CN107686531B - 一种空气过滤纸用聚丙烯酸酯乳液及其制备方法和应用 - Google Patents

一种空气过滤纸用聚丙烯酸酯乳液及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种空气过滤纸用聚丙烯酸酯乳液及其制备方法，该聚丙烯酸酯乳液包括以下按重量份计的各组分：混合单体30～45份，丙烯酸1.0～4.0份，功能性单体0.5～3.0份，水50～60份，复合乳化剂0.5～3.0份、水溶性引发剂0.2～1.0份；采用种子乳液聚合得到聚丙烯酸酯乳液。本发明的聚丙烯酸酯乳液通过功能性单体和丙烯酸的协同相互作用，制得的乳液粒子大小均一、形态规整、稳定性好，并且具有优良的耐碱性和耐水性。使用聚丙烯酸酯乳液与低玻璃化温度的纯丙乳液共混后浸渍干燥得到的玻璃纤维空气过滤纸具有低克重、高挺度的优点，可有效改善玻璃纤维空气过滤纸张背面少胶、强度差的问题，具有很好的透气性。

Description

一种空气过滤纸用聚丙烯酸酯乳液及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及高分子合成领域，具体涉及一种空气过滤纸用聚丙烯酸酯乳液及其制备方法和应用。
背景技术
空气过滤纸是以玻璃纤维为主要原材料，采用湿法成型工艺加工成原纸，再经水性树脂浸渍池上浆工艺，后经高温烘干定型而成，具有纤维分布均匀、容尘量大、阻力小、强度大等特点。玻璃纤维空气过滤纸广泛用于各种过滤器的过滤层，是过滤功能的核心部件。可用于过滤大气中尘埃和各种气溶胶粒子，在工业生产、空气压缩机压缩空气过滤、空调过滤、吸尘器、防毒面具等方面有广泛的应用。目前常用的水乳型浸渍树脂主要包括醋丙乳液、苯丙乳液、纯丙乳液、聚丙烯酸酯乳液及其改性产品等。上述乳液在应用于空气过滤纸的生产中时存在以下缺陷：在空气过滤纸烘道式加热工艺中，上述乳液经管道喷淋到玻璃纤维纸上，后进入高温烘道，由于温度较高，水分挥发快，乳液粒子随水分蒸发到表面，造成空气过滤纸背面少胶，掉粉、掉毛等问题。另外，聚丙烯酸酯乳液在耐碱性、耐水性等性能方面还存在缺陷，不能满足空气过滤纸的应用需求。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种玻璃纤维空气过滤纸浸渍用的聚丙烯酸酯乳液及其制备方法和应用，该聚丙烯酸酯乳液具有较低的迁移性和阻力、良好的耐水性能和过滤效率，经该聚丙烯酸酯乳液浸渍的玻璃纤维过滤纸背面掉粉、掉毛问题有所改善且具有很好的透气性。
为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种空气过滤纸用聚丙烯酸酯乳液，其包括以下按重量份计的各组分：混合单体30～45份，丙烯酸1.0～4.0份，功能性单体0.5～3.0份，水50～60份，复合乳化剂0.5～3.0份、水溶性引发剂0.2～1.0份。
作为本发明优选的实施方式，该空气过滤纸用聚丙烯酸酯乳液包括以下按重量份计的各组分：混合单体35～40份，丙烯酸2.0～3.0份，功能性单体1.0～2.0份，水52～58份，复合乳化剂1.0～2.5份、水溶性引发剂0.5～0.8份。
作为本发明优选的实施方式，所述混合单体选自甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、丙烯酸丁酯、丙烯酸乙酯中的一种或两种以上。
作为本发明优选的实施方式，所述功能性单体选自N-甲基丙烯酰胺、N-羟乙基丙烯酰胺(HEAA)、乙烯基三乙氧基硅烷、四甲基四乙烯基环四硅氧烷中的一种或两种以上的混合物。
作为本发明优选的实施方式，所述水溶性引发剂为过硫酸铵或过硫酸钾。
