一种对位芳纶纳米纤维/聚苯硫醚无纺布复合滤料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及复合滤料及其制备方法，特别涉及一种对位芳纟仑纳米纤维/聚苯硫醚无纺布复合滤料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]聚苯硫醚(Polyphenylene Sulfide，简称PPS)纤维是一种新型高性能合成纤维，具有优异的热稳定性、耐化学腐蚀性、阻燃性等物化性能，能在较高温度和极其恶劣的工作环境下长期使用，主要用于热过滤材料。近年来，随着工业的飞速发展，工业排污日益严重，已经危害到自然环境和人们的身体健康。现在大多数城市的雾霾天气持续活跃，大气悬浮颗粒物浓度居高不下，空气质量多处于“重污染”状态，冶金、热电、水泥、垃圾焚烧等行业的粉尘排放是导致大气悬浮颗粒增加的重要因素之一。因此，烟气除尘是治理大气污染的重要组成部分。
[0003]由PPS纤维制成的耐高温过滤材料在烟气除尘方面有着广泛的应用。目前，PPS无纺布过滤材料在袋式除尘市场中已占到很大比例，这主要是PPS无纺布过滤材料表面平整、手感好、强力高、耐用、易加工且价格相对便宜。但是，现有的PPS无纺布滤料一般比较厚，纤维较粗，滤料孔径相对较大，针对PM2.5粒子的精细过滤，其过滤效率尚不能满足要求。
[0004]在现有技术中，中国专利201410162520.2，中国专利201110315225.2，公开日2012年4月25日，发明专利名称为“ 一种往复铺设无交织基布的PPS纤维针刺滤料及其生产方法”，该专利采用针刺方法将自上而下层次排列的滤料表层、滤料中间层、滤料底层复合，其中滤料底层和滤料表层为8?16层高强耐高温的PPS或PETF或玄武岩或玻璃纤维网，滤料中间层为无交织的基布，该方法制备的针刺滤料，具有拉伸强力大、除尘效率好等优点。但是，由于采用的纤维直径较大，对于过滤小于PM2.5的细小微粒效果不佳。中国专利200780031924.6，公开日2009年8月19日，发明专利名称为“耐热性无纺布”，该专利公开了一种聚苯硫醚耐热无纺布，是通过热粘合制成的多层纺粘无纺布，通过纺丝工艺控制纤维结晶度为25-50%，制得的无纺布纤维具有较好热稳定性，多层无纺布中至少一个纤维层由直径为0.l~3um的PPS微细纤维构成，因此该发明的多层无纺布过滤精度较高。但是，该发明专利采用的控制纤维结晶度的纺丝工艺十分复杂，同时对热粘合工艺要求高。由于较厚的纤维层不易导热，纤维层间粘合时容易出现接触热辊表面的纤维已经熔融，而位于内部的纤维层受热不足，不能实现较厚纤维层间的粘结，使得滤料不同纤维层间结合不牢固，层间强度不能满足使用要求。中国专利200910038917.X，公开日2009年9月16日，发明专利名称为“PPS纺粘非织造布及其复合产品以及制备方法”，该申请案采用了现有纺粘法生产设备或局部改造后的设备，采用PPS树脂直接制备纺粘法非织造布，或同时复合相同或者其他纤网或非织造布或膜，加固后制备复合非织造布产品。该方法得到的非织造布及其复合产品具有一定耐高温性，易清灰，过滤性能好的特点。但是，该发明的非织造布及其复合产品仍然基于纺粘法为主，纤维较粗，对诸如PM2.5微小颗粒物过滤精度不够，此外产品在高温使用时，PPS纤维将发生应力松弛，导致产品高温热稳定不足。中国专利201410162520.2，公开日2009年9月16日，发明专利名称为“一种聚苯硫醚耐复合滤料的制备方法”，该发明通过对熔喷聚苯硫醚纤维网与聚苯硫醚短纤维网通过阵列式嵌入法进行复合，然后采用程序升温工艺对复合滤料进行热定型处理，得到一种聚苯硫醚复合滤料，该方法对聚苯硫醚复合纤维网进行热定型处理，得到过滤率高的复合滤料。该发明的复合滤料为单一组分，虽然是纤维网和短纤复合，提高了复合滤料的过滤效率，可并没有改善微小颗粒物的过滤效率，并且制备工艺复杂，成本较高。
[0005]可见，在现有的技术中，目前还没有开发出滤料强度高、高温热稳定性好、透气率高、表面光洁、易于清灰、对PM2.5微小颗粒物过滤精度高的PPS无纺布复合滤料，因此，面对工业发展导致的日益严重的大气雾霾问题，迫切需要开发出性能好、制备方法简便节能、对PM2.5微小颗粒物具备超高过滤效率的复合滤料。
【发明内容】
