CN106120466B - 耐高温空气过滤纸及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种耐高温空气过滤纸及其制备方法，所述制备方法包括以下步骤：(1)将玻璃纤维材料加水配成所述玻璃纤维材料浓度为0.1％～0.5％的浆料，分散均匀，真空条件下过滤，得湿纸；(2)将90℃以上的氢氧化钠溶液或者氢氧化钾溶液喷淋在所述湿纸表面，其中，氢氧化钠或氢氧化钾的质量为所述玻璃纤维材料重量的2～5％，并在5s内进行红外干燥，然后进入烘缸干燥至含水量小于0.2％，即得。本发明所得耐高温空气过滤纸可耐500℃以内的高温；过滤性能与目前的HEPA滤纸过滤性能接近；强度、挺度指标均以目前的HEPA滤纸性能接近；且具有成本优势。
Description
技术领域
本发明涉及空气过滤纸领域，特别是涉及一种耐高温空气过滤纸及其制备方法。
背景技术
目前工业上高效滤纸的生产工艺是将：玻璃纤维在加入分散剂的水中分散形成均匀的悬浮液，通过湿法造纸的方法，在成型网上滤水成型，并添加交联剂，干燥后可即为玻璃纤维纸。玻璃纤维直径较细，能够实现很高的过滤精度(最高对0.3μm颗粒物的过滤精度可达到99.99999％)；同时玻璃纤维模量高，相对较挺，使得纤维直径小但也不易聚集，堆积密度相对较低，因而过滤阻力也较低。由于上述优异的过滤性能使得玻璃纤维在高效过滤市场占据主导地位。
由于玻璃纤维之间没有化学键连接，玻璃纤维滤纸的强度主要由表面施胶剂决定。高效玻璃纤维滤纸常见的表面施胶剂有丙烯酸酯类、聚氨酯类、苯乙烯-丙烯酸酯类；在玻璃纤维中加入上述的胶，既可以大大增加玻璃纤维的强度又不会过多地增加玻纤滤纸的阻力。
但是此类有机胶并不是没有缺点，由于此类聚合物胶一般分解温度在150℃以下，因此决定了常见的高效滤纸不能在150℃以上的环境下工作，大大限制了玻纤高效滤纸的使用范围。
为了解决这个问题，目前工业上会使用相对耐高温的酚醛树脂类和硅烷偶联剂类的表面施胶剂。但使用了上述两种交联剂的高效滤纸，表面很容易成膜，导致同样的过滤效率，阻力远高于普通滤纸，且纸张变脆，耐折度较差，很难折成滤框。
一般工业上对空气过滤纸测试其是否耐高温的方法是用CRAA433-2008中规定的可燃物含量，其约定在575±25℃下灼烧1hr。一般空气过滤纸的可燃物含量在7％左右，而本发明的耐高温空气过滤纸的可燃物含量小于0.5％。
发明内容
基于此，有必要针对上述问题，提供一种耐高温的空气过滤纸及其制备方法。
具体技术方案如下：
一种耐高温空气过滤纸及其制备方法，包括以下步骤：
(1)将玻璃纤维材料加水配成所述玻璃纤维材料质量分数为0.1％～0.5％的浆料，分散均匀，真空条件下过滤，得湿纸，所述玻璃纤维材料为玻璃棉纤维和/或玻璃纤维；
(2)将90℃以上的氢氧化钠溶液或者氢氧化钾溶液喷淋在所述湿纸表面，其中，氢氧化钠或氢氧化钾的质量为所述玻璃纤维材料重量的2～5％，并在5s内进行红外干燥，然后进入烘缸干燥至含水量小于0.2％，即得。
在其中一些实施例中，所述玻璃纤维材料由平均粒径为0.1～1.5μm的玻璃棉纤维和平均粒径为6～30μm玻璃纤维混合而成。
在其中一些实施例中，所述玻璃棉纤维和玻璃纤维的质量比为10:1～1:2。
在其中一些实施例中，所述氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液的浓度为20～30％。
在其中一些实施例中，所述步骤(1)中过滤时的真空度控制在-0.02MPa～-0.2MPa，抽真空的时间为10～30s。
在其中一些实施例中，所述步骤(2)中红外干燥的时间为10～30s。
在其中一些实施例中，所述步骤(2)红外干燥中，每kg所述玻璃纤维材料所需要的红外的功率为0.5～9kw。
在其中一些实施例中，所述步骤(1)中的分散时间为3～20min。
本发明还提供上述制备方法所得到的耐高温空气过滤纸。
本发明原理如下：
