含有砜基的芳香族耐高温纤维混合物及其制品的制作方法
【专利说明】含有砜基的芳香族耐高温纤维混合物及其制品
[0001]本申请要求于2015年I月14日申请的中国专利申请CN 201510017073.6的优先权。
技术领域
[0002]本发明涉及一种含有砜基的芳香族耐高温纤维，包含上述纤维的纤维混合物，以及由所述纤维混合物制得的纱线、基布、无纺布、过滤材料，以及上述制品的制备方法。
【背景技术】
[0003]随着环境标准的日趋严格，国家对于空气排放、水体排放的要求也越来越严格。垃圾烧却场、燃煤锅炉、金属熔矿炉等排放出的高温气体，对其过滤所用的都是耐热性过滤材料。对于滤料性能，包括过滤效率、使用范围、使用寿命、滤料强度等要求也日益提高，这也将导致滤料加工技术的进一步发展。而影响滤料性能的主要因素就是滤料的选材，关于构成耐热性过滤材料的纤维，选用的都是在耐热性以及耐化学药品性方面具有优异性能的纤维。耐热性纤维有玻璃纤维、玄武岩纤维、碳纤维、聚亚苯基硫醚纤维、芳砜纶纤维、间位芳香族聚酰胺纤维、对位芳香族聚酰胺纤维、聚酰亚胺纤维、聚四氟乙烯纤维等。这些纤维都非常适合用作耐热性过滤材料。上述耐热性过滤材料使用在垃圾烧却、燃煤锅炉、金属熔矿炉等高温烟气的处理。
[0004]PPS是一种具有良好耐酸、碱性能的纤维材料，由于其良好的耐化学性能，在酸碱条件的化学工业环境中得到了广泛使用，尤其被用于火力发电厂的高温过滤领域。煤炭在燃烧过程中会产生大量的C02、NO、NO2, SO、502等气体，这些气体的腐蚀性较大，在烟气过滤过程中，带有高温的上述气体极易腐蚀过滤设备，导致滤袋损坏。所以，在电厂高温过滤领域，通常采用具有良好耐酸碱腐蚀性能的PPS滤袋产品。但在使用中发现，由于PPS材料的耐热氧老化性很差，滤袋在高温条件下非常容易发生氧老化现象，使材料性能大打折扣甚至失效。同样，在其他PPS应用领域中，也面临着材料的耐热氧老化性差的问题。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种含有砜基的芳香族耐高温纤维，包含所述纤维的纤维混合物，由所述纤维混合物制得的纱线、基布、无纺布、过滤材料，上述制品均可以长期使用于250°C高温环境中，且具有极佳的高温热稳定性和耐热氧老化性，延长了上述制品作为高温烟气过滤材料时的使用寿命。
[0006]本发明涉及一种含砜基的芳香族聚合物纤维，其特征在于，所述含砜基的芳香族聚合物由以下三种单体聚合而成:
[0007]间位的含有二胺基的芳香族单体a；
[0008]含砜基和氨基的单体b;
[0009]对位的含有二羧酸基团的芳香族单体或其卤代物c ；
[0010]在所述含砜基的芳香族聚合物中，砜基在聚合物中的质量百分比含量为4-10%。
[0011]优选的，所述间位的含有二胺基的芳香族单体a的芳香环上的氢独立地被选自卤素、C1-C4烷基、C1-C4烷氧基、苯基、酰氧基、硝基、二烷基氨基、硫代烷基、羧基、磺酰基、羰基烷氧基中的一个或多个取代基所取代或不取代。
[0012]优选的，所述间位的含有二胺基的芳香族单体a为间苯二胺，或包含80摩尔％以上间苯二胺的混合间位芳香族二胺单体。
[0013]优选的，所述含砜基和氨基的单体b为R，R’ - 二氨基二苯砜。
[0014]优选的，所述的R，R’ -二氨基二苯砜选自3,3’ -二氨基二苯砜、4，4’ -二氨基二苯砜或它们的混合物。
