WO2021109061A1 - 一种高效低阻表面过滤材料及其制备方法 - Google Patents

一种高效低阻表面过滤材料及其制备方法 Download PDF

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胡健
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  • the reinforcing resin is selected from one or more of acrylic resin, epoxy resin, phenol resin, and polyvinyl acetate resin;
  • (1) Superfine fiber coating material use a trough beater or a disc mill to beat 50 parts by mass of para-aramid fibers to obtain a fully fibrillated slurry 1 with a beating degree of 80°SR; Then, 50 parts by mass of Tencel fiber is subjected to a beating treatment using a trough beater or a disc mill to obtain a fully fibrillated slurry 2 with a beating degree of 80°SR.
  • the fully fibrillated slurry 1 and the fully fibrillated slurry 2 are mixed and diluted with water to a suspension with a concentration of 0.1% (mass ratio) for use;
  • PET fiber polyethylene fiber

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Abstract

一种高效低阻表面过滤材料及其制备方法。本发明提供的表面过滤材料包括基材和超细纤维涂层。所述的高效低阻表面过滤材料是通过帘式涂布方式将超细纤维涂层涂覆在基材表面，该过滤材料不仅具有一定强度且不容易脱落，还具有超细纤维涂层匀度好、稳定性高、过滤效率高、反吹自清洁性能好等优点。

Description

一种高效低阻表面过滤材料及其制备方法 技术领域
本发明属于过滤技术领域，具体涉及一种高效低阻表面过滤材料及其制备方法。
背景技术
现有技术中，传统的过滤材料基本是由纯植物纤维或者植物纤维与合成纤维混合来制备。然而，燃气轮机进气系统、空压机进气系统以及车辆进气系统对空气过滤材料的过滤效率要求越来越高，采用传统过滤材料和传统制备方法制备的过滤材料过滤效率低、阻力高，已经难以满足表面过滤材料对高效率、低阻力的高要求。
目前，已经公开的高效率、低阻力材料及相应的制备方法包括：
(1)通过混合添加超细纤维实现高效率低阻力
超细纤维直径一般在3μm以下，这些细纤维的比表面积是普通纤维的几倍甚至几十倍，从而使得产品可以在相同的阻力情况下实现较高的过滤效率，由该方法制备的过滤材料的电镜图示于图1。然而，该方法对于提高效率、降低阻力的作用有限，虽然相对于普通材料而言其性能有一定提升，但这种提升效果并不是特别明显。
(2)造纸法多流道流浆箱方式
采用造纸法多流道流浆箱方式时，上层为超细纤维涂层，下层为支撑层。这种方式可以不用二次加工，单纯使用造纸法即可制备高效低阻过滤材料，是过滤领域的重要创新，该方法制备的材料的电镜图示于图2。但此类方式受成形的制约，只有成形稳定的产品的性能才能得到保证，而实际情况是由于上下层的透气性和脱水性能差异较大，成形过程中存在的大量上下层混合的情况(即在支撑层(基材)与超细纤维涂层之间存在混合 区域)会导致纸机方向及横幅方向出现定量、厚度、阻力、效率的波动。
