

芳纶化学名芳香族聚酰胺纤维，有对位和间位之分，学名为聚对苯二甲酰对苯二胺纤维（简称芳纶1414）和聚间苯二甲酰间苯二胺纤维（简称芳纶1313），过滤领域常用的品种为芳纶1313，该纤维可以在204℃高温下长期使用，瞬间使用温度可达250℃。芳纶1313化学结构稳定，强度高，耐磨性好，耐酸碱腐蚀性较好，耐磨性优。

但是芳纶在作为纯过滤毡生产和运输时，由于摩擦易产生静电、耐光性较差，天气干燥时，生产往往会出现梳理棉结现象，造成成品指标如克重、透气值等不稳定；运输、长时间存放时，容易产生气候老化，进而造成纤维强度降低，滤毡强力下降，造成滤袋使用寿命缩短。

如中国公开专利CN2030120U公开了一种芳纶1313针刺复合式滤料，该耐高温过滤毡通过在PTFE基布的上下表面采用针刺机分别复合一层含芳纶纤维层的方式制得芳纶纤维过滤毡，其耐温效果好，过滤精度高、机械强度耐磨性优秀。但是由于纤维具有较高比电阻，在生产时，仍需要配合喷洒抗静电剂，运输和存放时依然无法解决芳纶纤维的耐日晒易老化性，产品生产的稳定性无法保证、长时间存放时使用寿命也会大幅缩减。因此，我们提出一种用于烟气净化的有色芳纶过滤材料及其生产工艺。

发明内容

本发明的目的在于提供一种长期耐204℃以上高温，使用寿命长，生产不易产生静电，产品质量稳定，耐长时间日晒不易老化的过滤材料，该过滤材料用于烟气净化，主要应用于水泥窑、钢铁、工业收尘、沥青等领域，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种用于烟气净化的有色芳纶过滤材料，由外至内依次包括以下结构：表层、中间层和支撑层。

进一步的，所述表层和支撑层由细纤、粗纤两种不同直径的间位芳纶短纤维组成。

进一步的，所述细纤为有色芳纶纤维，细纤的平均直径为10～15μm。

进一步的，所述细纤在表层或支撑层中所占重量比例为30～70wt%。

进一步的，所述细纤为除了白色以外的其它颜色，具体可为绿色、灰色、红色、黑色或黄色。

间位芳纶短纤维能够在204℃高温下长期使用，瞬间使用温度可达250℃。有色芳纶1313化学结构稳定，强度高，耐磨性好，耐酸碱腐蚀性较好，耐磨性优。考虑到常规芳纶在作为纯过滤毡生产时，容易因摩擦而产生静电，在天气干燥时，生产过程中往往会出现梳理棉结现象，造成成品指标如克重、透气值等的不稳定；此外，常规芳纶的耐光性较差，为了防止芳纶过滤材料在运输、长时间存放时产生气候老化、裂化造成纤维强度的降低，使滤毡强力下降，造成所制过滤材料使用寿命的缩短，其表层的有色芳纶纤维（细纤）占比不能低于30wt%。同时，所制过滤材料可以针对现场排放低于10mg/Nm³，其表层中的有色芳纶纤维占比不可小于30%。

支撑层的纤维对排放几乎没有什么影响，因此优先选择常规的纤维，一般优选2.0D的常规芳纶纤维。而有色芳纶具有优异的耐磨性，为了保证过滤材料在较高频率下摩擦也不会破损，同时保证过滤材料有超过8m³/m²/min的透气性能，支撑层中有色芳纶纤维的占比需要控制在≤70wt%。

进一步的，所述粗纤为白色芳纶纤维，粗纤的平均直径为15～20μm，来源于帝人CONEX芳纶纤维。

进一步的，所述细纤中含有0.1wt%～1.0wt%阳离子型助剂（相对于细纤总质量）；

阳离子型助剂中，NH⁴⁺占5wt%～15wt%。

进一步的，所述阳离子型助剂具体由以下工艺制得：

取对苯二胺溶于乙醇，搅拌并加入4-乙烯基苯甲酸甲酯，于22～27℃温度下，反应8～12h；旋蒸，去除溶剂，升温至100～110℃反应100～150min，继续升温至120～130℃反应100～150min，得到聚酰胺；

