《耐高溫聚四氟乙烯覆膜過濾材料》是中材科技股份有限公司於2005年10月13日申請的專利，該專利的申請號為2005100947680，公布號為CN1768912，授權公布日為2006年5月10日，發明人是嚴榮樓、梁正海、王小兵、梁生憲、項朝衛、時志權、陸健、宋雲鵬、張萬平、徐濤、周華、劉金芝、李淑晶。
《耐高溫聚四氟乙烯覆膜過濾材料》其特徵在於：首先用後處理劑對玻璃纖維基布進行浸漬處理，然後與聚四氟乙烯表面膜進行高溫熱壓。該發明中成膜劑乳液、含氟矽烷偶聯劑與氟聚合物乳液在玻璃纖維基布上形成一層薄膜，此薄膜不但提高防污、憎油、防腐效果，而且它與膨化微孔聚四氟乙烯薄膜在高溫熱壓條件下會發生熔融覆合，從而有效地解決了玻璃纖維這一無機材料與聚四氟乙烯這種有機惰性材料熔融覆合的難題，使二者覆合牢固度提高。
2009年，《耐高溫聚四氟乙烯覆膜過濾材料》獲得第六屆江蘇省專利項目獎優秀獎。
基本介紹
- 中文名：耐高溫聚四氟乙烯覆膜過濾材料
- 公布號：CN1768912
- 公布日：2006年5月10日
- 申請號：2005100947680
- 申請日：2005年10月13日
- 申請人：中材科技股份有限公司
- 地址：江蘇省南京市雨花西路安德里30號
- 發明人：嚴榮樓、梁正海、王小兵、梁生憲、項朝衛、時志權、陸健、宋雲鵬、張萬平、徐濤、周華、劉金芝、李淑晶
- 分類號：B01D69/12（2006.01）、B01D71/36（2006.01）、B32B17/10（2006.01）、B32B27/12（2006.01）
- 代理機構：南京天翼專利代理有限責任公司
- 代理人：湯志武
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
玻璃纖維布與高分子聚四氟乙烯薄膜覆合濾料，是2005年10月前研製出的一種新型過濾材料，它充分發揮了無機材料（玻璃纖維）和有機材料（聚四氟乙烯）各自的性能優勢，彌補相互之間的不足，協同作用產生了很好的綜合效應。
名稱為《聚四氟乙烯（PTFE）複合膜的過濾材料》的中國專利（申請號為03129430.8），披露了一種空氣過濾行業用聚四氟乙烯複合膜的過濾材料，它由玻璃纖維、聚四氟乙烯兩種材料複合而成，其中玻璃纖維為基布，聚四氟乙烯為表面膜，由粘接劑將兩者粘結而成。它的粘接劑為聚碸、尼龍N6、聚偏二氟乙烯中任意一種的高分子化合物。我們在實踐中發現，用上述高分子化合物膠粘而成的覆膜濾料不適合在高溫環境下（190℃以上）長期使用。因為，在190℃以上的環境中使用時，膠粘劑便開始熔化，熔化後的膠粘劑會從薄膜的微孔中滲出，滲出的膠水造成大量的灰塵粘在濾料的表面上，很難清除，並且會越聚越多。這時由於膠粘劑已經熔化，因而覆膜濾料的基布與表面膜間的複合牢固度降低，粘在表面膜上的灰塵很快便會將表面膜從基布上拉下來，造成大量灰塵粘在濾袋基布表面，並很快將濾袋堵死而使其失去過濾功效。
發明內容
專利目的
《耐高溫聚四氟乙烯覆膜過濾材料》提出一種耐高溫（190℃以上）聚四氟乙烯覆膜過濾材料，它不但可提高和改善玻璃纖維織物基布的耐酸、耐鹼、耐折性能，同時提高玻璃纖維織物基布與聚四氟乙烯膜覆合牢固度，延長在190℃以上高溫環境中的使用壽命，滿足高溫煙氣過濾行業的使用需要。
技術方案
《耐高溫聚四氟乙烯覆膜過濾材料》包括玻璃纖維基布和聚四氟乙烯表面膜，其特徵在於：首先用後處理劑對玻璃纖維基布進行浸漬、烘乾、後處理，然後與聚四氟乙烯表面膜進行高溫熱壓；後處理劑包括含氟聚合物、含氟矽烷偶聯劑、成膜劑，其組份如下（重量百分比）：含氟聚合物乳液8-20％含氟矽烷偶聯劑0.2-2.0％成膜劑乳液或水溶液1-8％；餘量水。
