高温烟气净化用合成纤维发展现状

摘要：综述了高温烟气净化材料使用的聚苯硫醚、聚四氟乙烯、聚酰亚胺、芳纶1313、芳砜纶等新型合成纤维的性能特征、发展和应用现状，展望了相关纤维生产企业应尽快提高产品性能。以满足不断扩展的应用需求。关键词：高温，净化，合成纤维高耗能、高污染产业的发展，带来了严重的环境污染问题，由于空气、水等环境污染带来的经济损失每年在1000亿元以上[1]。高耗能、高污染产业的大气污染物以高温烟气为主要特征，烟尘类颗粒物为主要控制对象。为了有效解决高温烟尘气体的净化问题，近年来，环保部门把袋式除尘技术列为优先发展技术向社会大力推广。随着袋式除尘技术的推广应用，我国对耐高温的新型合成纤维的需求量也逐年递增。目前，我国已有聚苯硫醚纤维、聚四氟乙烯纤维、聚酰亚胺纤维、芳香族聚酰胺类纤维等新型合成纤维用于高温烟气净化。1 聚苯硫醚纤维聚苯硫醚纤维（PPS）是由美国Philips-Fikers公司在1979年首先研制成功，并在1983年投放市场，后来的日本东丽、东洋纺、帝人、以及德国的Bayer等公司均有PPS纤维上市。该类树脂具有部分结晶和可取向性，因此采用熔融纺丝方法，可生产长丝，短丝，圆形丝和异性丝。PPS纤维的化学结构由交错排列的硫原子和对位取代苯环组成，每一个芳香环和一个对位的硫原子相互变换，大分子结构具有极高的稳定性。PPS纤维在高温下具有优良的强度、刚性及耐疲劳性，可在200℃~400℃下连续使用，其极限氧指数LOI为34%~35%。在200℃高温空气中，2000h后仍有90%的强度保持率，5000h后有70%的强度保持率，8000h后有60%的强度保持率[2]。庄玉玲[3]采用气体实验法对PPS滤料在SO2气体中腐蚀失效的过程进行了研究，通过实验前后PPS滤料的机械特性、微观特征和化学结构的分析，认为PPS对SO2气体具有良好的耐腐蚀性。孙亚颇[4]将PPS纤维制成PPS针刺毡并对其进行过滤效率、强度及透气性能测试。结果表明，PPS针织毡性能达到高温烟气净化的应用要求，对于粒径大于5μm的尘埃具有很好的过滤性能，过滤效率可达到100%；对于粒径0.5～5μm的尘埃，过滤效率可达90%以上。 2 聚四氟乙烯（PTFE）纤维PTFE材料在20世纪40年代投入工业生产，商品名为“特氟隆”（Teflon），其制品样式多种多样，其中用于高温滤料的有PTFE纤维、微孔膜和浸渍液。PTFE纤维在1953由美国杜邦公司开发，1957年实现工业化生产，制丝方法有乳液纺丝法、膜裂纺丝法、熔体纺丝法等。目前，国际上PTFE纤维主要生产厂商有美国杜邦公司、Gore公司、奥地利兰精（Lenzing）公司、日本大金公司及东丽公司等。PTFE纤维是氟聚合物纤维中最具代表性的高性能纤维，由相同的分子直链构成的纤维，分子量大，聚合度在104数量级，PTFE纤维对高温和化学作用的影响具有极强的适应能力。PTFE可在260℃下长期使用，短时间内可耐300℃高温，极限氧指数（LOI）为95%，除了熔融的碱金属、氟化介质以及高于300℃的氢氧化钠外，PTFE几乎不受任何化学试剂腐蚀。罗章生[5]利用聚四氟乙烯优异的耐高温、耐腐蚀性能,研制了耐高温针刺过滤材料。其实践表明，100%聚四氟乙烯针刺过滤毡产品应用于垃圾焚烧尾气过滤除尘,使用效果良好。因此，PTFE很适合做高温过滤材料，能够在恶劣环境下净化高温烟气]。3聚酰亚胺纤维聚酰亚胺纤维商品名为P84，是奥地利Lenzing公司生产的一种合成纤维。聚酰亚胺聚合物属于高性能聚合物，具有高断裂强度，在高模量下呈低伸长率，同时具有优良的耐热性和阻燃性。P84纤维的极限氧指数（LOI）达到38%，玻璃化温度是315℃，纤维可在250℃温度下长期使用，纤维不会熔融。P84纤维有良好的耐酸性，但是碱对P84纤维有很大的腐蚀作用，P84纤维属于缩聚型纤维，不耐水解，在高温高湿及酸碱环境下易发生水解。P84纤维具有优良的集尘性能，常常将P84与其他纤维混纺制成过滤材料。工业上有将一层聚酰亚胺纤维与PTFE、PPS、芳纶1313纤维结合，制成复合结构产品[6]。邓洪等[7]利用聚酰亚胺纤维横截面不规则、比表面积大的特点，与玻纤复合，通过梳理、针刺、化学处理等工序而制成的新型过滤材料，达到提高使用性能和降低产品成本的目的，其工程应用实例表明，该过滤毡的高温烟气净化性能优异，使用寿命较长。