一种分层、梯度泡沫层涂覆过滤材料的制备方法

本发明涉及一种分层、梯度泡沫层涂覆过滤材料的制备方法，属于高温烟尘过滤材料后整理领域。背景技术：1、颗粒物(pm)是空气污染的主要成分之一，根据颗粒物的直径大小，可以将其分为pm10、pm2.5和pm0.5。而小直径颗粒物在空气中的滞留时间更长，更容易进入人体肺部和免疫系统，从而导致各种健康问题。因此，降低颗粒物的排放浓度是有效解决空气污染的重要措施之一。袋式除尘系统是一种高效减排技术，通过过滤工业生产中的烟气中的颗粒物，可大幅度降低颗粒物的排放浓度，进而保护环境，减少污染物对人类健康的影响。2、目前，在工业生产中，袋式除尘系统通常采用后整理工艺处理过滤基材，聚四氟乙烯（ptfe）泡沫涂层因其高热稳定性而被广泛应用于工业袋式除尘系统中。然而，对于直径为0.5～2.5µm的颗粒，ptfe泡沫涂层的平均孔径较大，因此对初始pm的收集效率较低。例如，授权专利cn101479016b涉及通过使用混合抗热性水溶性树脂、泡沫稳定剂、发泡剂和增稠剂制备涂覆溶液，然后通过一系列干燥、热处理和冷却步骤来完成过滤介质的制备。其制备的过滤介质具有单层微孔结构，平均孔径为30μm，这些微孔均匀分布在过滤介质的表面，有助于提高pm过滤效率。然而，该专利并未具体说明如何调控孔径大小，特别是对于直径更小的颗粒（如0.5～2.5µm）的捕捉效率。授权专利cn217188396u采用了多层复合和梯度过滤的设计，包括前置承载过滤支撑层、pp熔喷中间过滤层和pp熔喷过滤精度加强层，使用pu或po黏合剂或超声波粘合技术复合。这一结构设计提高了过滤介质的过滤精度、容尘能力及降低了其压降，但过滤层之间的粘合技术易受工艺条件和材料特性的影响，可能导致粘合强度不一致，从而影响过滤介质的整体性能和耐用性。文献doi: 10.1177/15280837231188965中，采用了ptfe乳液和聚乙烯醇（pva）溶液的混合，通过添加发泡剂和增稠剂，利用泡沫涂层技术在玻璃纤维毡上形成涂层，并通过干燥和热处理过程来形成具有多孔结构的ptfe乳液泡沫涂层膜。这种方法允许通过调整pva的含量来优化膜的形态、孔径大小和分布。但单层的微孔表面结构造成其压降过大，经过30次循环后，pm2.5过滤效率为98.93%，循环后压降为392pa。3、为了进一步提升袋式除尘系统的性能，特别是对直径为0.5～2.5µm颗粒物的收集效率，需要对对聚四氟乙烯泡沫涂层的后整理工艺进行深入研究和优化。以期能够减小涂层的平均孔径，增加涂层的密度，以及改善涂层的表面特性等，实现对直径为0.5～2.5µm的颗粒的更高的过滤效率。技术实现思路1、本发明提供一种分层、梯度泡沫层涂覆过滤材料的制备方法，对后整理工艺进行创新，本发明制备以ptfe为主体的泡沫涂层整理液，在过滤基材表面形成ptfe膜层。通过精细控制ptfe泡沫层及与pva@ptfe泡沫层两种膜层的厚度，依次涂覆至非织造ptfe泡沫过滤基材上，经过加热处理使其牢固结合，形成分层、梯度的泡沫孔层结构，实现了对过滤材料孔径的精确设计，制备出一种高效过滤的高性能耐高温复合过滤材料。2、为了解决上述问题，本发明提供了一种分层、梯度泡沫层涂覆过滤材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：3、（1）在ptfe乳液中添加5%～17%的溶剂制得发泡涂层溶液，采用高速多维搅拌法在1000～3000r/min转速下搅拌10～30min制备ptfe泡沫。4、（2）使用自动涂敷机将ptfe泡沫涂覆在过滤基材上，放入烘箱80～160℃加热烘燥3～5min。5、（3）将pva与ptfe以1:5混合，搅拌均匀，使用磁力搅拌器以300～600r/min转速搅拌1～3min，然后添加5%～17%的溶剂制得含pva发泡涂层溶液，采用高速多维搅拌法在1000～3000r/min转速下搅拌15～35min制备pva@ptfe泡沫。6、（4）将pva@ptfe泡沫涂覆在ptfe泡沫膜层上，放入烘箱80～160℃加热烘燥3～5min，形成pva@ptfe复合泡沫膜层结构。7、优选地，所述步骤（1）中的发泡涂层溶液含有以质量百分比计的固含量ptfe乳液86%～95%，发泡剂十六烷基二甲基氧化胺1%～2％，稳泡剂脂肪酸聚氧乙烯酯2%～6%及增稠剂甲基纤维素2%～6%。8、优选地，所述步骤（2）中所述过滤基材为聚酰亚胺针刺毡。