保护涂层、滤料、基体及其保护涂层的制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种保护涂层的制备方法，其包括以下步骤:配置混合液a，使其包含1~50g/L的聚电解质，0.01~2mol/L的强电解质；将所述混合液a形成于基体的表面及基底内部微结构中，并将该基体烘干；取50~100份的质量分数为2%~15%的聚四氟乙烯纳米颗粒分散液、0~50份质量分数为1%~10%的聚苯乙烯纳米颗粒分散液混合，并进行搅拌或超声分散，从而获得混合液b；将所述混合液b形成于基底表面及基底内部微结构中，并将所述基体烘干；升温至160~220℃烘烤使所述聚苯乙烯颗粒熔化，使聚四氟乙烯颗粒固化，取出自然降温。另外，本发明还涉及一种保护涂层、滤料以及基体。
【专利说明】
保护涂层、滤料、基体及其保护涂层的制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种保护涂层、滤料、基体及其保护涂层的制备方法。
【背景技术】
[0002] 雾霾问题已经成为我国，特别是京津冀地区最为严重的环境污染问题之 一。据统计，造成雾霾的PM2. 5有超过20%来自工业烟气排放，例如火电厂、水泥厂、 垃圾焚烧厂等，因此提升改造烟气排放企业的烟气净化设备，是雾霾治理的关键任 务。目前，工业烟气净化设备按技术分，主要有两类：一类是静电除尘技术，一类是 滤袋除尘技术。采用静电除尘后的工业烟气，颗粒物排放浓度一般在50-100mg/m *，最低可达15-30 mg/m ，而采用滤袋除尘技术，颗粒物排放浓度一般小于50 mg/m :5'，最 低可达0-5 mg/m :3_。按照国家新排放标准GB13223-2011，颗粒物排放浓度小于20mg/m '?， 所以必须采用电袋结合或滤袋除尘技术才能稳定达到要求。
[0003] 滤袋除尘技术的核心是滤料。作为耗材，滤料有一定的寿命，以燃煤电厂常用的聚 苯硫醚高温除尘滤料为例，国产滤料寿命约为1-3年，进口滤袋可达3年以上。延长滤袋使 用寿命不但可以大大降低滤袋除尘的成本，同时还可延长企业停产检修的时间，对于相关 企业进行环保改造有重要意义。为了提高滤料的使用寿命，许多国内外知名公司，如阜升集 团、东方滤袋、博格、安德鲁、必达福等，都采用聚四氟乙烯浸渍技术对滤料进行加工，从而 提高滤袋的抗氧化能力、抗酸碱腐蚀能力、过滤效率、清灰能力，从而延长其使用寿命。但现 有聚四氟乙烯浸渍技术存在两个重要缺点，一是聚四氟乙烯覆盖率低，不能完全保护滤料 纤维；二是聚四氟乙烯与滤料纤维吸附力小，该聚四氟乙烯易脱落。因此目前该技术对滤料 寿命的提升效果有限。
【发明内容】
[0004] 有鉴于此，确有必要提供一种聚四氟乙烯覆盖率高、与滤料纤维吸附力强的保护 涂层、滤料、基体及其保护涂层的制备方法。
[0005] -种保护涂层，该保护涂层包括一聚电解质层以及一聚四氟乙烯纳米颗粒层，所 述聚电解质层和所述聚四氟乙烯纳米颗粒层层叠设置。
[0006] -种滤料，该滤料包括滤料基体以及设置于该滤料基体的保护涂层，该保护涂层 包括一聚电解质层以及一聚四氟乙烯纳米颗粒层，所述聚电解质层和所述聚四氟乙烯纳米 颗粒层层叠设置。
[0007] -种基体，该基体包括基体本体以及设置于该基体本体的保护涂层，该保护涂层 包括一聚电解质层以及一聚四氟乙烯纳米颗粒层，所述聚电解质层和所述聚四氟乙烯纳米 颗粒层层叠设置。