[0006]针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种对位芳纶纳米纤维/聚苯硫醚无纺布复合滤料及其制备方法，即将对位芳纟仑纳米纤维与聚苯硫醚无纺布复合，形成一种复合过滤结构材料的技术，从而提高复合滤料对包括PM2.5等微小颗粒物的过滤效率，其技术解决方案为:一种对位芳纟仑纳米纤维/聚苯硫醚无纺布复合滤料及其制备方法。
[0007]所述的复合滤料由对位芳纟仑纳米纤维和聚苯硫醚无纺布组成，复合滤料各材料组份按质量份数为:
聚苯硫醚纤维100份芳纶纳米纤维0.5-30份
所述制备方法是指将将对位芳纶纳米纤维与聚苯硫醚无纺布进行复合，得到复合滤料，其制备方法按以下步骤:
①对位芳纶纳米纤维悬浮分散
将对位芳纶聚合反应形成的芳纶树脂冻胶体于容器中加入N-甲基吡咯烷酮，使冻胶体溶胀，再进行高速搅拌，使溶胀后的芳纶树脂冻胶体破碎成颗粒状胶粒。向溶胀后的芳纶树脂冻胶体中加入分散剂并高速搅拌分散，得到均匀稳定的对位芳纶纳米纤维悬浮分散液。
[0008]其中，所述的芳纶树脂冻胶体的树脂含量为15%~28% ;芳纶树脂冻胶体与N-甲基吡咯烷酮的质量比为1:0.2-3 ;溶胀后的芳纶树脂冻胶体与分散剂的质量比为1:1~6 ;悬浮分散液含有的对位芳纶纳米纤维的直径为40~100nm，纤维长度5~25um，纤维质量百分含量为0.5120%;所述的分散剂为水、丙酮、甲醇、乙醇、四氢呋喃、二甲基甲酰胺溶剂。
[0009]②对位芳纟仑纳米纤维与聚苯硫醚无纺布的复合处理
将聚苯硫醚无纺布与经步骤①制得的对位芳纶纳米纤维悬浮分散液进行复合处理，得到附着有对位芳纶纳米纤维的聚苯硫醚无纺布。
[0010]其中，所述的聚苯硫醚无纺布中的纤维直径为12~50 um，纤维长度38~76mm，聚苯硫醚无纺布的克重为150~800g/m2;所述的干燥方式可以采用直接烘干或真空干燥或热风干燥。
[0011]③热定型处理
将经步骤②得到的附着有对位芳纟仑纳米纤维的聚苯硫醚无纺布在95~130 °C进行热定型处理，处理时30-180秒。
[0012]④表面扎光处理
采用热辊对经步骤③热定型处理后得到的对位芳纶纳米纤维/聚苯硫醚无纺布表面进行热乳处理，得到对位芳纟仑纳米纤维/聚苯硫醚无纺布复合滤料。
[0013]其中，所述的热乳温度为190~280°C，热乳时间为3~10秒。
[0014]所述的对位芳纶纳米纤维与聚苯硫醚无纺布采用的复合处理为喷涂方式，将经步骤①制得的对位芳纶纳米纤维悬浮分散液喷涂到聚苯硫醚无纺布的一个表面上，然后干燥，得到对位芳纶纳米纤维在聚苯硫醚无纺布截面上呈梯度分布的复合滤料。
[0015]所述的对位芳纶纳米纤维与聚苯硫醚无纺布采用的复合方式为浸渍方式，将聚苯硫醚无纺布浸入到经步骤①制得的对位芳纶纳米纤维悬浮分散液中，取出干燥，得到芳纶纳米纤维在聚苯硫醚无纺布截面上呈均匀分布的复合滤料。
[0016]由于采用了以上技术方案，本发明的聚苯硫醚无纺布复合过滤材料制备方法具有以下优点:
1本发明将对位芳纶纳米纤维和聚苯硫醚无纺布经过复合处理得到对位芳纶纳米纤维/聚苯硫醚无纺布复合滤料，对位芳纟仑纳米纤维直径达到lOOnm以下，高强度，高模量，并且能在高温下连续使用。将对位芳纶纳米纤维和聚苯硫醚无纺布复合，有效提高了滤料对微小颗粒物的过滤效率以及滤料的使用寿命。
[0017]2本发明的复合方式采用喷涂或者浸渍的方式，将对位芳纶纳米纤维和聚苯硫醚无纺布复合在一起，得到对位芳纶纳米纤维均匀或梯度分布的复合滤料，复合滤料内部或表层包含了结合牢固的对位芳纶纳米纤维，在提高滤料对微小颗粒物的过滤效率的同时，保持了滤料良好的透气率，且滤料使用过程中更容易清灰。测试表明，研制的对位芳纶纳米纤维/聚苯硫醚无纺布复合滤料制品的透气率达到150~280 (L/m2.s)以上，对PM2.5微小颗粒物的过率效率达到99.6%。
[0018]本发明的制备工艺简单，节能环保、原材料均为市售产品。本发明的一种对位芳纶纳米纤维/聚苯硫醚无纺布复合滤料保持了良好的透气率和耐高温性，对微小颗粒物的过滤率显著提高，且滤料制备方法简便节能，滤料使用寿命长。可以广泛应用于冶金、热电、水泥、垃圾焚烧等行业的高温尾气粉尘处理。
【具体实施方式】
[0019]
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细描述。
[0020]本发明的目的在于提供一种对位芳纶纳米纤