然而，超细纤维与普通纤维混合的方式对提升滤材过滤性能的效果有限，而利用多流道流浆箱一次成型制备由超细纤维层与普通纤维支撑层组成的双层复合材料，存在层间纤维易混合、超细纤维层波动性大的问题。由于超细纤维层的定量较低，所以超细纤维在层间和过滤平面方向的波动会造成超细纤维层分布不均匀，甚至形成孔洞等缺陷，从而导致具有高过滤效率的超细纤维层失去作用。因此，利用多流道流浆箱一次成型制备具有超细纤维层的双层复合材料对制备工艺要求较高，且所制备材料的批次稳定性具有一定的波动，因此利用该方法批量生产超细纤维层复合过滤材料具有一定的局限性。为了实现并保证超细纤维层优异的过滤性能，提高超细纤维层的均匀性与批次稳定性是解决上述问题的关键。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种高效低阻表面过滤材料及其制备方法。
因此，本发明的一个目的在于提供一种高效低阻表面过滤材料。
本发明的另一目的在于提供上述高效低阻表面过滤材料的制备方法。
本发明提供的高效低阻表面过滤材料具有双层结构，一层为基材层，纸张密度较低，一层为超细纤维涂层，密度较高，由上述两层构成的本发明的表面过滤材料在透气度高于100L/m 2.s的情况下对0.3微米初始过滤效率可以达到25％-80％的广泛区间，且抗张强度在5KN/m以上，挺度高于2.5mN.m，具有良好的加工性能。本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一方面，本发明提供一种高效低阻表面过滤材料，所述高效低阻表面过滤材料包括基材和涂覆于所述基材表面的超细纤维涂层，其中，所述基材与所述超细纤维涂层之间无明显混合区域。
优选地，在≥300倍的电镜下显示所述基材与所述超细纤维涂层之间无混合区域，进一步优选地，在≤3000倍的电镜下显示所述基材与所述超细纤维涂层之间无混合区域；
优选地，所述基材包括植物纤维和/或非植物纤维；
优选地，所述植物纤维选自木浆纤维、草类纤维、棉纤维和麻纤维中的一种或多种；更优选地为木浆纤维；
优选地，所述植物纤维的平均直径为5-40μm，更优选为6-20μm；
一般而言，适用于本发明的植物纤维的平均长度可以为0.5-5mm；
优选地，所述植物纤维为闪急干燥木浆纤维和/或丝光化木浆纤维，进一步优选地，所述植物纤维为阔叶木闪急干燥浆纤维和/或针叶木闪急干燥浆纤维；
优选地，所述非植物纤维选自尼龙纤维、涤纶纤维、丙纶纤维、芳纶纤维、腈纶纤维、聚四氟乙烯纤维、聚乙烯醇纤维、天丝纤维、丽赛纤维、玻璃纤维和粘接纤维中的一种或多种。
优选地，所述非植物纤维平均直径为1-25μm，进一步优选地为5-20μm；
一般而言，适用于本发明的非植物纤维的平均长度为2-10mm；
优选地，所述非植物纤维为涤纶纤维和/或玻璃纤维；
优选地，所述基材中非植物纤维占据所述基材定量的0-30％；
优选地，所述基材的定量为10-200g/m 2，更优选为80-120g/m 2，进一步优选为90g/m 2；
另外优选地，所述超细纤维涂层包括原纤化纤维和/或微玻纤玻璃棉；
优选地，在所述超细纤维涂层中，其中所述原纤化纤维为能产生原纤的纤维，例如，所述原纤化纤维选自天丝纤维、丽赛纤维、芳纶纤维、聚丙烯腈纤维中的一种或多种；进一步优选地为对位芳纶纤维和/或天丝纤维；
优选地，所述原纤化纤维的打浆度为70-90°SR，进一步优选地为80°SR；优选地，所述微玻纤玻璃棉的纤维直径为0.1-3μm，更优选为0.2-1.0μm，打浆度为15-80°SR；
优选地，所述超细纤维涂层的定量为0.1-5g/m 2，更优选地为0.5-3g/m 2，进一步优选地为2g/m 2；
优选地，所述超细纤维涂层的平均孔径为0.1-5μm；