[0008] -种保护涂层的制备方法，其包括以下步骤：配置混合液a，使其包含1~ 50 g/L 的聚电解质，〇. 〇1~2 mol/L的强电解质；将所述混合液a形成于基体的表面及基底内部微 结构中，并将该基体烘干；取50~100份的质量分数为2。/『15%的聚四氟乙烯纳米颗粒分散 液、0~50份质量分数为19^10%的聚苯乙烯纳米颗粒分散液混合，并进行搅拌或超声分散， 从而获得混合液b ;将所述混合液b形成于基底表面及基底内部微结构中，并将所述基体烘 干；升温至160~220°C烘烤使所述聚苯乙烯颗粒熔化，使聚四氟乙烯颗粒固化，取出自然降 温。
[0009] -种滤料保护涂层的制备方法，其包括以下步骤：配置混合液a，使其包含1~ 50 g/L的聚电解质，0. 01~2 mol/L的强电解质；将所述混合液a形成于一滤料表面及该滤料内 部的纤维表面，并将该滤料烘干；取50~100份的质量分数为29^15%的聚四氟乙烯纳米颗粒 分散液、0~50份质量分数为19^10%的聚苯乙烯纳米颗粒分散液混合，并进行搅拌或超声分 散，从而获得混合液b ;将所述混合液b形成于滤料表面及该滤料内部的纤维表面，并将所 述滤料烘干；升温至160~220°C烘烤使所述聚苯乙烯颗粒熔化，使聚四氟乙烯颗粒固化，取 出自然降温。
[0010]与现有技术相比较，本发明提供的保护涂层具有以下优点：其一、所制备的保护涂 层中聚四氟乙烯的覆盖率高，可提高保护涂层的抗氧化性、耐酸碱腐蚀能力、强度；其二、所 制备的保护涂层与基体间的结合力强；其三、所述保护涂层表面能低，具有超疏水特性。
[0011] 本发明提供的保护涂层制备方法具有以下优点，其一、采用聚电解质提高基体与 聚四氟乙烯纳米颗粒的吸附作用，从而提高聚四氟乙烯纳米颗粒在基体表面的覆盖率；其 二，添加聚苯乙烯纳米颗粒，并使其熔化，形成多孔纳米结构，并使聚苯乙烯颗粒良好地固 定于基体表面。
【附图说明】
[0012] 图1本发明实施例提供的滤料纤维保护涂层的制备方法的流程图。
[0013] 图2本发明实施例提供的保护涂层的结构示意图。
[0014] 图3本发明另一实施例提供的保护涂层的结构示意图。
[0015] 主要元件符号说明
如下【具体实施方式】将结合上述附图进一步说明本发明。
【具体实施方式】
[0016] 下面结合具体实施例对本发明的技术方案进一步详细表述。
[0017] 请参照图1，本发明实施例提供一种保护涂层的制备方法，其包括以下步骤： 步骤1 :配置混合液a，使其包含1~ 50 g/L的聚电解质，0. 01~ 2 mol/L的强电解质； 步骤2 :将所述混合液a形成于一基底表面及基底内部微结构中，并将该基体烘干； 步骤3 :取50~100份的质量分数为2%~15%的聚四氟乙烯纳米颗粒分散液、0~50份质量 分数为P/dO%的聚苯乙烯纳米颗粒分散液混合，并进行搅拌或超声分散，从而获得混合液 b ； 步骤4 :将所述混合液b形成于基底表面及基底内部微结构中，并将所述基体烘干； 步骤5 :升温至160~220°C烘烤使所述聚苯乙烯颗粒熔化，使聚四氟乙烯颗粒固化，取 出自然降温。
[0018] 在步骤（1)中，所述聚电解质为可以在极性溶液中电离，使高分子链带电的聚合 物，主要包括：聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚苯乙烯磺酸、聚乙烯磺酸、聚乙烯磷酸、聚烯丙胺 盐酸盐、聚乙烯亚胺、聚乙烯胺、聚二烯丙基二甲基氯化铵、聚乙烯吡啶、聚磷酸盐、聚硅酸 盐等。所述聚电解质可以选择一种，也可以选择多种混合使用。所述强电解质，即除强酸、强 碱以外的大多数在水溶液下可完全电离出离子的盐类电解质，主要包括氯化钠、氯化钾、氯 化锰、硫酸铵、硫酸钠、硫酸钾等。所述强电解质可以选择一种，也可以选择多种混合使用。