取聚酰胺溶于N,N-二甲基甲酰胺，加入甲醛水溶液、催化剂，在氢气气氛中，于22～27℃温度下，反应24h；加入去离子水，过滤，旋蒸，重结晶，得到叔胺化合物；

将叔胺化合物溶于三氟乙醇中，加入溴乙烷，于45～50℃温度下，反应24h；萃取，离心，干燥，得到阳离子助剂。

进一步的，4-乙烯基苯甲酸甲酯、对苯二胺的质量比为（1.5～1.8）:1；

对苯二胺、乙醇的比例为30～50g/100mL。

进一步的，聚酰胺、甲醛、催化剂的质量比为10:（5.2～5.6）:1；

聚酰胺、N,N-二甲基甲酰胺的比例为5g/100mL；

催化剂为Pd/C，来源于西安凯立新材料股份有限公司。

进一步的，叔胺化合物、溴乙烷的质量比为（8.3～10.3）:1；

叔胺化合物、三氟乙醇的比例为10g/100mL。

阳离子型助剂在细纤生产过程中加入，能够降低纤维比电阻，提高可纺性能，同时提升成毡后的滤毡导电性能，使得滤毡具有一定的防静电性能。

当助剂添加量小于0.1wt%时，滤毡的导电性能与本色芳纶纤维毡无差异，当助剂添加量大于1wt%时，对滤毡导电性能的提升已经非常有限，且由于助剂的添加量过大，会影响纤维自身的强度，导致所制过滤材料强度的下降。

但阳离子型助剂能够电离产生阳离子，抗静电效果好，但受热易分解，耐热性较差。在上述技术方案中，本申请首先将4-乙烯基苯甲酸甲酯、对苯二胺混合，于室温条件下进行迈克尔加成，得到单体，旋蒸去除溶剂乙醇，逐渐升高体系温度，使得酯基与胺基反应，形成酰胺基团，单体间发生交联反应，得到聚酰胺。而后将聚酰胺中的胺基与甲醛进行缩合反应（Eschweiler-Clarke反应），将仲氨、伯胺转化为叔胺。最后利用溴乙烷将叔胺基团季铵化，制得阳离子型助剂，为分子量较高的聚合物（相对分子质量在2500以上）；在作为均染剂组分时，能够起到抗菌、抗静电、耐腐蚀等作用，主动对带负电的细菌和灰尘进行吸附，提高所制过滤材料的过滤性能；与阳离子染料间具有良好的混溶性，与芳纶间有着良好的结合能力，能够促进染料固色、均色，改善细纤的强度、耐热性能、染色能力。

进一步的，所述细纤中含有0.1wt%～1.0wt%的受阻胺类光稳定剂和0.1wt%～1.0wt%的抗氧剂；

受阻胺类光稳定剂为双（1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶）癸二酸酯或双（1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶）癸二酸酯、1-甲基-8-（1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶）癸二酸酯的混合物；

抗氧化剂为+3价磷系抗氧化剂，碳基-4，4-二异叉-脂肪醇-磷酸酯螯合化合聚合物（亚磷酸酯）。

进一步的，所述双（1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶）癸二酸酯的分子结构式为：

进一步的，所述细纤通过均染剂浸渍染色，得到有色芳纶纤维；

均染剂包括以下质量组分：3%～8%o.w.f阳离子染料、0.5～1.5g/L阳离子助剂、0.5～1.5g/L受阻胺类光稳定剂、0.5～1.5g/L抗氧剂和30～50g/L载体MS，溶剂为水。

浸渍染色的工艺条件为：一浸一轧，浴比1:（10～15），轧余率50%～80%，在120～135℃的温度条件下处理30～70min，烘干。

阳离子染料：型号为X-GRL红、X-O黑、X-GR绿，来源于东莞市润龙染料有限公司；

载体MS为复配试剂，原料为苯乙酮、环丁砜、苯甲酸甲酯，来源于上海三杰化学品科技有限公司；载体对染料的溶解度远大于水对染料的溶解度，可加速染料的上染。

受阻胺类光稳定剂和抗氧剂的加入，使得所制过滤材料在运输日晒、长久保存时不易被裂解，确保其强力指标。当光稳定剂和抗氧剂添加量低于0.1wt%时，纤维的耐光性能与常规本色芳纶纤维毡无差异；而当其添加量大于1%时，纤维的性能已无法得到进一步提升，且会降低纤维的强力。因此，受阻胺类光稳定剂和抗氧剂两种助剂加入量的优选范围为0.1wt%～1.0wt%，以免造成性能不达标或者资源浪费。

上述受阻胺类光稳定剂中含酯类自由基，能够通过捕获紫外光自由基，终止聚合物自由基的氧化反应，保护聚合物，有效防止聚合物的光老化降解。但芳纶材料一般加工温度高，常规光稳定剂易在纤维加工过程中挥发，难以达到光稳定剂与聚合物基体的有效结合；而本申请在上述技术方案中所选用的受阻胺类光稳定剂与芳纶具有较高的相容性，使得所制过滤材料具有更好的使用效果。

进一步的，所述表层和支撑层中，细纤的卷曲数为10～20个/英寸，粗纤的卷曲数为6～12个/英寸。

进一步的，所述表层，细纤中有10%～30%的纤维长度为15～40mm，其余细纤的长度为47～57mm；粗纤的长度为47～57mm。

纤维卷曲数和卷曲度会影响梳理的状态以及最终滤毡的强力，当卷曲度和卷曲数太小时，纤维间的交缠性差，滤毡加工时的飞花现象严重，梳理性差，使得所制滤毡的强力降低。纤维卷曲度和卷曲数过高时，纤维的梳理性也会变差，棉结过多，导致所制滤毡的过滤效果变差。因有色芳纶的卷曲度大于常规芳纶，所以适宜的配比可以使得滤毡抱合的更加紧密，进而表现为强力更大，伸长更低。同时有色芳纶有10%～30%的长度为15～40mm，使得其作为针刺毡原材料时需要更多的卷曲以获得短纤维更好的抱合力。

