PPS/PTFE濾料的DSC定量分析方法研究

王穎張靜靜金小培王雪

1.中國紡織科學(xué)研究院生物源纖維制造技術(shù)國家重點實驗室 北京 100025

2.天津農(nóng)學(xué)院基礎(chǔ)科學(xué)學(xué)院 天津 300384

PPS/PTFE濾料的DSC定量分析方法研究

王穎1張靜靜2金小培1王雪1

1.中國紡織科學(xué)研究院生物源纖維制造技術(shù)國家重點實驗室 北京 100025

2.天津農(nóng)學(xué)院基礎(chǔ)科學(xué)學(xué)院 天津 300384

本文利用差式掃描量熱分析儀對耐高溫濾料-聚苯硫醚/聚四氟乙烯（PPS/ PTF E）中PPS和PTF E的結(jié)晶及熔融行為進(jìn)行了研究，得到了PPS/PTF E濾料的定量分析方法，并對其進(jìn)行了驗證。

差式掃描量熱分析 聚苯硫醚/聚四氟乙烯（PPS/PT F E） 結(jié)晶 熔融 定量分析

1 前言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，以資源、能耗為主的重工業(yè)（電力、鋼鐵、化學(xué)等）也得到了迅速的發(fā)展。然而，作為一種高耗能、高污染的產(chǎn)業(yè)，重工業(yè)在發(fā)展的同時，也對環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展造成了嚴(yán)重的威脅，如高溫?zé)煔狻焿m類顆粒物的排放等。若不對其采取有效的治理，必將直接影響人的健康甚至生命安全。工業(yè)除塵技術(shù)的主要目的是降低煙氣顆粒物的排放、減少大氣污染，而袋式除塵技術(shù)在除塵效率[1]、設(shè)備要求[2]等方面的優(yōu)勢而備受青睞[3-4]。濾料作為除塵器的核心，直接關(guān)系到除塵器的使用狀況[5]。聚苯硫醚/聚四氟乙烯（PPS/PTFE）耐高溫濾料因兼?zhèn)涠邇?yōu)勢，以其耐熱、耐腐蝕、力學(xué)性能穩(wěn)定、絕緣性好、耐摩擦、過濾效率高等優(yōu)點而得到廣泛應(yīng)用[6]。但國際市場上PTFE的價格高于PPS的價格，市場上難免會出現(xiàn)PTFE的含量高于標(biāo)注含量的現(xiàn)象。目前，我國乃至國際上尚未有統(tǒng)一的聚苯硫醚/聚四氟乙烯（PPS/PTFE）耐高溫濾料定量分析的方法及標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)階段對混合纖維產(chǎn)品的定量分析主要采用溶解法和手工分解法，但是對于含聚苯硫醚和聚四氟乙烯的濾料而言，一方面，可溶的溶劑較少，且多為強極性溶劑，毒性較大；另一方面，溶劑法不可避免的會產(chǎn)生廢液，造成環(huán)境污染，而且環(huán)境、手工因素等對結(jié)果存在一定的影響。因此研究制定準(zhǔn)確可靠、節(jié)能環(huán)保的耐高溫濾料定量分析方法已經(jīng)迫在眉睫。

差式掃描量熱分析（differential scanning calorimetry，DSC）可以在程序控制溫度下測定樣品的熱力學(xué)及動力學(xué)參數(shù)的，具有適用范圍寬、分辨率高、精確度好等優(yōu)點。本文利用差式掃描量熱分析對耐高溫濾料進(jìn)行定量分析實驗初探。

2 實驗部分

2.1 實驗原理

在相同的熱歷史條件下，聚苯硫醚（PPS）的熔融焓值與其在PPS/ PTFE中的含量（wt%）相關(guān)。利用以下公式計算測試樣品中PPS與PTFE的組成比：