进一步优选地，所述超细纤维涂层通过帘式涂布的方式涂覆于基材表面。
另一方面，本发明提供一种本发明所述的高效低阻表面过滤材料的制备方法，所述方法包括：
(1)超细纤维涂层原料的制备：将原纤化纤维经过打浆处理制备成充分原纤化浆料；将充分原纤化浆料或微玻纤玻璃棉或二者的混合物均匀分散于分散溶剂中形成浓度为0.05‰-1％，优选0.05％-0.5％，更优选0.1％的悬浮液；
(2)基材的制备：将植物纤维和/或非植物纤维原料在浆池中与水混合，经疏解分散后，采用冲浆泵加水稀释至0.01-0.5％，优选0.05％(加入纤维总量与水的质量比)的上网浓度，将稀释后的浆料分别送入流浆箱，抄造形成基材；
(3)将步骤(1)制备的悬浮液经泵输送至帘式涂布机上，然后涂覆至经网部传送而来的步骤(2)制备的基材表面上；
(4)将步骤(3)得到已涂覆了超细纤维涂层的纸张经过温度为100-140℃烘缸干燥处理，得到表面过滤材料原纸；
(5)使步骤(4)得到的表面过滤材料原纸通过施胶部，采用增强树脂经辊式施胶的工艺处理，然后二次干燥、固化、压楞处理、卷取，即得本发明的高效低阻表面过滤材料。
优选地，在步骤(1)中，所述原纤化纤维选为能产生原纤的纤维，例如，选自天丝纤维、丽赛纤维、芳纶纤维、聚丙烯腈纤维中的一种或多种；进一步优选地为对位芳纶纤维和/或天丝纤维；
优选地，在步骤(1)中，所述原纤化纤维的打浆度为70-90°SR，进一步优选地为80°SR；
优选地，在步骤(1)中，所述微玻纤玻璃棉的纤维直径为0.1-3μm，更优选0.2-1.0μm，打浆度为15-80°SR；
优选地，在步骤(1)中，所述分散溶剂可选自水、醇类、酮类和烷类中的一种或几种；更优选地，所述分散溶剂选自水、甲醇、乙醇、丙醇、 丁醇、异丙醇和异丁醇中的一种或多种；
优选地，在步骤(1)中，所述分散溶剂的表面张力为20mN/m-80mN/m；
优选地，在步骤(2)中，所述植物纤维选自木浆纤维、草类纤维、棉纤维、麻纤维中的一种或多种；更优选地为闪急干燥木浆纤维和/或丝光化木浆纤维；进一步优选地，所述植物纤维为阔叶木闪急干燥浆纤维和/或针叶木闪急干燥浆纤维；
优选地，在步骤(2)中，所述植物纤维的平均直径为5-40μm，更优选为6-20μm；进一步优选地，所述植物纤维的平均长度为0.5-5mm；
优选地，在步骤(2)中，所述非植物纤维选自尼龙纤维、涤纶纤维、丙纶纤维、芳纶纤维、腈纶纤维、聚四氟乙烯纤维、聚乙烯醇纤维、天丝纤维、丽赛纤维、玻璃纤维、粘接纤维中的一种或多种。
优选地，在步骤(2)中，所述非植物纤维平均直径为1-25μm，进一步优选地为5-20μm；进一步优选地，所述非植物纤维的平均长度为
2-10mm；
优选地，在步骤(2)中，所述基材的定量为10-200g/m 2，更优选为80-120g/m 2，进一步优选为90g/m 2；
优选地，在步骤(3)中，所述超细纤维涂层的定量为0.1-5g/m 2，优选地为0.5-3g/m 2，进一步优选地为2g/m 2；
优选地，在步骤(3)中，所述泵为螺杆泵，所述悬浮液的流量根据车速、幅宽、超细纤维涂层定量及所述悬浮液的浓度确定；进一步优选地，所述悬浮液的流量根据如下公式确定：
Q＝GWV/C，
其中Q-悬浮液流量，L/min；G-超细纤维涂层定量，g/m 2；W-宽度，m；V-车速m/min；C-浓度，g/L；
优选地，在步骤(5)中，所述增强树脂选自丙烯酸树脂、环氧树脂、酚醛树脂、聚醋酸乙烯酯树脂中的一种或几种；
优选地，在步骤(5)中，所述增强树脂的固含量约15％-25％(质量百分比)，进一步优选为20％；
优选地，在步骤(5)中，施胶完成后，所述增强树脂占据表面过滤 材料绝干的15％-25％(质量百分比)，更为优选地占18％-21％(质量百分比)。
优选地，步骤(5)得到的高效低阻表面过滤材料中的基材与超细纤维涂层之间无明显混合区域；进一步优选地，在≥300倍的电镜下显示所述基材与所述超细纤维涂层之间无混合区域，更进一步优选地，在≤3000倍的电镜下显示所述基材与所述超细纤维涂层之间无混合区域；