[0019] 在步骤（2)中，可将所述基体浸没于所述混合液a中沉积一段时间，或将所述混合 液喷洒或涂抹于所述基体的表面，从而使所述基体表面形成有所述混合液b。优选地，将所 述基体浸没于所述混合液中5-20分钟，从而使所述混合液中的聚电解质和强电解质吸附 于所述基体的内部微结构中。
[0020] 所述烘干的温度和时间不限。优选地，所述烘干温度为60°C~80°C，所述烘干时 间为20分钟~40分钟。所述烘干的目的是为了使溶剂挥发。
[0021] 所述基体可以为各种纤维及其他多孔材料，包括：滤布、滤膜、滤袋或过滤海绵等。 更具体地，所述滤布包括平均孔径小于200微米的棉、麻、丙纶、涤纶、尼龙等滤布；所述滤 袋包括聚苯硫醚、涤纶、P84、玻纤、氟美斯、芳纶、聚丙烯、聚酯等材料的滤袋；所述滤膜包括 尼龙、聚四氟乙烯、混合纤维酯、聚偏氟乙烯、玻璃纤维材料的微孔滤膜等；所述过滤海绵包 括纤维海绵，聚乙烯醇、聚氨酯发泡海绵等。
[0022] 在步骤⑶中，所述聚四氟乙烯纳米颗粒分散液可以通过将所述聚四氟乙烯纳米 颗粒分散于一溶剂中获得，也可通过悬浮聚合、乳液聚合等聚合法获得。所述聚四氟乙烯纳 米颗粒的粒径可以为50~1000 nm，其可以以球型颗粒、椭球形颗粒、不规则形状颗粒、粉体、 乳液、浓缩分散液等相态存在。
[0023] 所述聚苯乙烯纳米颗粒分散液可以通过将所述聚苯乙烯纳米颗粒分散于一溶剂 中获得，也可以通过悬浮聚合、乳液聚合等聚合法获得。所述聚苯乙烯纳米颗粒的粒径可以 为 50 ~1000 nm。
[0024] 所述进行搅拌或超声分散的时间和形式不限，只要保证所述聚四氟乙烯纳米颗粒 及所述聚苯乙烯纳米颗粒可以实现均匀分散即可。优选地，所述超声分散的时间20~30 分钟。
[0025] 在步骤（4)中，将所述滤料浸没于所述混合液b中沉积一段时间，或将所述混合液 喷洒或涂抹于所述基体的表面，从而使所述基体表面形成有所述混合液b。优选地，将所述 混合液喷洒至所述基体表面，使基体完全润湿，从而使所述混合液b中的聚四氟乙烯纳米 颗粒和聚苯乙烯纳米颗粒吸附至所述基体的内部微结构中。
[0026] 所述烘干的温度和时间不限。优选地，所述烘干温度为60°C~80°C，所述烘干时 间为20分钟~40分钟。所述烘干的目的是为了使溶剂挥发。
[0027] 在步骤（5)中，所述烘烤的目的是为了使所述聚苯乙烯纳米颗粒熔化，并起到将所 述聚四氟乙烯纳米颗粒粘结于所述基底表面的作用，同时起到将聚四氟乙烯纳米颗粒固化 的作用。所述烘烤的时间不限，只要能使所述聚苯乙烯纳米颗粒熔化，使聚四氟乙烯纳米颗 粒固化即可。优选地，所述烘烤的时间为10分钟以上。在烘烤过程中，所述聚四氟乙烯纳 米颗粒的表面会有微量熔化，但仍可以保持原型。
[0028] 当然，该方法中的基体也可以去除。
[0029] 本发明提供的保护涂层制备方法具有以下优点，其一、采用聚电解质可以提高基 体与聚四氟乙烯纳米颗粒的吸附作用，从而提高聚四氟乙烯纳米颗粒在基体表面的覆盖 率；其二，添加聚苯乙烯纳米颗粒，并使其熔化，形成多孔纳米结构，可以使聚苯乙烯颗粒良 好地固定于基体表面。
