CN115400611A - 一种耐磨防静电的聚四氟乙烯覆膜滤料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种耐磨防静电的聚四氟乙烯覆膜滤料的制备方法，包括以下步骤：(1)纳米电气石加入到甲苯和水混合溶剂中，放入反应器中，加入偶联剂反应后，经过洗涤后离心分离，烘干，得到表面改性的电气石；(2)PTFE微粉与改性电气石混合后经过多加工后获得改良纤维；(3)制成针刺毡；(4)将PTFE树脂与纳米电气石以及助挤剂混合均匀，经过熟化后备用；(5)将纳米电气石乳液喷洒在PTFE膜上，经过加工得到附着有纳米电气石网络结构的PTFE膜；(6)后处理：通过覆膜加工得到聚四氟乙烯覆膜滤料。采用本发明公开的技术方案，实现在滤料表面形成稀疏的网络通道，提供其防静电性、强力和耐磨性，提高了滤料的使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于技术领域，尤其涉及发明名称一种耐磨防静电的聚四氟乙烯覆膜滤料的制备方法。
背景技术
为实现超低排放，覆膜滤料应用越来越广泛。聚四氟乙烯微孔膜(PTFE膜) 具有独特的节点原纤性、表面光滑、耐化学物质、透气不透水、透气量大、阻燃、耐高温、抗强酸碱、无毒等特性。通过热熔PTFE覆膜处理的过滤材料过滤效率高，可达99.99％，近于零排放。
同时，具有运行阻力低，过滤速度快；使用寿命长，可重复使用，从而降低运行费用。可用于化工、钢铁、冶金、炭黑、发电、水泥、垃圾焚烧等各种工业熔炉的烟气过滤。
如中国专利申请号为：CN202010209375.4，公开“复合PTFE膜的特氟龙布及其制备方法和应用”。具体公开了复合PTFE膜的特氟龙布的制备方法，包括如下步骤：(a)玻纤布基材于硅油乳液中浸润处理后干燥；(b)在经步骤(a)处理后的玻纤布两面浸涂PTFE悬浮乳液后干燥；(c)在经步骤(b)处理后的玻纤布两面复合PTFE膜，于345～400℃烧结处理3～48h，降温。
然而，现有技术公开的PTFE膜加工制备的滤料，由于PTFE膜具有绝缘不导电的性能，在粉尘浓度较高的工况环境中，由于摩擦产生静电易导致爆炸风险。
上述缺陷一定程度上限制了PTFE覆膜滤料的使用,并且由于PTFE微孔膜较薄，容易摩擦破损，使得烟气排放浓度达不到要求，对此类工业熔炉实现超低排放造成了一定的阻碍，增加了企业的成本及环保风险。
发明内容
基于上述背景，本发明的目的是提供一种耐磨防静电的聚四氟乙烯覆膜滤料的制备方法。
为实现以上目的，本发明采用以下的技术方案：
一种耐磨防静电的聚四氟乙烯覆膜滤料的制备方法，包括以下步骤：
(1)修饰纳米电气石：
纳米电气石加入到甲苯和水混合溶剂中，放入反应器中，加入偶联剂反应后，经过洗涤后离心分离，烘干，得到表面改性的电气石；
(2)PTFE/电气石共混纤维的制备：
PTFE微粉与改性电气石混合，然后加入航空煤油混合，经过50-60℃熟化 24-72h后，压棒机压棒、挤丝机挤丝，经过压延机压延成膜后，经过350-450℃烧结4-6h后针刺梳理，经过卷曲获得PTFE纤维长丝，PTFE纤维长丝经过上油、加卷、短切得到改良纤维；
(3)针刺毡的制作：
将步骤(2)制作的改良纤维经过开松、混合、精开松、梳理、铺网、加基布、针刺制成针刺毡；
(4)PTFE/纳米电气石混合原料制备：
将PTFE树脂与纳米电气石以及助挤剂混合均匀，经过熟化后备用；
(5)耐磨抗静电PTFE膜制备：
将步骤(4)中熟化后的混合物通过预压机预压成棒坯，再经过推压压延、脱脂纵拉、以及横向拉伸，横向拉伸后将纳米电气石乳液喷洒在PTFE膜上，在经过热定型烘干，得到附着有纳米电气石网络结构的PTFE膜；
(6)后处理：