在本发明的一个具体实施方案中，提供了一种高效低阻表面过滤材料，所述高效低阻表面过滤材料包括基材和涂覆于所述基材表面的超细纤维涂层，其中，在300倍电镜下显示所述基材与所述超细纤维涂层之间无混合区域；其中所述基材包括直径为6.0～20.0μm的阔叶木闪急干燥木浆纤维和直径为18.0～40.0μm的针叶木闪急干燥木浆纤维，所述超细纤维涂层包括打浆度为80°SR的对位芳纶纤维和直径为0.2-1.0μm的微玻纤玻璃棉；所述基材的定量为90g/m 2；所述超细纤维涂层的定量为2g/m 2；
其中所述高效低阻表面过滤材料由如下步骤制备：
(1)超细纤维涂层原料的：使用槽式打浆机或者盘磨将50质量份的对位芳纶纤维进行打浆处理，制得打浆度为80°SR的充分原纤化浆料，然后将50质量份的微玻纤玻璃棉加入所述充分原纤化浆料中并进行疏解后，加水稀释为浓度为0.1％(质量比)的悬浮液以备用；
(2)基材制备：使用50质量份阔叶木闪急浆和50质量份针叶木闪急浆在浆池中与水混合并疏解，加水稀释至0.05％的上网浓度，将稀释后的浆料分别送入流浆箱，抄造形成基材，成型定量为90g/m 2；
(3)将步骤(1)制备的悬浮液经泵输送至帘式涂布机上，然后涂覆至通过拖网被转移到帘式涂布设备处的基材，利用帘式涂布设备将超细纤维涂层原料涂覆在基材表面，根据Q＝GWV/C调整涂覆过程的上浆流量，使得超细纤维涂层原料的涂覆量为2g/m 2；
(4)将涂覆了超细纤维涂层的纸张通过温度为120-140℃的烘缸进行烘干处理，得到表面过滤材料原纸；
(5)将得到的表面过滤材料原纸通过两个涂布辊的施胶部，采用辊 式施胶的工艺将固含量约20％丙烯酸树脂浸入原纸，并通温度为120～140℃的后干燥部对材料进行干燥和固化，树脂绝干质量占据纸张绝干质量的20％；将固化完成的纸张，进行压楞处理，最后卷取即得。
在本发明的另一具体实施方案中，提供了一种高效低阻表面过滤材料，所述高效低阻表面过滤材料包括基材和涂覆于所述基材表面的超细纤维涂层，其中，在300倍电镜下显示所述基材与所述超细纤维涂层之间无混合区域；其中所述基材包括直径为6.0～20.0μm的阔叶木闪急干燥木浆纤维和直径为18.0～40.0μm的针叶木闪急干燥木浆纤维，所述超细纤维涂层包括打浆度为80°SR的对位芳纶纤维和打浆度为80°SR的天丝纤维；所述基材的定量为90g/m 2；所述超细纤维涂层的定量为2g/m 2；
其中所述高效低阻表面过滤材料由如下步骤制备：
(1)超细纤维涂层原料的：使用槽式打浆机或者盘磨将50质量份的对位芳纶纤维进行打浆处理，制得打浆度为80°SR的充分原纤化浆料1；然后使用槽式打浆机或者盘磨将50质量份的天丝纤维进行打浆处理，制得打浆度为80°SR的充分原纤化浆料2。将充分原纤化浆料1和充分原纤化浆料2进行混合并加水稀释为浓度为0.1％(质量比)的悬浮液以备用；
(2)基材制备：使用50质量份阔叶木闪急浆和50质量份针叶木闪急浆在浆池中与水混合并疏解，加水稀释至0.05％的上网浓度，将稀释后的浆料分别送入流浆箱，抄造形成基材，成型定量为90g/m 2；
(3)将步骤(1)制备的悬浮液经泵输送至帘式涂布机上，然后涂覆至通过拖网被转移到帘式涂布设备处的基材，利用帘式涂布设备将超细纤维涂层原料涂覆在基材表面，根据Q＝GWV/C调整涂覆过程的上浆流量，使得超细纤维涂层原料的涂覆量为2g/m 2；
(4)将涂覆了超细纤维涂层的纸张通过温度为120-140℃的烘缸进行烘干处理，得到表面过滤材料原纸；
(5)将得到的表面过滤材料原纸通过两个涂布辊的施胶部，采用辊式施胶的工艺将固含量约20％丙烯酸树脂浸入原纸，并通温度为120～140℃的后干燥部对材料进行干燥和固化，树脂绝干质量占据纸张绝干质量的20％；将固化完成的纸张，进行压楞处理，最后卷取即得。