在該發明中含氟聚合物為以下品種之一：1）THV（四氟乙烯、六氟丙烯與偏氟乙烯的共聚物）；2）PFA（四氟乙烯與全氟乙烯的共聚物）；3）FEP（四氟乙烯與六氟丙烯的共聚物）；4）PTFE（聚四氟乙烯）；5）以上四種物質的混合物，其中按重量百分比計算THV、PFA、FEP各占5～15％，PTFE占55～85％。含氟聚合物的固含量按重量百分比計算為50～60％。
含氟矽烷偶聯劑為N-全氟烷基磺醯基、丙基三乙氧基矽烷（DF-922）偶聯劑。矽烷偶聯劑YnSiX（4-n）（n＝1-3）對玻纖布表面處理時，首先X基團水解形成反應性Si-OH基團，接著Si-OH基團與玻纖布表面的Si-OH基團發生脫水反應，形成鍵合的矽氧烷鍵。含氟聚合物與矽烷偶聯劑中含氟的Y基團產生極性吸附，從而發生高分子鏈物理纏繞；同時含氟聚合物中氟原子提供未共用電子對與矽烷偶聯劑中含氨基團提供氫原子而形成氫鍵結合，從而將含氟聚合物與矽烷偶聯劑連線到一起。矽烷偶聯劑在玻璃纖維布和含氟聚合物之間起到“橋樑”似的作用，將玻璃纖維布與含氟聚合物兩種物質緊密的連線在一起。
成膜劑為以下品種之一：1）聚氨酯；2）聚丙烯酸酯，按重量百分比計算固含量為38-40％的乳液或水溶液。
眾所周知，玻璃纖維是一種無機材料，聚四氟乙烯是一種化學惰性很強的有機材料，兩者通過一般的高分子膠粘劑覆合，牢固度顯然不夠，很容易出現脫膜、裂膜等問題，尤其在高溫條件下使用，問題更為突出。該發明通過後處理劑的處理，在玻璃纖維基布上就形成了一層帶有含氟聚合物、含氟偶聯劑的薄膜。此薄膜不但有常規後處理所產生的優良的耐酸、耐鹼、耐折性能，從而提高防污、憎油、防腐效果，更重要的是此薄膜中的含氟聚合物與聚四氟乙烯膜都屬於有機高分子材料，具有相同的極性，熔點和熔融黏度均相近，更易於融合到一起。含氟聚合物和聚四氟乙烯膜在高溫加熱下，高分子鏈的活性增強，更有利於高分子鏈在兩高分子物質表面互相滲透、纏繞、連結。從而達到與膨化微孔聚四氟乙烯薄膜在高溫熱壓條件下熔融覆合，有效地解決了玻璃纖維這一無機材料與聚四氟乙烯這種有機惰性材料牢固結合的難題。從表1-6中的實驗數據可知，它的最高使用溫度可達260℃；覆合牢度在0.50-0.80兆帕之間，超過了2005年10月前已有產品水平（國家環保總局發布的《環境保護產品認定技術要求袋式除塵器用覆膜濾料》規定覆合牢度大於或等於0.025兆帕）。
改善效果
《耐高溫聚四氟乙烯覆膜過濾材料》採用的膨化微孔聚四氟乙烯薄膜，微孔直徑約為0.2～3微米，因此在使用過程中，對1微米以上的粉塵可以做到100％的收集，對1微米以下的微細粉塵可以達到99％以上的收塵效率。另外該發明採用的薄膜在保證微孔直徑的情況下，提高了孔隙率，孔隙率達90％以上，從而提高了其透氣性。同時由於聚四氟乙烯材料本身固有的表面光滑性能等特點，使得覆合後的聚四氟乙烯覆膜過濾材料，具有優良的“表面過濾”特性，避免傳統深層過濾帶來的濾料堵塞現象，過濾阻力低，清灰次數少，因此延長了覆膜過濾材料的使用壽命，原產品在一般的工況條件下使用壽命只有1年，現在可以使用3年。其他有關性能指標見表6。
此外，其外表美觀、過濾效果好、使用壽命長等優點，在濾料市場脫穎而出，深受歡迎，廣泛套用於水泥、冶金等行業的煙塵淨化及物料回收。
權利要求