4 芳纶1313芳纶1313纤维是由美国杜邦公司于60年代初发明并工业化生产的间位芳香族聚酰胺纤维，产品注册为Nomex（诺美克斯），国内则称为芳纶1313。芳纶1313纤维具有优异的耐高温和阻燃性能、良好的可纺性和尺寸稳定性，是目前技术成熟，使用广泛的阻燃纤维。目前，商业化的芳纶1313纤维有杜邦（DuPont）的Nomex，帝人的Conex，尤尼吉卡的Apyeil和俄罗斯的Fenilon纤维，其国际市场主要由美国杜邦公司和日本帝人公司两家控制[8]。芳纶1313最突出的特点就是耐高温，可在220℃下长期使用而不老化，而且尺寸稳定性极佳，在250℃条件下热收缩率仅为1%，短时间暴露于300℃下也不会收缩、脆化或者熔融，在超过370℃条件下才开始分解，400℃开始碳化。芳纶1313阻燃性好，其极限氧指数大于28%，属于难燃纤维，不会在空气中燃烧，具有自熄性，这种源于本身分子结构的固有特性使芳纶1313永久阻燃，有“防火纤维”之称。芳纶1313的化学结构异常稳定，可耐大多数高浓度无机酸及其他化学品的腐蚀、抗水解作用和蒸汽腐蚀。刘书平[9]研制了一种芳纶纤维阶梯度耐高温针刺过滤毡，该过滤毡为层状结构，在芳纶纤维机织布的上、下表面分别粘贴芳纶纤维层、芳纶混合纤维层，在芳纶纤维层的上表面再粘贴一芳纶细旦纤维层，其优点是耐高温，使用温度为204℃，瞬间使用温度为240℃；产品孔径结构成梯度变化，实现表层与深层结合过滤，过滤效率高，运行阻力低；产品使用寿命长。5芳砜纶（PSA）芳砜纶简称为PSA，是我国自行开发具有自主知识产权的一种芳香族聚酰胺类纤维，大分子主链上有苯撑、间苯撑、酰胺基（–NHCO–）及砜基（–SO2–）构成[10]。由于芳砜纶既有对位又有间位的结构，大分子主链上存在强吸收电子的砜基基团，硫原子处于最高氧化状态，同时通过苯环的双键共轭，显著降低酰胺基上氮原子的电子云密度，所以PSA纤维具有更优异的热稳定性和耐化学性。PSA纤维热分解温度约为420℃，可在250℃条件下连续使用。PSA纤维在300℃热空气中的热收缩率仅为2.0%，PSA过滤材料的抗热收缩性能明显好于其他常用耐高温纤维过滤材料，表现出极佳的高温尺寸稳定性[11]。PSA是缩聚型聚合物，在一定温湿度和酸碱环境下，容易发生化学反应，造成纤维化学腐蚀，强度下降。PSA稳定的分子结构使其具有良好的抗氧化性。纯PSA纤维滤料的透气性和阻力系数性能优于目前广泛使用的高温烟气净化用芳纶过滤材料，是一种耐250℃高温的新型烟气净化用过滤材料。在工业炉窑烟气净化领域应用前景良好。6结语随着国家环保标准的日趋严格和节能减排、清洁生产观念的深入人心，高温烟气净化用纤维的市场潜力巨大。而各种工业炉窑所排放出来的烟气不仅温度高，而且成分复杂，对净化使用的纤维具有较高的要求。因此，相关生产企业应加强技术革新，进一步提高产品性能，使高温烟气净化用纤维的应用领域不断扩大。参考文献：[1]王冬梅，邓洪，吴纯，等.高温过滤材料的应用及发展趋势[J].中国环保产业，2009（6）：24-29.[2] 王桦. 聚苯硫醚纤维的发展现状及应用[J]. 产业用纺织品, 2007, (7): 1-4.[3] 庄玉玲. PPS滤料在SO2气体作用下的耐腐蚀性研究[J]. 安全与环境学报, 2008, 8(1): 51-55.[4] 孙亚颇, 焦晓宁. 聚苯硫醚针刺毡在高温除尘上的应用性能研究[J]. 合成纤维, 2010(5): 6-8.[5] 罗章生. 100%聚四氟乙烯针刺过滤材料制作方法初探[J]. 产业用纺织品, 2009, (4): 10-13.[6] H.griesser .P84聚酰亚胺纤维在非织造业中的应用[J].产业用纺织品，2000（3）：40-42[7] 邓洪, 严荣楼, 徐涛, 等. 新型玻纤/P84复合针刺毡的开发及应用[J]. 中国环保产业, 2009, (5): 35-37[8] 邹振高，王西亭，施楣梧.芳纶1313纤维技术现状与进展[J].纺织导报，2006（6）：49-52.[9] 刘书平. 芳纶纤维阶梯度耐高温针刺过滤毡[P]. 中国, 200920069076[10]王新威，胡祖明，刘兆峰.芳香族耐高温纤维及主要品种性能[J].材料导报，2007,21（5）：53-58.[11] 元新艳，沈恒根，王振华.芳砜纶过滤材料在高温烟气净化中的稳定性分析[J].产业用纺织品，2010（7）：27-30.（中国纤检）