玻璃纤维材料中的主要成分为碱金属(氧化钠、氧化铝、氧化镁、氧化钙)和二氧化硅，而在特定条件下，二氧化硅会和氢氧化钠发生反应，生成偏硅酸钠，俗称水玻璃，水玻璃粘性很好，是一种常用的无机胶类化合物。水玻璃负载在纤维表面，烘干后形成很薄的一层水玻璃膜，纸张强度好，且不影响纸张的透气度。由于水玻璃是一种无机化合物，熔点高达1088℃，因此完全可以达到耐高温空气滤纸对胶的要求。
但是，如果直接在空气过滤纸上施水玻璃胶，稀的水玻璃胶是无色透明的液体，胶很难负载在纤维表面，浓的水玻璃胶很难再滤膜表面负载均匀，且成膜厚度很难控制，很容易导致空气过滤纸透气性能。因此水玻璃胶一直未在空气滤纸领域使用。
发明人及其团队通过大量实验和研究以及长久以来在空气过滤纸积累的经验，得出将玻璃纤维材料中的二氧化硅和氢氧化钠或氢氧化钾在优选条件下反应生成水玻璃，再配合本发明各项优选的配比和参数，可以得到具有很好过滤性能，强度、高效的耐高温空气过滤纸，本发明优选条件是指将氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液喷淋在湿纸表面，在优选的时间内马上进行红外干燥，利用红外非接触式的加热，为氢氧化钠和二氧化硅反应提供热量，促进其反应均匀和完全，并利用水玻璃的粘性实现空气过滤纸的强度。
本发明相较于现有技术的优点以及有益效果为：
(1)本发明所得耐高温空气过滤纸可耐500℃以内的高温；
(2)本发明所得耐高温空气过滤纸的过滤性能与目前的HEPA滤纸过滤性能接近；
(3)本发明所得耐高温空气过滤纸的强度、挺度指标均以目前的HEPA滤纸性能接近；
(4)本发明选用的氢氧化钠或氢氧化钾价格远低于苯丙树脂、丙烯酸树脂和聚氨酯，因此本发明具有成本优势。
附图说明
图1为本发明实施例1耐高温空气过滤纸的工艺流程图。
具体实施方式
以下通过实施例进一步说明本发明。
本发明实施例所用原料均为市售普通产品。
实施例1
一种耐高温空气过滤纸的制备方法，包括以下步骤：
(1)将平均粒径为0.5μm的玻璃棉纤维和平均粒径为6μm的玻璃纤维，按质量比为5:1，加水配成玻璃棉纤维和玻璃纤维质量百分比总量为0.1％的浆料，经解离分散20分钟，分散均匀后，在真空带式过滤机上过滤，真空度控制在-0.1MPa，抽真空时间为20s，抽滤完成后得湿纸；
(2)将90℃以上的氢氧化钠溶液喷淋在湿纸表面，氢氧化钠溶液浓度为25％，氢氧化钠溶液中氢氧化钠的质量为玻璃棉纤维和玻璃纤维质量总和的5％，在5s以内进入红外干燥工段，红外干燥的时间为30s，红外干燥的功率为9kw/kg玻璃棉纤维和玻璃纤维(即红外干燥每kg玻璃棉纤维和玻璃纤维所需要的红外的功率为9kw)，再进入烘缸干燥至水分含量小于0.2％，得耐高温的空气过滤纸。
本实施例工艺流程示意图请见图1。
本实施例耐高温的空气过滤纸对0.3μm颗粒的过滤性能为99.997％，阻力为356Pa，抗张强度为1.2KN/m，挺度为1400mg；本实施例耐高温的空气过滤纸的可燃物含量为0.1％。
实施例2
一种耐高温空气过滤纸的制备方法，包括以下步骤：
(1)将平均粒径为1.5μm的玻璃棉纤维和平均粒径为15μm的玻璃纤维，按质量比为10:1，加水配成玻璃棉纤维和玻璃纤维质量百分比总量为0.5％的浆料，经解离分散3分钟，分散均匀后，在真空带式过滤机上过滤，真空度控制在-0.02MPa，抽真空时间为30s，抽滤完成得湿纸；
(2)将90℃以上的氢氧化钠溶液喷淋在湿纸表面，氢氧化钠溶液浓度为30％，氢氧化钠溶液中氢氧化钠的质量为玻璃棉纤维和玻璃纤维质量总和的2％，在5s以内进入红外干燥工段，红外干燥的时间为10s，红外干燥的功率为0.5kw/kg玻璃棉纤维和玻璃纤维(即红外干燥每kg玻璃棉纤维和玻璃纤维所需要的红外的功率为0.5kw)，再进入烘缸干燥至水分含量小于0.2％，得耐高温的空气过滤纸。
本实施例耐高温的空气过滤纸对0.3μm颗粒的过滤性能为99.8％，阻力为298Pa，抗张强度为0.2KN/m，挺度为300mg，本实施例耐高温的空气过滤纸的可燃物含量为0.2％。
实施例3
一种耐高温空气过滤纸的制备方法，包括以下步骤：
