CN100415990C - 滤清器滤纸改性液及其制备方法与用途 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及滤清器滤纸改性液及其制备方法与用途。它有4～20重量份的苯丙乳液或有机硅丙烯酸乳液、1～4重量份的三聚氰胺、24～78.9重量份的溶剂，溶剂为水、去离子水、乙醇、异丙醇中的任意一种；改进的它还有15～35重量份的聚四氟乙烯乳液；进一步改进的它还可有1～10重量份的微米级或纳米级二氧化钛颗粒、0.1～2重量份的NP-13。它可提高滤清器滤纸的过滤性能和使用寿命，组方经济，功能持久。制备方法为传统的混合搅拌方法。工艺简单，使用设备少。用途为：采用喷涂、浸渍这两种传统方法在滤清器滤纸的正反面上各形成一层膜，然后在110～130℃恒温1.5～2min，即可在滤纸上得到两层改性膜。此滤纸有助于提高相应滤清器的滤清效率和使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种改性液，更具体地说，本发明涉及一种滤清器滤纸改性液，同时，本发明还涉及一种所述滤清器滤纸改性液的制备方法与用途。
技术背景
滤清器(包括空气滤清器、柴油滤清器、机油滤清器)是发动机的重要零部件，其作用为滤除进入发动机的空气、柴油、机油中的尘埃和机械杂质等微粒(以下均简称为微粒)，以减少发动机缸套活塞环、曲轴连杆运动副和高压油泵柱塞偶件的磨损，优化发动机的燃烧过程，降低一氧化碳、多氧化氮、碳氢化合物等污染物的排放。随着发动机排放法规(欧II、欧III)的实施，发动机对滤清器的滤清效率等指标提出了更高的配套要求。
一般地，滤清器滤纸的纤维层对微粒的过滤式捕集原理主要有：
(1)、惯性效应(又称碰撞效应)。当混入流体中的微粒在纤维层的曲折通道中前进时，由于惯性的作用向前直进，碰撞在纤维上而被捕集。
(2)、筛滤效应。大于纤维间孔洞的微粒，不能通过纤维层而被拦截在滤纸表面。
目前，滤清器制造企业普遍采用从国内的滤纸厂采购滤纸，经分切、轧波等工艺过程后直接使用于各类滤清器。
由于在滤纸的制造过程中，滤纸纤维的无序排列造成了滤纸纤维间出现一些孔径较大的、不规则的孔洞，使较大粒径的微粒易于通过，加之国内的滤纸厂家在滤纸的制造设备、生产工艺、整理固化材料等方面与国外的滤纸厂家相比均有较明显的差距，因此，国产滤纸的过滤性能较低、使用寿命较短、各批次滤纸的质量不够稳定，且滤纸有较明显的局部云斑(即局部厚簿不均)等问题，这在很大程度上制约了滤清器滤清效率的提高，以至影响到发动机性能的提升，满足不了发动机日益提高的配套要求。
另，据申请人了解，国内目前尚无可对滤纸进行改性处理、以提高其过滤性能和使用寿命的产品。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种可提高滤清器滤纸过滤性能和使用寿命的滤清器滤纸改性液，其组方经济，功能持久；同时提供一种该滤清器滤纸改性液的制备方法，该方法工艺简单，使用设备少；同时也给出了该滤清器滤纸改性液的用途，即采用喷涂、浸渍这两种传统方法在滤清器滤纸的正面和反面上各形成一层膜，然后在110～130℃恒温1.5～2min，即可在滤清器滤纸上得到两层改性膜。
本发明提供了一种滤清器滤纸改性液，它包括如下组分：
苯丙乳液或有机硅丙烯酸乳液 4～20重量份
三聚氰胺 1～4重量份
溶剂 24～78.9重量份。
所述溶剂为水、去离子水、乙醇、异丙醇中的任意一种。