进一步的，所述中间层为芳纶机织物，中间层的重量为过滤材料整体质量的18%～28%。

中间层作为芳纶过滤材料的基布，当基布克重小于滤毡整体重量的18%时，基布强力偏低，所制过滤材料的整体径向强力无法满足标准要求；当基布克重大于整体重量28%时，会造成成分浪费，表层和支撑层的厚度变薄，难以达到现场要求的过滤效果。因此，中间层（基布）的克重优选滤毡整体重量的18%～28%。

进一步的，所述中间层由芳纶纤维制得，芳纶纤维选择1.9D～2.2D的芳纶1313纤维，来源于帝人芳纶公司的conex品牌产品，纤维经过纺纱后，通过机织的方式形成中间层。

进一步的，所述过滤材料的克重400g/m²～600g/m²；

所述表层和支撑层的重量比为（5:5）～（7:3）。

当过滤材料的克重小于400g/㎡时，构成表层和支撑层的纤维量过少，过滤材料整体的纬向强力不足以达到顾客要求或者GB/T 6719要求；并由于表层的过少纤维，也会造成其过滤效果的降低；即使表层添加了较细的纤维，往往也比较难以达到较为严格的例如10mg/Nm³的排放要求。当过滤材料的克重大于600g/㎡时，其过滤效果基本不再提升，且会增加原料成本和增加客户使用能耗。因此，过滤材料总克重优选400～600g/㎡。

一种用于烟气净化的有色芳纶过滤材料的生产工艺，包括以下工艺步骤：

步骤一，加工车间工作准备：将开松机、混棉箱、梳理机、交叉铺网机充分的接地放电，加工车间湿度保持至45%以上；

步骤二，表层及支撑层中间位芳纶纤维混合：细纤、粗纤按比例进行混合、打散；

步骤三，制作毛网层：将混合好的纤维喂入梳理机，将梳理整齐的纤维通过双梳双铺工艺进行交叉铺网，形成蓬松毡；

步骤四，中间层植入：在双梳双铺出的毛网层中间植入基布，一同引入预针刺机，进行预针刺，预针刺密度控制在针70～120p/cm²，形成初步针刺毡；

步骤五，制作半成品针刺毡：将初步针刺毡再经过上、下针刺主刺机进行主针刺以加固形成半成品针刺毡，主针刺密度控制在700～1200p/cm²；

步骤六，针刺过滤毡后处理：使用拉幅定型机将针刺形成的半成品针刺毡进行热定型处理，然后对其进行烧毛、压光处理，形成成品针刺过滤毡（简称滤毡），得到过滤材料。

进一步的，所述步骤二，在混合时，细纤和粗纤称重后一起进入混棉仓，两种纤维的总重量不超过25kg，在气压混合仓中充分混合5～15min。

细纤、粗纤按比例进行混合、打散10min以上。由于有色芳纶纤维较细，且含有30%以上的短纤维，因此必须打散10min以上才能将滤料混合均匀。将混合好的纤维喂入梳理机，将梳理整齐的纤维通过双梳双铺工艺进行交叉铺网，中间植入基布（中间层）后，经过高频针刺形成过滤材料。采用双梳双铺工艺，使得滤料的加工过程一次成型，大大提高了生产效率。

最后根据客户的要求，可以对本发明过滤材料的表层进行热定型和/或轧光和/或烧毛处理，也可以在后处理工序中追加防水防油处理或者聚四氟乙烯涂层加工。

进一步的，所述过滤材料制备得到芳纶滤袋，所芳纶滤袋在水泥窑、钢铁、工业收尘、沥青领域的应用。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明的用于烟气净化的有色芳纶过滤材料及其生产工艺，与现有的过滤材料相比，本发明所制过滤材料能够在200～220℃的温度下长期使用，瞬间最高使用温度甚至达到250～280℃，且成本较低。本发明的过滤材料缝制成滤袋后，适合用于燃煤、垃圾焚烧炉、钢铁等，特别适合于沥青、粉尘收集以及水泥领域等其它领域。