如本发明所用，术语“混合区域”是指采用本领域已知方法，如造纸法多流道流浆箱方式，制备双层过滤材料时由于上下层的透气性和脱水性能差异较大，在成形过程中出现的大量的上下层混合的情况。而本发明所述的术语“无明显混合区域”是指本发明的高效低阻过滤材料中未见如采用现有已知方法制备的双层过滤材料中所示的混合区域。术语“无混合区域”是指在通过本发明的方法制备的表面过滤材料的基材层中未观测(在≥300倍的电镜下)到超细纤维的存在，即认为基材层的超细纤维含量为0。
本发明提供的高效低阻表面过滤材料为双层复合材料，其表面的超细纤维涂层由于纤维直径较细，孔隙较大能够将大部分的颗粒物阻挡在其表面。本发明还提供了一种上述高效低阻表面过滤材料的制备方法，该方法利用湿法成型制备基材，然后利用帘式涂布的方法将超细纤维均匀地涂覆在基材表面。采用本发明的方法可有效地避免基材与超细纤维涂层的混合并形成混合区域，从而解决了超细纤维由于厚度方向的波动而导致的纤维分布不均匀的问题。采用本发明方法制备的表面过滤材料由于所有的超细纤维均留着在基材表面，从而显著提高了超细纤维涂层的结构完整性。
另外，本发明提供的表面过滤材料由于不存在超细纤维与基材纤维的混合区域，所以超细纤维涂层与基材的结合强度减小，而提高超细纤维层与支撑层的结合强度，需要使用树脂对双层复合材料进行增强。申请人意外发现，相比于本领域常规采用的帘式涂布施胶方法，利用辊式施胶工艺使树脂浸入原纸，不仅使表面过滤材料达到了有效强度，还未损失滤材的过滤效率。由此，本发明提供的超细纤维层双层复合材料具有超细纤维涂层分布均匀、生产稳定性强、效率高、阻力低、寿命长的特点。
附图说明
以下，结合附图来详细说明本发明的实施方案，其中：
图1：超细纤维复合材料的电镜图；
图2：湿法多层复合过滤材料(通过多流道流浆箱技术制备)的电镜 图(300倍)；
图3：本发明的高效低阻表面过滤材料的电镜图；
图4：本发明的高效低阻表面过滤材料的制备流程；
图5：帘式涂布的结构形式图；
图6：实施例5和对比例4-5的表面过滤材料对油灰混合物的容尘量对比，其中图6(a)示出了实施例5的表面过滤材料对油灰混合物的容尘量，图6(b)示出了对比例4的表面过滤材料对油灰混合物的容尘量，和图6(b)示出了对比例5的表面过滤材料对油灰混合物的容尘量。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述，给出的实施例仅为了阐明本发明，而不是为了限制本发明的范围。
以下实施例中所采用的试剂及设备，如无特别说明均为商购获得，其中：
帘式涂布机为常规采购；阔叶木闪急干燥木浆纤维购自巴西Suzano公司；针叶木闪急干燥木浆纤维购自瑞典Rottneros公司；对位芳纶纤维购自日本TEIJIN公司；丙烯酸树脂购自广州五维特种材料有限公司；微玻纤玻璃棉购自重庆再升科技股份有限公司；天丝纤维购自奧地利Lenzing公司；PET纤维购自日本TEIJIN公司；双组分PET纤维购自日本TEIJIN公司。
实施例1
本实施例在制备高效低阻表面过滤材料中用到的原料如下：
(1)阔叶木闪急干燥木浆纤维，直径6.0～20.0μm；
(2)针叶木闪急干燥木浆纤维，直径18.0～40.0μm；
(3)对位芳纶纤维，打浆度为80°SR；
(4)丙烯酸树脂，固含量20％；
其制备方法包括如下步骤：
(1)超细纤维涂层原料的制备：使用槽式打浆机或者盘磨将100质量份的对位芳纶纤维进行打浆处理，制得打浆度为80°SR的充分原纤化浆 料，并加水稀释为浓度为0.1％(质量比)的悬浮液以备用；
(2)基材制备：使用50质量份阔叶木闪急浆和50质量份针叶木闪急浆在浆池中与水混合并疏解，加水稀释至0.05％的上网浓度，将稀释后的浆料分别送入流浆箱，抄造形成基材，成型定量为90g/m 2；
(3)将步骤(1)制备的悬浮液经泵输送至帘式涂布机上，然后涂覆至通过拖网被转移到帘式涂布设备处的基材，利用帘式涂布设备将超细纤维涂层原料涂覆在基材表面，根据Q＝GWV/C调整涂覆过程的上浆流量，使得超细纤维涂层原料的涂覆量为2g/m 2；