该滤清器滤纸改性液的制备方法为：在4～20重量份的苯丙乳液或有机硅丙烯酸乳液中加入24～78.9重量份的溶剂进行稀释后，加入1～4重量份的三聚氰胺，并搅拌均匀，溶剂为水、去离子水、乙醇、异丙醇中的任意一种，即可制得所述的滤清器滤纸改性液。
该滤清器滤纸改性液的用途为：采用喷涂、浸渍这两种传统方法在滤清器滤纸的正面和反面上各形成一层膜，然后在110～130℃恒温1.5～2min，即可在滤清器滤纸上得到两层改性膜。
苯丙乳液是由苯乙烯与丙烯酸酯经乳液聚合制得的乳液，苯丙乳液中的丙烯酸酯对多种材料的粘结性好、成膜性能优异，乳液颗粒也较小，能很好地与纤维表面结合；有机硅丙烯酸乳液是由丙烯酸酯单体与有机硅官能团接枝共聚的透明状树脂乳液，具有优良的保光、保色、防霉及耐候性等物理、机械性能，可在纤维表面形成耐水性漆膜，使纤维具备一定的抗水功能和耐污染功能；三聚氰胺为白色粉末状结晶，为成膜促进剂。
根据所述的滤清器滤纸改性液的用途，使用该滤清器滤纸改性液对滤清器滤纸进行改性处理后，可在滤纸上得到两层较均匀的改性膜，这两层改性膜可发挥以下积极作用：一是增加微粒在滤纸中的行程，从而增加了微粒碰撞滤纸纤维的几率，起到了多级过滤的效果，强化了惯性效应；二是弥补了滤纸纤维间部分孔洞孔径较大的缺陷，提高了滤纸纤维间孔洞孔径的均匀性，从而使得较大的微粒不能进入滤纸纤维中而被拦截在滤纸表面，强化了筛滤效应。
上述两层改性膜所发挥的积极作用，使得滤清器滤纸的物理指标(透气度、最大孔径、耐破度、挺度等)和抗水功能得以提高，这样，就提高了滤清器滤纸的过滤性能和使用寿命。
作为本发明的改进，所述滤清器滤纸改性液的组分还包括：聚四氟乙烯乳液15～35重量份。
该滤清器滤纸改性液的制备方法为：还包括在制得的所述滤清器滤纸改性液中加入15～35重量份的聚四氟乙烯乳液，并搅拌均匀。
该滤清器滤纸改性液的用途为：采用喷涂、浸渍这两种传统方法在滤清器滤纸的正面和反面上各形成一层膜，然后在110～130℃恒温1.5～2min，即可在滤清器滤纸上得到两层改性膜。
聚四氟乙烯乳液具有较高的热稳定性、良好的耐候性、优异的介电性能和耐化学腐蚀性能，且使用温度范围宽、摩擦系数低、不吸水、不粘、不燃、无毒。
根据所述的滤清器滤纸改性液的用途，使用含有聚四氟乙烯乳液的该滤清器滤纸改性液对滤清器滤纸进行改性处理后，可在滤纸上得到两层较均匀的改性膜。基于聚四氟乙烯乳液所具有的不吸水性能，使得滤清器滤纸的抗水功能进一步提高，有效降低了滤纸的表面能，这样，滤清器滤纸的使用寿命得以进一步提高。
作为本发明的进一步改进，所述的滤清器滤纸改性液的组分还包括：
微米级或纳米级二氧化钛颗粒 1～10重量份
壬基酚聚氧乙烯醚-13 0.1～2重量份。
该滤清器滤纸改性液的制备方法为：还包括在制得的所述滤清器滤纸改性液中加入1～10重量份的微米级或纳米级二氧化钛颗粒、0.1～2重量份的壬基酚聚氧乙烯醚-13，并搅拌均匀。
该滤清器滤纸改性液的用途为：采用喷涂、浸渍这两种传统方法在滤清器滤纸的正面和反面上各形成一层膜，然后在110～130℃恒温1.5～2min，即可在滤清器滤纸上得到两层改性膜。
微米级或纳米级二氧化钛颗粒，是一种具有较高催化活性的负载型光催化剂，无毒，具有光催化活性等稳定的化学性能，能有效降解有机污染物，具有杀菌作用；壬基酚聚氧乙烯醚-13，其商品名为NP-13，是一种离子型表面活性剂，对溶液的稳定和粒子的分散有促进作用。
