一种静电式导电油墨/聚丙烯集尘板的制备方法与流程

本发明属于集尘板的制备领域，特别涉及一种新型静电式导电油墨/聚丙烯集尘板的制备方法。
背景技术：
：近年来，随着社会经济快速发展，人们生产、生活等越来越多的可以在室内进行。因此，室内空气污染引起了人们广泛关注。静电式空气净化器不仅具有安全、高效等优势，同时由于能耗低，除尘效率高，使用寿命长，具有极高的商业价值。传统的静电集尘板主要采用多层带孔金属片组装而成，但一次造价高、易产生漏电，逐渐被驻极体材料取代。目前，集尘板一般通过涂覆导电涂料或施加导电板材来使基材表面导电，利用电晕放电将空气中尘埃颗粒荷电，然后在电场力作用下这些带电粒子被附着到收集电极，从而实现了除尘净化效果。虽然静电式空气净化器优点颇多，但仍然存在一些缺点。例如：（1）对于过滤式空气净化器，过滤效率取决于粉尘电导率和收集的粉尘量；对于细小颗粒过滤去除效率高，但增加了过滤器所需压降，同时能耗大，维护成本高；（2）累积的粉尘和化学污染降低了电晕电极产生离子的能力；集尘板使用一段时间后需要经常清洗或更换，一次造价高；（3）传统的静电式空气净化器以金属板作为集尘板，虽然所需压降低，收集清理方便且能耗小，但在使用过程中存在电击穿及漏电现象，臭氧产生现象严重；（4）集尘板导电材料价格高；频繁的火花和电弧放电降低过滤效率等方面亟待改善。技术实现要素：本发明所要解决的技术问题是提供一种新型静电式导电油墨/聚丙烯集尘板的制备方法，以解决传统的静电集尘板一次造价高、易产生漏电的缺陷。采用碳系导电材料涂覆聚丙烯集尘板，代替传统的导电涂料，提高静电除尘的效率，同时有效克服传统集尘板存在的耐水洗性差、成本高等问题，为未来静电式空气净化器的发展奠定了理论和应用基础。本发明一种静电式导电油墨/聚丙烯集尘板的制备方法，包括：（1）将聚丙烯塑料板用十二烷基苯磺酸钠溶液超声清洗，然后水洗；（2）将步骤（1）中得到的聚丙烯塑料板用高锰酸钾/硫酸溶液进行表面氧化处理，酸洗、水洗，烘干；（3）将步骤（2）中烘干的聚丙烯塑料板涂覆导电油墨，烘箱干燥，得到表面具有导电材料的聚丙烯塑料板；（4）将步骤（3）中得到的聚丙烯塑料板上、下叠放形成气体通道，陈列通道中处于奇偶层的导电材料按照方向依次交错排列，两端由不锈钢导带连接，最终得到静电式空气净化器集尘板。步骤（1）中所述超声清洗为：用质量分数为20%的十二烷基苯磺酸钠溶液超声清洗10-30min。步骤（1）中所述水洗为：丙酮和水超声清洗10-30min，丙酮和水体积比为1-1.5:1。步骤（2）中所述高锰酸钾/硫酸溶液由0.3mol/l高锰酸钾和0.1mol/l硫酸组成，高锰酸钾与硫酸体积比为0.8-1.2:1。步骤（2）中所述表面氧化处理的时间为6-8h，温度为60-80℃。步骤（2）中所述酸洗为：饱和草酸溶液酸洗5-20min；水洗为：去离子水清洗5-10min；烘干为：40-60℃真空烘箱中烘干。步骤（3）中所述导电油墨的制备方法，包括：将环氧树脂和聚酰胺树脂溶于乙醇和甘油溶液中，并在室温下按100转每分钟的速率搅拌10-30min；然后加入十二烷基苯磺酸钠作为分散剂。充分混合后，将混合物在80-100℃下搅拌1-2h；当树脂充分溶解后，缓慢加入碳纳米管和羟基碳纳米管，并以100转每分钟的速率继续搅拌1-3h；其中环氧树脂、聚酰胺树脂、乙醇、甘油、十二烷基苯磺酸钠、碳纳米管、羟基碳纳米管的比例为10-15g：5-10g：5-10ml：1-5ml：1-5g：1-3g：1-5g。步骤（3）中所述烘箱干燥的条件为：40-60℃真空烘箱中烘干。步骤（4）中所述两端由304不锈钢导带连接。本发明通过在聚丙烯集尘板上涂覆一层均匀且结合力较好的碳系导电油墨作为导电材料，结合静电除尘测试装置，测试了所制备的集尘板的集尘效率。结果表明本发明所采用的导电油墨作为集尘板的导电材料，不仅降低了成本，还使其导电性能控制在所需范围内，提高了集尘效率。