一种超高温除尘布袋材料及其制备方法与流程

本发明涉及过滤材料，具体涉及一种超高温除尘布袋材料及其制备方法。

背景技术：

1、随着科技的进步和人们环保意识的增强，大气污染的防治尤其是垃圾焚烧、冶金、钢铁等行业高温烟尘的过滤受到重视。由于火力发电、钢铁、垃圾焚烧等工业排放的工业尾气不仅温度高，而且含有多种腐蚀氧化性气体如sox、nox、hcl、二氧杂环烃类等，一般的化纤滤料过滤效果差、使用寿命短。聚苯硫醚全称聚亚苯基硫醚(简称pps)，是一种高结晶性芳基硫聚合物，pps是由苯环和硫原子交替排列而形成的刚性主链，其主链上大量的苯环赋予了pps大分子良好的刚性，硫原子则使pps大分子具有一定的柔顺性，结构上的大π键的存在使得pps的性能非常稳定。pps的极限氧指数大于43，燃烧性能达到ul94v-1级，具有良好的热稳定性、优异的耐化学腐蚀性以及电绝缘性。pps成为燃煤电场烟道气除尘、城市垃圾焚烧厂尾气过滤等高温烟道气和特殊热介质过滤的首选滤材之一。

2、虽然pps纤维是目前公认最合适于作除尘布袋材料，但是从pps固有物性看，而且由于pps大分子链上硫键的存在，分子结构中的硫以二价存在，由于硫最外层电子不稳定性，而使它具有多种化合价，容易失去电子而与氧结合，使pps纤维在含氧量较高的高温环境中易发生氧化使其热强度损失严重，从而因氧化导致降解以及大分子断裂，材料的综合性能大大降低。当聚苯硫醚纤维用于发电厂、钢铁厂等高温烟气过滤材料时，高温烟气中含有7-8％氧，最高含氧量达到14％，高温烟气的温度一般在160-180℃，瞬时可能达到200℃以上，这样长时间强氧化氛围中，聚苯硫醚发生硫键氧化，过滤材料老化；使纤维强度降低，其制品的脆性较大、韧性较差、刚性和强度不足，不能较好的满足电厂、水泥厂、垃圾焚烧厂等企业尾气处理过程中对其强度损失的要求，滤袋使用寿命明显缩短；进而缩小对除尘布袋的使用范围以及使用寿命。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种超高温除尘布袋材料及其制备方法，解决以下技术问题：

2、现有的pps纤维由于固有物性，导致材料的力学性能和含氧条件下的耐高温性能差，导致材料的使用寿命大大降低。

3、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

4、一种超高温除尘布袋材料的制备方法，包括如下步骤：

5、a1：将改性聚苯硫醚通过双螺杆挤出机挤出并造粒，得到母粒；

6、a2：将母粒熔融纺丝、拉伸、热定型，得到超高温除尘布袋材料；

7、改性聚苯硫醚的制备方法包括如下步骤：

8、s1：氮气氛围中，将聚苯硫醚、二氯甲烷加入反应釜中，常温静置12-18h，控制温度0-5℃，加入无水三氯化铝、乙酰氯，常温反应1-3h，控制温度35-45℃，保温反应2-4h，加入盐酸冰水溶液中止反应，抽滤、氢氧化钠水溶液洗涤、水洗、乙醇洗、干燥，得到组分一；

9、s2：将组分一、无水甲苯加入反应釜中分散均匀，加入改性纳米蒙脱土，加入醋酸、4a分子筛，控制温度90-100℃，保温反应9-15h，抽滤、洗涤、乙醇索氏抽提、干燥，得到组分二；

10、s3：将组分二、去离子水加入反应釜中分散均匀，控制温度90-100℃，加入调节ph至4-5，加入二月桂酸二丁基锡，保温反应12-24h，抽滤、干燥，得到改性聚苯硫醚。

11、作为本发明的进一步方案：聚苯硫醚在制备改性聚苯硫醚之前进行预处理：将聚苯硫醚在140℃、真空度-0.08～-0.085mpa真空转鼓干燥机中干燥，使pps含水量控制在28ppm以下。

12、作为本发明的进一步方案：s1中盐酸冰水溶液为体积比为1：1的盐酸和冰水混合得到；聚苯硫醚、二氯甲烷、无水三氯化铝、乙酰氯、盐酸冰水溶液的添加比为10g：50-100ml：15-18g：5-10ml：50-100ml。

13、作为本发明的进一步方案：s2中组分一、无水甲苯、改性纳米蒙脱土、醋酸、4a分子筛的添加比为10g：150-200ml：0.8-1.5g：1-2ml:3-5g。

14、作为本发明的进一步方案：s3中组分二、去离子水、二月桂酸二丁基锡的添加比为10g：100-200g：1-5g。

15、作为本发明的进一步方案：改性纳米蒙脱土的制备方法包括如下步骤：

16、b1：将甲醇、蒸馏水、γ-氨丙基三乙氧基硅烷加入反应瓶中分散均匀，加入冰乙酸调节ph至4-5，控制温度50-60℃，搅拌条件下保温1-3h，加入纳米蒙脱土，控制温度70-80℃，搅拌条件下保温1-3h，水洗、干燥，得到有机化蒙脱土；