根据所述的滤清器滤纸改性液的用途，使用含有微米级或纳米级二氧化钛颗粒、壬基酚聚氧乙烯醚-13的该滤清器滤纸改性液对滤清器滤纸进行改性处理后，可在滤纸上得到两层较均匀的改性膜。二氧化钛颗粒借助改性膜附着在滤清器滤纸上，这样，利用二氧化钛颗粒的光催化活性可较为容易地降解滤纸表面的有机污染物，使得滤纸表面的有机污染物明显减少，这样，滤清器滤纸就具有较强的杀菌、防臭、防污及自清洁功能，滤清器滤纸的过滤性能得以进一步提高；壬基酚聚氧乙烯醚-13对该滤清器滤纸改性液的稳定和二氧化钛颗粒的分散有促进作用。
综上所述，本滤清器滤纸改性液的组方经济，功能持久；本滤清器滤纸改性液的制备方法，其工艺简单，使用设备少；本滤清器滤纸改性液的直接用途(对滤清器滤纸进行改性处理)和间接用途(对其它过滤材料如无纺布、玻璃纤维等进行改性处理)广泛，适应性强，工业化使用没有障碍，在国内开创了对滤清器滤纸进行改性处理、以提高其过滤性能和使用寿命的先河，对于滤清器的产品质量可起到较显著的提升作用。
本滤清器滤纸改性液中的苯丙乳液、有机硅丙烯酸乳液、三聚氰胺、水、去离子水、乙醇、异丙醇、聚四氟乙烯乳液、微米级或纳米级二氧化钛颗粒、壬基酚聚氧乙烯醚-13均为市售品。
附图说明
图1是在一批外购滤清器滤纸中经随机截取的一张滤纸表面微观形貌在放大至150倍后的扫描电子显微分析照片；
图2是分别使用本发明实施例1、实施例2、实施例3所述的滤清器滤纸改性液并采用浸渍这种传统方法对图1中所述的同批次外购滤清器滤纸进行改性处理的工作原理图，其中：1、放滤纸滚轮 2、浸渍池 3、4、5、导向轮组 6、过道式烘箱 7、收滤纸滚轮；
图3是使用本发明实施例1所述的滤清器滤纸改性液并采用图2之工作原理而得到经过改性处理的滤清器滤纸后，从该滤纸中经随机截取的一张滤纸表面微观形貌在放大至150倍后的扫描电子显微分析照片；
图4是图3中所述的那张滤纸表面微观形貌的局部在放大至1000倍后的扫描电子显微分析照片。
具体实施方式
以下通过下面给出的实施例可以进一步清楚地了解本发明。但它们不是对本发明的限定。
实施例1：
在20克的苯丙乳液中加入78.9克的水进行稀释后，加入4克的三聚氰胺，并搅拌均匀(连续搅拌3min)，然后，加入35克的聚四氟乙烯乳液，并搅拌均匀(连续搅拌3min)，最后，加入10克10nm的二氧化钛颗粒、2克的壬基酚聚氧乙烯醚-13，并搅拌均匀(连续搅拌3min)，即可得到本发明滤清器滤纸改性液。
用上述方法制得的滤清器滤纸改性液，密封储存1年不变质，动力粘度在260mPa·s左右，便于采用喷涂、浸渍这两种传统方法对滤清器滤纸进行改性处理。
实施例2：
在12克的苯丙乳液中加入51克的乙醇进行稀释后，加入2克的三聚氰胺，并搅拌均匀(连续搅拌3min)，然后，加入25克的聚四氟乙烯乳液，并搅拌均匀(连续搅拌3min)，最后，加入5克18nm的二氧化钛颗粒、1克的壬基酚聚氧乙烯醚-13，并搅拌均匀(连续搅拌3min)，即可得到本发明滤清器滤纸改性液。
用上述方法制得的滤清器滤纸改性液，密封储存1年不变质，动力粘度在280mPa·s左右，便于采用喷涂、浸渍这两种传统方法对滤清器滤纸进行改性处理。
实施例3：
在4克的有机硅丙烯酸乳液中加入24克的异丙醇进行稀释后，加入1克的三聚氰胺，并搅拌均匀(连续搅拌3min)，然后，加入15克的聚四氟乙烯乳液，并搅拌均匀(连续搅拌3min)，最后，加入1克1μm的二氧化钛颗粒、0.1克的壬基酚聚氧乙烯醚-13，并搅拌均匀(连续搅拌3min)，即可得到本发明滤清器滤纸改性液。