具体实施方式

下面将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。

在以下实施方式中，一种用于烟气净化的有色芳纶过滤材料，由以下工艺步骤制备：

步骤一，加工车间工作准备：将开松机、混棉箱、梳理机、交叉铺网机充分的接地放电，加工车间湿度保持至45%以上；

步骤二，表层及支撑层中间位芳纶纤维混合：细纤、粗纤按比例进行混合、打散；在混合时，细纤和粗纤称重后一起进入混棉仓，两种纤维的总重量不超过25kg；

步骤三，制作毛网层：将混合好的纤维喂入梳理机，将梳理整齐的纤维通过双梳双铺工艺进行交叉铺网，形成蓬松毡；

步骤四，中间层植入：在双梳双铺出的毛网层中间植入基布，一同引入预针刺机，进行预针刺，形成初步针刺毡；

步骤五，制作半成品针刺毡：将初步针刺毡再经过上、下针刺主刺机进行主针刺以加固形成半成品针刺毡；

步骤六，针刺过滤毡后处理：使用拉幅定型机将针刺形成的半成品针刺毡进行热定型处理，然后对其进行烧毛、压光处理，形成成品针刺过滤毡，得到过滤材料；

所述“份”数为质量份；

细纤：平均直径为10μm，来源于帝人芳纶公司，通过均染剂浸渍染色，分别得到绿色、黑色、红色芳纶纤维；

绿色芳纶纤维由以下工艺制得：取来源于帝人芳纶公司的白色芳纶纤维作为细纤原料，置于均染剂中浸渍染色，工艺条件为：一浸一轧，浴比1:10，轧余率50%，在120℃的温度条件下处理70min，烘干；均染剂包括以下质量组分：5%o.w.f阳离子染料X-GR绿、0.5g/L阳离子助剂、0.5g/L受阻胺类光稳定剂、0.5g/L抗氧剂和30g/L载体MS，溶剂为水；

黑色芳纶纤维由以下工艺制得：取来源于帝人芳纶公司的芳纶纤维作为细纤原料，置于均染剂中浸渍染色，工艺条件为：一浸一轧，浴比1:12，轧余率65%，在128℃的温度条件下处理50min，烘干；均染剂包括以下质量组分：6%o.w.f阳离子染料X-O黑、1.0g/L阳离子助剂、1.0g/L受阻胺类光稳定剂、1.0g/L抗氧剂和40g/L载体MS，溶剂为水；

红色芳纶纤维由以下工艺制得：取来源于帝人芳纶公司的芳纶纤维作为细纤原料，置于均染剂中浸渍染色，工艺条件为：一浸一轧，浴比1:15，轧余率80%，在135℃的温度条件下处理30min，烘干；均染剂包括以下质量组分：8%o.w.f阳离子染料X-GRL红、1.5g/L阳离子助剂、1.5g/L受阻胺类光稳定剂、1.5g/L抗氧剂和50g/L载体MS，溶剂为水；

阳离子染料：型号为X-GRL红、X-O黑、X-GR绿，来源于东莞市润龙染料有限公司；

载体MS为复配试剂，原料为苯乙酮、环丁砜、苯甲酸甲酯，来源于上海三杰化学品科技有限公司。

粗纤：白色芳纶纤维，选择1.9D～2.2D的芳纶1313纤维，来源于帝人芳纶公司，conex品牌。

实施例1

取1份对苯二胺溶于乙醇（对苯二胺/乙醇=30g/100mL），搅拌并加入1.5份4-乙烯基苯甲酸甲酯，于27℃温度下，反应8h；旋蒸，去除溶剂，升温至100℃反应100min，继续升温至120℃反应100min，得到聚酰胺；

取10份聚酰胺溶于N,N-二甲基甲酰胺（聚酰胺/N,N-二甲基甲酰胺=5g/100mL），加入30%甲醛水溶液（5.2份甲醛）、1份催化剂（Pd/C，来源于西安凯立新材料股份有限公司），在氢气气氛中，于22℃温度下，反应24h；加入去离子水，过滤，旋蒸，重结晶，得到叔胺化合物；

将8.3份叔胺化合物溶于三氟乙醇（叔胺化合物/三氟乙醇=10g/100mL）中，加入1份溴乙烷，于45℃温度下，反应24h；萃取，离心，干燥，得到阳离子助剂；

步骤二中，取绿色芳纶纤维作为细纤、2.0D芳纶短纤维作为粗纤，充分混合10min；绿色芳纶含0.4wt%阳离子型助剂、0.4wt%的受阻胺类光稳定剂双（1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶）癸二酸酯和0.4wt%的抗氧化剂碳基-4，4-二异叉-脂肪醇-磷酸酯螯合化合聚合物；

步骤四中，2.0D芳纶短纤维进行织造，制得克重为105g/㎡的芳纶机织物作为基布，预针刺密度控制在针70p/cm²；

步骤五中，主针刺密度控制在700p/cm²；对所制过滤材料进行热定型、烧毛处理；

所制过滤材料能够应用于沥拌站的恶劣工况，对应10mg/Nm³的排放要求，但是不能使用在排放要求低于5mg/Nm³的工况。

实施例2

取1份对苯二胺溶于乙醇（对苯二胺/乙醇=40g/100mL），搅拌并加入1.6份4-乙烯基苯甲酸甲酯，于25℃温度下，反应10h；旋蒸，去除溶剂，升温至105℃反应125min，继续升温至125℃反应125min，得到聚酰胺；

