丙纶滤料LB500和LB550的耐酸腐蚀性能比较

李岱霖，刘 洋，龙降雪，叶妍萍，杨丽君，洪和平，邱新标

（1.厦门理工学院环境工程系，福建 厦门 361024；2.厦门美达斯环保工业有限公司，福建 厦门 361027）

近年来随着钢铁、冶金、水泥、化工等行业的迅猛发展，工业烟尘尾气的排放量相应剧增，悬浮颗粒物含量超标引起的大气环境污染将导致环境效应、气候效应和健康效应不同程度的恶化[1].我国“十一五”规划纲要中明确提出将微细颗粒物作为城市大气污染物防治的重点[2].在众多除尘技术中，袋式除尘的突出特点是除尘效率高，实验室条件下净化率高达99.9999%，实际应用中可达到99.9%[3].此外，袋式除尘设备具有投资成本低、占地面积小、处理风量大、运行和维修操作简易方便等众多优势，得到工业烟尘尾气治理行业的广泛推崇，截至2009年，其应用数量约占各类除尘器总量的60%以上[4].过滤材料（滤料）是袋式除尘器的核心部件之一，其自身性能将直接影响实际除尘效率和除尘效果.丙纶由丙烯单体经分子间聚合而成，具有成本低、密度小、通透性高、拉伸强度大等优势，成为一种常见的袋式除尘常温滤料.在酸性尾气工况条件下，丙纶可能由于酸性物质如SOx、NOx的腐蚀加剧老化，容易产生破损，缩短使用寿命.这一缺陷限制了丙纶在除尘行业的应用，一定程度上增加了袋式除尘的运行成本.针对上述使用现状，本文选取2种丙纶滤料为研究对象，通过模拟不同工况使用条件，比较二者的耐酸腐蚀性能，旨在为丙纶表面改性研究提供参考.

1 实验部分

1.1 实验材料与设备

实验材料由厦门某企业自主生产提供，涉及型号LB500和LB550的丙纶织物产品，由于投料比例不同，二者的自身克重不同，分别为500 g/m2和550 g/m2.实验试样的制备以《织物断裂强力和断裂伸长的测定》（GB3923－97）为标准，即采取平行剪裁法将丙纶产品裁剪成长20 cm、宽5 cm的样条.

实验设备主要涉及:Nicolet380型红外光谱仪，美国热电集团公司产品；YG026B型电子织物强力机，常州正大通用纺织仪器有限公司产品；DK－S22型电热恒温水浴锅，上海精宏公司产品.

1.2 耐酸腐蚀实验

利用溶液腐蚀实验法，将丙纶试样浸泡于盛装有H2SO4溶液的烧杯中，并将烧杯放置于电热恒温水浴锅中.通过控制表1所示的酸度、温度和腐蚀时间3因素实验水平，考察LB500和LB550的老化失效过程.

表1 丙纶耐酸腐蚀实验因素水平Tab.1 Experimental factors and levels of polypropylene acid corrosion resistance

1.3 性能测试

（1）断裂强力测试:断裂强力指滤料发生断裂时的应力.由袋式除尘原理所致，滤料在使用过程中将持续受到高通量含尘尾气的惯性碰撞和定期清灰引起的拉伸、扭曲、收缩、膨胀等机械磨损作用.对于腐蚀前后的滤料，可以借助断裂强力指标反映其耐久性，评价耐腐蚀性能.丙纶试样的断裂强力测试参照《织物断裂强力和断裂伸长的测定》（GB3923－97），在电子织物强力机上完成.为直观反映腐蚀样的耐腐蚀性能变化，本文根据（1）式计算了断裂强力保持率λi:

式中:fi和f0分别表示腐蚀样和空白样的断裂强力.

（2）红外光谱测试:借助红外光谱仪，分别对丙纶空白样和腐蚀试样（不同酸度条件下于80℃浸泡60 h）进行了红外光谱测试，从微观分子组成水平考察丙纶的老化过程，对其耐腐蚀性能的变化规律做出较合理的解释.

2 结果与讨论

2.1 断裂强力保持率分析

同一温度条件下随酸度增加，LB500和LB550两种试样的断裂强力保持率变化情况如图1～图3所示.

图1 40℃时LB500和LB550的断裂强力保持率Fig.1 Breaking strength retention of LB500 and LB550 under 40℃

图2 60℃时LB500和LB550断裂强力保持率Fig.2 Breaking strength retention of LB500 and LB550 under 60℃

由图1可见，40℃时，随着酸度的增加，LB500和LB550的经、纬向λ保持在80%以上，均表现出较好的耐酸腐蚀性能.LB500空白样的经、纬向断裂强力分别为1371和1110N，低于LB550的1439和1140N；酸度70%、经历60 h腐蚀，LB500的经、纬向λ分别为92.41%和92.07%，而LB550的分别为90.67%和94.12%，表明LB500的经、纬向耐腐性能略逊于LB550.