1、《耐高溫聚四氟乙烯覆膜過濾材料》包括玻璃纖維基布和聚四氟乙烯表面膜，其特徵在於：首先用後處理劑對玻璃纖維基布進行浸漬、烘乾處理，然後與聚四氟乙烯表面膜進行190℃以上熱壓複合；所述後處理劑包括含氟聚合物、含氟矽烷偶聯劑、成膜劑，其重量百分比組份如下：含氟聚合物乳液8-20％；含氟矽烷偶聯劑0.2-2.0％；成膜劑乳液或水溶液1-8％；餘量水。
2、根據權利要求1所述的耐高溫聚四氟乙烯覆膜過濾材料，其特徵在於，含氟聚合物為以下品種之一：1）四氟乙烯、六氟丙烯與偏氟乙烯共聚物；2）四氟乙烯與全氟乙烯的共聚物；3）四氟乙烯與六氟丙烯的共聚物；4）聚四氟乙烯；5）以上四種物質的混合物，其中按重量百分比計算前三種各占5～15％，第四種占55～85％。
3、根據權利要求1所述的耐高溫聚四氟乙烯覆膜過濾材料，其特徵在於：含氟聚合物的固含量按重量百分比計算為50～60％。
4、根據權利要求1所述的耐高溫聚四氟乙烯覆膜過濾材料，其特徵在於：含氟矽烷偶聯劑為N-全氟烷基磺醯基、丙基三乙氧基矽烷偶聯劑。
6、根據權利要求6所述的耐高溫聚四氟乙烯覆膜過濾材料，其特徵在於：成膜劑固含量按重量百分比計算為38-40％。
7、根據權利要求1所述的耐高溫聚四氟乙烯覆膜過濾材料，其特徵在於，用後處理劑對玻璃纖維基布進行浸漬、烘乾處理時的技術參數如下：浸漬處理速度為1-3米/分鐘，烘乾溫度為220-320℃，共烘三遍。
8、根據權利要求1所述的耐高溫聚四氟乙烯覆膜過濾材料，其特徵在於，玻璃纖維基布和聚四氟乙烯表面膜高溫熱壓複合的參數如下：溫度260-370℃；壓力3-5兆帕；在熱壓輥上處理的速度是1-3米/分鐘。
9、根據權利要求1所述的耐高溫聚四氟乙烯覆膜過濾材料，其特徵在於：聚四氟乙烯表面膜微孔直徑Φ＝0.2-3μ，孔隙率達90％以上。
實施方式
下面結合實施例對《耐高溫聚四氟乙烯覆膜過濾材料》作進一步詳細說明。
1、配製含氟聚物的後處理劑。
實施例1-22的後處理劑具體配方見表1-5。按重量百分比計算稱料，攪拌均勻後置於幅寬2m化學處理爐的浸料槽中。
2、用步驟1製得的後處理劑對玻璃纖維布進行後處理。
將無鹼膨體紗玻璃纖維布穿過儲布架，經過均速（2米/分鐘）放布裝置到裝有後處理劑的梯形浸料槽，玻璃纖維布浸漬後進入熱風烘箱，在處理爐（溫度為220-320℃）中烘乾處理，在經過三遍熱烘以後再經過恆張力控制裝置，由收卷裝置收卷。
3、覆合。在熱壓輥前，將膨化微孔聚四氟乙烯薄膜（市售，規格FM10（F）-4-120A））展開，鋪在經過步驟2處理的玻璃纖維布上，以均勻的速度（2米/分鐘）通過高溫熱輥進行熱壓覆合。
表1中的實施例1-4，熱壓溫度為320℃，熱壓壓力為5兆帕；表2中的實施例5-7，熱壓溫度為260℃，熱壓壓力為5兆帕；表3中的實施例8-11，熱壓溫度為280℃，熱壓壓力為4兆帕；表4中的實施例12-15，熱壓溫度為370℃，熱壓壓力為3兆帕；表5中的實施例16-19，熱壓溫度為300℃，熱壓壓力為3兆帕。
表1-5中原料組份配比均為重量百分比，其中四氟乙烯、六氟丙烯與偏氟乙烯共聚物（THV）固含量為50％，四氟乙烯與全氟乙烯共聚物（PFA）固含量為50％，四氟乙烯與六氟丙烯共聚物（FEP）固含量為50％，聚四氟乙烯PTFE固含量為60％，聚氨酯的固含量為40％，聚丙烯酸酯固含量為38％。
實施例序號 | 四氟乙烯與全氟乙烯共聚物（PFA） | N-全氟烷基磺醯基、丙基三乙氧基矽烷（DF-922） | 聚氨酯 KJ-101 | 水 | 熱壓溫度（℃） | 熱壓壓力（兆帕） |
1 | 8% | 0.2% | 1% | 餘量 | 320 | 5 |