用上述方法制得的滤清器滤纸改性液，密封储存1年不变质，动力粘度在300mPa·s左右，便于采用喷涂、浸渍这两种传统方法对滤清器滤纸进行改性处理。
实施例4：
在20克的苯丙乳液中加入78.9克的水进行稀释后，加入4克的三聚氰胺，并搅拌均匀(连续搅拌3min)，即可得到本发明滤清器滤纸改性液。
实施例5：
在12克的有机硅丙烯酸乳液中加入51克的乙醇进行稀释后，加入2克的三聚氰胺，并搅拌均匀(连续搅拌3min)，即可得到本发明滤清器滤纸改性液。
实施例6：
在4克的苯丙乳液中加入24克的异丙醇进行稀释后，加入1克的三聚氰胺，并搅拌均匀(连续搅拌3min)，即可得到本发明滤清器滤纸改性液。
实施例7：
在12克的有机硅丙烯酸乳液中加入51克的去离子水进行稀释后，加入2克的三聚氰胺，并搅拌均匀(连续搅拌3min)，然后，加入25克的聚四氟乙烯乳液，并搅拌均匀(连续搅拌3min)，即可得到本发明滤清器滤纸改性液。
实施例8：
参见图1，图1是在一批外购滤清器滤纸中经随机截取的一张滤纸表面微观形貌在放大至150倍后的扫描电子显微分析照片，该照片中所示的这张滤纸未经改性处理，滤纸纤维间存在着多个孔径较大的孔洞，使得较大粒径的微粒易于进入滤纸纤维中，这样，降低了滤纸的过滤性能，随着过滤时间的延长，所述孔洞会被较大粒径的微粒所堵塞，进而降低了滤纸的使用寿命。
本实施例采用图1中所述的同批次外购滤清器滤纸。
参见图2，放滤纸滚轮1、浸渍池2、导向轮组3、导向轮组4、导向轮组5、过道式烘箱6、收滤纸滚轮7均可外购。
需要说明的是，除导向轮组3、导向轮组4、导向轮组5外，在浸渍池2中、过道式烘箱6至收滤纸滚轮7的区段内还有多个导向轮组，另，放滤纸滚轮1、收滤纸滚轮7、导向轮组3、导向轮组4、导向轮组5及所述的多个导向轮组上还设有相应的一组电动机(为能简洁说明问题起见，所述的多个导向轮组和相应的一组电动机在图2中均未示出)。这样，滤纸在所有的导向轮组间伴随着导向轮的转动而同步向前运动。
参见图2，在浸渍池2中加入本发明实施例1所述的滤清器滤纸改性液，液面以能将导向轮组3和导向轮组4浸没为准，将图1中所述的同批次外购滤清器滤纸卷置于放滤纸滚轮1上，在电动机的驱动下，滤纸经导向轮组3、导向轮组4在浸渍池2中进行浸渍，再经导向轮组5进入过道式烘箱6中，浸渍有滤清器滤纸改性液的滤纸在过道式烘箱6中烘干后，由收滤纸滚轮7收卷，从而结束滤纸的改性处理。
过道式烘箱6采用远红外烘干方式。浸渍池2内导向轮组3和导向轮组4间的距离、过道式烘箱6的长度由滤纸的驱动线速度来确定。考虑到滤清器滤纸运动过程中要求保持平整，不得损坏纤维结构、不出现撕裂和变形等情况，确定滤纸的运动速度为0.2～0.3m/s，导向轮组3和导向轮组4间的距离为6.25米，浸渍池2的长度为8米，滤纸在浸渍池2内的停留时间为23～30秒，过道式烘箱6的长度为26米。
本实施例中滤纸在浸渍池2内的停留时间为23秒，以保证滤纸浸渍充分(即采用浸渍这种传统方法在滤清器滤纸的正面和反面上各形成一层膜)，过道式烘箱6内的温度恒定为130℃，滤纸在过道式烘箱6内的烘干时间为1.5min，以保证滤纸烘干充分，这样便可在滤清器滤纸上得到两层改性膜。
采用本实施例的这种传统浸渍方法对滤清器滤纸进行改性处理后，滤纸具有较高的物理指标和抗水性能，因而提高了滤纸的过滤性能和使用寿命；同时利用二氧化钛颗粒的光催化活性可较为容易地降解滤纸表面的有机污染物，使得滤纸表面的有机污染物明显减少，这样，滤纸还具有较强的杀菌、防臭、防污及自清洁功能。