[0015]优选的，所述的对位的含有二羧酸基团的芳香族单体或其卤代物c的芳香环上的氢独立地被选自齒素、C1-C4烷基、C1-C4烷氧基、苯基、酰氧基、硝基、二烷基氨基、硫代烷基、羧基、磺酰基、羰基烷氧基中的一个或多个取代基所取代或不取代。
[0016]优选的，所述的对位的含有二羧酸基团的芳香族单体或其卤代物c为对苯二甲酰氯，或包含80摩尔％以上对苯二甲酰氯的混合对位的含有二羧酸基团的芳香族单体或其卤代物。
[0017]优选的，所述间位的含有二胺基的芳香族单体a与含砜基和氨基的单体b的摩尔量之和与对位的含有二羧酸基团的芳香族单体或其卤代物c的摩尔量的比例为1:0.98-1:
1.01，优选为1:1。
[0018]优选的，所述的间位的含有二胺基的芳香族单体a与含砜基和氨基的单体b的摩尔量之比为 50-80:20-50，优选 60-75:25:40，更优选 70-75:25_30。
[0019]优选的，所述含砜基的芳香族聚合物纤维具有300°C以上的玻璃化温度，优选3200C以上的玻璃化温度，更优选340°C以上，最优选345°C以上。
[0020]优选的，所述含砜基的芳香族聚合物纤维具有4CN/dtex以上的强度，优选4.5CN/dtex以上的强度，优选5cN/dtex以上。
[0021]本发明涉及一种含有砜基的芳香族耐高温纤维混合物，所述混合物包含:
[0022]含有砜基的芳香族耐高温纤维(A)，所述含有砜基的芳香族耐高温纤维(A)包含一种含砜基的芳香族聚合物，所述聚合物衍生自一种含砜基和氨基的单体b，且砜基在所述聚合物中的质量百分比含量为4-10% ；
[0023]耐高温纤维⑶。
[0024]优选的，所述耐高温纤维(B)在200°C条件下处理180小时后，强度保持率大于80%，优选大于90%。
[0025]优选的，所述纤维混合物中，含砜基的芳香族聚合物纤维(A)比例10% -90% (重量)，与耐高温纤维(B)的比例90%-10% (重量)；更优选，含砜基的芳香族聚合物纤维⑷比例10%-60% (重量)，与耐高温纤维⑶的比例40%-90% (重量)；更优选，含砜基的芳香族聚合物纤维(A)比例15% -50% (重量)，与耐高温纤维(B)的比例50% -85%(重量)；最优选，含砜基的芳香族聚合物纤维(A)比例20%-30% (重量)，与耐高温纤维(B)的比例70% -80% (重量)。
[0026]优选的，所述耐高温纤维(B)选自无机耐高温纤维和有机耐高温纤维。
[0027]优选的，所述无机耐高温纤维选自玻璃纤维、玄武岩纤维、石英纤维、硅石-氧化铝纤维、氧化铝纤维、硅石纤维、氧化锆纤维、钛酸钾晶须纤维、石棉、碳纤维、富铝红柱石纤维、硅铝酸盐纤维、铝硼硅酸盐纤维、二氧化钛纤维中的一种或多种的组合。
[0028]优选的，所述有机耐高温纤维选自对位芳族聚酰胺纤维、间位芳族聚酰胺纤维、PPS纤维、聚酰亚胺纤维、氟系纤维、聚恶二唑纤维中的一种或多种的组合。更优选PPS (聚苯硫醚)纤维、PTFE纤维中的一种或其混合。
[0029]本发明还涉及一种由本发明所述纤维混合物制得的纱线。
[0030]优选的，所述纱线为单纱、两合股纱线、多合股纱线。
[0031]本发明还涉及一种制备上述纱线的方法，包括如下步骤:
[0032](i)将含有砜基的芳香族耐高温纤维(A)与耐高温纤维(B)混合；
[0033](ii)将步骤⑴所得的纤维混合物，合并成条，得到熟条；
[0034](iii)将步骤(ii)所得的熟条牵伸加捻，形成纱线。
