CN1827905A - 一种针刺毡表面处理剂及其浸渍工艺 - Google Patents

Abstract

一种针刺毡表面处理剂及其浸渍工艺，涉及针刺毡滤材表面处理剂的配方及其工艺处理方法。表面处理剂的配方包括成膜剂、织物整理剂及偶联剂，其具体配方按重量百分比计算，组成如下：1)氟聚物乳液：4－15％；2)高分子酯聚合物：1－20％；3)硅油乳液：1－8％；4)偶联剂：0.1－1％；5)纳米级材料：0.3－3％；6)水：余量。一种针刺毡表面处理剂的浸渍工艺，其工艺流程如下：针刺毡素毡放卷，通过浸渍槽走毡，经过对辊挤压机进行挤压，经挤压后的湿毡，再送入烘干炉烘干，经烘干的针刺毡用收卷机收卷，得成品。采用本发明制得的燃煤锅炉除尘用针刺毡，在针刺毡滤材表面生成了一层高分子高性能保护膜，提高了针刺毡滤材的理化性能及使用寿命。

Description

一种针刺毡表面处理剂及其浸渍工艺

技术领域

一种针刺毡表面处理剂及其浸渍工艺，涉及针刺毡过滤材料(以下简称滤材)表面处理剂的配方及其工艺处理方法。

背景技术

为保护大气环境，各国对工业窑炉烟尘的排放均有严格要求。排放到大气中的烟气，必须通过除尘设备处理后，去除烟气中污染环境的各种有害气体和粉尘，才能达到国家环保有关规定要求。

目前，国内外燃煤锅炉普遍使用针刺毡制成的滤材，来滤除烟气中的有害成分，这种除尘方法与已有的静电除尘法相比，具有更高的除尘率。但是我国电厂燃煤锅炉所用煤种差，硫含量高，致使燃煤锅炉烟气硫氧化物和氮氧化物含量高，灰份多，水汽量大，且温度高达180℃，给针刺毡滤材滤除烟气带来很大困难。而到目前为止，燃煤锅炉所用针刺毡滤材的材料均采用纯PPS(聚苯硫醚)材料或PPS与P₈₄(聚酰亚胺)混杂材料制造。这种针刺毡滤材在我国电厂燃煤锅炉上使用存在易被酸性物质腐蚀、清灰困难等严重缺陷，难以满足我国电厂燃煤锅炉连续稳定运行的起码要求。为了提高合成纤维针刺毡滤材的理化性能及除尘效果，必须对现行使用的合成纤维针刺毡滤材进行表面处理，以提高针刺毡滤材的耐酸性和抗氧性，拓宽其适用范围，延长其使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提出一种针刺毡表面处理剂及其浸渍工艺，用它对现有的有机合成纤维针刺毡滤材进行表面处理，使针刺毡滤材表面形成一层性能优良的高分子膜，以提高针刺毡滤材的理化性能及使用寿命。

本发明的技术解决方案在于，提出了一种针刺毡表面处理剂及其浸渍工艺，表面处理剂的配方包括成膜剂、织物整理剂及偶联剂，其具体配方按重量百分比计算，组成如下：

1)氟聚物乳液                4-15％；

2)高分子酯聚合物            1-20％；

3)硅油乳液                  1-8％；

4)偶联剂                    0.1-1％；

5)纳米级材料                0.3-3％；

6)水                        余量。

在以上配方中氟聚物乳液具有防腐蚀、抗氧化等性能。众所周知，在氟聚物分子中含有大量的-(CF₂-CF₂)_n-基团，氟聚物本身具有优异的防腐和耐高温性能，(耐温可达260℃)，为该配方的主要成分之一。它的加入除了有利于改善滤材的抗氧、耐水性外，尤其可以提高针刺毡滤材的耐温性能。氟聚物乳液可以是聚四氟乙烯乳液(固含量为60％)、聚偏氟乙烯乳液(固含量50％)、聚四氟六氟共聚物乳液(固含量50％)。选取聚四氟乙烯乳液时，分子量范围为1000000-7000000，最佳范围为2000000-4000000。

在燃煤锅炉所排放的烟气有害成分中，富含大量的酸性氧化物，如硫氧化物、(SO_X)、氮氧化物(NO_X)等等，高分子酯聚合物的作用是使组合物中各组分均匀的固着在针刺毡纤维表面，并形成连续的保护膜，可改善针刺毡滤材表面的抗硫氧化物、氮氧化物等酸性氧化物的性能。本发明中所使用的高分子酯聚合物主要包括聚氨酯(固含量20％)、聚丙烯酸酯(固含量35％)、聚醋酸乙烯酯(固含量40％)的乳液或水溶液，最佳为聚氨酯或聚丙烯酸酯。实验结果表明，其最佳浓度范围为1-20％。含量过低，过滤材料成品成膜性能差，但是过高的浓度会导致因针刺毡过滤材料成品硬而脆，影响使用寿命，并影响透气性能从而降低滤材的过滤效率。

