一种具有催化功能的聚四氟乙烯滤料的生产方法技术

一种具有催化功能的聚四氟乙烯滤料的生产方法。其技术方案是：按二噁英前体催化剂∶水性全氟烷基聚氧乙烯醚非离子表面活性剂的质量比为1∶(0.5~1)配料，搅拌，得反应产物I；按聚四氟乙烯微粉∶全氟煤油的质量比为100∶(1~5)配料，搅拌，得反应产物II；再按反应产物I∶反应产物II的质量比为(1~10)∶100配料，搅拌，依次预压成型、压制为柱状模料、压延为基带、干燥、制孔和分切；然后将分切后的单丝进行一道热牵伸和二道热牵伸，经梳理、针刺、除毛、压平和裁剪，即得具有催化功能的聚四氟乙烯滤料。本发明专利技术具有工艺简单、成本低和生产效率高的特点，能大幅增大所述聚四氟乙烯滤料与二噁英前体催化剂的比表面积，过滤效率和催化分解效率高。

【技术实现步骤摘要】
一种具有催化功能的聚四氟乙烯滤料的生产方法
本专利技术属于环保催化材料制备
尤其涉及一种具有催化功能的聚四氟乙烯滤料的生产方法。
技术介绍
随着现代化工业进程的快速发展，大气污染已成为一个日益严重的问题，如何借助空气过滤材料捕集工业废气与垃圾焚烧所产生的烟尘，同时还能分解废气中的毒性物质如剧毒物质二噁英也日益成为重要的研究课题。目前对于烟尘的过滤材料主要为玻璃纤维、聚苯硫醚纤维、聚酰亚胺纤维等纤维制成的过滤材料，但由于长期在250℃甚至更高的环境中工作，它们普遍存在被腐蚀、过滤精度下降快和使用寿命大幅缩短等问题。聚四氟乙烯（PTFE）纤维由于其化学稳定性、耐腐蚀性、耐热性、高润滑不粘性等与现有过滤材料相比具有显著优越性，故广泛适用于各种烟气、粉尘、液体的过滤与净化处理，而利用过滤材料的工作环境，直接赋予其能够在相应条件下高效分解废气中毒性物质的净化功能则是防止烟尘中的毒性物质扩散到大气中的最佳途径。然而，由于PTFE优异的化学惰性，使得在其表面直接负载具有去除烟尘中毒性物质功能的催化剂变得比较困难。传统方法通常采用将粘接剂与催化剂混合均匀后涂覆在过滤材料表面并烘干，借助粘接剂的附着力实现催化剂的负载，如“一种玻璃纤维布负载锰基低温SCR脱硝催化剂及其制备方法”（CN201510905904）所述，然而，PTFE表面几乎不能直接牢固附着任何一种粘接剂，过滤材料在长期工作过程中，表面负载的催化剂非常容易伴随粘接剂一起脱落。另有采用膨胀型PTFE容纳和固定催化剂颗粒的方式来实现负载催化剂，如“负载有催化剂颗粒的膨胀型聚四氟乙烯多孔膜或条带的制备方法和臭氧去除过滤器”（CN201080023549）所述，但是该方法仍不够理想，一方面，该方法先将多孔PTFE以条带状形式浸渍催化剂颗粒，再将条带PTFE拉伸铺展开，由于条带状的比表面积非常小，多孔PTFE单位面积上能够容纳或固定的催化剂颗粒数量非常有限，而且将条带拉伸铺展开以后导致PTFE单位面积上的催化剂浓度进一步大幅降低；另一方面，催化剂颗粒由于被约束在微孔内部使得催化剂的实际暴露面积被严重限制，从而导致催化效率被严重削减。现有技术在制备PTFE纤维方面也存在一些不足，通常采用膜裂法将PTFE纤维化，再将纤维制成滤料。如“膜裂法聚四氟乙烯纤维的制造方法（CN201010558729）”所述，该方法将PTFE从粉料制成纤维至少需要4天时间，生产效率太低；在加工过程中所需预压压力、预压温度、推压压力、推压温度等参数普遍较高，压延速度与分切速度较慢，这些参数都存在优化空间。
技术实现思路
