CN105642017B - 一种聚四氟乙烯自组装涂层滤料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种聚四氟乙烯自组装涂层滤料及其制备方法，该滤料包括一滤料基底、一吸附固化层、一聚四氟乙烯纳米颗粒层，所述滤料基底、吸附固化层、聚四氟乙烯纳米颗粒层层叠设置，且所述聚四氟乙烯纳米颗粒层的聚四氟乙烯纳米颗粒部分渗入吸附固化层，所述吸附固化层和聚四氟乙烯纳米颗粒层的颗粒并非仅存在于滤料基底的整体表面上，且存在于滤料基底所有纤维的表面上，整体覆盖率达到90％以上。本发明滤料强度高、过滤效果好、耐腐蚀、耐氧化且有较高的疏水性。
Description
技术领域
本发明涉及一种过滤材料，尤其是一种聚四氟乙烯自组装涂层滤料及其制备方法。
背景技术
减少大气污染最直接的办法是减少污染气体的排放。在保证经济发展的前提下，减少工业粉尘排放最直接有效的方法是高效的污染气体控制技术。电力、水泥、钢铁、有色金属、机械、化工、垃圾焚烧等是粉尘污染最严重的行业，当前所使用的主要除尘技术为静电涂层和滤袋除尘。静电除尘的最低排放浓度为15-30mg/m3，滤袋技术是0-5mg/m3。随着国家标准的提高，目前京津冀等重点地区的要求是10mg/m3以下，很快将达到5mg/m3以下，因此静电技术将无法满足环保技术的要求。为适应环保的高要求，滤袋技术和静电与滤袋的混合技术将成为烟气除尘技术的必然选择。滤袋除尘技术中，滤袋作为一种消耗品，其相关质量水准将成为滤袋技术的核心和竞争力。
滤袋的质量主要体现在耐腐蚀性、耐氧化性、强度、过滤效率等几个方面。由于工业烟气的成分复杂，烟气排放的温度不稳定，造成滤料纤维的腐蚀和氧化，使滤袋强度下降，从而降低其使用寿命，使用户企业遭受损失。目前，滤料行业已经出现了拒水防油滤料涂层，聚四氟乙烯浸渍涂层、发泡涂层等滤料的后处理手段，但提升效果还不够显著和全面，行业内尚缺乏一种可以全面提高滤料的耐腐蚀性、耐氧化性、拒水性、清灰特性、强度和过滤效率的后处理方法或涂层处理手段。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供了一种强度高、过滤效果好、耐腐蚀、耐氧化且有较高的疏水性的聚四氟乙烯自组装涂层滤料及其制备方法。
本发明采用的技术方案为：
一种聚四氟乙烯自组装涂层滤料，该滤料包括一滤料基底、一吸附固化层、一聚四氟乙烯纳米颗粒层，所述滤料基底、吸附固化层、聚四氟乙烯纳米颗粒层层叠设置，且所述聚四氟乙烯纳米颗粒层的聚四氟乙烯纳米颗粒部分渗入吸附固化层，所述吸附固化层和聚四氟乙烯纳米颗粒层的颗粒并非仅存在于滤料基底的整体表面上，且存在于滤料基底所有纤维的表面上，整体覆盖率达到90％以上。
优选地，所述滤料基底的厚度在0.3～10mm之间，所述吸附固化层厚度小于1μm，所述聚四氟乙烯纳米颗粒层厚度在40～800nm之间。
本发明还提供了一种聚四氟乙烯自组装涂层滤料的制备方法，包括以下步骤:
步骤(1)：配置混合液a，使其包含1-10g/L的正电吸附剂、0-50g/L的固化剂、0.005～1mol/L的无机盐；
步骤(2)：配置混合液b，使其包含1-10g/L的负电吸附剂、0-50g/L的固化剂、0.005～1mol/L的无机盐；
步骤(3)：配制质量分数为2-20％聚四氟乙烯纳米颗粒分散液，稀释液为水，充分搅拌分散。
步骤(4)：当滤料基底的表面电位为负，则将所述混合液a直接形成于滤料基底表面上(步骤(2)省略)，或者是以a-b-a的顺序将混合液a,b逐次形成于滤料基底表面上，层数不限(吸附固化层厚度应小于1μm)，但最后使用的混合液为a；当滤料基底的表面电位为正，则按照b-a-b-a的顺序将混合液a,b逐次形成于滤料基底表面上，层数不限(吸附固化层厚度应小于1μm)，但最后使用的混合液为a。
