CN107237206B

CN107237206B - 一种疏油空气滤纸及其制备方法

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Publication number: CN107237206B
Application number: CN201710614358.7A
Authority: CN
Inventors: 李俊超
Original assignee: Cangzhou Jiediou Filter Co Ltd
Current assignee: Cangzhou Jiediou Filter Co Ltd
Priority date: 2017-07-25
Filing date: 2017-07-25
Publication date: 2019-07-02
Anticipated expiration: 2037-07-25
Also published as: CN107237206A

Abstract

本发明提供了一种疏油空气滤纸及其制备方法。一种疏油空气滤纸，包括原纸和对原纸进行浸渍的浸渍剂，所述浸渍剂包括以下成分：按重量百分含量计，含氟聚硅氧烷/氟代丙烯酸树脂25～40％，乳化剂10～20％，酚醛树脂5～10％，水40～50％；所述含氟聚硅氧烷和所述氟代丙烯酸树脂中氟含量为27～32wt％。本发明的疏油空气滤纸具有以下特性：对油的接触角在110°以上，对水的接触角在120°以上，气流阻力在1.5mm以下(标准比速0.06lmin·cm²)，过滤效率在99％以上，耐破度为300kPa以上。

Description

一种疏油空气滤纸及其制备方法

技术领域

本发明涉及化工领域，尤其是涉及一种疏油空气滤纸及其制备方法。

背景技术

空气过滤纸主要是指应用于空气过滤器、油雾效率在96％以上的过滤纸。空气过滤纸主要用于过滤悬浮在空气中的小于或等于lμm的粒子，包括亚微米的气溶胶粒子。

早在第二次世界大战末期，法国、德国、前苏联等国家就已经开始研制空气滤纸，并投入使用。50年代初期，西欧、英国、美国、日本等国家空气滤纸发展迅速。60年代初，是美国工业洁净室的全盛时期。70年左右，日本在精密机械、电子工业中采用洁净室的普及率达100％,并在80年代初期已经研制成功0.1μm 10级洁净室。我国的空气滤纸起步于50年代末60年代初，国防工业部门研制成功高效空气过滤器，并在电子、航空、冶金等工业领域内先后建成洁净厂房，进入70年代，各种净化工作台、净化设备及其检测装置相继研究成功并投入生产，80年代中期研制成功升级换代的0.3μm洁净隧道无隔板空气滤纸和0.1μm的超高效空气滤纸。

空气滤纸用途广泛，例如，在国防工业中，在作战的防空洞或指挥所中，配备空气过滤器,使进出口有毒的气体(毒烟、毒雾、放射性战剂等)过滤。使它变成洁净的空气供我军官兵呼吸之用，保护自己，消灭敌人。在原子核反应堆等核工业系统中将污染的空气过滤，保护环境和提高工作人员的健康水平。在电子工业中，空气滤纸为超大规模的集成电路、线路照像、制版和刻蚀工艺微细加工工序、光导纤维、磁带胶片、超纯试剂等部门创造洁净的生产环境，以提高产品的合格率。在医疗、卫生、制药行业中，各种注射剂、抗菌素、青霉素的生产、无菌手术室、无菌病房、无菌动物饲养都需除菌过滤以降低感染率，提高产品合格率。现代建筑，如宾馆、饭店、影剧院及大型百货公司、医院等单位的空调系统中，需要安装不同级别的净化器，以使空气清新，减少病菌传染。

空气滤纸根据用途不同，其技术性能要求也不同，常规的质量指标有定量、厚度、紧度、气流阻力、过滤效率和抗拉强度，而针对性较强的领域，则对空气滤纸的其它指标有一定的要求，例如防水性、疏油性、阻燃等。以上相较而言，本领域对空气滤纸的疏油性研究很少，重视度不够，导致现有空气滤纸的疏油性较差，限制了空气滤纸在油品生产车间等场所的应用。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种疏油空气滤纸，所述的疏油空气滤纸具有良好的憎油性，对油的接触角在110°以上，并且兼有良好的防水性，对水的接触角在120°以上。

本发明的第二目的在于提供上述疏油空气滤纸的制备方法，所述的制备方法工序简单，并且能极大提升滤纸表面的静电力，从而降低净化空气时的气流阻力。

为了实现以上目的，本发明提供了以下技术方案：

一种疏油空气滤纸，包括原纸和对原纸进行浸渍的浸渍剂，所述浸渍剂包括以下成分：按重量百分含量计，

所述含氟聚硅氧烷和所述氟代丙烯酸树脂中氟含量为27～32wt％。

本发明所述的原纸是指能用于空气滤纸的纸，其具体选用类型根据空气滤纸的特定用途而定。

现有技术中的空气滤纸通常是在表面涂布简单的防水胶层(也称浸渍层)，不适用于对防油性能要求高的领域。本发明以此为出发点，选用含氟聚硅氧烷/氟代丙烯酸树脂、乳化剂、酚醛树脂组成疏油的功效部分。