本专利技术旨在克服现有技术缺陷，目的在于提供一种工艺简单、成本低和生产效率高的具有催化功能的聚四氟乙烯滤料的生产方法，用该方法生产的具有催化功能的聚四氟乙烯滤料能牢固、大量、均匀负载高浓度二噁英前体催化剂，能大幅增大聚四氟乙烯滤料与二噁英前体催化剂的比表面积、提高过滤效率和催化分解效率。为实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案是的具体步骤是：步骤一、按二噁英前体催化剂∶水性全氟烷基聚氧乙烯醚非离子表面活性剂的质量比为1∶(0.5~1)配料，在温度为38~42℃和搅拌速度为55~65r/min的条件下，搅拌1.5~2.5h，得到反应产物I。步骤二、按聚四氟乙烯微粉∶全氟煤油的质量比为100∶(1~5)配料，在温度为145~155℃和搅拌速度为110~130r/min的条件下搅拌1.5~2.5h，得到反应产物II。步骤三、按所述反应产物I∶所述反应产物II的质量量比为(1~10)∶100配料，在温度为105~115℃和搅拌速度为110~130r/min的条件下搅拌1.5~2.5h，得到反应产物III。步骤四、将所述反应产物III用预压机预压成型，再将预压成型的模料用推压机压制为柱状模料，然后将所述柱状模料压延为基带。步骤五、在345~355℃条件下，将压延后的基带干燥2~10min，制孔。步骤六、将制孔后的基带用分切机分切为单丝，再将所述单丝依次进行一道热牵伸和二道热牵伸，即得聚四氟乙烯纤维。步骤七、将所述聚四氟乙烯纤维进行梳理、针刺、除毛、压平和裁剪，制得具有催化功能的聚四氟乙烯滤料。所述二噁英前体催化剂为氧化钒、氧化钨、氧化钛、硫酸氧钒、钒酸铵、钨酸铵、过硫酸铵、硝酸锰、硝酸铈、硝酸镧中的四种或五种的混合物，将所述混合物依次进行混炼、捏合、成型、干燥和焙烧，即得二噁英前体催化剂。所述预压机的预压压强为0.2~0.4MPa，预压温度为10~30℃。所述推压机的推压压强为2.5~3.5MPa，推压温度为150~160℃。所述压延的温度为40~45℃，压延的线速度为0.8~1.2m/min。所述分切机的线速度1.5~3m/min。所述一道热牵和二道热牵伸的热牵温度为依次为280~310℃和310~330℃。由于采用上述技术方案，本专利技术所产生的有益效果在于：本专利技术所采用的水性全氟烷基聚氧乙烯醚非离子表面活性剂与二噁英前体催化剂具有较好的亲和性，可以迅速改善二噁英前体催化剂与PTFE的亲和性，有利于其在PTFE表面牢固附着。且由步骤一可见，在温度为38~42℃和搅拌速度为55~65r/min的条件下，搅拌1.5~2.5h，即可得到反应产物I，反应迅速，条件温和，工艺简捷。本专利技术所采用的全氟煤油与PTFE具有较好的亲和性，且为了通过少量的全氟煤油就能使PTFE微粉在较短时间内转变为轻度的溶胀状态，进而大幅降低PTFE的表面惰性，使其更容易与其它材料相结合。在步骤二中，将反应温度升高至145~155℃，使得PTFE具有比常温下更高的可塑性与反应活性，以110~130r/min的搅拌速度搅拌1.5~2.5h即可得到反应产物II，反应迅速，条件温和，工艺简捷。本专利技术所采用的水性全氟烷基聚氧乙烯醚非离子表面活性剂与全氟煤油、PTFE相互之间都具有较好的亲和性，因而反应产物I与反应产物II必然具有较好的亲和性，容易紧密结合。为了使两者反应更充分，结合更紧密，在步骤三种，在温度为105~115℃和搅拌速度为110~130r/min的条件下搅拌1.5~2.5h，即可得到反应产物III，反应迅速，条件温和，工艺简捷。本专利技术经过上述三个工艺步骤后，二噁英前体催化剂已被均匀、牢固的负载在PTFE微粉表面，且在后续加工过程中，PTFE微粉经过形态变化成为具有很大比表面积的PTFE纤维并进一步制成滤料，二噁英前体催化剂则可以一直牢固地负载在PTFE表面而不易脱落，而且也会在加工过程中获得更大的暴露面积。