取10份聚酰胺溶于N,N-二甲基甲酰胺（聚酰胺/N,N-二甲基甲酰胺=5g/100mL），加入30%甲醛水溶液（5.4份甲醛）、1份催化剂（Pd/C，来源于西安凯立新材料股份有限公司），在氢气气氛中，于25℃温度下，反应24h；加入去离子水，过滤，旋蒸，重结晶，得到叔胺化合物；

将9.3份叔胺化合物溶于三氟乙醇（叔胺化合物/三氟乙醇=10g/100mL）中，加入1份溴乙烷，于48℃温度下，反应24h；萃取，离心，干燥，得到阳离子助剂；

步骤二中，取绿色芳纶纤维作为细纤、2.0D芳纶短纤维作为粗纤，充分混合15min；绿色芳纶含0.4wt%阳离子型助剂、0.4wt%的受阻胺类光稳定剂双（1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶）癸二酸酯和0.4wt%的抗氧化剂碳基-4，4-二异叉-脂肪醇-磷酸酯螯合化合聚合物；

步骤四中，2.0D芳纶短纤维进行织造，制得克重为105g/㎡的芳纶机织物作为基布，预针刺密度控制在针120p/cm²；

步骤五中，主针刺密度控制在1200p/cm²；对所制过滤材料进行热定型、烧毛处理；

所制过滤材料能够应用于沥拌站、水泥窑、新能源粉尘收集等恶劣工况，对应10mg/Nm³的排放要求，但是不能使用在排放要求低于5mg/Nm³的工况。

实施例3

取1份对苯二胺溶于乙醇（对苯二胺/乙醇=50g/100mL），搅拌并加入1.8份4-乙烯基苯甲酸甲酯，于22℃温度下，反应12h；旋蒸，去除溶剂，升温至110℃反应150min，继续升温至130℃反应150min，得到聚酰胺；

取10份聚酰胺溶于N,N-二甲基甲酰胺（聚酰胺/N,N-二甲基甲酰胺=5g/100mL），加入30%甲醛水溶液（5.6份甲醛）、1份催化剂（Pd/C，来源于西安凯立新材料股份有限公司），在氢气气氛中，于27℃温度下，反应24h；加入去离子水，过滤，旋蒸，重结晶，得到叔胺化合物；

将10.3份叔胺化合物溶于三氟乙醇（叔胺化合物/三氟乙醇=10g/100mL）中，加入1份溴乙烷，于50℃温度下，反应24h；萃取，离心，干燥，得到阳离子助剂；

步骤二中，取黑色芳纶纤维作为细纤、2.0D芳纶短纤维作为粗纤，充分混合12min；黑色芳纶含含0.4wt%阳离子型助剂、0.4wt%的受阻胺类光稳定剂双（1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶）癸二酸酯和0.4wt%的抗氧化剂碳基-4，4-二异叉-脂肪醇-磷酸酯螯合化合聚合物；

步骤四中，2.0D芳纶短纤维进行织造，制得克重为140g/㎡的芳纶机织物作为基布，预针刺密度控制在针100p/cm²；

步骤五中，主针刺密度控制在1000p/cm²；对所制过滤材料进行热定型、烧毛处理；

所制过滤材料能够应用于沥拌站、水泥窑、新能源粉尘收集等恶劣工况，并且可以对应5mg/N㎡的超低排放要求。

实施例4

步骤二中，取绿色芳纶纤维作为细纤、2.0D芳纶短纤维作为粗纤，充分混合10min；绿色芳纶含0.6%wt%阳离子型助剂、0.4wt%的受阻胺类光稳定剂双（1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶）癸二酸酯和0.4wt%的抗氧化剂碳基-4，4-二异叉-脂肪醇-磷酸酯螯合化合聚合物；阳离子助剂的制备工艺与实施例1中的相同；

步骤四中，2.0D芳纶短纤维进行织造，制得克重为90g/㎡的芳纶机织物作为基布，预针刺密度控制在针70p/cm²；

步骤五中，主针刺密度控制在700p/cm²；对所制过滤材料进行热定型、烧毛处理；

所制过滤材料的克重CV%为2.20，生产稳定性优于实施例1；能够应用于沥拌站的恶劣工况，对应10mg/Nm³的排放要求，但是不能使用在排放要求低于5mg/Nm³的工况。

实施例5

步骤二中，取黑色芳纶纤维作为细纤、2.0D芳纶短纤维作为粗纤，充分混合10min；黑色芳纶含含0.6wt%阳离子型助剂、0.6wt%的受阻胺类光稳定剂和0.4wt%的抗氧化剂碳基-4，4-二异叉-脂肪醇-磷酸酯螯合化合聚合物；阳离子助剂的制备工艺与实施例1中的相同；