[0030] 本发明还涉及一种由上述制备方法获得的保护涂层，当混合液b中不含聚苯乙烯 纳米颗粒分散液时，获得保护涂层1〇〇。请参照图2,所述保护涂层100包括一聚电解质层 10、以及一聚四氟乙烯纳米颗粒层11，所述聚电解质层10和聚四氟乙烯纳米颗粒层11层叠 设置。所述聚四氟乙烯纳米颗粒层11的排列紧密性更高，该保护涂层的抗氧化、耐酸碱能 力更强。
[0031] 本发明还涉及一种由上述制备方法获得的另一个保护涂层，当混合液b中含有聚 苯乙烯纳米颗粒分散液时，获得保护涂层200。所述保护涂层200为一具有纳米形貌的结 构。所述纳米形貌的结构与聚四氟乙烯和聚苯乙烯纳米颗粒的粒径大小有关。请参阅图3， 所述保护涂层200括一聚电解质层20、一聚苯乙烯层21以及一聚四氟乙烯纳米颗粒层22， 所述聚电解质层20与所述聚苯乙稀层21层叠设置。所述聚电解质层20的厚度小于100 nm。所述聚苯乙烯层21与所述聚四氟乙烯颗粒层22层叠设置，且所述聚四氟乙烯层22中 的聚四氟乙烯纳米颗粒部分包埋于所述聚苯乙烯层21中。所述聚苯乙烯层21的厚度小于 500 nm。所述聚四氟乙烯颗粒层22的厚度为50~1000 nm。
[0032] 所述保护涂层100、200可以设置于一基体30的表面，或基体内部微结构的表面， 从而使所述基体的抗氧化能力、耐酸碱腐蚀能力、强度得到提高。当保护涂层1〇〇、200设置 于所述基体30的表面时，所述聚四氟乙烯纳米颗粒23通过所述聚电解质层21或所述聚苯 乙烯层22和所述聚电解质层21粘结于所述基体30的表面，所述聚四氟乙烯纳米颗粒层22 与所述基体30的结合力较强。
[0033] 所述基体可以为各种纤维及其他多孔材料，包括：滤布、滤膜、滤袋、过滤海绵等。 更具体地，所述滤布包括棉、麻、丙纶、涤纶、尼龙等滤布；所述滤袋包括聚苯硫醚、涤纶、 P84、玻纤、氟美斯、芳纶、聚丙烯、聚酯等材料的滤袋；所述滤膜包括尼龙、聚四氟乙烯、混合 纤维酯、聚偏氟乙烯、玻璃纤维材料的微孔滤膜等；所述过滤海绵包括纤维海绵，聚乙烯醇、 聚氨酯发泡海绵等。
[0034] 当所述基体为滤料基体时，所述保护涂层100、200设置于滤料基体的表面及滤料 基体纤维的表面，所制备的滤料保护涂层覆盖率高，可提高滤料抗氧化性、耐酸碱腐蚀能 力、强度；其二、所制备的滤料纤维保护涂层与纤维间的结合力强，耐烟尘颗粒冲刷；其三、 所述滤料纤维保护涂层表面能低，具有超疏水特性，清灰效果好。
[0035] 本发明提供的保护涂层具有以下优点：其一、所制备的保护涂层覆盖率高，可提高 基体抗氧化性、耐酸碱腐蚀能力、强度；其二、所制备的基体保护涂层与基体间的结合力强； 其三、所述基体保护涂层表面能低，具有超疏水特性。
[0036] 实施例1 : 配置混合液a，使其包含10 g/L的聚电解质和0.1 mol/L的氯化钠，该聚电解质为聚烯 丙胺盐酸盐和聚乙烯胺按体积比3:1组成的混合液；将聚苯硫醚滤布完全浸没于该混合液 a中，沉积15分钟，然后将聚苯硫醚滤布从混合液a中取出，热风烘干，温度70°C，直至彻底 烘干；取80份（体积分数）质量分数为4%的聚四氟乙稀分散液、20份质量分数为2%的聚 苯乙烯分散液，配置成混合液b，所述聚四氟乙烯纳米颗粒粒径为200nm，所述聚苯乙烯纳 米颗粒粒径为50nm ;将烘干后的聚苯硫醚滤布浸没于混合液b中，静置15分钟后用热风彻 底烘干，温度70°C ;将烘干后的聚苯硫醚滤布放入烤箱，升温至180摄氏度，烘烤15分钟， 取出自然降温。经扫描电子显微镜观察，该聚苯硫醚滤布中的纤维表面密布聚四氟乙烯纳 米颗粒，覆盖率超过90%，远高于传统聚四氟乙烯浸渍技术获得的覆盖率。摩擦实验显示，含 有聚苯乙烯层的所述滤料保护涂层，在同样正压力和往复次数下的涂层损失率远小于不含 有聚苯乙烯层的所述滤料保护涂层。具有所述滤料保护涂层的聚苯硫醚滤布表面呈现超疏 水特性，清灰能力显著提高。