(1)将平均粒径为0.1μm的玻璃棉纤维和平均粒径为30μm的玻璃纤维，按质量比为1:2，加水配成玻璃棉纤维和玻璃纤维质量百分比总量为0.3％的浆料，经解离分散10分钟，分散均匀后，在真空带式过滤机上过滤，真空度控制在-0.2MPa，抽真空时间为10s，抽滤完成得湿纸；
(2)将90℃以上的氢氧化钠溶液喷淋在湿纸表面，氢氧化钠溶液浓度为20％，氢氧化钠溶液中氢氧化钠的质量为玻璃棉纤维和玻璃纤维质量总和的3.5％，在5s以内进入红外干燥工段，红外干燥的时间为30s，红外干燥的功率为9kw/kg玻璃棉纤维和玻璃纤维(即红外干燥每kg玻璃棉纤维和玻璃纤维所需要的红外的功率为9kw)，进入烘缸干燥至水分含量小于0.2％，得耐高温的空气过滤纸。
本实施例耐高温的空气过滤纸对0.3μm颗粒的过滤性能为99.998％，阻力为367Pa，抗张强度为1.4KN/m，挺度为2000mg，本实施例耐高温的空气过滤纸的可燃物含量为0.5％。
实施例4
一种耐高温空气过滤纸的制备方法，包括以下步骤：
(1)将平均粒径为0.5μm的玻璃棉纤维和平均粒径为6μm的玻璃纤维，按质量比为10:1，加水配成玻璃棉纤维和玻璃纤维质量百分比总量为0.1％的浆料，经解离分散10分钟，分散均匀后，在真空带式过滤机上过滤，真空度控制在-0.1MPa，抽真空时间为20s，抽滤完成得湿纸；
(2)将90℃以上的氢氧化钠溶液喷淋在湿纸表面，氢氧化钠溶液浓度为25％，氢氧化钠溶液中氢氧化钠的质量为玻璃棉纤维和玻璃纤维质量总和的5％，在5s以内进入红外干燥工段，红外干燥的时间为30s，红外干燥的功率为9kw/kg玻璃棉纤维和玻璃纤维(即红外干燥每kg玻璃棉纤维和玻璃纤维所需要的红外的功率为9kw)，再进入烘缸干燥至水分含量小于0.2％，得耐高温的空气过滤纸。
本实施例耐高温的空气过滤纸对0.3μm颗粒的过滤性能为99.9996％，阻力为401Pa，抗张强度为1.0KN/m，挺度为1000mg，本实施例耐高温的空气过滤纸的可燃物含量为0.2％。
实施例5
一种耐高温空气过滤纸的制备方法，包括以下步骤：
(1)将平均粒径为0.5μm的玻璃棉纤维和平均粒径为6μm的玻璃纤维，按质量比为5:1，加水配成玻璃棉纤维和玻璃纤维质量百分比总量为0.1％的浆料，经解离分散20分钟，分散均匀后，在真空带式过滤机上过滤，真空度控制在-0.1MPa，抽真空时间为20s，抽滤完成得湿纸；
(2)将90℃以上的氢氧化钠溶液喷淋在湿纸表面，氢氧化钠溶液浓度为20％，氢氧化钠溶液中氢氧化钠的质量为玻璃棉纤维和玻璃纤维质量总和的3％，在5s以内进入红外干燥工段，红外干燥的时间为30s，红外干燥的功率为9kw/kg玻璃棉纤维和玻璃纤维(即红外干燥每kg玻璃棉纤维和玻璃纤维所需要的红外的功率为9kw)，再进入烘缸干燥至水分含量小于0.2％，得耐高温的空气过滤纸。
本实施例耐高温的空气过滤纸对0.3μm颗粒的过滤性能为99.997％，阻力为344Pa，抗张强度为1.0KN/m，挺度为1200mg，本实施例耐高温的空气过滤纸的可燃物含量为0.2％。
实施例6
一种耐高温空气过滤纸的制备方法，包括以下步骤：
(1)将平均粒径为0.5μm的玻璃棉纤维和平均粒径为6μm的玻璃纤维，按质量比为5:1，加水配成玻璃棉纤维和玻璃纤维质量百分比总量为0.1％的浆料，经解离分散20分钟，分散均匀后，在真空带式过滤机上过滤，真空度控制在-0.1MPa，抽真空时间为20s，抽滤完成得湿纸；
(2)将90℃以上的氢氧化钠溶液喷淋在湿纸表面，氢氧化钠溶液浓度为20％，氢氧化钠溶液中氢氧化钠的质量为玻璃棉纤维和玻璃纤维质量总和的5％，在5s以内进入红外干燥工段，红外干燥的时间为15s，红外干燥的功率为5kw/kg玻璃棉纤维和玻璃纤维(即红外干燥每kg玻璃棉纤维和玻璃纤维所需要的红外的功率为5kw)，再进入烘缸干燥至水分含量小于0.2％，得耐高温的空气过滤纸。
本实施例耐高温的空气过滤纸对0.3μm颗粒的过滤性能为99.998％，阻力为349Pa，抗张强度为0.8KN/m，挺度为900mg，本实施例耐高温的空气过滤纸的可燃物含量为0.2％.