将步骤(3)织成的针刺毡依次经过烧毛控制烧毛温度为250℃、压光，控制压光压力为0.4MPa、电气石/PTFE乳液浸渍，控制浸渍速度为10m/min、热定型，热定型速率为10m/min后，覆膜步骤(5)制备得到的PTFE膜覆膜，制备得到耐磨抗静电的烟气过滤材料。
优选地，所述步骤(1)中纳米电气石与甲苯和水混合溶剂的固液比为1:6；
其中，固液比为纳米电气石的质量与混合溶剂的体积之比。
优选地，所述步骤(1)中偶联剂为异丙基三钛酸；
所述步骤(1)中偶联剂添加后，补加甲苯溶剂；
所述步骤(1)中异丙基三钛酸的添加量为反应体系溶液总质量的1-3％。
优选地，所述步骤(1)中的反应条件为：
油浴反应，控制油浴反应的温度为90℃，反应时间为3h；
所述步骤(1)中反应结束后，采用蒸馏水及无水乙醇洗涤3次，放入离心机中以5000-8000r/min的转速进行离心分离，离心完成后60-80℃条件下烘干，得到表面改性的电气石，并研细至10-100nm的粒径。
优选地，所述步骤(3)中控制针刺毡800-850g/m2。
优选地，所述步骤(4)中PTFE树脂与纳米电气石以及助挤剂按照100:20:30 质量比进行混合；
所述助挤剂为航空煤油。
优选地，所述步骤(4)中混合后，混合物放置于烘房中于50-55℃条件下熟化。
优选地，所述步骤(5)中横向拉伸后通过喷洒机将纳米电气石乳液喷洒在 PTFE膜上，控制喷洒速率为0.2ml/s，在经过热定型烘干控制烘干温度为300℃。
优选地，所述步骤(6)总热定型后，覆膜步骤(5)制备得到的PTFE膜覆膜，制备得到耐磨抗静电的烟气过滤材料；
其中，覆膜包括以下步骤：
将所制备的PTFE膜材与基材PTFE滤料以热压贴合的方式进行附着，控制覆膜温度为355℃，覆膜的车速为2.7m/min，覆膜的压力为前压辊为0.4MPa，后压辊为0.2MPa。
本发明具有以下有益效果：
本发明公开了一种耐磨防静电的聚四氟乙烯覆膜滤料的制备方法，采用纳米电气石及其乳液对PTFE膜进行制备过程中的预处理，通过在PTFE膜表面以及内部形成导电通路，释放在生产过程中产生的静电。实现保持加工所得滤料在生产过程中，滤料上不残存静电，极大降低了粉尘与滤料摩擦产生爆炸的技术缺陷。
通过后处理工艺将基材针刺毡浸渍于纳米电气石与PTFE乳液的混合溶液中，在其表面形成稀疏的网络通道，提供其防静电性、强力和耐磨性，提高了滤料的使用寿命。
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的一部分实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……) 仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
实施例1一种耐磨防静电的聚四氟乙烯覆膜滤料的制备方法
制备方法包括以下步骤：
1、修饰纳米电气石
称取5g的纳米电气石加入到固液比为1:6的30mL甲苯和水混合溶剂中，然后放在三口烧瓶中，在烧瓶加入偶联剂(偶联剂为异丙基三钛酸)，使得在整个的混合物体系中偶联剂的质量分数为2％。往烧瓶中加反应溶剂甲苯,在90℃的油浴中持续反应3小时。然后用蒸馏水及无水乙醇各洗涤3次，放入离心机中以8000r/min的转速进行离心分离，离心完成后80℃条件下烘干，得到表面改性的电气石，并研细至10nm的粒径。
2、PTFE/电气石共混纤维的制备
PTFE微粉与改性电气石按质量比100：15混合，然后加入航空煤油混合(航空煤油加量为总量的30％)，将混合后的粉末置于50℃烘房中熟化72h，经压棒机压棒、挤丝机挤丝，在70℃水箱中浸泡后，经过压延机压延成膜、350℃烧结 6h、针刺梳理、卷曲获得PTFE纤维长丝；长丝后经上油、加卷和短切；