[0037] 实施例2 配置混合液a，使其包含20g/L的聚电解质和0. 2 mol/L的氯化钠，该聚电解质为聚苯 乙烯磺酸钠和聚二烯丙基二甲基氯化铵按体积比1 :2组成的混合液；将涤纶滤布完全浸没 于该混合液a中，沉积15分钟，将涤纶滤布从混合液a中取出，热风烘干，温度70°C，直至彻 底烘干；取70份（体积分数）质量分数为5%的聚四氟乙稀分散液、30份质量分数为1%的 聚苯乙烯分散液，配置成混合液b，所述聚四氟乙烯纳米颗粒粒径为200nm，所述聚苯乙烯 纳米颗粒粒径为200nm ;将烘干后的涤纶滤布浸没于混合液b中，静置15分钟后用热风彻 底烘干，温度70°C ;将烘干后的涤纶滤布放入烤箱，升温至190摄氏度，烘烤15分钟，取出 自然降温。经扫描电子显微镜观察，该涤纶滤布中的纤维表面形成了一层均匀的聚四氟乙 烯纳米颗粒多孔结构，孔径与聚苯乙烯纳米颗粒粒径相当，整体覆盖率远高于传统聚四氟 乙烯浸渍技术，且具有所述滤料保护涂层的涤纶滤布表面呈现超疏水特性，清灰能力显著 提尚。
[0038] 实施例3 配置混合液a，使其包含20 g/L的聚电解质和0. 3mol/L的氯化钾，该聚电解质为聚乙 烯胺；将聚苯硫醚滤布完全浸没于该混合液a中，沉积15分钟，将聚苯硫醚滤布从混合液a 中取出，热风烘干，温度70°C，直至彻底烘干；取100份（体积分数）质量分数为3%的聚四 氟乙烯分散液，配置成混合液b，所述聚四氟乙烯纳米颗粒粒径为200nm ;将混合液b用喷枪 均匀喷洒至烘干后的聚苯硫醚滤布表面，至该聚苯硫醚滤布完全浸湿，静置15分钟后用热 风彻底烘干，温度70°C ;将烘干后的聚苯硫醚滤布放入烤箱，升温至180摄氏度，烘烤15分 钟，取出自然降温。经扫描电子显微镜观察，该聚苯硫醚滤布中的纤维表面密布聚四氟乙烯 纳米颗粒，覆盖率超过95%，远高于传统聚四氟乙烯浸渍技术获得的覆盖率。
[0039] 实施例4 配置混合液a，使其包含15 g/L的聚电解质和0.5 mol/L的硫酸铵，该聚电解质为聚甲 基丙烯酸；将纤维海绵完全浸没于该混合液a中，沉积15分钟，将纤维海绵从混合液a中取 出，热风烘干，温度70°C，直至彻底烘干；取70份（体积分数）质量分数为5%的聚四氟乙 烯分散液、30份质量分数为1%的聚苯乙烯分散液，配置成混合液b，所述聚四氟乙烯纳米颗 粒粒径为200 nm，所述聚苯乙烯纳米颗粒粒径为200 nm;将烘干后的纤维海绵浸没于混合 液b中，静置15分钟后用热风彻底烘干，温度70°C ;将烘干后的纤维海绵放入烤箱，升温至 200摄氏度，烘烤15分钟，取出自然降温。经扫描电子显微镜观察，该纤维海绵中的纤维表 面形成了一层均匀的聚四氟乙烯纳米颗粒多孔结构，孔径与聚苯乙烯纳米颗粒粒径相当， 整体覆盖率远高于传统聚四氟乙烯浸渍技术，且具有所述滤料保护涂层的纤维海绵表面呈 现超疏水特性，表面能较低。
[0040]另外，本领域技术人员还可以在本发明精神内做其它变化，这些依据本发明精神 所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。
【主权项】