下面结合滤清器滤纸表面微观形貌的扫描电子显微分析照片，对滤纸改性处理后其过滤性能和使用寿命得以提高的原因进行分析：
参见图3，从照片中可以看出，这张滤纸表面形成了较均匀的改性膜，再参见图4，从照片中可以更清楚地看出，这张滤纸的表面微观形貌中有多个孔径较小、呈立体分布的孔洞，因此，滤纸改性处理后形成了内为滤纸、外为两层改性膜的三层结构，且其表面的微观形貌发生了变化，滤纸的纤维及纤维间部分孔径较大的孔洞被改性膜所遮盖，弥补了滤纸纤维间部分孔洞孔径较大的缺陷，提高了滤纸纤维间孔洞孔径的均匀性，这样就使得较大的微粒不能进入滤纸纤维中而被拦截在滤纸表面，可确保所述孔洞不被堵塞，这样，就提高了滤清器滤纸的过滤性能和使用寿命。
下面再结合三种滤清器滤纸改性处理前、后的物理指标检测结果(见表I)，对滤纸改性处理后其过滤性能和使用寿命得以提高的原因作进一步分析：
表I
需要说明的是，表I中所述的空气滤纸、机油滤纸、柴油滤纸分别为空气滤清器滤纸、机油滤清器滤纸、柴油滤清器滤纸的简称。
由表I可见，每种滤清器滤纸的定量、厚度和透气度指标无明显变化，最大孔径指标明显减小，耐破度和挺度指标明显提高。
改性处理后的每种滤清器滤纸，其耐破度和挺度指标变好，提高了滤纸的强度和使用寿命，减少了由滤纸制造的滤芯的扭曲变形和相邻二折滤纸之间贴合的可能性，以至增加了滤芯的容尘面积和容尘量，这会使相应滤清器的使用寿命得以提高；改性处理后的每种滤清器滤纸，其定量、厚度和透气度指标无明显变化，而滤纸纤维间孔洞的最大孔径指标明显减小，以至孔洞的孔径趋于均匀，这会使相应滤清器在原始阻力基本不变的前提下提高滤清效率。
为验证经过改性处理的三种滤清器滤纸有助于提高相应滤清器的滤清效率和使用寿命，将改性处理前、后的三种滤清器滤纸分别用在空气滤清器、机油滤清器、柴油滤清器中，并进行台架性能对比试验，试验结果见表Ⅱ(表Ⅱ中的改性前是指改性处理前的一种滤清器滤纸用在相应的滤清器中，表Ⅱ中的改性后是指改性处理后的一种滤清器滤纸用在相应的滤清器中)。
表Ⅱ
由表Ⅱ可见，改性处理后的三种滤清器滤纸分别用在相应的滤清器中以后，每种滤清器在原始阻力基本不变的情况下，其试验室滤清效率和试验室寿命有明显的提高，因此，每种滤清器实际使用状态下的滤清效率和使用寿命也会有明显的提高。这样，将有利于大幅降低进入发动机进气系统、润滑系统、燃烧系统的微粒量，减少发动机缸套活塞环、曲轴连杆等运动副和高压油泵柱塞偶件的磨损，为发动机性能的提高创造了有利的条件。
实施例9：
本实施例采用图1中所述的同批次外购滤清器滤纸。
参见图2，使用本发明实施例2所述的滤清器滤纸改性液并采用浸渍这种传统方法对图1中所述的同批次外购滤清器滤纸进行改性处理，处理的具体工艺步骤与实施例8相同(由于实施例8中已对滤清器滤纸改性处理的具体工艺步骤作了较为详细的描述，因此，这里不再赘述)，处理的具体工艺参数为：滤纸在浸渍池2内的停留时间为26秒，以保证滤纸浸渍充分(即采用浸渍这种传统方法在滤清器滤纸的正面和反面上各形成一层膜)，过道式烘箱6内的温度恒定为120℃，滤纸在过道式烘箱6内的烘干时间为1.7min，以保证滤纸烘干充分，这样便可在滤清器滤纸上得到两层改性膜。
实施例10：
本实施例采用图1中所述的同批次外购滤清器滤纸。