[0035]优选的，形成纱线的工艺包括环锭纺纱、开端式纺纱、涡流纺纱、精梳毛纺、半精梳毛纺。
[0036]本发明还涉及一种得自上述纱线的织造织物。
[0037]优选的，所述织造织物为机织物或针织物。
[0038]优选的，所述机织物为平纹组织、二层织物、三层织物、斜纹组织、锻纹组织、起绒斜纹组织。
[0039]优选的，所述机织物可用作过滤材料的补强织物。
[0040]优选的，所述织造织物在200°C条件下处理2小时后，纵向高温收缩率为小于4%，优选小于3 %，更有选小于2 %。
[0041]优选的，所述织造织物在200°C条件下处理2小时后，横向高温收缩率为小于4%，优选小于3 %，更有选小于2 %。
[0042]优选的，所述织造织物在200°C下处理100小时的纵向断裂强力保持率大于90%，优选大于93 %，更有选大于95 %。
[0043]优选的，所述织造织物在200°C下处理100小时的横向断裂强力保持率大于90%，
优选大于93 %，更有选大于95 %。
[0044]优选的，所述织造织物在200°C，氧浓度21 %，处理24小时后的横向强力保持率大于90 %，优选大于93 %，更有选大于95 %。
[0045]优选的，所述织造织物在200°C，氧浓度21 %，处理24小时后的纵向强力保持率大于90 %，优选大于93 %，更有选大于95 %。
[0046]本发明还涉及一种得自上述纤维混合物的无纺织物。
[0047]优选的，所述无纺织物在200°C下处理100小时的纵向断裂强力保持率大于90%，优选大于93 %，更有选大于95 %
[0048]优选的，所述无纺织物在200°C下处理100小时的横向断裂强力保持率大于90%，优选大于93 %，更有选大于95 %。
[0049]优选的，所述无纺织物在200°C下处理2小时的纵向热收缩率小于4%，优选小于
3%，更有选小于2%。
[0050]优选的，所述无纺织物在200°C下处理2小时的横向热收缩率小于4%，优选小于
3%，更有选小于2%。
[0051]优选的，所述无纺织物在200°C，氧浓度21 %，处理24小时后的横向强力保持率大于 90%o
[0052]优选的，所述无纺织物在200°C，氧浓度21 %，处理24小时后的纵向强力保持率大于 90%o
[0053]本发明还涉及一种由上述纤维混合物制备无纺织物的方法，包括如下步骤:
[0054](i)将含有砜基的芳香族耐高温纤维(A)与耐高温纤维(B)混合；
[0055](ii)将步骤⑴中的混合纤维形成短纤维网；
[0056](iii)将步骤(ii)中的短纤维网形成多层纤维网；
[0057](vi)加固所述多层纤维网，形成无纺织物。
[0058]优选的，所述步骤(iii)的加固工艺为水刺或针刺。
[0059]本发明还涉及一种过滤材料，其得自本发明所述的纤维混合物。
[0060]优选的，所述过滤材料包含上述得自纤维混合物的无纺织物。
[0061]优选的，所述过滤材料包含补强织物。
[0062]优选的，所述补强织物为平纹组织、二层织物、三层织物、斜纹组织、锻纹组织、起绒斜纹组织。
[0063]在一些实施方式中，所述补强织物包含的纤维选自对位芳族聚酰胺纤维、间位芳族聚酰胺纤维、PPS纤维、聚酰亚胺纤维、含氟纤维、碳纤维、玻璃纤维中的一种或两种以上的混合；优选PPS纤维、含氟纤维中的一种或其混合；更优选PTFE纤维或PPS纤维。
[0064]在另一些实施方式中，所述补强织物为上述得自本申请所述的纤维共混物的机织物。