(4)将涂覆了超细纤维涂层的纸张通过温度为120-140℃的烘缸进行烘干处理，得到表面过滤材料原纸；
(5)将得到的表面过滤材料原纸通过两个涂布辊的施胶部，采用辊式施胶的工艺将固含量约20％丙烯酸树脂浸入原纸，并通温度为120～140℃的后干燥部对材料进行干燥和固化，树脂绝干质量占据纸张绝干质量的20％；将固化完成的纸张，进行压楞处理，最后卷取即得。
制备得到的高效低阻表面过滤材料的电镜图示于图3。
实施例2
本实施例在制备高效低阻表面过滤材料中用到的原料如下：
(1)阔叶木闪急干燥木浆纤维，直径6.0～20.0μm；
(2)针叶木闪急干燥木浆纤维，直径18.0～40.0μm；
(3)微玻纤玻璃棉，直径0.2-1.0μm；
(4)丙烯酸树脂，固含量20％；
产品制备的方案：
(1)超细纤维涂层原料的制备：使用疏解机将100质量份的微玻纤玻璃棉进行疏解，并加水稀释为浓度为0.1％(质量比)的悬浮液以备用；
(2)基材制备：使用50质量份阔叶木闪急浆和50质量份针叶木闪急浆在浆池中与水混合并疏解，加水稀释至0.05％的上网浓度，将稀释后的浆料分别送入流浆箱，抄造形成基材，成型定量为90g/m 2；
后续制备方法同实施例1的(3)-(5)。
实施例3
本实施例在制备高效低阻表面过滤材料中用到的原料如下：
(1)阔叶木闪急干燥木浆纤维，直径6.0～20.0μm；
(2)针叶木闪急干燥木浆纤维，直径18.0～40.0μm；
(3)微玻纤玻璃棉，直径0.4-9.5μm；
(4)丙烯酸树脂，固含量20％；
产品制备的方法同实施例2的(1)-(5)。
实施例4
本实施例在制备高效低阻表面过滤材料中用到的原料如下：
(1)阔叶木闪急干燥木浆纤维，直径6.0～20.0μm；
(2)针叶木闪急干燥木浆纤维，直径18.0～40.0μm；
(3)天丝纤维，打浆度为80°SR；
(4)丙烯酸树脂，固含量20％；
产品制备的方案：
(1)超细纤维涂层原料的制备：使用槽式打浆机或者盘磨将100质量份的天丝纤维进行打浆处理，制得打浆度为80°SR的充分原纤化浆料，并加水稀释为浓度为0.1％(质量比)的悬浮液以备用；
(2)基材制备：使用50质量份阔叶木闪急浆和50质量份针叶木闪急浆在浆池中与水混合并疏解，加水稀释至0.05％的上网浓度，将稀释后的浆料分别送入流浆箱，抄造形成基材，成型定量为90g/m 2；
后续制备方法同实施例1的(3)-(5)。
实施例5
本实施例在制备高效低阻表面过滤材料中用到的原料如下：
(1)阔叶木闪急干燥木浆纤维，直径6.0～20.0μm；
(2)针叶木闪急干燥木浆纤维，直径18.0～40.0μm；
(3)对位芳纶纤维，打浆度为80°SR；
(4)微玻纤玻璃棉，直径0.2-1.0μm；
(5)丙烯酸树脂，固含量20％；
产品制备的方案：
(1)超细纤维涂层原料的：使用槽式打浆机或者盘磨将50质量份的 对位芳纶纤维进行打浆处理，制得打浆度为80°SR的充分原纤化浆料，然后将50质量份的微玻纤玻璃棉加入所述充分原纤化浆料中并进行疏解后，加水稀释为浓度为0.1％(质量比)的悬浮液以备用；
(2)基材制备：使用50质量份阔叶木闪急浆和50质量份针叶木闪急浆在浆池中与水混合并疏解，加水稀释至0.05％的上网浓度，将稀释后的浆料分别送入流浆箱，抄造形成基材，成型定量为90g/m 2；
后续制备方法同实施例1的(3)-(5)。
制备得到的高效低阻表面过滤材料的电镜图与图3基本相同。
实施例6
本实施例在制备高效低阻表面过滤材料中用到的原料如下：
(1)阔叶木闪急干燥木浆纤维，直径6.0～20.0μm；
(2)针叶木闪急干燥木浆纤维，直径18.0～40.0μm；
(3)对位芳纶纤维，打浆度为80°SR；
(4)天丝纤维，打浆度为80°SR；
(5)丙烯酸树脂，固含量20％；
产品制备的方案：