作为本发明优选的实施方式，复合乳化剂为OP、OS、SDS中的任意两种以上的混合。
本发明还提供了一种如上所述的空气过滤纸用聚丙烯酸酯乳液的制备方法，其包括以下步骤：
a)将混合单体在单口烧瓶中混合混匀，放置备用；
b)将复合乳化剂、水加入反应器中，并加入部分混合均匀的混合单体，搅拌并升温，升温后加入水溶性引发剂总量的25％～50％引发单体反应，继续升温，待种子乳液无回流，滴加剩余的混合单体和水溶性引发剂，将功能性单体直接滴入到反应器中或反应结束后加入，反应结束后，再保温1h后，降温至40℃及以下得到聚丙烯酸酯乳液。
作为本发明优选的实施方式，所述步骤b)中种子乳液聚合的温度为60～75℃，时间为5～30min；种子乳液聚合完成后滴加剩余预乳液的温度为80～92℃，时间为2～5h。
作为本发明优选的实施方式，所制备的聚丙烯酸酯乳液的粒径为100～190nm。
本发明还提供了上述聚丙烯酸酯乳液的应用：一种玻璃纤维空气过滤纸，其使用如上所述的聚丙烯酸酯共聚乳液，与玻璃化温度为-20～0℃、粒径大于200nm的改性纯丙乳液按照比例在室温混合均匀，其中聚丙烯酸酯共聚乳液所占比例为50％～80％，在玻璃纤维原纸上浸渍，通过150～230℃高温烘道干燥得到。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明所述的聚丙烯酸酯乳液通过引入适量的功能性单体，与丙烯酸产生协同的相互作用，使得形成的乳胶膜具有较大的交联密度，制得的乳液粒子大小均一、形态规整、稳定性好，并且具有优良的耐碱性和耐水性。在浸渍玻璃纤维过滤纸时，向聚丙烯酸酯乳液引入玻璃化温度低的改性纯丙乳液，聚丙烯酸酯乳液具有较小的粒径，加入的改性纯丙乳液具有较大的粒径，在烘道式干燥过程中，可改善空气过滤纸在烘道式高温干燥过程中背部乳液迁移到表面的问题。按本发明所制得的玻璃纤维过滤纸张背面少胶强度差、掉毛、掉粉等问题有所改善，并且采用的浸渍材料具有很好的透气性，对空气过滤纸的阻力性能指标影响也很小，提高了玻璃纤维空气过滤纸的强度和挺度，具有低克重、高挺度的市场竞争优势。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。
实施例1
将混合单体(苯乙烯138g、丙烯酸丁酯147g、丙烯酸9g)在单口烧瓶中混合混匀，放置备用；
将复合乳化剂(OP 2.5g、OS 3.2g、SDS 0.3g)、水340g加入反应器中，并加入部分混合均匀的混合单体27g，搅拌并升温，升温到64℃后加入9g水溶性引发剂(浓度为10％的过硫酸铵的水溶液)引发单体反应，继续升温到85℃，待种子乳液无回流，在3h内滴加剩余的单体和24g水溶性引发剂(浓度为10％的过硫酸铵的水溶液)，功能性单体N-甲基丙烯酰胺8g直接滴入到反应器中，反应结束后，再保温1h后，降温至40℃得到聚丙烯酸酯乳液。
将聚合得到的聚丙烯酸酯乳液与玻化温度为-20℃的改性纯丙乳液以4:1的比例共混稀释，将玻璃纤维原纸浸渍其中，然后在200℃高温烘道内干燥，得到空气过滤纸。
实施例2
将混合单体(甲基丙烯酸甲酯138g、丙烯酸丁酯147g、丙烯酸13g)在单口烧瓶中混合混匀，放置备用；
将复合乳化剂(OP 2.9g、OS 3.25g、SDS 0.3g)、水340g加入反应器中，并加入部分混合均匀的混合单体27g，搅拌并升温，升温到66℃后加入10g水溶性引发剂(浓度为10％的过硫酸钾的水溶液)引发单体反应，继续升温到88℃，待种子乳液无回流，在4h内滴加剩余的单体和26g水溶性引发剂(浓度为10％的过硫酸钾的水溶液)，将1g四甲基四乙烯基环四硅氧烷直接滴入到反应器中，反应结束后，将7g N-羟乙基丙烯酰胺直接滴入到反应器中，再保温1h后，降温至40℃得到聚丙烯酸酯乳液。将聚合得到的聚丙烯酸酯乳液与玻璃化温度为-15℃的改性纯丙乳液以7:3的比例共混稀释，将玻璃纤维原纸浸渍其中，然后在220℃烘道内干燥，得到空气过滤纸。