步骤(5)：将经过步骤(4)处理后的滤料基底用热风烘干，然后将步骤3配制的聚四氟乙烯纳米颗粒分散液喷涂于其上，并使其充分润湿。
步骤(6)：将步骤(5)中的所得滤料烘干，然后在150-230℃的温度下烘烤，使聚四氟乙烯纳米颗粒固化在滤料的表面，然后自然冷却，即得。
在步骤(1)中，所述正电吸附剂为电离后使得表面带正电荷的物质，具体地，所述正电吸附剂为聚乙烯亚胺，聚乙烯吡啶，聚磷酸盐、聚硅酸盐、聚二烯丙基二甲基氯化铵中的一种或两种以上的组合物。所述固化剂为水性乳液常用固化剂，具体地，所述固化剂为三乙烯四胺、N-羟甲基丙烯酰胺、多异氰酸酯或聚碳化二亚胺。所述无机盐为易溶于水的无机盐类，具体地，所述无机盐为氯化钠、氯化钾、氯化铵、硫酸钠、硫酸钾、硝酸钠、硝酸钾中的一种或两种以上的组合物。
在步骤(2)中，所述负电吸附剂为电离后使得表面带负电荷的物质，具体地，所述负电吸附剂为聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚苯乙烯磺酸、聚乙烯磺酸、聚乙烯磷酸中的一种或两种以上的组合物，所述固化剂和无机盐与步骤(1)中的相同。
在步骤(3)中，所述聚四氟乙烯纳米颗粒分散液可以通过将所述聚四氟乙烯纳米颗粒分散于一溶剂中获得，也可通过悬浮聚合、乳液聚合等聚合法获得。所述聚四氟乙烯纳米颗粒的粒径可以为50～1000nm(优选为40～800nm)，其可以以球型颗粒、椭球形颗粒、不规则形状颗粒、粉体、乳液、浓缩分散液等相态存在。
在步骤(4)中，滤料基底表面电位可由表面电位仪测试获得，不同材料的滤料基底的表面电位正负和绝对值都有所不同。
混合液a、b形成于滤料基底上的方式为交替浸没，优选地，单次浸没时间为5-30分钟。
所述滤料可以为各种工业烟气过滤材料和水过滤材料，包括：涤纶、丙纶、聚苯硫醚、聚酰亚胺、亚克力、玻纤、氟美斯、芳纶、尼龙、混合纤维脂、聚乙烯醇、聚氨酯等材料的滤袋、滤布、滤膜等。
当滤料基底带负电且电性较强时，所述吸附固化层中的吸附剂可以仅用正电吸附剂，即只需要用混合液a处理即可。
在步骤(5)中，所述烘干的温度应小于200℃。所述烘干的目的是为了使溶剂挥发。
在步骤(6)中，优选的烘烤时间为3-20min。
当混合液a、混合液b中的固化剂的含量为0，则步骤(6)中烘烤温度为180-230℃。否则聚四氟乙烯纳米颗粒与滤料基底纤维的结合力将较差，容易在烟尘冲刷和清灰过程中脱落。
本发明提供的聚四氟乙烯自组装涂层滤料制备方法具有以下优点，其一、在吸附剂作用下，聚四氟乙烯纳米颗粒紧密排列在滤料表面(滤料基底所包含的所有纤维表面)，整体覆盖率可达到90％以上；其二、滤料纤维表面的聚四氟乙烯纳米颗粒表面部分熔融，相互粘连在一起。
本发明提供的聚四氟乙烯自组装涂层滤料具有以下优点，其一、涂层本身具有一定的强度，覆盖在滤料(滤料基底包含的所有纤维)上，提高了每一根纤维的抗拉强度，从而提高了滤料整体的强度；其二、聚四氟乙烯纳米颗粒几乎将滤料(滤料基底包含的所有纤维)完全覆盖，并熔融粘连减小了缝隙，从而代替滤料纤维本身与所过滤的烟气和粉尘接触，而聚四氟乙烯具有很高的化学稳定性，则可大大提高滤料的耐酸碱腐蚀性和耐氧化性。其三、聚四氟乙烯具有较低的表面能，且聚四氟乙烯纳米颗粒紧密排列，表面熔融后形成了一定的纳米结构形貌，进一步降低了表面能，可实现滤料表面达到较高的疏水性，从而提高滤料的不粘性和清灰特性。
附图说明
图1本发明实施例提供的聚四氟乙烯自组装涂层滤料结构示意图。
图2本发明实施例1提供的聚四氟乙烯自组装涂层滤料中的纤维表面扫描电镜图。
主要元件符号说明
聚四氟乙烯自组装涂层滤料 100
吸附固化层 10
聚四氟乙烯纳米颗粒层 20
滤料基底 30
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明的技术方案进一步详细表述。但不限定本发明的保护范围。