其中，含氟聚硅氧烷与氟代丙烯酸树脂均是利用特定的含氟量及氟碳之间的牢固分子力起到双疏效果，即既疏水又疏油；酚醛树脂用于增粘，提高浸渍剂在原纸上的附着力，同时增加涂层的强度，防止原纸浸渍后强度下降；乳化剂用于增溶，同时促进酚醛树脂的固化。另外，以上三类成分之间还有协同作用，含氟聚硅氧烷/氟代丙烯酸树脂与酚醛树脂结合可以提高疏水效果，使空气滤纸表面更接近荷叶的结构，而两者与乳化剂配合后能又能更容易牢固地附着在原纸表面，同时保证不堵塞原纸的孔隙，甚至使空气滤纸维持原纸的孔隙结构，包括孔径和孔隙率，从而保证空气滤纸的过滤效率不受影响。

经验证，本发明的疏油空气滤纸至少可以达到以下特性：对油的接触角在110°以上，对水的接触角在120°以上，气流阻力在1.5mm以下(标准比速0.06lmin·cm²)，过滤效率在99％以上，耐破度为300kPa以上。

以上特性的空气滤纸的应用领域广泛，可用于制备空调、汽车、空气净化器等设备中。

为了进一步提高疏油性和耐破度，所述含氟聚硅氧烷优选为氟烃基聚倍半硅氧烷共聚物，例如氟硅防污防指纹树脂FSi-1。

同样，所述氟代丙烯酸树脂选自以下中的一种或多种时也可以提高疏油性和滤纸的耐破度：甲基丙烯酸甲酯与甲基丙烯酸十二氟庚酯共聚物、丙烯酸丁酯与甲基丙烯酸十二氟庚酯共聚物和甲基丙烯酸羟乙酯与丙烯酸六氟丁酯的共聚物。对于以上多种选择，更优选有机氟乳液防水防油剂AG-102。

为了提高碳氟化合物与酚醛树脂之间的协同作用，保持滤纸的孔径大小和分布保持原始水平，同时增加浸渍层的附着力，所述酚醛树脂优选为热固性酚醛树脂，更优选为苯酚丁醛树脂、叔丁酚甲醛树脂和松香改性的苯酚甲醛树脂中的一种或多种，其中以叔丁酚甲醛树脂为最佳。

所述乳化剂可选用非离子、阳离子、阴离子的表面活性剂，优选阳离子表面活性剂，其与酚醛树脂、含氟聚硅氧烷/氟代丙烯酸树脂的协同效果更佳，并且可以适当提高滤纸表面的电荷性，使其就具备一定的静电力，以利用电场力的长程特点降低气流阻力。其中，乳化剂以十二烷基三甲基胺盐、十六烷基三甲基胺盐、十二烷基二甲基苄基胺盐和咪唑啉盐中的一种或多种为佳，咪唑啉盐与其它成分配合后气流阻力较低。

对于浸渍剂中各组分的配比，以如下数据为较佳：

按重量百分含量计，

虽然本发明适用于任何空气滤纸的原纸，但与不同原纸搭配所产生的效果不同，当与以下原纸搭配后，滤纸的强度和过滤效率更高：

所述原纸由以下成分制成：

所述分散剂为乙烯－丙烯酸共聚物和/或乙烯－醋酸乙烯共聚物；

所述消泡剂为聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚；

所述防水剂为甲基硅酸盐。

该原纸以聚乳酸纤维为主要纤维成分，其可生物降解，并且孔隙率高，再引入占比较重的纳米微晶纤维素，使其插入聚乳酸纤维与石膏纤维之间，增强原纸的强度(包括抗拉强度和耐破度)，再以乙烯－丙烯酸共聚物和/或乙烯－醋酸乙烯共聚物为分散剂，既提高了原纸的比表面积，又降低了原纸的气流阻力。本发明还以聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚为消泡剂，促使聚乳酸纤维、石膏纤维和纳米微晶纤维素三种纤维之间融合交织成空间结构更优化的纤维组织；本发明还加入甲基硅酸盐作为防水剂，增强防水功效。

综上，本发明区别于现有的玻璃纤维滤纸，综合性能更佳。

原纸中各成分的含量优选以下数值：

以上原纸不仅在配方上与现有技术有区别，其制备工艺也有区别，具体工艺如下：

向水中加入所有原料，混合打浆制得浓度为1.35wt％～1.45wt％的浆料，然后经上网布织、压榨脱水、烘干制得产品；所述压榨脱水为脱水至水含量为10％wt以下。

可见，本发明虽然也采用了湿法抄造工序，但浆料的浓度以及脱水的要求均与现有技术不同，只有如此，才能使聚乳酸纤维、石膏纤维和纳米微晶纤维素之间更好地融合，形成的纸浆纤维韧性更强。