实施例3
将混合单体(苯乙烯138g、丙烯酸丁酯117g、丙烯酸乙酯20g、丙烯酸13g)在单口烧瓶中混合混匀，放置备用；
将复合乳化剂(OP 2.7g、OS 3.4g、SDS 0.3g)、水340g加入反应器中，并加入部分混合均匀的混合单体27g，搅拌并升温，升温到70℃后加入17g水溶性引发剂(浓度为10％的过硫酸铵的水溶液)引发单体反应，继续升温到90℃，待种子乳液无回流，在4.5h内滴加剩余的单体和18g水溶性引发剂(浓度为10％的过硫酸铵的水溶液)，将功能性单体(N-甲基丙烯酰胺5g、乙烯基三乙氧基硅烷3g)直接滴入到反应器中，反应结束后，再保温1h后，降温至40℃得到聚丙烯酸酯乳液。
将聚合得到的聚丙烯酸酯乳液与玻璃化温度为-10℃的改性纯丙乳液以6:4的比例共混稀释，将玻璃纤维原纸浸渍其中，然后在170℃烘道内干燥，得到空气过滤纸。
效果验证：
对本发明实施例1～3中所制得的空气过滤纸进行厚度、过滤效率、过滤阻力和抗水性等项目测试，具体的测试方法如下：厚度采用CHY-C2测厚仪测试；过滤效率和过滤阻力采用美国TSI-8130型自动滤料测试仪测试；抗水性采用YG(B)812型织物渗水性测定仪测试。
实施例1～3的测试结果如表1所示：
表1实施例1～3所制得的空气过滤纸效果测试结果
测试项目 过滤效率％ 阻力(Pa) 厚度(±0.02) 抗水性(mmH<sub>2</sub>O) 纸张背面掉毛
实施例1 ≧99.97 360 0.33 750 无
实施例2 ≧99.99 400 0.33 760 无
实施例3 ≧99.98 380 0.33 730 无
由表1的测试结果可知，实施例1～3中所制得的空气过滤纸的过滤效率高、阻力小，同时玻璃纤维过滤纸张的背部缺胶、掉毛问题得到改善，玻璃纤维空气过滤纸的强度和挺度得到了较大的提高。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (1)

1.一种玻璃纤维空气过滤纸，其特征在于：使用聚丙烯酸酯共聚乳液，与玻璃化温度为-20～0℃、粒径大于200nm的改性纯丙乳液按照比例在室温混合均匀，其中聚丙烯酸酯共聚乳液所占比例为50％～80％，在玻璃纤维原纸上浸渍，通过150～230℃高温烘道干燥得到；
所述聚丙烯酸酯共聚乳液，由以下按重量份计的各组分组成：混合单体30～45份，丙烯酸1.0～4.0份，功能性单体0.5～3.0份，水50～60份，复合乳化剂0.5～3.0份、水溶性引发剂0.2～1.0份；其中，所述功能性单体为N-甲基丙烯酰胺；聚丙烯酸酯乳液的粒径为100～190nm；所述混合单体为苯乙烯和丙烯酸丁酯；所述复合乳化剂为OP、OS和SDS；
所述聚丙烯酸酯共聚乳液的制备方法，由以下步骤组成：
a)将混合单体在单口烧瓶中混合混匀，放置备用；
b)将复合乳化剂、水加入反应器中，并加入部分混合均匀的混合单体，搅拌并升温，升温后加入水溶性引发剂总量的25％～50％引发单体反应，继续升温，待种子乳液无回流，滴加剩余的混合单体和水溶性引发剂，将功能性单体直接滴入到反应器中或反应结束后加入，反应结束后，再保温1h后，降温至40℃及以下得到聚丙烯酸酯共聚乳液；其中，种子乳液聚合的温度为60～75℃，时间为5～30min；种子乳液聚合完成后滴加剩余预乳液的温度为80～92℃，时间为2～5h。
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