CN111608017A - 一种利用疏水化改性微/纳米纤维素制备高精度复合柴油滤纸的新工艺 - Google Patents

一种利用疏水化改性微/纳米纤维素制备高精度复合柴油滤纸的新工艺 Download PDF

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王徵
段林娟
游紫
胡恒
刘佳璇
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Abstract

本发明公开了一种疏水化改性微/纳米纤维素复合高精度柴油滤纸的制备方法，在疏水化改性微/纳米纤维素中添加羧甲基纤维素作为涂布液，于单层柴油滤纸原纸表面进行单面喷涂或涂布以制备疏水化改性微/纳米纤维素高精度复合柴油滤纸。微纤化纤丝可以搭载在基纸骨架纤维孔隙间，形成一种连续稳定的微纤化纤丝网络结构，以减小单层柴油滤纸孔径，提高其强度性能及过滤性能。

Description

一种利用疏水化改性微/纳米纤维素制备高精度复合柴油滤 纸的新工艺
技术领域
本发明属于高精度柴油滤纸制备领域。具体涉及一种以疏水改性微/纳米纤维素/羧甲基纤维素混合液作为涂料制备高精度复合柴油滤纸的新工艺。
背景技术
目前，柴油发动机是最省油的内燃机，由于其经济性、动力性和耐久性等特点，而广泛应用于商业运输、工程机械和农业机械等领域。国III排放标准实施以来，柴油发动机喷油系统从机械喷油转变为高压共轨电喷系统，电喷系统对油品质量的要求较高，常规的单层柴油滤纸制备的柴油滤清器难以满足其指标要求。当前，市场上适配于电喷系统的高精度柴油滤纸均为国外进口的无纺布与过滤纸复合的过滤材料，而我国对柴油滤纸的研制开发起步较晚，国内柴油滤纸仍多为单层纸质结构，产品的孔隙结构、强度性能及过滤性能等均与国际品牌存在较大差距，因此，采用新工艺制备成本低廉、工艺简单的国产高精度柴油滤纸的技术有待开发。
纳米纤维素(nanofibrillated cellulose，NFC)，也称作微纤化纤维素(microfibrillated cellulose，MFC)或纤维素纳米纤丝(cellulose nanofibrils，CNF)，是指以植物纤维为原料，通过机械处理得到的一种直径小于100nm的纤维素纤维。NFC是一种具有广阔应用前景的生物质材料，具有高杨氏模量、高长径比、优异的力学性能、丰富的表面羟基以及自身趋于形成纤维纠缠网络等特点，为其改善纸张物理性能提供了有利条件。Jielong Su等人将NFC应用于造纸工业中，结果表明，NFC显著提高了纸张的干强度、湿强度和匀度。Beneventi D等人将NFC喷涂于多孔纸表面，发现NFC可以完全保留在基纸表面并改善了基纸的力学性能。Mousavi M等人发现在NFC涂布液中加入羧甲基纤维素(CMC)可以减少MFC的絮聚，改变NFC悬浮液的流变性质，使NFC能涂布均匀。
发明内容
本发明针对柴油滤纸原纸的以上问题及微/纳米纤维素的诸多优点，提出了一种利用疏水化改性微/纳米纤维素制备高精度复合柴油滤纸的新工艺。其技术关键在于将疏水化改性微/纳米纤维素于普通单层柴油滤纸原纸表面进行单面喷涂，使得微纤化纤丝可以搭载在基纸的骨架纤维间形成微纤丝网络结构，从而改善滤纸孔隙结构，降低滤纸孔径，赋予其远远优于普通单层柴油滤纸原纸的过滤性能和强度性能。以此解决目前国内高精度柴油滤纸的市场空白及进口高精度滤纸昂贵的制作成本及复杂的制备工艺等问题。
其生产步骤如下：
(1)疏水化改性微/纳米纤维素的制备：分别采用酯化改性、偶联剂改性、接枝共聚改性等疏水改性方法对植物纤维原料进行疏水预处理，将预处理的植物纤维原料稀释至浓度为0.5％-10％后，进入高压均质机进行反复循环处理，得到绝干浓度为0.5％-10％的疏水化改性微/纳米纤维素；
(2)涂布液的制备：在疏水化改性微/纳米纤维素中添加绝干纤维重量0％-30％的羧甲基纤维素溶液，于20℃-80℃的温度下机械搅拌，直至二者完全混合。