9、优选地，所述步骤（2）、步骤（4）中涂覆泡沫层厚度为0.3mm～1mm，其中ptfe和pva@ptfe泡沫层厚度比为ptfe：pva@ptfe=（3：7）～（7：3）。10、更优选地，所述步骤（2）涂覆泡沫层厚度为0.7mm，形成较厚泡沫层，保留有较大的孔隙；步骤（4）涂覆厚度为0.3mm，厚度较小，刮涂时，较大泡沫破碎分裂成较小的微孔层，表面膜层更为致密，连续程度高。11、优选地，所述步骤（3）中的含pva发泡涂层溶液含有以质量百分比计的固含量60wt％的ptfe乳液72%～79%，固含量 10wt％的pva溶液14%～16%，发泡剂十六烷基二甲基氧化胺1%～2％，稳泡剂脂肪酸聚氧乙烯酯2%～6%及增稠剂甲基纤维素2%～6%。12、优选地，所述步骤（4）中所述pva@ptfe泡沫涂覆是在已烘燥后降至常温的ptfe泡沫层上进行叠加涂覆。13、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：14、本发明能够精确控制孔径：通过精确调整ptfe泡沫层和pva@ptfe泡沫层的厚度比例，本发明实现了对过滤材料孔径大小的精确控制。这一过程涉及到对ptfe乳液和pva溶液的固含量、发泡剂、稳泡剂以及增稠剂的配比进行精确调配，以及对涂覆和固化工艺参数的严格控制。通过这种精确的试剂比例和工艺控制，过滤材料能够针对不同粒径的颗粒物进行有效吸附，提高过滤效率和精度。15、本发明能够优化的过滤结构：采用分层涂覆工艺，先涂覆ptfe泡沫层，再在其上涂覆pva@ptfe泡沫层，形成梯度泡沫孔层结构分层结构的设计使得过滤材料在面对不同过滤条件时，能够保持高效的过滤性能和良好的机械稳定性。16、本发明能够降低压降：通过优化泡沫层的厚度和结构，调整涂覆泡沫层的厚度和密度，同时确保了过滤材料的孔径分布合理，以减少空气或其他流体通过时的阻力，本发明有效控制了过滤过程中的压降。此外，通过精确控制加热烘燥过程，确保了泡沫层的孔隙结构均匀，从而降低了过滤材料的总体阻力。技术特征：1.一种分层、梯度泡沫层涂覆过滤材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：2.根据权利要求1所述的分层、梯度泡沫层涂覆过滤材料的制备方法，其特征在于，所述s1中的发泡涂层溶液含有以质量百分比计的固含量60wt％的ptfe乳液86%～95%，十六烷基二甲基氧化胺1%～2％，脂肪酸聚氧乙烯酯2%～6%及甲基纤维素2%～6%。3.根据权利要求1所述的分层、梯度泡沫层涂覆过滤材料的制备方法，其特征在于，所述s2中所述过滤基材为聚酰亚胺针刺毡。4.根据权利要求1所述的分层、梯度泡沫层涂覆过滤材料的制备方法，其特征在于，所述s3中的含pva发泡涂层溶液含有以质量百分比计的固含量60wt％的ptfe乳液72%～79%，固含量10wt％的pva溶液14%～16%，十六烷基二甲基氧化胺1%～2％，脂肪酸聚氧乙烯酯2%～6%及甲基纤维素2%～6%。5.根据权利要求1所述的分层、梯度泡沫层涂覆过滤材料的制备方法，其特征在于，所述s2、s4涂覆泡沫层厚度为0.3mm～1mm，其中ptfe和pva@ptfe泡沫层厚度比为ptfe：pva@ptfe=（3：7）～（7：3）。6.根据权利要求1所述的分层、梯度泡沫层涂覆过滤材料的制备方法，其特征在于，s4中所述pva@ptfe泡沫涂覆是在已烘燥后降至常温的ptfe泡沫层上进行叠加涂覆。7.根据权利要求1所述的分层、梯度泡沫层涂覆过滤材料的制备方法，其特征在于，将不同泡沫孔径的泡沫层进行复合，形成多层梯度泡沫层结构，有利于提高过滤材料的过滤精度和过滤效率。技术总结本发明公开了一种分层、梯度泡沫层涂覆过滤材料的制备方法。本发明以聚四氟乙烯（PTFE）为主体的泡沫涂层整理液，在过滤基材表面形成PTFE膜层后，引入聚乙烯醇（PVA）改性PTFE，对泡沫膜层涂覆后整理工艺进行创新。通过精细控制PTFE泡沫层与PVA@PTFE泡沫层的厚度，依次涂覆至非织造过滤基材上，经过加热处理使其牢固结合，形成分层、梯度的泡沫孔层结构，实现了对过滤材料孔径的精确设计。本发明在过滤基材表面形成致密的微孔膜层，呈现梯度多层过滤，有效防止了颗粒污染物的渗透，保持了较高的过滤效率，同时提高基材过滤精度，延长使用寿命。技术研发人员：徐志伟,时欣宇,邵瑞琪,王维受保护的技术使用者：天津工业大学绍兴柯桥研究院技术研发日：技术公布日：2024/7/29