另外，针对浸渍剂的应用，为了提高浸渍剂在原纸上的粘附力，以及滤纸整体的强度，优选采用以下方法浸渍：

步骤A：按照所述浸渍剂的配方，将所有原料混匀制得浸渍；

步骤B：步骤B：采用涂布方式将所述浸渍剂喷涂于所述原纸的表面，并且所述浸渍剂的用量为10～15wt％(以原纸为基准)；之后在150～160℃下热固化，然后再升温至170～175℃，保温5～10min。

该方法在传统的热固化之后增加了高温保温工序，通过该工序增强了滤纸的强度和胶层的牢固度。

综上，与现有技术相比，本发明达到了以下技术效果：

(1)通过改良原纸上浸渍层的组成，利用含氟聚硅氧烷/氟代丙烯酸树脂、乳化剂、酚醛树脂之间的系统作用，保证滤纸具有较高耐破度、过滤效率的前提下，使滤纸具备较高的双疏特征性；

(2)通过优化乳化剂和酚醛树脂的种类、含量等条件进一步提高了空气滤纸的综合性能；

(3)改进浸渍的工艺提高了空气滤纸的强度和胶层的牢固度；

(4)改良原纸的配方，降低了滤纸的气流阻力，提高了过滤效率。

(5)改良原纸的制作工艺，提高了原纸的韧性。

具体实施方式

下面将结合具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

实施例1

制备原纸：

1、将40kg麻纤维、50kg竹纤维和5kg纤维状粘结剂用打浆机打浆，再经过双盘磨浆机在线打磨得到浆料，打浆浓度为1.98％，打浆至15°SR；向其中加入30kg玻璃纤维、20kg石膏纤维、5kg纳米微晶纤维素、10kg水溶性聚乙烯醇纤维，形成纸浆浆料，再加入2kg丁醇、2kg聚丙烯酰胺、0.5kg三聚氰胺树脂，搅拌均匀，得到成浆，浆料浓度为1.58wt％。

2、成浆按常规条件上网抄造及压榨得到原纸。

在原纸表面涂布浸渍层：

1、配制浸渍剂：按以下重量百分含量取料，含有机氟乳液防水防油剂AG-102(购自陕西安迪吉尔新材料有限公司)40％，咪唑啉钠10％，叔丁酚甲醛树脂(购自海西尔厦门化工有限公司，2402树脂)10％，水40％；将以上所有原料混合加热至80℃左右，不断搅拌直至混匀，冷却备用。

2、将制得的原纸浸入上述浸渍剂中，采用辊式涂布方式进行浸渍，并且控制上胶量(即浸渍剂的用量)为10wt％(以原纸为基准)，之后在150℃下热固化，然后再升温至170℃，保温10min。

3、检测。

实施例2

实施例2与实施例1的区别在于原纸的品质不同，原纸采用以下方法制得：

1、聚乳酸纤维50kg、石膏纤维25kg、纳米微晶纤维素40kg、乙烯－丙烯酸共聚物4kg、聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚3kg、甲基硅酸盐5kg混合，加入水，用打浆机打浆，再经过双盘磨浆机在线打磨得到浆料，打浆浓度为1.35wt％。

2、将所得浆料上网布织、压榨脱水、烘干，并且保证压榨脱水为脱水至水含量为8％wt以下。

实施例3

与实施例2的区别在于浸渍剂的组成不同，其所用原料的配比如下：

按重量百分含量，甲基丙烯酸甲酯与甲基丙烯酸十二氟庚酯共聚物(氟含量为32wt％)25％，咪唑啉钠20％，2402树脂5％，水50％。

实施例4

按重量百分含量，有机氟乳液防水防油剂AG-102 35％，咪唑啉钠15％，2402树脂8％，水42％。

实施例5

与实施例2的区别仅在于将浸渍剂中的有机氟乳液防水防油剂AG-102替换为氟硅防污防指纹树脂FSi-1(购自陕西安迪吉尔新材料有限公司)。

实施例6

与实施例2的区别仅在于浸渍剂中所用的酚醛树脂类型不同，为松香改性的苯酚甲醛树脂。

实施例7

与实施例2的区别仅在于浸渍剂中所用的乳化剂类型不同，为十二烷基三甲基氯化铵。

实施例8

与实施例2的区别仅在于原纸的配方不同，原纸的制备如下：

1、聚乳酸纤维40kg、石膏纤维30kg、纳米微晶纤维素35kg、乙烯－醋酸乙烯共聚物6kg、聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚1kg、甲基硅酸盐6kg混合，加入水，用