实施例7
一种耐高温空气过滤纸的制备方法，包括以下步骤：
(1)将平均粒径为0.5μm的玻璃棉纤维和平均粒径为6μm的玻璃纤维，按质量比为5:1，加水配成玻璃棉纤维和玻璃纤维质量百分比总量为0.1％的浆料，经解离分散20分钟，分散均匀后，在真空带式过滤机上过滤，真空度控制在-0.1MPa，抽真空时间为20s，抽滤完成后得湿纸；
(2)将90℃以上的氢氧化钾溶液喷淋在湿纸表面，氢氧化钾溶液浓度为25％，氢氧化钾溶液中氢氧化钾的质量为玻璃棉纤维和玻璃纤维质量总和的5％，在5s以内进入红外干燥工段，红外干燥的时间为30s，红外干燥的功率为9kw/kg玻璃棉纤维和玻璃纤维(即红外干燥每kg玻璃棉纤维和玻璃纤维所需要的红外的功率为9kw)，再进入烘缸干燥至水分含量小于0.2％，得耐高温的空气过滤纸。
本实施例耐高温的空气过滤纸对0.3μm颗粒的过滤性能为99.996％，阻力为348Pa，抗张强度为1.3KN/m，挺度为1400mg，本实施例耐高温的空气过滤纸的可燃物含量为0.1％。
对比例1
一种空气过滤纸的制备方法，包括以下步骤：
(1)将平均粒径为0.5μm的玻璃棉纤维和平均粒径为6μm的玻璃纤维，按质量比为5:1，加水配成玻璃棉纤维和玻璃纤维质量百分比总量为0.1％的浆料，经解离分散20分钟，分散均匀后，在真空带式过滤机上过滤，真空度控制在-0.1MPa，抽真空时间为20s，抽滤完成得湿纸；
(2)将水玻璃溶液喷淋在湿纸表面，水玻璃溶液浓度为20％，水玻璃溶液中水玻璃的质量为玻璃棉纤维和玻璃纤维质量总和的5％，在5s以内进入红外干燥工段，红外干燥的时间为15s，红外干燥的功率为5kw/kg玻璃棉纤维和玻璃纤维(即红外干燥每kg玻璃棉纤维和玻璃纤维所需要的红外的功率为5kw)，再进入烘缸干燥至水分含量小于0.2％，得空气过滤纸。
本对比例空气过滤纸对0.3μm颗粒的过滤性能为99.997％，阻力为305Pa，抗张强度为0.15KN/m，挺度为400mg。
表1实施例1所得耐高温空气过滤纸产品与普通空气过滤纸性能比较
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (8)
1.一种耐高温空气过滤纸的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将玻璃纤维材料加水配成所述玻璃纤维材料质量分数为0.1％～0.5％的浆料，分散均匀，真空条件下过滤，得湿纸，所述玻璃纤维材料为玻璃棉纤维和/或玻璃纤维；
(2)将90℃以上的氢氧化钠溶液或者氢氧化钾溶液喷淋在所述湿纸表面，其中，所述氢氧化钠溶液中的氢氧化钠或所述氢氧化钾溶液中的氢氧化钾的质量为所述玻璃纤维材料重量的2～5％，并在5s内进行红外干燥，然后进入烘缸干燥至含水量小于0.2％，即得；
所述氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液的浓度为20～30％。
2.根据权利要求1所述的耐高温空气过滤纸的制备方法，其特征在于，所述玻璃纤维材料由平均粒径为0.1～1.5μm的玻璃棉纤维和平均粒径为6～30μm玻璃纤维混合而成。
3.根据权利要求2所述的耐高温空气过滤纸的制备方法，其特征在于，所述玻璃棉纤维和玻璃纤维的质量比为10:1～1:2。
4.根据权利要求1～3任一项所述的耐高温空气过滤纸的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中过滤时的真空度控制在-0.02MPa～-0.2MPa，抽真空的时间为10～30s。
5.根据权利要求1～3任一项所述的耐高温空气过滤纸的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中红外干燥的时间为10～30s。
6.根据权利要求1～3任一项所述的耐高温空气过滤纸的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)红外干燥中，每kg所述玻璃纤维材料所需要的红外的功率为0.5～9kw。
7.根据权利要求1～3任一项所述的耐高温空气过滤纸的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的分散时间为3～20min。
8.一种权利要求1～7任一项所述制备方法得到的耐高温空气过滤纸。
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