如图1所示，本发明中聚四氟乙烯自组装涂层滤料100，该滤料100包括一滤料基底30、一吸附固化层10、一聚四氟乙烯纳米颗粒层20，所述滤料基底30、吸附固化层10、聚四氟乙烯纳米颗粒层20层叠设置，且所述聚四氟乙烯纳米颗粒层20的聚四氟乙烯纳米颗粒部分渗入吸附固化层10，所述吸附固化层10和聚四氟乙烯纳米颗粒层20的颗粒并非仅存在于滤料基底30的整体表面上，且存在于滤料基底30纤维的所有表面上，整体覆盖率达到90％以上。
实施例1
一种聚四氟乙烯自组装涂层滤料的制备方法，包括如下步骤：
配置混合液a，使其包含5g/L的正电吸附剂(聚乙烯吡啶和聚乙烯亚胺体积比为2:1的混合液)，10g/L的三乙烯四胺，0.08mol/L的无机盐(氯化钠和硫酸钠质量比1:1)；配置混合液b，使其包含5g/L的负电吸附剂(聚丙烯酸和聚甲基丙烯酸体积比为3:1的混合液)，10g/L的三乙烯四胺，0.08mol/L的无机盐(氯化钠和硫酸钠质量比1:1)。将聚苯硫醚滤布基底首先浸没于混合液a，静置15分钟，取出扎去多余溶液，再浸没于混合液b，同样静置15分钟，取出扎去多余溶液，再浸没于混合液a，静置15分钟。取出在90℃的热风中彻底烘干；将质量分数为4％的聚四氟乙烯纳米颗粒分散液用喷枪均匀喷涂至烘干的聚苯硫醚滤料表面，使其充分润湿，静置10分钟，扎去多余的分散液，90℃热风烘干，180℃烘烤10分钟后取出自然降温。即得。经扫描电子显微镜观察，该聚苯硫醚滤布中的纤维表面有一层聚四氟乙烯纳米颗粒，覆盖率超过95％。经测试，该自组装涂层滤布具有超疏水特性，其耐氧化、耐腐蚀、滤料经纬向强度都有显著提高。
实施例2
一种聚四氟乙烯自组装涂层滤料的制备方法，包括如下步骤：
配置混合液a，使其包含3g/L的正电吸附剂(聚硅酸盐)，15g/L的三乙烯四胺，0.04mol/L的无机盐(氯化铵)；配置混合液b，使其包含3g/L的负电吸附剂(聚苯乙烯磺酸)，5g/L的多异氰酸酯，0.1mol/L的无机盐(氯化铵)。将亚克力滤布基底首先浸没于混合液b，静置15分钟，取出扎去多余溶液，再浸没于混合液a，同样静置15分钟。取出扎去多余溶液，然后在90℃的热风中彻底烘干；将质量分数为8％的聚四氟乙烯纳米颗粒分散液用喷枪均匀喷涂至烘干的亚克力滤料表面，使其充分润湿，静置10分钟，扎去多余的分散液，90℃热风烘干，160℃烘烤10分钟后取出自然降温，即得。经扫描电子显微镜观察，该亚克力滤布中的纤维表面有一层聚四氟乙烯纳米颗粒，覆盖率超过95％。经测试，该自组装涂层滤布具有超疏水特性，其耐氧化、耐腐蚀、滤料经纬向强度都有显著提高。
实施例3
一种聚四氟乙烯自组装涂层滤料的制备方法，包括如下步骤：
配置混合液a，使其包含4g/L的正电吸附剂(聚二烯丙基二甲基氯化铵)，10g/L的N-羟甲基丙烯酰胺，0.05mol/L的无机盐(碳酸钠)。将涤纶滤布基底浸没于混合液a，静置15分钟，取出扎去多余溶液，然后在80℃的热风中彻底烘干；将质量分数为6％的聚四氟乙烯纳米颗粒分散液用喷枪均匀喷涂至烘干的涤纶滤布表面，使其充分润湿，静置10分钟，扎去多余的分散液，80℃热风烘干，160℃烘烤5分钟后取出自然降温。即得。经扫描电子显微镜观察，该涤纶滤布中的纤维表面有一层聚四氟乙烯纳米颗粒，覆盖率超过95％。经测试，该自组装涂层滤布具有超疏水特性，其耐氧化、耐腐蚀、滤料经纬向强度都有显著提高。
本发明提供的聚四氟乙烯自组装涂层滤料中，涂层并非只存在于滤料整体的表面，而是存在于构成滤料的所有纤维的表面，即所述吸附固化层和聚四氟乙烯纳米颗粒层存在于构成滤料基底的所有纤维的表面上，如此达到上述效果。
另外，本领域技术人员还可在本发明精神内作其它变化，当然这些依据本发明精神所作的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。