同时有效克服了传统集尘板存在的耐水洗性差、成本高等问题。所达到的有益效果是：（1）本发明的集尘板成本低廉，集尘效率高，耐水洗性能优良；（2）本发明采用碳系导电油墨代替传统的导电涂料，不仅降低了成本，还使其导电性能控制在所需范围内；同时导电油墨合成条件温和，安全环保。附图说明图1为静电集尘板原理图；图2为实施例1和实施例3中集尘板的结构示意图；图3为实施例2中集尘板的结构示意图；图4为本发明中静电集尘板上、下交错叠放形成气流通道的结构示意图。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。本发明实施例中，使用的聚丙烯板购自广汇科技有限公司，所用的碳纳米管购自深圳纳米技术有限公司，羟基碳纳米管购自北京博宇高科新材料技术有限公司。实验中使用的其他化学药品均购自国药化学试剂有限公司。所有化学药品均为分析纯，使用过程中无需进一步提纯。实施例1(1)前处理a.取16cm×5cm的聚丙烯板，用质量分数为20%的十二烷基苯磺酸钠溶液超声清洗30min；然后在丙酮和水中超声清洗20min，丙酮和水体积比为1:1；b.分别称取4.74g高锰酸钾固体粉末和0.55ml98%硫酸并加水稀释至100ml，然后将两溶液混合以得氧化处理液；c.将处理后的聚丙烯板浸入氧化处理液中，并用塑料薄膜密封烧杯扣；d.将烧杯置于恒温磁力搅拌水浴锅中，于60℃下处理7h；e.反应完毕，取出聚丙烯板并用饱和草酸溶液酸洗10min，去离子水清洗10min，并于60℃真空烘箱中烘干；(2)合成导电油墨f.取14g环氧树脂和8g聚酰胺树脂溶于10ml乙醇和5ml甘油溶液中，并在室温下按100转每分钟的速率搅拌20min；然后加入1g十二烷基苯磺酸钠作为分散剂。充分混合后，将混合物在90℃下搅拌1h；当树脂充分溶解后，缓慢加入1g碳纳米管和2.5g羟基碳纳米管，并以100转每分钟的速率继续搅拌2h；(3)集尘板制备及组装g.将聚丙烯板正面用胶带覆盖，其中中间长度为11cm，宽度为1.5cm留空，用来涂覆导电油墨；h.将制备的涂覆导电油墨的聚丙烯板置于60℃真空烘箱中烘干，得到表面具有导电材料的聚丙烯集尘板；i.将聚丙烯板上、下叠放，其中奇数层聚丙烯板导电材料方向朝左，偶数层聚丙烯板导电材料方向朝右，依次交错排列；j.用两条不锈钢导带分别将聚丙烯板的左右两端连接起来构成导电通路；k.每两个聚丙烯集尘板板间距为0.5cm；l.在自组装的静电除尘测试装置中测试集尘板集尘效率。在0.5m/s风速下，对pm2.5集尘效率高达93.85%。实施例2(1)前处理a.取16cm×5cm的聚丙烯板，用质量分数为20%的十二烷基苯磺酸钠溶液超声清洗30min；然后在丙酮和水中超声清洗20min，丙酮和水体积比为1:1；b.分别称取4.74g高锰酸钾固体粉末和0.55ml98%硫酸并加水稀释至100ml，然后将两溶液混合以得氧化处理液；c.将处理后的聚丙烯板浸入氧化处理液中，并用塑料薄膜密封烧杯扣；d.将烧杯置于恒温磁力搅拌水浴锅中，于60℃下处理7h；e.反应完毕，取出聚丙烯板并用饱和草酸溶液酸洗10min，去离子水清洗10min，并于60℃真空烘箱中烘干；(2)合成导电油墨f.取14g环氧树脂和8g聚酰胺树脂溶于10ml乙醇和5ml甘油溶液中，并在室温下按100转每分钟的速率搅拌20min；然后加入1g十二烷基苯磺酸钠作为分散剂。充分混合后，将混合物在90℃下搅拌1h；当树脂充分溶解后，缓慢加入1g碳纳米管和2.5g羟基碳纳米管，并以100转每分钟的速率继续搅拌2h；(3)集尘板制备及组装g.将聚丙烯板正面用胶带覆盖，其中中间长度为11cm，宽度为5cm留空，用来涂覆导电油墨；h.将制备的涂覆导电油墨的聚丙烯板置于60℃真空烘箱中烘干，得到表面具有导电材料的聚丙烯集尘板；i.将聚丙烯板上、下叠放，其中奇数层聚丙烯板导电材料方向朝左，偶数层聚丙烯板导电材料方向朝右，依次交错排列；j.