受阻胺类光稳定剂为双（1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶）癸二酸酯与1-甲基-8-（1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶）癸二酸酯的混合物，质量比为2:1；

步骤四中，2.0D芳纶短纤维进行织造，制得克重为105g/㎡的芳纶机织物作为基布，预针刺密度控制在针70p/cm²；

步骤五中，主针刺密度控制在700p/cm²；对所制过滤材料进行热定型、烧毛处理；

所制过滤材料的耐光等级达到L4-4，较比较例1耐光色牢度至少提升一个等级；能够应用于水泥、钢铁、粉尘回收等工况，对应10mg/Nm³的排放要求，但是不能使用在排放要求低于5mg/Nm³的工况。

实施例6

步骤二中，取黑色芳纶纤维作为细纤、2.0D芳纶短纤维作为粗纤，充分混合10min；黑色芳纶含含0.4wt%阳离子型助剂、0.7wt%的受阻胺类光稳定剂和0.4wt%的抗氧化剂碳基-4，4-二异叉-脂肪醇-磷酸酯螯合化合聚合物；阳离子助剂的制备工艺与实施例1中的相同；

受阻胺类光稳定剂为双（1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶）癸二酸酯与1-甲基-8-（1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶）癸二酸酯的混合物，质量比为2:1；

步骤四中，2.0D芳纶短纤维进行织造，制得克重为105g/㎡的芳纶机织物作为基布，预针刺密度控制在针70p/cm²；

步骤五中，主针刺密度控制在700p/cm²；对所制过滤材料进行热定型、烧毛处理；

所制过滤材料的耐光等级达到L6-4，较实施例5耐光色牢度有较大提升；能够应用于水泥、钢铁、粉尘回收等工况，对应10mg/Nm³的排放要求，但是不能使用在排放要求低于5mg/Nm³的工况。

实施例7

步骤二中，取红色芳纶纤维作为细纤、2.0D芳纶短纤维作为粗纤，充分混合10～15min；红色芳纶中含有0.4wt%的阳离子助剂、0.4wt%的受阻胺类光稳定剂双（1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶）癸二酸酯和0.4wt%抗氧化剂碳基-4，4-二异叉-脂肪醇-磷酸酯螯合化合聚合物；阳离子助剂的制备工艺与实施例1中的相同；

步骤四中，2.0D芳纶短纤维进行织造，制得克重为105g/㎡的芳纶机织物作为基布，预针刺密度控制在针70～120p/cm²；

步骤五中，主针刺密度控制在700～1200p/cm²；对所制过滤材料进行热定型、烧毛处理；

所制过滤材料的耐光等级达到L6-4，较实施例5耐光色牢度有较大提升；能够应用于水泥、钢铁、粉尘回收等工况，可以对应5mg/Nm³的排放要求。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

对比例1

步骤二中，取绿色芳纶纤维作为细纤、2.0D芳纶短纤维作为粗纤，充分混合10min；绿色芳纶含0.6wt%阳离子型助剂、0.4wt%的受阻胺类和0.4wt%的抗氧化剂碳基-4，4-二异叉-脂肪醇-磷酸酯螯合化合聚合物；阳离子助剂的制备工艺与实施例1中的相同；

受阻胺类光稳定剂为双（1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶）癸二酸酯与1-甲基-8-（1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶）癸二酸酯的混合物，质量比为2:1；

步骤四中，2.0D芳纶短纤维进行织造，制得克重为105g/㎡的芳纶机织物作为基布，预针刺密度控制在针70p/cm²；

步骤五中，主针刺密度控制在700p/cm²；对所制过滤材料进行热定型、烧毛处理；

所制过滤材料能够应用于沥拌站的恶劣工况，可以对应20mg/Nm³的排放要求，但是不能使用在排放要求低于10mg/Nm³的工况。

对比例2

步骤二中，取黑芳纶纤维作为细纤、2.0D芳纶短纤维作为粗纤，充分混合10min；绿色芳纶含0.6wt%阳离子型助剂、0.4wt%的受阻胺类光稳定剂和0.4wt%的抗氧化剂碳基-4，4-二异叉-脂肪醇-磷酸酯螯合化合聚合物；阳离子助剂的制备工艺与实施例1中的相同；

受阻胺类光稳定剂为双（1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶）癸二酸酯与1-甲基-8-（1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶）癸二酸酯的混合物，质量比为2:1；

步骤四中，2.0D芳纶短纤维进行织造，制得克重为140g/㎡的芳纶机织物作为基布，预针刺密度控制在针70p/cm²；

步骤五中，主针刺密度控制在700p/cm²；对所制过滤材料进行热定型、烧毛处理；

所制过滤材料能够应用于沥拌站、水泥窑、新能源粉尘收集等恶劣工况，并且可以对应5mg/N㎡的超低排放要求。但相对于实施例3，排放数据已不再提高，过滤材料的机械强力反而降低，当客户明确要求强力符合GB/T 6719时，该过滤材料已不符合要求。