硅油乳液是一种常见的织物整理剂，其性能优良、价格低廉，原料易得。硅油乳液的使用，可使针刺毡滤材表面变得柔软、光滑，有利于降低除尘过程中的运行阻力，且便于滤袋的“清灰”作业。本发明中所用硅油为甲基硅油乳液(含油量30％)、苯甲基硅油乳液(含油量30％)、羟基硅油乳液(含油量20％)、含氢硅油乳液(含油量18％)或它们的混合物，最佳选用聚苯甲基硅油。1-8％的硅油含量就可以达到既能使滤材表面光滑，又不影响纤维表面的成膜性能。

本配方中的偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂，最佳为硅烷偶联剂。硅烷偶联剂中的硅氧键(-Si-O-)加强了无机材料(例如氧化钛)与有机合成纤维及聚合物树脂之间的连接强度，使得针刺毡纤维表面形成的高性能高分子保护膜与针刺毡滤材纤维基材结合得更牢固。本发明中所用硅烷偶联剂为KH-550化学名称为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、KH-560化学名称为γ-(2，3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷、KH-570化学名称为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷或A-151化学名称为乙烯基三乙氧基硅烷等，最佳为KH-570。

钠米级材料是指纳米级氧化物或硫化物，它们具有良好的表面自洁能力，它们的加入、使用，赋予了针刺毡滤材成品的自洁、清灰功能。但是纳米材料粒度极细，它在乳液中很难均匀分散，所以其加入量也不宜过高。实验结果表示，其加入量过大，既不利于降低成本，又会造成纳米材料分散不均匀，但是低于0.3％的含量，自洁效果又会不明显。所以，一般控制它的用量在0.3-3％。本发明选用纳米材料为多氧化硅(SiO_x)、氧化钛(TiO₂)、三氧化铝(Al₂O₃)、氧化锌(ZnO)、硫化锌(ZnS)、硫化钙(CaS)、硫化铅(PbS)。最佳选用氧化钛。氧化钛粒度为10～150纳米，最佳为50-100纳米。

一种针刺毡表面处理剂的浸渍工艺，包括针刺毡素毡的放卷、浸渍槽中浸渍、对辊挤压、烘干炉烘干、收卷得成品，其特征在于：工艺流程和条件按下列方式进行：

1)针刺毡素毡经放卷辊放毡；

2)经放卷的素毡通过浸渍槽浸渍，素毡须浸入处理液面下30厘米，并保证素毡浸渍时间在0.1-0.2分钟；

3)浸渍后，经过对辊挤压，压力为其自重；

4)挤压后，送入烘干炉烘干，烘干温度为120℃-220℃；

5)经以上步骤处理后，将烘干的针刺毡经收卷机收卷，得成品；

整条机组线速度为0.5-3米/分钟。

采用本发明配方及工艺制得的针刺毡，由于在针刺毡滤材表面生成了一层高分子高性能保护膜，针刺毡滤材的耐腐蚀能力得到加强，尤其耐硫氧化物和氮氧化物能力得到很大提高，抗氧能力从14％提高到16％；针刺毡滤材表面自洁能力强，易于清灰，经久耐用，实践表明，用本发明处理剂及浸渍工艺处理后的针刺毡滤材，使用寿命大约延长了30％，已能达到连续使用30000小时以上的行业标准要求，可广泛应用于电力、钢铁、碳黑、水泥、等领域，尤其适用于电厂燃煤锅炉的烟气过滤。

附图说明

图1为本发明浸渍工艺设备布置图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步的详细说明。

实施例1～9

表1，为本发明实施例选取的9个针刺毡表面处理剂的配方。在表1的表头拦中：

“PTFE乳液”表示氟聚物乳液(固含量60％、市售)。氟聚物乳液中所用聚四氟乙烯分子量范围为2000000～4000000；

“A6”表示市售的聚氨酯水溶液(固含量35％、市售)。

“285硅油乳液”表示市售285苯甲基硅油乳液(固含量为35％、市售)。

“TiO₂”表示所用纳米材料为纳米级氧化钛，粒度为50-100纳米(市售)。

选用市售KH-570，化学名称γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，分子式为CH₂＝CCH₃COCH₂CH₂CH₂Si(OCH₂CH₃)，作为本实施例中的硅烷偶联剂。

表1中所有数字均表示重量百分比数。

                                     表1

序号	PTFE乳液	A6	285硅油乳液	TiO2	KH570	水
							1	4	20	8	0.3	0.5	余量
2	10	10	1	1	1.0	余量
							3	15	1	4	3	0.1	余量
4	4	10	1	1	1.0	余量
							5	10	1	4	3	0.1	余量
6	15	20	8	0.3	0.5	余量
							7	4	1	4	3	0.1	余量
8	10	10	8	0.3	0.5	余量
							9	15	20	1	1	1.0	余量