参见图2，使用本发明实施例3所述的滤清器滤纸改性液并采用浸渍这种传统方法对图1中所述的同批次外购滤清器滤纸进行改性处理，处理的具体工艺步骤与实施例8相同(由于实施例8中已对滤清器滤纸改性处理的具体工艺步骤作了较为详细的描述，因此，这里也不再赘述)，处理的具体工艺参数为：滤纸在浸渍池2内的停留时间为30秒，以保证滤纸浸渍充分(即采用浸渍这种传统方法在滤清器滤纸的正面和反面上各形成一层膜)，过道式烘箱6内的温度恒定为110℃，滤纸在过道式烘箱6内的烘干时间为2min，以保证滤纸烘干充分，这样便可在滤清器滤纸上得到两层改性膜。
实施例11：
使用本发明实施例4所述的滤清器滤纸改性液并采用喷涂这种传统方法对其它批次的外购滤清器滤纸进行改性处理，即：采用喷涂这种传统方法在滤清器滤纸的正面和反面上各形成一层膜，然后在130℃恒温1.5min，以保证滤纸烘干充分，这样便可在滤清器滤纸上得到两层改性膜。
实施例12：
使用本发明实施例5所述的滤清器滤纸改性液并采用喷涂这种传统方法对其它批次的外购滤清器滤纸进行改性处理，即：采用喷涂这种传统方法在滤清器滤纸的正面和反面上各形成一层膜，然后在120℃恒温1.7min，以保证滤纸烘干充分，这样便可在滤清器滤纸上得到两层改性膜。
实施例13：
使用本发明实施例6所述的滤清器滤纸改性液并采用喷涂这种传统方法对其它批次的外购滤清器滤纸进行改性处理，即：采用喷涂这种传统方法在滤清器滤纸的正面和反面上各形成一层膜，然后在110℃恒温2min，以保证滤纸烘干充分，这样便可在滤清器滤纸上得到两层改性膜。
实施例14：
使用本发明实施例7所述的滤清器滤纸改性液并采用喷涂这种传统方法对其它批次的外购滤清器滤纸进行改性处理，即：采用喷涂这种传统方法在滤清器滤纸的正面和反面上各形成一层膜，然后在120℃恒温1.8min，以保证滤纸烘干充分，这样便可在滤清器滤纸上得到两层改性膜。
Claims (7)
1. 滤清器滤纸改性液，其特征在于：它包括如下组分：
苯丙乳液或有机硅丙烯酸乳液 4～20重量份
三聚氰胺 1～4重量份
溶剂 24～78.9重量份
所述的溶剂为水、乙醇、异丙醇中的任意一种。
2. 根据权利要求1所述的滤清器滤纸改性液，其特征在于：
它的组分还包括：聚四氟乙烯乳液 15～35重量份。
3. 根据权利要求2所述的滤清器滤纸改性液，其特征在于：它的组分还包括：
微米级或纳米级二氧化钛颗粒 1～10重量份
壬基酚聚氧乙烯醚-13 0.1～2重量份。
4. 权利要求1所述的滤清器滤纸改性液的制备方法，其特征在于：在4～20重量份的苯丙乳液或有机硅丙烯酸乳液中加入24～78.9重量份的溶剂进行稀释后，加入1～4重量份的三聚氰胺，并搅拌均匀，溶剂为水、乙醇、异丙醇中的任意一种，即可制得所述的滤清器滤纸改性液。
5. 根据权利要求4所述的滤清器滤纸改性液的制备方法，其特征在于：还包括在制得的所述滤清器滤纸改性液中加入15～35重量份的聚四氟乙烯乳液，并搅拌均匀。
6. 根据权利要求5所述的滤清器滤纸改性液的制备方法，其特征在于：还包括在制得的所述滤清器滤纸改性液中加入1～10重量份的微米级或纳米级二氧化钛颗粒和0.1～2重量份的壬基酚聚氧乙烯醚-13，并搅拌均匀。
7. 权利要求1至3中任何一项所述的滤清器滤纸改性液的用途，其特征在于：采用喷涂、浸渍这两种传统方法在滤清器滤纸的正面和反面上各形成一层膜，然后在110～130℃恒温1.5～2min，即可在滤清器滤纸上得到两层改性膜。
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