图3 80℃时LB500和LB550断裂强力保持率Fig.3 Breaking strength retention of LB500 and LB550 under 80℃

由图2和图3可见，60℃时，相对于LB550，LB500经、纬向λ开始表现出较明显的降低趋势；80℃时LB500经向λ甚至低于40%，而LB550的经、纬向λ仍保持在80%以上，耐腐蚀性能优势更加显著.

由此可见，LB550的耐酸腐蚀性能优于LB500，随着温度升高，优势愈发显著.

2.2 红外光谱分析

2种试样的红外谱图如图4所示.

图4 LB500和LB550空白及腐蚀样的红外谱图Fig.4 Infrared spectrum images of blank and corrosion samples of LB500 and LB550

图4（a）LB500红外谱图显示:随着酸度的增加，空白样1640 cm-1附近的吸收峰逐渐减弱，酸度达到70%，该峰几乎消失；腐蚀样1710 cm-1附近产生了吸收峰，吸收强度逐渐增加.产生该现象的原因可能是:聚丙烯纤维中存在叔碳原子，由于甲基诱导效应一定程度上增加了其反应活性，使其容易被氧化[5]；此外，纤维中含有少量不饱和碳碳双键（1640 cm-1），被氧化的可能性有所提高.在较高温度（80℃）下，随着酸度的增加，H2SO4提供酸性介质的同时，表现出不同程度的氧化性，将长期浸泡的LB500氧化成羰基类化合物，产生1710 cm-1附近的羰基碳氧伸缩振动吸收峰.早期研究报道显示，聚丙烯氧化的主要产物包括醛、羧酸和酮类化合物[6]，分子中均含有碳氧双键，本文红外测试结果有力支持了这一结论.

图4（b）LB550红外谱图与LB500的显著差异在于:空白样1640 cm-1附近的吸收峰强基本不变，腐蚀样1710 cm-1附近并未产生新的吸收峰，表明LB550并未发生类似的氧化作用.原因可能是LB550纤维密度大，经、纬向致密程度较高，延缓了H2SO4的渗透过程，造成纤维内部短期内（60 h）酸度较低，氧化作用较弱.

此外，LB500和LB550的红外谱图较好地解释了二者耐酸腐蚀性能的变化规律.在80℃下，LB500的氧化程度随酸度增加而加剧（如图4（a）），引起耐腐蚀性能显著降低（如图3）；相同条件下的LB550在分子官能团组成上基本保持不变（如图4（b）），经、纬向λ因此均保持在80%以上（如图3），其耐腐蚀性能小幅降低的原因可能是分子链间非键相互作用遭到部分破坏.

3 结论

利用溶液腐蚀实验法，在酸度、温度和时间3因素实验水平下，比较了LB500和LB550的耐酸腐蚀性能.结果表明:同一实验条件下，LB550的耐酸腐蚀性能优于LB500，温度越高，优势越显著；造成耐酸腐蚀性能降低的原因可能是LB550分子链间非键相互作用遭到部分破坏，而LB500发生了氧化作用.因此针对丙纶的表面改性有待从提高其抗氧化性方面着手.

[1]CHAN Y C，SIMPSON R W，MCTAINSH G H，et al.Characterization of chemical species in PM2.5 and PM10 aerosols in Brisbane，Australia[J].Atmospheric Environment，1997，31:3773-3785.

[2]王春燕.实现污染减排目标的有力保障[J].中国石油和化工，2007（9）:17-19.

[3]李然然，杨景玲.袋式除尘器在抗酸抗腐蚀性方面研究的现状[C]//全国袋式过滤技术研讨会论文集.厦门:中国环保协会袋式除尘委员会，2005:12.

[4]中国环境保护产业协会袋式除尘委员会.我国袋式除尘行业2009年发展综述[J].中国环保产业，2010（8）:11-17.

[5]EDWARD P J.Polypropylene Handbook:Polymerization，Characterization，Properties，Processing，Applications[M].Cincinnati:Hanser Gardner Publications，1996:114-123.

[6]JAMES C W，CHIEN，BOSS C R.Polymer reactions V:Kinetics of autoxidation of polypropylene[J].Journal of Polymer Science:Part A-1，1967，5:3091-3101.