用两条不锈钢导带分别将聚丙烯板的左右两端连接起来构成导电通路；k.每两个聚丙烯集尘板板间距为0.5cm；l.在自组装的静电除尘测试装置中测试集尘板集尘效率。在0.5m/s风速下，对pm2.5集尘效率高达91.25%。实施例3(1)前处理a.取16cm×5cm的聚丙烯板，用质量分数为20%的十二烷基苯磺酸钠溶液超声清洗30min；然后在丙酮和水中超声清洗20min，丙酮和水体积比为1:1；b.分别称取4.74g高锰酸钾固体粉末和0.55ml98%硫酸并加水稀释至100ml，然后将两溶液混合以得到氧化处理液；c.将处理后的聚丙烯板浸入氧化处理液中，并用塑料薄膜密封烧杯扣；d.将烧杯置于恒温磁力搅拌水浴锅中，于60℃下处理7h；e.反应完毕，取出聚丙烯板并用饱和草酸溶液酸洗10min，去离子水清洗10min，并于60℃真空烘箱中烘干；(2)合成导电油墨f.取14g环氧树脂和8g聚酰胺树脂溶于10ml乙醇和5ml甘油溶液中，并在室温下按100转每分钟的速率搅拌20min；然后加入1g十二烷基苯磺酸钠作为分散剂。充分混合后，将混合物在90℃下搅拌1h；当树脂充分溶解后，缓慢加入1g碳纳米管和2.5g羟基碳纳米管，并以100转每分钟的速率继续搅拌2h；(3)集尘板制备及组装g.将聚丙烯板正面用胶带覆盖，其中中间长度为11cm，宽度为1.5cm留空，用来涂覆导电油墨；h.将制备的涂覆导电油墨的聚丙烯板置于60℃真空烘箱中烘干，得到表面具有导电材料的聚丙烯集尘板；i.将聚丙烯板上、下叠放，其中奇数层聚丙烯板导电材料方向朝左，偶数层聚丙烯板导电材料方向朝右，依次交错排列；j.用两条不锈钢导带分别将聚丙烯板的左右两端连接起来构成导电通路；k.每两个聚丙烯集尘板板间距为1.5cm；l.在自组装的静电除尘测试装置中测试集尘板集尘效率。在0.5m/s风速下，对pm2.5集尘效率高达90.33%。利用自组装的静电除尘测试装置测试集尘板集尘效率，结果如下：其中，自组装的静电除尘测试装置由10个16cm×5cm聚丙烯板交错排列而成，风速控制在0.5m/s，实验中结合激光测霾仪记录进出口不同粒径颗粒的浓度，根据以下公式计算集尘效率：式中，c出：出口颗粒的浓度；c进：进口颗粒的浓度。由实例1制备的集尘板，即导电材料区域是11cm×1.5cm，板间间距是0.5cm时对各粒径颗粒污染物的集尘效率由表1所示。表1.导电材料区域为11cm×1.5cm时，板间间距为0.5cm对不同粒径的颗粒集尘效率测试结果颗粒大小集尘效率(%)pm1.090.88pm2.593.85pm1094.45由实例2制备的集尘板，即导电材料区域是11cm×5cm，板间间距是0.5cm时对各粒径颗粒污染物的集尘效率由表2所示。表2.导电材料区域为11cm×5cm时，板间间距为0.5cm对不同粒径的颗粒集尘效率测试结果颗粒大小集尘效率(%)pm1.087.84pm2.591.25pm1093.36由实例3制备的集尘板，即导电材料区域是11cm×1.5cm，板间间距是1.5cm时对各粒径颗粒污染物的集尘效率由表3所示。表3.导电材料区域为11cm×1.5cm时，板间间距为1.5cm对不同粒径的颗粒集尘效率测试结果颗粒大小集尘效率(%)pm1.082.35pm2.590.33pm1088.62使用臭氧监测仪对自组装的静电除尘测试装置的臭氧排放量进行了分析，结果列于表4所示。表4.自组装的静电除尘测试装置的臭氧排放量检测结果装置状态气流量(m3/min)集尘效率(%)臭氧检测水平(ppm)开5.0093.2±5.0无关5.0010.2±2.5无通过对所制备的静电式导电油墨/聚丙烯集尘板进行集尘测试，结果发现自组装装置对pm1.0静电集尘效率可达90.88%，pm2.5静电集尘效率可达93.85%，对pm10静电集尘效率可达94.45%，说明用导电油墨作为聚丙烯塑料板表面的导电材料所制备的静电式集尘板具有优异的静电除尘效果。当前第1页12