对比例3

步骤二中，取绿色芳纶纤维作为细纤、2.0D芳纶短纤维作为粗纤，绿色芳纶纤维平均直径为16μm，充分混合10min；绿色芳纶含0.6wt%阳离子型助剂、0.4wt%的受阻胺类光稳定剂和0.4wt%的抗氧化剂碳基-4，4-二异叉-脂肪醇-磷酸酯螯合化合聚合物；阳离子助剂的制备工艺与实施例1中的相同；

受阻胺类光稳定剂为双（1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶）癸二酸酯与1-甲基-8-（1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶）癸二酸酯的混合物，质量比为2:1；

步骤四中，2.0D芳纶短纤维进行织造，制得克重为105g/㎡的芳纶机织物作为基布，预针刺密度控制在针70p/cm²；

步骤五中，主针刺密度控制在700p/cm²；对所制过滤材料进行热定型、烧毛处理；

所制过滤材料能够可以应用于沥拌站、水泥窑、新能源粉尘收集等恶劣工况，可以对应20mg/Nm³的排放要求，但是不能使用在排放要求低于10mg/Nm³的工况。

对比例4

步骤二中，取红色芳纶纤维作为细纤、2.0D芳纶短纤维作为粗纤，红色芳纶纤维平均直径为9μm，充分混合10min；绿色芳纶含0.6wt%阳离子型助剂、0.4wt%的受阻胺类光稳定剂和0.4wt%的抗氧化剂碳基-4，4-二异叉-脂肪醇-磷酸酯螯合化合聚合物；阳离子助剂的制备工艺与实施例1中的相同；

受阻胺类光稳定剂为双（1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶）癸二酸酯与1-甲基-8-（1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶）癸二酸酯的混合物，质量比为2:1；

步骤四中，2.0D芳纶短纤维进行织造，制得克重为105g/㎡的芳纶机织物作为基布，预针刺密度控制在针70p/cm²；

步骤五中，主针刺密度控制在700p/cm²；对所制过滤材料进行热定型、烧毛处理；

所制过滤材料的机械性能已不符合GB/T 6719的要求，虽然可以对应5mg/Nm3的排放要求，但实际使用存在较大未知风险。

对比例5

步骤二中，取绿色芳纶纤维作为细纤、2.0D芳纶短纤维作为粗纤，充分混合10min；绿色芳纶含0.6%wt%阳离子型助剂十二烷基三甲基氯化铵、0.4wt%的受阻胺类光稳定剂双（1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶）癸二酸酯和0.4wt%的抗氧化剂碳基-4，4-二异叉-脂肪醇-磷酸酯螯合化合聚合物；

步骤四中，2.0D芳纶短纤维进行织造，制得克重为90g/㎡的芳纶机织物作为基布，预针刺密度控制在针70p/cm²；

步骤五中，主针刺密度控制在700p/cm²；对所制过滤材料进行热定型、烧毛处理；

所制过滤材料的克重CV%为2.20，生产稳定性优于实施例1；能够应用于沥拌站的恶劣工况，对应10mg/Nm³的排放要求，但是不能使用在排放要求低于5mg/Nm³的工况。

实验

取实施例1-7、对比例1-5中得到的过滤材料，制得试样，分别对其性能进行检测并记录检测结果：

有色芳纶纤维含量：采用SEM（电子显微镜），放大500倍的倍率拍摄其断面照片。有色芳纶占有的数量占比，通过纤维直径再算出面积，有色芳纶纤维含量=(S₁×ρ₁)/((S₁×ρ₁)+（S_其它×ρ_其它）),S₁和ρ_l分别为有色芳纶纤维的面积和有色芳纶纤维的密度，S_其它和ρ_其它则为除了有色芳纶纤维以外的纤维的面积和密度。

纤维的纤度测试：采用纤维细度分析仪（CU2）对纤维原材料进行测试，每个点测试倍率为500倍，按顺序至少标示出300根纤维的直径，取其平均值；然后根据纤维直径和密度的关系，计算出纤维的纤度。

克重测试：按GB/T 4669中的测试方法，采用圆盘取样器选取面积为100cm²的过滤毡，从重量计算出该过滤材料的单位面积克重（g/㎡），平均测量5次，最终结果取该5次的平均值。

过滤材料的拉伸强度测试：按GB/T 3923.1中的测试方法，测量样品布条的拉伸强度，分别对经向以及纬向取样，试样尺寸为20cm×5cm，拉伸速度为100mm/min，夹头间隔为10cm；对经向以及纬向分别测试五回，取平均值。

长期工作温度耐热性测试：长期工作温度需要试样在此温度下处理24h后，经向收缩率＜1.5%，纬向收缩率＜1.0%；经向强力保持率≥100%，纬向断裂强力保持率＞100%。