本专利技术采用的全氟煤油在作用效能上与普通煤油存在本质区别。普通煤油在加工过程中仅仅对PTFE微粉起到润滑作用，而全氟煤油的主要作用在于其对PTFE、水性全氟烷基聚氧乙烯醚非离子表面活性剂都具有较好的亲和性，进而大幅降低PTFE的表面惰性，当全氟煤油与PTFE获得反应产物II以后，可以更容易地与反应产物I形成均匀且牢固结合的反应产物III，因而能在PTFE表面负载较高浓度的二噁英前体催化剂，从而确保制备的具有催化功能的聚四氟乙烯滤料上具有足够的催化剂，以满足能够完全催化分解垃圾焚烧过程中所产生二噁英前体的需求，而且不会影响产品的机械性能。本专利技术采用的全氟煤油对PTFE的溶胀作用使得反应产物III具有更好的加工性能。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有催化功能的聚四氟乙烯滤料的生产方法，其特征在于所述方法的具体步骤是：步骤一、按二噁英前体催化剂∶水性全氟烷基聚氧乙烯醚非离子表面活性剂的质量比为1∶(0.5~1)配料，在温度为38~42℃和搅拌速度为55~65r/min的条件下，搅拌1.5~2.5h，得到反应产物I；步骤二、按聚四氟乙烯微粉∶全氟煤油的质量比为100∶(1~5)配料，在温度为145~155℃和搅拌速度为110~130r/min的条件下搅拌1.5~2.5h，得到反应产物II；步骤三、按所述反应产物I∶所述反应产物II的质量量比为(1~10) ∶100配料，在温度为105~115℃和搅拌速度为110~130r/min的条件下搅拌1.5~2.5h，得到反应产物III；步骤四、将所述反应产物III用预压机预压成型，再将预压成型的模料用推压机压制为柱状模料，然后将所述柱状模料压延为基带；步骤五、在345~355℃条件下，将压延后的基带干燥2~10min，制孔；步骤六、将制孔后的基带用分切机分切为单丝，再将所述单丝依次进行一道热牵伸和二道热牵伸，即得聚四氟乙烯纤维；步骤七、将所述聚四氟乙烯纤维进行梳理、针刺、除毛、压平和裁剪，制得具有催化功能的聚四氟乙烯滤料。...

【技术特征摘要】
1.一种具有催化功能的聚四氟乙烯滤料的生产方法，其特征在于所述方法的具体步骤是：步骤一、按二噁英前体催化剂∶水性全氟烷基聚氧乙烯醚非离子表面活性剂的质量比为1∶(0.5~1)配料，在温度为38~42℃和搅拌速度为55~65r/min的条件下，搅拌1.5~2.5h，得到反应产物I；步骤二、按聚四氟乙烯微粉∶全氟煤油的质量比为100∶(1~5)配料，在温度为145~155℃和搅拌速度为110~130r/min的条件下搅拌1.5~2.5h，得到反应产物II；步骤三、按所述反应产物I∶所述反应产物II的质量量比为(1~10)∶100配料，在温度为105~115℃和搅拌速度为110~130r/min的条件下搅拌1.5~2.5h，得到反应产物III；步骤四、将所述反应产物III用预压机预压成型，再将预压成型的模料用推压机压制为柱状模料，然后将所述柱状模料压延为基带；步骤五、在345~355℃条件下，将压延后的基带干燥2~10min，制孔；步骤六、将制孔后的基带用分切机分切为单丝，再将所述单丝依次进行一道热牵伸和二道热牵伸，即得聚四氟乙烯纤维；步骤七、将所述聚四氟乙烯纤维进行梳理、针刺、除毛、压平和裁剪，...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁峰，黄思辰，曹鹏飞，陈俊路，胡月童，阮军，胡斌，
申请(专利权)人：武汉科技大学，北京中铁润海科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42