3、针刺毡的制作；
将步骤2制作的改良纤维经过开松、混合、精开松、梳理、铺网、加基布、针刺制成针刺毡；克重控制在800g/m2。
4、PTFE/纳米电气石混合原料制备
将PTFE树脂与纳米电气石以及助挤剂混合均匀，混合的比例为PTFE树脂：纳米电气石：助挤剂为100:15:3，混合后，并将混合物放置于烘房中熟化24h 以上(熟化温度为：55℃)，备用；
5、耐磨抗静电PTFE膜制备
将混合物通过预压机预压成棒坯，再经过推压压延、脱脂纵拉、以及横向拉伸，横向拉伸后通过喷洒装置将纳米电气石乳液喷洒在PTFE膜上(喷洒电气石乳液的喷洒速率为0.2ml/s)，在经过热定型烘干(烘干的温度为：300℃)，得到附着有纳米电气石网络结构的PTFE膜；
6、后处理：
将步骤3织成的针刺毡依次经过烧毛、压光、电气石/PTFE乳液浸渍、热定型以及覆膜，制成耐磨抗静电的烟气过滤材料。
具体覆膜的方法为：
将所制备的PTFE膜材与基材PTFE滤料以热压贴合的方式进行附着，控制覆膜温度为355℃，覆膜的车速为2.7m/min，覆膜的压力为前压辊为0.4MPa，后压辊为0.2MPa。
实施例2一种耐磨防静电的聚四氟乙烯覆膜滤料的制备方法
制备方法包括以下步骤
1、修饰纳米电气石
称取7g的纳米电气石加入到固液比为1:6的42mL甲苯和水混合溶剂中，然后放在三口烧瓶中，在烧瓶加入偶联剂(异丙基三钛酸)，使得在整个的混合物体系中偶联剂的质量分数为1％。往烧瓶中加反应溶剂甲苯,在90℃的油浴中持续反应3小时。然后用蒸馏水及无水乙醇各洗涤3次，放入离心机中以 5000r/min的转速进行离心分离，离心完成后60℃条件下烘干，得到表面改性的电气石，并研细至30nm的粒径。
2、PTFE/电气石共混纤维的制备
PTFE微粉与改性电气石按质量比100:20，然后加入航空煤油混合(航空煤油加量为总质量的30％)，将混合后的粉末置于50℃烘房中熟化72h，经压棒机压棒、挤丝机挤丝，在70℃水箱中浸泡后，经过压延机压延成膜、400℃烧结 5h、针刺梳理、卷曲获得PTFE纤维长丝；长丝后经上油、加卷和短切。
3、针刺毡的制作；
将步骤2制作的改良纤维经过开松、混合、精开松、梳理、铺网、加基布、针刺制成针刺毡；克重控制在850g/m2。
4、PTFE/纳米电气石混合原料制备
将PTFE树脂与纳米电气石以及助挤剂按100:20:30比例混合均匀；并将混合物放置于烘房中熟化24h以上(熟化温度为50℃)，备用；
5、耐磨抗静电PTFE膜制备
将混合物通过预压机预压成棒坯，再经过推压压延、脱脂纵拉、以及横向拉伸，横向拉伸后通过喷洒装置将纳米电气石乳液喷洒在PTFE膜上(喷洒电气石乳液的喷洒参数为0.2ml/s)，在经过热定型烘干在经过热定型烘干(热定型烘干的温度为300℃)，得到附着有纳米电气石网络结构的PTFE膜。
6、后处理：
将步骤3织成的针刺毡依次经过烧毛、压光、电气石/PTFE乳液浸渍、热定型以及覆膜，制成耐磨抗静电的烟气过滤材料。
具体覆膜的方法为：
将所制备的PTFE膜材与基材PTFE滤料以热压贴合的方式进行附着，控制覆膜温度为355℃，覆膜的车速为2.7m/min，覆膜的压力为前压辊为0.4MPa，后压辊为0.2MPa。
实施例3一种耐磨防静电的聚四氟乙烯覆膜滤料的制备方法
制备方法包括以下步骤
1、修饰纳米电气石
称取10g的纳米电气石加入到固液比为1:6的60mL甲苯和水混合溶剂中，然后放在三口烧瓶中，在烧瓶加入偶联剂(异丙基三钛酸)，使得在整个的混合物体系中偶联剂的质量分数为3％。往烧瓶中加反应溶剂甲苯,在90℃的油浴中持续反应3小时。然后用蒸馏水及无水乙醇各洗涤3次，放入离心机中以 6000r/min的转速进行离心分离，离心完成后80℃条件下烘干，得到表面改性的电气石，并研细至100nm的粒径；