2.2 實驗儀器及實驗條件

（1） 實驗儀器：PerkinElmer Pyris-1差式掃描量熱分析儀；

（2）實驗材料：PPS/PTFE濾料，圓周取樣，間隔10cm，取5次，每個圓周寬度為1cm，樣品量為8mg；

（3）實驗條件：第一次升溫：40 K/min，50℃～325℃，325 ℃停留5min；

降溫處理：1 K/min，325℃～50 ℃；

二次升溫過程：5 K/min，50℃～325 ℃。

（4）測試數(shù)據(jù)：至少三組平行測試，取平均值。

3 結(jié)果與分析

3.1 聚苯硫醚/聚四氟乙烯耐高溫濾料的熔融特征

由圖1可以看出，聚苯硫醚的熔點為280.4℃，聚四氟乙烯的熔點為330.7℃，PPS/PTFE濾料中存在各自的結(jié)晶與熔融，并與其均聚物的一致，從而使本文采用DSC對PPS/PTFE進(jìn)行定量分析成為可能。

表1 手工混合PPS/PTFE的DSC二次升溫數(shù)據(jù)

通過大量摸索性試驗可知，若濾料中的兩組分均熔融，組分之間混合程度增加，必然會因鏈段間的相互作用而影響兩組分相容性、結(jié)晶過程中的成核速率、晶體生長速率等[7]，導(dǎo)致聚苯硫醚組分的結(jié)晶及二次熔融受聚四氟乙烯組份的影響變大，降低數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

本實驗采取分段掃描方法（如實驗條件所示），僅使聚苯硫醚組分熔融，有效的避免了兩組分間的熔融共混，降低了其相互作用[8]。在聚苯硫醚的結(jié)晶度不變的情況下，聚苯硫醚的熔融焓值與其在濾料中的含量相關(guān)。

3.2 DSC定量分析方法

下面將以手工混合樣品來驗證此方法的可行性，然后以已知比例的PPS/PTFE濾料，來確定此方法是否適用于PPS/PTFE濾料的定量分析。

3.2.1 手工混合樣品

以手工混合樣品驗證此方法的可行性時，考察了PPS與PTFE不同混合比例、不同生產(chǎn)廠家對實驗結(jié)果的影響。

（1）不同混合比例

根據(jù)目前市場上PPS/PTFE濾料的組成為PPS（wt %）介于70%～40%之間，因此手工混合樣品也介于此范圍。

由圖2可得，在PPS（wt %）介于70%～40%之間時，PPS組分的熔融峰型及熔點與純PPS基本一致，表明在所選用的實驗條件下，PPS的結(jié)晶及熔融受PTFE的影響較小，利用公式1、公式2計算可得，如表1，PPS的含量（wt %）與理論值的偏差介于1.5（wt %）～4.4（wt %）之間。

（2）不同生產(chǎn)廠家

為了考察不同生產(chǎn)廠家PPS（PPS-1#，PPS-2#）與PTFE共混對實驗結(jié)果的影響，采用同一組成比進(jìn)行對比，結(jié)果如圖3所示。可以看出，更換生產(chǎn)廠家，PPS的熔融峰型和熔點基本一致，由表2可得，PPS（wt %）與理論值相差分別為1.6%、4.7%。

3.2.2 PPS/PTFE濾料

以已知比例為PPS:PTFE=50:50（wt %）的濾料來考察以上測試方法是否適用，經(jīng)過發(fā)熱處理后，其二次升溫曲線如圖4所示。PPS組分的熔融峰型及熔點與純PPS一致，且PPS的含量（wt %）為47.2%，與理論值相差2.8%。

3.3 誤差分析

根據(jù)對實驗過程的分析和總結(jié)，產(chǎn)生誤差有如下諸因素：

（1）PPS纖維與PTFE纖維的分布情況不均；

（2）不同生產(chǎn)廠家的PPS、PTFE纖維存在一定差異；

（3）測試過程中所產(chǎn)生的誤差。

表2 不同生產(chǎn)廠家PPS/PTFE的DSC二次升溫數(shù)據(jù)

4 結(jié)論

（1）聚苯硫醚/聚四氟乙烯濾料中聚苯硫醚組分和聚四氟乙烯組分的熔融與其均聚物一致；

（2）采取分段掃描的方法，僅使聚苯硫醚組分熔融，可有效避免聚苯硫醚組分和聚四氟乙烯組分的熔融共混；

（3）根據(jù)驗證試驗結(jié)果與理論值對比，PPS的含量（wt %）相差在1.5%～4.7%之間。該方法操作簡便、無污染，與傳統(tǒng)方法相比就有一定的優(yōu)勢。

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