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青島大學寧新教授團隊:一種具有抗氧化性、疏水性的聚苯并惡嗪表面涂層改性聚苯硫醚纖維的制備及其在惡劣環境下的空氣過濾應用研究,中國化工網,okmart.com
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青島大學寧新教授團隊:一種具有抗氧化性、疏水性的聚苯并惡嗪表面涂層改性聚苯硫醚纖維的制備及其在惡劣環境下的空氣過濾應用研究
2022年04月13日    閱讀量:     新聞來源:中國化工網 okmart.com  |  投稿

聚苯硫醚(PPS)纖維由于其分子獨特的芳香硫化物骨架,制備得到的PPS無紡布能夠有效的應對高溫和酸堿腐蝕性服役環境,成為廣泛應用的高溫過濾材料。然而,PPS纖維依然會受到環境中的強氧化氣體以及水汽的作用而發生大分子鏈斷裂和降解,從而限制著PPS纖維的環境耐候性與使用壽命的進一步提高。青島大學非織造材料與產業用紡織品創新研究院寧新教授團隊報道了一種新型連續PPS纖維改性工藝方法,將聚苯并噁嗪(PBA)前驅體涂覆在PPS纖維表面,并在處理過程中進行聚合(圖 1),在PPS纖維上形成一層納米級PBA涂層,以此增強其無紡布在惡劣環境中的耐熱抗氧化性和結構穩定性中國化工網okmart.com。同時,PBA涂層可以在纖維和無紡布上形成疏水表面,降低水汽和酸性氣體對PPS無紡布的侵害。此外,均勻的納米級PBA涂層的應用也進一步提高了PPS無紡布的力學性能和對顆粒物的捕獲能力。相關工作以“Polyphenylene sulfide fabric with enhanced oxidation resistance and hydrophobicity through polybenzoxazine surface coating for emission control in harsh environment”為題發表在《Journal of Hazardous Materials》。本文通訊作者為青島大學寧新教授和王健助理教授,第一作者為青島大學紡織服裝學院碩士研究生白明琪。

青島大學寧新教授團隊:一種具有抗氧化性、疏水性的聚苯并惡嗪表面涂層改性聚苯硫醚纖維的制備及其在惡劣環境下的空氣過濾應用研究 中國化工網,okmart.com

圖 1原位聚合法制備復合材料無紡布示意圖及PBA熱交聯反應式


作者通過拉伸試驗研究了PPS及其復合無紡布在230℃熱處理和93℃下硝酸腐蝕等不同處理時間的力學性能。如圖 2(a, b, c)所示,隨著酸腐蝕時間的延長,PBA-PPS復合材料無紡布繼續保持高于原PPS無紡布的模量,抗拉強度退化速度明顯放緩。酸處理24 h后,該復合無紡布的拉伸強度保持率高于PPS無紡布。顯然,PBA涂層可以有效延緩和阻斷硝酸在PPS纖維表面引起的氧化,從而提高無紡布的耐酸性能。利用掃描電鏡(SEM)觀察酸處理72 h后無紡布的表面形貌,如圖 2(d)所示。由于PBA涂層的存在,無紡布表面沒有出現明顯的損傷或顆粒,驗證了PBA涂層在硝酸條件下對PPS纖維的保護作用。值得注意的是,PBA涂層有效減緩了無紡布模量的降解,而提高的模量保持率有利于濾布在使用過程中抵抗機械變形或泄漏,從而延長使用壽命。

青島大學寧新教授團隊:一種具有抗氧化性、疏水性的聚苯并惡嗪表面涂層改性聚苯硫醚纖維的制備及其在惡劣環境下的空氣過濾應用研究 中國化工網,okmart.com

圖 2(a) PPS及其復合無紡布在酸處理24、48、72 h后的應力應變圖,(b)楊氏模量和(c)拉伸強度保持率;72 h酸洗前后無紡布的SEM顯微圖:(d)原PPS, (e) PBA-PPS;(f)酸處理72 h前后PPS和PBA-PPS無紡布樣品的光學圖


此外,作者還表征分析了改性無紡布表面的潤濕性,PBA涂層的引入顯著提高了PPS無紡布的疏水性,如圖 3(a,b,c)所示,PBA-PPS復合無紡布和膜的表面水滴的接觸角均大于PPS無紡布和膜。這一結果也表明了PBA包覆的PPS纖維具有較好的疏水性。另外,PBA涂層有效地將PPS薄膜的表面能從31 mJ/m2降低到27 mJ/m2,這也解釋了PBA-PPS無紡布的疏水性。較高的疏水性有助于提高無紡布的耐酸性,特別是當無紡布暴露在低于酸露點溫度下的時候。


圖 3(a) PPS無紡布和(b)PBA-PPS無紡布上的動態水滴接觸過程和水的接觸角。(c)測試液體(水、EG和DIM)滴在PPS薄膜和PBA-PPS薄膜上的接觸角度和照片。(d)采用酸堿模型計算的薄膜樣品的表面能組分,樣品的總纖維表面能(γ)在每條上方表示,Lifshitz-van der Waals (γ LW)和酸堿(γAB)表面能組分用不同的顏色區分


最終,作者評價了PBA涂層對PPS無紡布過濾性能影響,結果如圖 4所示。PBA-PPS無紡布在不同風速下對PM10-2.5的去除率始終優于PPS無紡布,這是由于涂層處理后纖維之間的堆疊更加緊密,無紡布的孔徑顯著減小(圖 4e)。此外,還對熱處理無紡布和酸處理無紡布的過濾性能進行了評價,以探索過濾材料對復雜環境的耐受性,經熱處理或酸處理后,PPS和PBA-PPS無紡布的去除率均有所提高。此外,也對高溫環境對無紡布PM2.5去除性能進行了評價,在200℃高溫環境下,PBA-PPS無紡布的PM2.5去除效率優于原PPS無紡布。因此,作者開發的PBA-PPS無紡布在未來的高性能空氣過濾材料領域具有廣闊的應用前景。


圖 4 (a)不同面速下PPS和PBA-PPS無紡布的PM10-2.5去除率和壓力降。(b) PPS和無紡布在去除PM10-2.5時的長期除塵性能(表面速度:0.03 m/s)。(c)不同粒徑PM相關面料的去除效率(面速:0.03 m/s)。(d)熱處理和酸處理前后,PPS和PBA-PPS無紡布的PM10-2.5去除效率和壓力降(表面速度:0.03 m/s)。(e)相關組構的孔徑分布曲線。(f)有關無紡布樣品的照片


標簽:紡織化纖,化工應用,技術中心,今日頭條,塑料
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