Claims (9)
1.一种聚四氟乙烯自组装涂层滤料的制备方法，其特征在于：
该滤料包括一滤料基底、一吸附固化层、一聚四氟乙烯纳米颗粒层，所述滤料基底、吸附固化层、聚四氟乙烯纳米颗粒层层叠设置，且所述聚四氟乙烯纳米颗粒层的聚四氟乙烯纳米颗粒部分渗入吸附固化层，所述吸附固化层和聚四氟乙烯纳米颗粒层的颗粒并非仅存在于滤料基底的整体表面上，且存在于滤料基底所有纤维的表面上，整体覆盖率达到90%以上；
该方法包括以下步骤：
步骤(1)：配置混合液a，使其包含1-10 g/L的正电吸附剂、0-50 g/L的固化剂、0.005-1mol/L的无机盐；
步骤(2)：配置混合液b，使其包含1-10 g/L的负电吸附剂、0-50 g/L的固化剂、0.005-1mol/L的无机盐；
步骤(3)：配制质量分数为2-20%聚四氟乙烯纳米颗粒分散液，稀释液为水，充分搅拌分散；
步骤(4)：当滤料基底的表面电位为负，则将所述混合液a直接形成于滤料基底表面上，或者是以a-b-a的顺序将混合液a,b逐次形成于滤料基底表面上，层数不限，但最后使用的混合液为a；当滤料基底的表面电位为正，则按照b-a-b-a的顺序将混合液a,b逐次形成于滤料基底表面上，层数不限，但最后使用的混合液为a；
步骤(5)：将经过步骤(4)处理后的滤料基底用热风烘干，然后将步骤3配制的聚四氟乙烯纳米颗粒分散液喷涂于其上，并使其充分润湿；
步骤(6)：将步骤(5)中的所得滤料烘干，然后在150-230℃的温度下烘烤，使聚四氟乙烯纳米颗粒固化在滤料的表面，然后自然冷却，即得。
2.根据权利要求1所述聚四氟乙烯自组装涂层滤料的制备方法，其特征在于：所述滤料基底的厚度在0.3-10 mm之间，所述吸附固化层厚度小于1 μm，所述聚四氟乙烯纳米颗粒层厚度在40-800 nm之间。
3.根据权利要求1所述聚四氟乙烯自组装涂层滤料的制备方法，其特征在于：所述正电吸附剂为聚乙烯亚胺，聚乙烯吡啶，聚磷酸盐、聚硅酸盐、聚二烯丙基二甲基氯化铵中的一种或两种以上的组合物；所述负电吸附剂为聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚苯乙烯磺酸、聚乙烯磺酸、聚乙烯磷酸中的一种或两种以上的组合物；所述固化剂为三乙烯四胺、N-羟甲基丙烯酰胺、多异氰酸酯或聚碳化二亚胺；所述无机盐为氯化钠、氯化钾、氯化铵、硫酸钠、硫酸钾、硝酸钠、硝酸钾中的一种或两种以上的组合物。
4.根据权利要求1所述聚四氟乙烯自组装涂层滤料的制备方法，其特征在于：所述聚四氟乙烯纳米颗粒分散液中的聚四氟乙烯纳米颗粒的粒径为50-1000 nm。
5.根据权利要求1所述聚四氟乙烯自组装涂层滤料的制备方法，其特征在于：所述聚四氟乙烯纳米颗粒分散液中的聚四氟乙烯纳米颗粒的粒径为40-800 nm。
6.根据权利要求1所述聚四氟乙烯自组装涂层滤料的制备方法，其特征在于：混合液a、b形成于滤料基底上的方式为交替浸没，单次浸没时间为5-30分钟。
7.根据权利要求1所述聚四氟乙烯自组装涂层滤料的制备方法，其特征在于：所述滤料为各种工业烟气过滤材料和水过滤材料，为涤纶、丙纶、聚苯硫醚、聚酰亚胺、亚克力、玻纤、氟美斯、芳纶、尼龙、混合纤维脂、聚乙烯醇或聚氨酯制成的滤袋、滤布或滤膜。
8.根据权利要求1所述聚四氟乙烯自组装涂层滤料的制备方法，其特征在于：当滤料基底带负电且电性较强时，所述吸附固化层中的吸附剂仅用正电吸附剂，即只需要用混合液a处理即可。
9.根据权利要求1所述聚四氟乙烯自组装涂层滤料的制备方法，其特征在于：当混合液a、混合液b中的固化剂的含量为0，则步骤(6)中烘烤温度为180-230℃。
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