打浆机打浆，再经过双盘磨浆机在线打磨得到浆料，打浆浓度为1.45wt％。

2、将所得浆料上网布织、压榨脱水、烘干，并且保证压榨脱水为脱水至水含量为10％wt以下。

实施例9

与实施例2的区别仅在于原纸的配方不同，原纸的制备如下：

1、聚乳酸纤维60kg、石膏纤维30kg、纳米微晶纤维素35kg、乙烯－丙烯酸共聚物6kg、聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚1kg、甲基硅酸盐6kg混合，加入水，用打浆机打浆，再经过双盘磨浆机在线打磨得到浆料，打浆浓度为1.4wt％。

实施例10

与实施例2的区别仅在于浸渍后的工艺不同，为：

将制得的原纸浸入上述浸渍剂中，采用辊式涂布方式进行浸渍，并且控制上胶量(即浸渍剂的用量)为15wt％(以原纸为基准)，之后在160℃下热固化，然后再升温至175℃，保温5min。

比较例1

比较例1与实施例1的区别在于浸渍剂的配方及浸渍工艺不同，如下：

配制浸渍剂：参见专利申请CN105274902A实施例1，其中，有机硅拨水剂乳液购自青岛汇德新科建材有机硅防水剂HD-SI。

将制得的原纸浸入上述浸渍剂中，采用辊式涂布方式进行浸渍，并且控制上胶量(即浸渍剂的用量)为10wt％(以原纸为基准)，之后干燥。

比较例2

与实施例1的区别仅在于含氟聚硅氧烷的氟含量不同，为25wt％。

比较例3

与实施例1的区别仅在于浸渍剂的配方不同，为：

1、配制浸渍剂：按以下重量百分含量取料，含有机氟乳液防水防油剂AG-102(购自陕西安迪吉尔新材料有限公司)42％，咪唑啉钠8％，叔丁酚甲醛树脂10％，水40％；将以上所有原料混合加热至80℃左右，不断搅拌直至混匀，冷却备用。

2、将实施例1制得的原纸浸入上述浸渍剂中，采用辊式涂布方式进行浸渍，并且控制上胶量(即浸渍剂的用量)为10wt％(以原纸为基准)，之后在150℃下热固化，然后再升温至170℃，保温10min。

检测以上所有实施例及比较例所得产品的指标，结果如下表1。

表1不同空气滤纸的质量指标

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims

1.一种疏油空气滤纸，其特征在于，包括原纸和对原纸进行浸渍的浸渍剂，所述浸渍剂由以下成组成：按重量百分含量计，

所述含氟聚硅氧烷和所述氟代丙烯酸树脂中氟含量为27～32wt％；

所述原纸由以下成分制成：

所述消泡剂为聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚；

所述防水剂为甲基硅酸盐。

2.根据权利要求1所述的疏油空气滤纸，其特征在于，所述含氟聚硅氧烷为氟烃基聚倍半硅氧烷共聚物。

3.根据权利要求1所述的疏油空气滤纸，其特征在于，所述氟代丙烯酸树脂选自以下中的一种或多种：甲基丙烯酸甲酯与甲基丙烯酸十二氟庚酯共聚物、丙烯酸丁酯与甲基丙烯酸十二氟庚酯共聚物和甲基丙烯酸羟乙酯与丙烯酸六氟丁酯的共聚物。

4.根据权利要求1所述的疏油空气滤纸，其特征在于，所述酚醛树脂为热固性酚醛树脂。

5.根据权利要求4所述的疏油空气滤纸，其特征在于，所述酚醛树脂为苯酚丁醛树脂、叔丁酚甲醛树脂和松香改性的苯酚甲醛树脂中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的疏油空气滤纸，其特征在于，所述乳化剂选自阳离子表面活性剂。

7.根据权利要求6所述的疏油空气滤纸，其特征在于，所述乳化剂为十二烷基三甲基胺盐、十六烷基三甲基胺盐、十二烷基二甲基苄基胺盐和咪唑啉盐中的一种或多种。

8.根据权利要求1所述的疏油空气滤纸，其特征在于，所述浸渍剂由以下成组成：按重量百分含量计，

9.根据权利要求1所述的疏油空气滤纸，其特征在于，所述原纸由以下成分制成：

10.根据权利要求1或9所述的疏油空气滤纸，其特征在于，所述原纸采用以下方法制得：

11.权利要求1所述的疏油空气滤纸的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤A：按照所述浸渍剂的配方，将所有原料混匀制得浸渍；

步骤B：采用涂布方式将所述浸渍剂喷涂于所述原纸的表面，并且所述浸渍剂的用量为10～15wt％；之后在150～160℃下热固化，然后再升温至170～175℃，保温5～10min。