2、PTFE/电气石共混纤维的制备
PTFE微粉与改性电气石按质量比100：25混合，然后加入航空煤油混合(航空煤油加量为总质量的30％)，将混合后的粉末置于55℃烘房中熟化60h，经压棒机压棒、挤丝机挤丝，在70℃水箱中浸泡后，经过压延机压延成膜、450℃烧结4h、针刺梳理、卷曲获得PTFE纤维长丝；长丝后经上油、加卷和短切；
3、针刺毡的制作；
将步骤2制作的改良纤维经过开松、混合、精开松、梳理、铺网、加基布、针刺制成针刺毡；克重控制在825g/m2。
4、PTFE/纳米电气石混合原料制备
将PTFE树脂与纳米电气石以及助挤剂按100:25:30混合均匀；并将混合物放置于烘房中熟化24h以上(熟化温度为55℃)，备用；
5、耐磨抗静电PTFE膜制备
将混合物通过预压机预压成棒坯，再经过推压压延、脱脂纵拉、以及横向拉伸，横向拉伸后通过喷洒装置将纳米电气石乳液喷洒在PTFE膜上(喷洒电气石乳液的喷洒速率为0.2ml/s)，在经过热定型烘干(热定型烘干的温度为300℃)，得到附着有纳米电气石网络结构的PTFE膜；
6、后处理：
将步骤3织成的针刺毡依次经过烧毛、压光、电气石/PTFE乳液浸渍、热定型以及覆膜，制成耐磨抗静电的烟气过滤材料。
覆膜方式为：
将所制备的PTFE膜材与基材PTFE滤料以热压贴合的方式进行附着，控制覆膜温度为355℃，覆膜的车速为2.7m/min，覆膜的压力为前压辊为0.4MPa，后压辊为0.2MPa。
对比实施例1
制备方法包括以下步骤
1、PTFE纤维的制备
PTFE微粉与航空煤油混合(航空煤油加量为30％)，将混合后的粉末置于50℃烘房中熟化72h，经压棒机压棒、挤丝机挤丝，在70℃水箱中浸泡后，经过压延机压延成膜、400℃烧结5h、针刺梳理、卷曲获得PTFE纤维长丝；长丝后经上油、加卷和短切。
2、针刺毡的制作；
将步骤1制作的改良纤维经过开松、混合、精开松、梳理、铺网、加基布、针刺制成针刺毡；克重控制在850g/m2。
3、PTFE膜制备
将PTFE微粉与航空煤油(30％)混合均匀后，通过预压机预压成棒坯，再经过推压压延、脱脂纵拉、以及横向拉伸以及热定型处理(300℃)，得到成品PTFE 膜材。
4、后处理：
将步骤2织成的针刺毡依次经过烧毛、压光、PTFE乳液浸渍、热定型以及覆膜，制成PTFE覆膜烟气过滤材料。
覆膜工艺：通过将所制备的PTFE膜材与基材PTFE滤料以热压贴合的方式进行附着。
覆膜方式为：
将所制备的PTFE膜材与基材PTFE滤料以热压贴合的方式进行附着，控制覆膜温度为355℃，覆膜的车速为2.7m/min，覆膜的压力为前压辊为0.4MPa，后压辊为0.2MPa。
对比本发明实施例1-3以及对比实施例1公开的滤袋进行耐磨性、抗静电性能测试，测试结果如下：
表1
通过表1公开的数据可知：本发明公开的材料，耐磨性能优；防静电效果较佳。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种耐磨防静电的聚四氟乙烯覆膜滤料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)修饰纳米电气石：
纳米电气石加入到甲苯和水混合溶剂中，放入反应器中，加入偶联剂反应后，经过洗涤后离心分离，烘干，得到表面改性的电气石；
(2)PTFE/电气石共混纤维的制备：
PTFE微粉与改性电气石混合，然后加入航空煤油混合，经过50-60℃熟化24-72h后，压棒机压棒、挤丝机挤丝，经过压延机压延成膜后，经过350-450℃烧结4-6h后针刺梳理，经过卷曲获得PTFE纤维长丝，PTFE纤维长丝经过上油、加卷、短切得到改良纤维；
(3)针刺毡的制作：