2 | 12% | 0.5% | 4% | 餘量 | 320 | 5 |
3 | 16% | 1.0% | 6% | 餘量 | 320 | 5 |
4 | 20% | 2.0% | 8% | 餘量 | 320 | 5 |
實施例序號 | 四氟乙烯、六氟 丙烯與偏氟乙烯的共聚物（THV） | N-全氟烷基磺醯基、丙基三乙氧基矽烷（DF-922） | 聚丙烯酸酯 | 水 | 熱壓溫度（℃） | 熱壓壓力（兆帕） |
5 | 8% | 0.2% | 1% | 餘量 | 260 | 5 |
6 | 15% | 1.0% | 5% | 餘量 | 260 | 5 |
7 | 20% | 2.0% | 8% | 餘量 | 260 | 5 |
實施例序號 | 四氟乙烯與六氟丙烯共聚物（FEP） | N-全氟烷基磺醯基、丙基三乙氧基矽烷（DF-922） | 聚氨酯 KJ-101 | 水 | 熱壓溫度（℃） | 熱壓壓力（兆帕） |
8 | 8% | 0.1% | 1.0% | 餘量 | 280 | 4 |
9 | 11% | 0.8% | 4.6% | 餘量 | 280 | 4 |
10 | 13% | 1.0% | 5.1% | 餘量 | 280 | 4 |
11 | 20% | 2.0% | 8.0% | 餘量 | 280 | 4 |
實施例序號 | 聚四氟乙 烯（PTFE） | N-全氟烷基磺醯基、丙基三乙氧基矽烷（DF-922） | 聚丙烯 酸酯 | 水 | 熱壓溫度（℃） | 熱壓壓力 （兆帕） |
12 | 8.0% | 0.1% | 1% | 餘量 | 370 | 3 |
13 | 10.0% | 0.6% | 4.5% | 餘量 | 370 | 3 |
14 | 16.0% | 1.0% | 5.9% | 餘量 | 370 | 3 |
15 | 20% | 2.0% | 8% | 餘量 | 370 | 3 |
實施例序號 | THV、PFA、FEP、PTFE混合 | N-全氟烷基磺醯基、丙基三乙氧基矽烷（DF-922） | 聚丙烯酸酯 | 水 | 熱壓溫度（℃） | 熱壓壓力 （兆帕） |
16 | 8% | 0.1% | 1% | 餘量 | 300 | 3 |
17 | 10% | 0.6% | 4% | 餘量 | 300 | 3 |
18 | 16% | 1.0% | 6% | 餘量 | 300 | 3 |
19 | 20% | 2.0% | 8% | 餘量 | 300 | 3 |
註：在該表中的THV、PET、FEP、PTFE混合液中THV、PFA、FEP各占混合體總量的10％，PTFE占混合體的70％。
項目 | 性能指標 | ||
單位面積質量（克/平方米） | 400 | 750 | |
拉伸斷裂強力（牛/25毫米） | 經向 | 3303 | 8199 |
緯向 | 2964 | 7418 | |
透氣率（厘米/秒） | 5.68 | 5.83 | |
複合牢度 | 合格 | 合格 | |
適合除塵形式 | 高速反吹風袋濾器 | 低壓脈衝袋濾器 | |
最大過濾風速（米/分鐘） | 0.8 | 1.2 | |
最高使用溫度（℃） | 260 | 260 | |
過濾效率（%） | 99.99% | 99.99% | |
出口排放濃度（毫克/立方米） | W30 | W30 | |
運行阻力（帕） | W1500 | W1500 | |
使用壽命 | 三年 | 三年 | |
榮譽表彰
2009年，《耐高溫聚四氟乙烯覆膜過濾材料》獲得第六屆江蘇省專利項目獎優秀獎。