1. 一种保护涂层，该保护涂层包括一聚电解质层以及一聚四氟乙烯纳米颗粒层，所述 聚电解质层和所述聚四氟乙烯纳米颗粒层层叠设置。2. 如权利要求1所述的保护涂层，其特征在于，进一步包括一聚苯乙烯层，该聚苯乙烯 层设置于所述聚电解质层和聚四氟乙烯纳米颗粒层之间，且该聚四氟乙烯纳米颗粒部分包 埋于所述聚苯乙烯层中。3. 如权利要求2所述的保护涂层，其特征在于，所述聚电解质层的厚度小于lOOnm，所 述聚苯乙稀层的厚度小于500nm，所述聚四氟乙稀纳米颗粒层的厚度为50~lOOOnm。4. 如权利要求2所述的保护涂层，其特征在于，所述聚苯乙烯层为多孔纳米结构。5. -种滤料，该滤料包括滤料基体以及设置于该滤料基体的保护涂层，该保护涂层包 括一聚电解质层以及一聚四氟乙烯纳米颗粒层，所述聚电解质层和所述聚四氟乙烯纳米颗 粒层层叠设置。6. 如权利要求5所述的滤料，其特征在于，所述滤料进一步包括一聚苯乙烯层，该聚苯 乙烯层设置于所述聚电解质层和聚四氟乙烯纳米颗粒层之间，且该聚四氟乙烯纳米颗粒部 分包埋于所述聚苯乙烯层中。7. -种基体，该基体包括基体本体以及设置于该基体本体的保护涂层，该保护涂层包 括一聚电解质层以及一聚四氟乙烯纳米颗粒层，所述聚电解质层和所述聚四氟乙烯纳米颗 粒层层叠设置。8. 如权利要求7所述的基体，其特征在于，所述基体进一步包括一聚苯乙烯层，该聚苯 乙烯层设置于所述聚电解质层和聚四氟乙烯纳米颗粒层之间，且该聚四氟乙烯纳米颗粒部 分包埋于所述聚苯乙烯层中。9. 一种保护涂层的制备方法，其包括以下步骤： 配置混合液a，使其包含1~ 50 g/L的聚电解质，0.01~2 mol/L的强电解质； 将所述混合液a形成于基体的表面及基底内部微结构中，并将该基体烘干； 取50~100份的质量分数为2%~15%的聚四氟乙烯纳米颗粒分散液、0~50份质量分数为 P/dO%的聚苯乙烯纳米颗粒分散液混合，并进行搅拌或超声分散，从而获得混合液b ; 将所述混合液b形成于基底表面及基底内部微结构中，并将所述基体烘干； 升温至160~220°C烘烤使所述聚苯乙烯颗粒熔化，使聚四氟乙烯颗粒固化，取出自然降 温。10. 如权利要求9所述的保护涂层的制备方法，其特征在于，所述聚四氟乙烯纳米颗粒 分散液中的聚四氟乙烯纳米颗粒的粒径为50~1000纳米，所述聚苯乙烯纳米颗粒分散液中 聚苯乙稀纳米颗粒的粒径为50~1000纳米。11. 如权利要求9所述的保护涂层的制备方法，其特征在于，所述基体为纤维或多孔材 料。12. -种滤料保护涂层的制备方法，其包括以下步骤： 配置混合液a，使其包含1~ 50 g/L的聚电解质，0.01~2 mol/L的强电解质； 将所述混合液a形成于一滤料表面及该滤料内部的纤维表面，并将该滤料烘干； 取50~100份的质量分数为2%~15%的聚四氟乙烯纳米颗粒分散液、0~50份质量分数为 P/dO%的聚苯乙烯纳米颗粒分散液混合，并进行搅拌或超声分散，从而获得混合液b ; 将所述混合液b形成于滤料表面及该滤料内部的纤维表面，并将所述滤料烘干； 升温至160~220°C烘烤使所述聚苯乙烯颗粒熔化，使聚四氟乙烯颗粒固化，取出自然降 温。13.如权利要求12所述的滤料保护涂层的制备方法，其特征在于，所述滤料为滤布、滤 膜、滤袋或海绵。
【文档编号】D06M15/233GK105986480SQ201510076536
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年2月13日
【发明人】汪家道, 杜川, 陈大融
【申请人】清华大学