17、b2：将有机化蒙脱土、均苯四甲酸酐、n,n-二甲基甲酰胺加入反应釜中分散均匀，控制温度45-55℃，保温搅拌3-6h，过滤、干燥，得到酸酐化蒙脱土；

18、b3：氮气氛围中，将4,4'-二氨基二苯硫醚、n,n-二甲基甲酰胺加入反应釜中分散均匀，加入酸酐化蒙脱土，常温反应3-6h，过滤、水洗、干燥，得到改性纳米蒙脱土。

19、作为本发明的进一步方案：b1中甲醇、蒸馏水、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、纳米蒙脱土的添加比为20-40ml：80-160ml：4-6g：10g。

20、作为本发明的进一步方案：b2中有机化蒙脱土、均苯四甲酸酐、n,n-二甲基甲酰胺的添加比为10g：20-50g：100-200ml。

21、作为本发明的进一步方案：b3中4,4'-二氨基二苯硫醚、n,n-二甲基甲酰胺、酸酐化蒙脱土的添加比为4.5-7.5g：100-200ml：10g。

22、作为本发明的进一步方案：a1中双螺杆挤出机挤出过程中熔体温度300-310℃、螺杆转速180-210rpm；a2中熔融纺丝的纺丝速度500-600m/min；a2中拉伸过程中拉伸倍数3-4.5、拉伸温度75-105℃；a2中热定型温度185-210℃。

23、一种超高温除尘布袋材料,上述任意一项制备方法制成。

24、本发明的有益效果：

25、(1)本技术首先利用γ-氨丙基三乙氧基硅烷对纳米蒙脱土进行有机化处理，硅烷偶联剂中的s i元素有效提高蒙脱土中的s i元素，从而提高蒙脱土的热稳定性；而且有机硅烷偶联剂带有活性基团改性后的蒙脱土不仅提高材料的亲油性，而且增加材料的反应活性；本技术继续利用均苯四甲酸酐一侧酸酐基团开环与有机化蒙脱土层间的氨基反应，使蒙脱土层间接枝酸酐基团，不仅有效提高蒙脱土间距增大，而且使材料表面更加粗糙，提高其与聚苯硫醚后续复合；最后本技术利用酸酐化蒙脱土中酸酐基团与4,4'-二氨基二苯硫醚反应，得到改性纳米蒙脱土；本技术制备的改性纳米蒙脱土在蒙脱土层间接枝羧基、氨基、硫醚基以及有机硅分子链。

26、本技术将利用无水三氯化铝作为路易斯酸与乙酰氯络合，提供酰基正离子，酰基正离子进攻苯环，发生fr i ede-crafts反应，在聚苯硫醚的苯环上连接酮羰基，产生的芳基酮与氯化铝络合并在冰水分解中释放芳基酮，得到组分一；本技术通过改性纳米蒙脱土层间的氨基通过化学反应接枝掺杂在聚苯硫醚分子链上，有效解决了聚苯硫醚滤料在使用过程中由于受到空气动力损伤和机械损伤导致寿命缩短的问题，有效提高聚苯硫醚高温下韧性强度。

27、本技术聚苯硫醚分子链上接枝的改性纳米蒙脱土，在聚苯硫醚分子链上引入稳定柔顺的s i-o链，一方面有利于聚合物基体韧性的提高；并且接枝改性之后，增加了聚合物表面的极性，有利于与一些极性相近或带有可耦合基团的增强相复合，解决了两相间相容性的问题；另一方面，本技术制备的改性蒙脱土均匀分散在聚苯硫醚分子链上，在受到轴向拉伸力时，聚苯硫醚产生滑移进而增加韧性。

28、本技术通过改性蒙脱土接枝改性聚苯硫醚，改善聚苯硫醚的结晶形态，提高材料的强度，改善聚合物可纺性，提高结晶速率和结晶度，聚苯硫醚大分子的纤维轴向取向度有所提高；本技术制备的改性蒙脱土上接枝硫醚结构，对聚苯硫醚大分子具有链终止剂的作用，同时具有过氧化氢分解剂作用；蒙脱土可以防止氧气渗入，同时蒙脱土的阻隔作用可以阻挡一些低分子降解产物从体系中逸出，从而延缓热氧化降解的进行，有效提高聚苯硫醚的抗热氧化性能。

29、(2)本技术将熔融纺丝后的线性纤维级改性聚苯硫醚树脂进行拉伸和热定型处理，拉伸处理使得大分子链有序化排列，这种有序化排列作用使改性蒙脱土除了通过分子链与聚苯硫醚接枝，而且改性蒙脱土沿着纤维的轴向方向定向排列，促进纤维的结晶结构趋于完善，纤维更加稳定；而且在拉伸和热定型的作用下，使纤维体系内产生更多的晶核，晶核彼此之间形成物理交联网络结构，初生纤维的密度提高，结晶度增大，使纤维具有优良的力学性能、优异的热稳定性、阻燃性能以及耐化学腐蚀性。