下面以配方1为例，说明本针刺毡表面处理剂的具体配制方法，其它8个配方的配制方法均与配方1相同。

以配制100公斤针刺毡表面处理剂为例，具体配制过程如下：

1)首先称取0.3公斤粒度为50-100纳米级的氧化钛(TiO₂)，缓慢加入到20公斤水中，在常温下用磁力搅拌机(转速为1000-2000转/分钟)搅拌10-15分钟，静置、待用。

2)称取A6聚氨酯水溶液20公斤，依次加入4公斤分子量为2000000-4000000的聚四氟乙烯乳液、8公斤285硅油乳液，在常温下，用桨式搅拌机搅拌(转速为30-60转/分钟)5-10分钟，再将已配制好的纳米级氧化钛乳液(见步骤1)缓慢加入，边加入边搅拌，搅拌机转速为30-60转/分钟。

3)用冰醋酸将47.2公斤的水的PH值调至3-4，再加入0.5公斤的硅烷偶联剂KH570，在常温下，用桨式搅拌机搅拌10-20分钟，(转速为30-60转/分钟)静置后，将其缓慢加入到步骤2制得的乳液中，搅拌均匀，即得所需针刺毡表面处理剂成品。

针刺毡表面处理剂浸渍工艺过程如下：

1)针刺毡素毡2(克重为500克/平方米)经放卷辊1放卷

2)经放卷的素毡2通过浸渍槽3浸渍。针刺毡素毡2须浸入浸渍槽3处理液面下30厘米，并保证浸渍时间控制在0.2分钟。

3)浸渍后，经对辊4挤压，上挤压辊的直径为20厘米，压力为其自重(约30公斤)，挤压去多余的水份，控制轧余率为100％。

4)经挤压后的素毡2，送入烘干炉5中烘干，烘干温度控制在200℃；

5)经以上步骤处理后，将经烘干的针刺毡用收卷机6收卷，得成品。

整条机组的线速度为2米/分钟。

实施例10

在本实施例中，“FEP乳液”采用聚四氟乙烯六氟乙烯共聚物乳液，(固含量50％)，该组份重量百分比不变；“A6”采用市售的聚丙烯酸酯(固含量38％)，该组份重量百分比不变；采用市售的纳米氧化锌(ZnO)代替实施例1中的氧化钛(TiO₂)，粒度为50-100纳米，该组份重量百分比不变。其它成分及配方配制工艺与浸渍工艺同实施例1-9。

Claims (7)

1、一种针刺毡表面处理剂，它包括成膜剂、织物整理剂及偶联剂，其具体配方按重量百分比计算，组成如下：

1)氟聚物乳液                         4-15％；

2)高分子酯聚合物                     1-20％；

3)硅油乳液                           1-8％；

4)偶联剂                             0.1-1％；

5)纳米级材料                         0.3-3％；

6)水                                 余量。

2、根据权利要求1所述的一种针刺毡表面处理剂，其特征在于，氟聚物乳液为以下几种乳液之一：1)聚四氟乙烯乳液2)聚偏氟乙烯乳液3)聚四氟六氟共聚物乳液；最佳选用聚四氟乙烯乳液，分子量范围为1000000-7000000，最佳范围为2000000-4000000。

3、根据权利要求1所述的一种针刺毡表面处理剂，其特征在于，可选以下几种硅油乳液之一：1)甲基硅油乳液2)苯甲基硅油乳液3)羟基硅油乳液4)含氢硅油乳液，最佳选用聚苯甲基硅油。

4、根据权利要求1所述的一种针刺毡表面处理剂，其特征在于，可选用以下两种硅烷偶联剂之一：1)硅烷偶联剂2)钛酸酯偶联剂，最佳为硅烷偶联剂。

5、根据权利要求1所述的一种针刺毡表面处理剂，其特征在于，可选用的纳米材料品种为：多氧化硅、氧化钛、三氧化铝、氧化锌、硫化锌、硫化钙、硫化铅，最佳选取氧化钛，其粒度为10～150纳米，最佳为50～100纳米。

6、根据权利要求1所述的一种针刺毡表面处理剂，其特征在于，高分子酯聚合物为以下三种物质之一：1)聚氨酯聚合物2)聚丙烯酸酯聚合物3)聚醋酸乙烯酯聚合物。

7、一种针刺毡表面处理剂的浸渍工艺，包括针刺毡素毡的放卷、浸渍槽中浸渍、对辊挤压、烘干炉烘干、收卷得成品，其特征在于：工艺流程和条件按下列方式进行：

1)针刺毡素毡经放卷辊放卷；

2)经放卷的素毡，通过浸渍槽，针刺毡素毡须浸入处理液面下30厘米，保证素毡浸渍时间在0.1-0.2分钟左右；

3)浸渍后，经过对辊挤压，上挤压辊的直径为20厘米，压力为其自重；

4)经挤压后的湿毡，再送入烘干炉烘干，烘干温度为120℃-220℃：

5)经以上步骤处理后，将经烘干的针刺毡用收卷机收卷，得成品；

整条机组线速度为0.5-3米/分钟。