瞬时工作温度耐热性测试：需要试样在该温度下加热100min，冷却至室温后进行测试，经向强力保持率≥95%，纬向断裂强力保持率＞95%。

过滤性能测试：将含尘气体通过过滤材料试样，检测粉尘的质量浓度，得到过滤效率，实验中含尘气体的浓度为5.0g/m²，测试时间为3h。

表1：

表2：

根据上表中的数据，可以清楚得到以下结论：

实施例1-7中得到的过滤材料与对比例1-5中得到的过滤材料形成对比，检测结果可知，

实施例1-7、对比例1-4中对表层、支撑层中细纤的占比，表层、支撑层克重比，阳离子型助剂含量、光稳定剂的成分和含量，细纤直径，中间层克重等工艺进行了调整，使得实施例1-7、对比例1-5中得到的过滤材料，其断裂强度、排放限值发生变化，而实施例1-7中得到的过滤材料，其功能性能够满足各项标准，这充分说明了本发明实现了对所制过滤材料强度和过滤性能的提高。

而与实施例4相比，对比例5的细纤中阳离子型助剂成分不同，耐热性较差，与芳纶的相容性不佳，使得细纤的加工性能变差，所制过滤材料的强度和长期使用温度劣化；可知本申请对阳离子型助剂成分的设置能够促进所制过滤材料强度和长期使用温度的改善。

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。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改等同替换改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于烟气净化的有色芳纶过滤材料，其特征在于：由外至内依次包括以下结构：表层、中间层和支撑层；

所述表层和支撑层由细纤、粗纤两种不同直径的间位芳纶短纤维组成；

所述细纤在表层或支撑层中所占重量比例为30～70wt%；

所述细纤中含有0.1wt%～1.0wt%阳离子型助剂；阳离子型助剂中，NH₄ ⁺占5wt%～15wt%；

所述阳离子型助剂由以下工艺制得：

取对苯二胺溶于乙醇，搅拌并加入4-乙烯基苯甲酸甲酯，于22～27℃温度下，反应8～12h；旋蒸，去除溶剂，升温至100～110℃反应100～150min，继续升温至120～130℃反应100～150min，得到聚酰胺；

取聚酰胺溶于N,N-二甲基甲酰胺，加入甲醛水溶液、催化剂，在氢气气氛中，于22～27℃温度下，反应24h，得到叔胺化合物；

将叔胺化合物溶于三氟乙醇中，加入溴乙烷，于45～50℃温度下，反应24h，得到阳离子助剂。

2.根据权利要求1所述的一种用于烟气净化的有色芳纶过滤材料，其特征在于：所述细纤为有色芳纶纤维，细纤的平均直径为10～15μm；

所述粗纤为白色芳纶纤维，粗纤的平均直径为15～20μm。

3.根据权利要求1所述的一种用于烟气净化的有色芳纶过滤材料，其特征在于：所述有色芳纶纤维中含有0.1wt%～1.0wt%的受阻胺类光稳定剂和0.1wt%～1.0wt%的抗氧剂。

4.根据权利要求1所述的一种用于烟气净化的有色芳纶过滤材料，其特征在于：所述表层和支撑层中，细纤的卷曲数为10～20个/英寸，粗纤的卷曲数为6～12个/英寸。

5.根据权利要求1所述的一种用于烟气净化的有色芳纶过滤材料，其特征在于：所述中间层为芳纶机织物，中间层的重量为过滤材料整体质量的18%～28%。

6.根据权利要求1所述的一种用于烟气净化的有色芳纶过滤材料，其特征在于：所述过滤材料的克重400g/m²～600g/m²；

所述表层和支撑层的重量比为（5:5）～（7:4）。

7.根据权利要求1所述的一种用于烟气净化的有色芳纶过滤材料，其特征在于：包括以下工艺步骤：

步骤一，加工车间工作准备：将开松机、混棉箱、梳理机、交叉铺网机充分的接地放电，加工车间湿度保持至45%以上；

步骤二，表层及支撑层中间位芳纶纤维混合：细纤、粗纤按比例进行混合、打散；

步骤三，制作毛网层：将混合好的纤维喂入梳理机，将梳理整齐的纤维通过双梳双铺工艺进行交叉铺网，形成蓬松毡；

步骤四，中间层植入：在双梳双铺出的毛网层中间植入基布，一同引入预针刺机，进行预针刺，预针刺密度控制在针70～120p/cm²，形成初步针刺毡；

步骤五，制作半成品针刺毡：将初步针刺毡再经过上、下针刺主刺机进行主针刺以加固形成半成品针刺毡，主针刺密度控制在700～1200p/cm²；

步骤六，针刺过滤毡后处理：使用拉幅定型机将针刺形成的半成品针刺毡进行热定型处理，然后对其进行烧毛、压光处理，形成成品针刺过滤毡，得到过滤材料。

8.一种权利要求1-7任一项所述的用于烟气净化的有色芳纶过滤材料的应用，其特征在于：所述过滤材料制备得到芳纶滤袋，所芳纶滤袋在水泥窑、钢铁、工业收尘、沥青领域的应用。