(3)高精度复合柴油滤纸的制备：将上述涂布液于普通单层柴油滤纸原纸表面进行单面喷涂或涂布，干燥后得到高精度复合柴油滤纸。
与现有技术相比，本工艺具有以下优点：
(1)本发明采用单面喷涂或涂布的方式提高单层柴油滤纸原纸过滤精度，工艺简易且过滤效果灵活可调。
(2)本发明制备的复合柴油滤纸以疏水改性微/纳米纤维素为涂料主要成分，相较于未改性微纤化纤维素而言，疏水改性微纤化纤丝不易絮聚，更易于搭载在基纸骨架纤维之间来改善滤纸孔隙结构。
(3)本发明制备的高精度柴油滤纸成本更为低廉。涂料主要成分来自于自然界最为丰富的天然高分子原料——植物纤维，使得其成本十分低廉，将其与价格同样低廉的普通柴油滤纸相结合，相较于数十万/吨的国外高价柴油滤纸，其成本显著降低，更易于实现实验成果的产业化过程。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明进一步说明，下述实施例是说明性的，不是限定性的，不能以下述实施例来限定本发明的保护范围。
实施例1：
本实施例是以乙酰化改性微/纳米纤维素作为涂料主要成分进行详细描述。
(1)原料准备：以160kg漂白硫酸盐针叶木浆为原料，风干后测定水分备用；
(2)乙酰化预处理：在浆料中添加160L冰醋酸、201.6kg乙酸酐和8kg浓硫酸，在纤维捏合机中捏合30min，保持温度50℃，后将浆料洗涤至pH为中性；
(3)均质化：经过乙酰化预处理的纸浆，稀释至5％浓度后，进入高压均质机中在60MPa的压力下经6次循环，制备得到直径为10-90nm的乙酰化改性微/纳米纤维素；
(4)涂布液的制备：在乙酰化改性微/纳米纤维素中添加绝干纤维重量10％的羧甲基纤维素溶液，于50℃的温度下机械搅拌，直至二者完全混合；
(5)高精度复合柴油滤纸的制备：将上述涂布液于普通单层柴油滤纸表面进行单面喷涂或涂布，干燥后得到复合高精度柴油滤纸。调整雾化器喷涂速度后可制备乙酰化改性微/纳米纤维素含量不同的高精度复合柴油滤纸。
实施例2：
本实施例是以硅烷化改性微/纳米纤维素作为涂料主要成分进行详细描述。
(1)原料准备：以100kg漂白硫酸盐针叶木浆为原料，风干后测定水分备用；
(2)硅烷化预处理：在浆料中添加100L三乙氧基硅烷，在纤维捏合机中捏合30min，静置4h，然后用蒸馏水洗涤至中性；
(3)均质化：经过硅烷化预处理的纸浆，稀释至1.5％浓度后，进入高压均质机中在60MPa的压力下经6次循环，制备得到直径为10-90nm的硅烷化改性微/纳米纤维素；
(4)涂布液的制备：在硅烷化改性微/纳米纤维素中添加绝干纤维重量20％的羧甲基纤维素溶液，于40℃的温度下机械搅拌，直至二者完全混合；
(5)高精度复合柴油滤纸的制备：将上述涂布液于普通单层柴油滤纸表面进行单面喷涂或涂布，干燥后得到复合高精度柴油滤纸。调整雾化器喷涂速度后可制备硅烷化改性微/纳米纤维素含量不同的高精度复合柴油滤纸。

Claims (1)

1.一种利用疏水化改性微/纳米纤维素制备高精度复合柴油滤纸的新工艺，其特征在于：
包括如下步骤：
(1)疏水化改性微/纳米纤维素的制备：分别采用酯化改性、偶联剂改性、接枝共聚改性等疏水改性方法对植物纤维原料进行疏水预处理，将预处理的植物纤维原料稀释至浓度为0.5％-10％后，进入高压均质机进行反复循环处理，得到绝干浓度为0.5％-10％的疏水化改性微/纳米纤维素；
(2)涂布液的制备：在疏水化改性微/纳米纤维素中添加绝干纤维重量0％-30％的羧甲基纤维素溶液，于20℃-80℃的温度下机械搅拌，直至二者完全混合。
(3)高精度复合柴油滤纸的制备：将上述涂布液于普通单层柴油滤纸原纸表面进行单面喷涂或涂布，干燥后得到高精度复合柴油滤纸。
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