将步骤(2)制作的改良纤维经过开松、混合、精开松、梳理、铺网、加基布、针刺制成针刺毡；
(4)PTFE/纳米电气石混合原料制备：
将PTFE树脂与纳米电气石以及助挤剂混合均匀，经过熟化后备用；
(5)耐磨抗静电PTFE膜制备：
将步骤(4)中熟化后的混合物通过预压机预压成棒坯，再经过推压压延、脱脂纵拉、以及横向拉伸，横向拉伸后将纳米电气石乳液喷洒在PTFE膜上，在经过热定型烘干，得到附着有纳米电气石网络结构的PTFE膜；
(6)后处理：
将步骤(3)织成的针刺毡依次经过烧毛控制烧毛温度为250℃、压光，控制压光压力为0.4MPa、电气石/PTFE乳液浸渍，控制浸渍速度为10m/min、热定型，热定型速率为10m/min后，覆膜步骤(5)制备得到的PTFE膜覆膜，制备得到耐磨抗静电的烟气过滤材料。
2.根据权利要求1所述的耐磨防静电的聚四氟乙烯覆膜滤料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中纳米电气石与甲苯和水混合溶剂的固液比为1:6；
其中，固液比为纳米电气石的质量与混合溶剂的体积之比。
3.根据权利要求1所述的耐磨防静电的聚四氟乙烯覆膜滤料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中偶联剂为异丙基三钛酸；
所述步骤(1)中偶联剂添加后，补加甲苯溶剂；
所述步骤(1)中异丙基三钛酸的添加量为反应体系溶液总质量的1-3％。
4.根据权利要求1所述的耐磨防静电的聚四氟乙烯覆膜滤料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的反应条件为：
油浴反应，控制油浴反应的温度为90℃，反应时间为3h；
所述步骤(1)中反应结束后，采用蒸馏水及无水乙醇洗涤3次，放入离心机中以5000-8000r/min的转速进行离心分离，离心完成后60-80℃条件下烘干，得到表面改性的电气石，并研细至10-100nm的粒径。
5.根据权利要求1所述的耐磨防静电的聚四氟乙烯覆膜滤料的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中控制针刺毡800-850g/m2。
6.根据权利要求1所述的耐磨防静电的聚四氟乙烯覆膜滤料的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中PTFE树脂与纳米电气石以及助挤剂按照100:20:30质量比进行混合；
所述助挤剂为航空煤油。
7.根据权利要求6所述的耐磨防静电的聚四氟乙烯覆膜滤料的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中混合后，混合物放置于烘房中于50-55℃条件下熟化。
8.根据权利要求1所述的耐磨防静电的聚四氟乙烯覆膜滤料的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中横向拉伸后通过喷洒机将纳米电气石乳液喷洒在PTFE膜上，控制喷洒速率为0.2ml/s，在经过热定型烘干控制烘干温度为300℃。
9.根据权利要求1所述的耐磨防静电的聚四氟乙烯覆膜滤料的制备方法，其特征在于，所述步骤(6)总热定型后，覆膜步骤(5)制备得到的PTFE膜覆膜，制备得到耐磨抗静电的烟气过滤材料；
其中，覆膜包括以下步骤：
将所制备的PTFE膜材与基材PTFE滤料以热压贴合的方式进行附着，控制覆膜温度为355℃，覆膜的车速为2.7m/min，覆膜的压力为前压辊为0.4MPa，后压辊为0.2MPa。
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