(1)超细纤维涂层原料的：使用槽式打浆机或者盘磨将50质量份的对位芳纶纤维进行打浆处理，制得打浆度为80°SR的充分原纤化浆料1。然后使用槽式打浆机或者盘磨将50质量份的天丝纤维进行打浆处理，制得打浆度为80°SR的充分原纤化浆料2。将充分原纤化浆料1和充分原纤化浆料2进行混合并加水稀释为浓度为0.1％(质量比)的悬浮液以备用；
(2)基材制备：使用50质量份阔叶木闪急浆和50质量份针叶木闪急浆在浆池中与水混合并疏解，加水稀释至0.05％的上网浓度，将稀释后的浆料分别送入流浆箱，抄造形成基材，成型定量为90g/m 2；
后续制备方法同实施例1的(3)-(5)。
制备得到的高效低阻表面过滤材料的电镜图与图3基本相同。
实施例7
本实施例在制备高效低阻表面过滤材料中用到的原料与实施例1相同；
其制备采用如下步骤进行：
(1)超细纤维涂层原料的制备：使用槽式打浆机或者盘磨将100质量份的对位芳纶纤维进行打浆处理，制得打浆度为80°SR的充分原纤化浆料，并加水稀为浓度为0.2％(质量比)的悬浮液以备用；
(2)基材制备：使用50质量份阔叶木闪急干燥木浆纤维和50质量份针叶木闪急干燥木浆纤维在浆池中与水混合并疏解，加水稀释至0.05％的上网浓度，将稀释后的浆料分别送入流浆箱，抄造形成基材，成型定量为90g/m 2；
(3)将步骤(1)制备的悬浮液经泵输送至帘式涂布机上，然后涂覆至通过拖网被转移到帘式涂布设备处的基材，利用帘式涂布设备将超细纤维涂层原料涂覆在基材表面，涂覆过程需要根据纸机的车速和幅宽调节上浆流量，使得超细纤维涂层原料的涂覆量为4g/m 2。
后续制备方法同实施例1的(4)-(5)。
实施例8
本实施例在制备高效低阻表面过滤材料中用到的原料如下：
(1)PET纤维(聚酯纤维)，直径19.0～21.0μm；
(2)双组分PET纤维，直径16.0～18.0μm；
(3)对位芳纶纤维，打浆度为80°SR；
(4)丙烯酸树脂，固含量20％；
产品制备的方案：
(2)基材制备：使用80质量份PET纤维和20质量份双组分PET纤维在浆池中与水混合并疏解，加水稀释至0.05％的上网浓度，将稀释后的浆料分别送入流浆箱，抄造形成基材成型定量为90g/m 2。
后续制备方法同实施例1的(1)和(3)-(5)。
对比例1
本实施例在制备表面过滤材料中用到的原料如下：
(1)阔叶木闪急干燥木浆纤维，直径6.0～20.0μm；
(2)针叶木闪急干燥木浆纤维，直径18.0～40.0μm；
(3)对位芳纶纤维，打浆度为80°SR；
(4)丙烯酸树脂，固含量20％；
其制备方法包括如下步骤：
(1)超细纤维涂层原料的：使用槽式打浆机或者盘磨将100质量份的对位芳纶纤维进行打浆处理，制得打浆度为90°SR、纤维直径在10nm-3.0μm的充分原纤化浆料，并加水稀释为浓度为0.1％(质量体积比)的悬浮液以备用；
(2)基材制备：使用50质量份阔叶木闪急浆和50质量份针叶木闪急浆在浆池中与水混合并疏解，加水稀释至0.05％的上网浓度，将稀释后的浆料分别送入流浆箱，抄造形成基材，成型定量为90g/m 2；
(3)将步骤(1)制备的悬浮液经泵输送至帘式涂布机上，然后涂覆至通过拖网被转移到帘式涂布设备处的基材，利用帘式涂布设备将超细纤维涂层原料涂覆在基材表面，涂覆过程需要根据纸机的车速和幅宽调节上浆流量，使得超细纤维的涂覆量为2g/m 2
(4)将涂覆了超细纤维涂层的原纸通过温度为120-140℃的烘缸进行烘干处理，得到表面过滤材料原纸；
(5)将得到的表面过滤材料原纸利用帘式涂布施胶的方法将固含量约20％丙烯酸树脂浸入原纸，并通温度为120～140℃的后干燥部对材料进行干燥和固化，树脂绝干质量占据纸张绝干质量的20％；
(5)将固化完成的纸张，进行压楞处理，最后卷取，即得。
对比例2：
(1)使用40质量份阔叶木闪急干燥木浆纤维和40质量份针叶木闪急干燥木浆纤维在浆池中与水混合并疏解以得到浆1备用。
(2)使用槽式打浆机或者盘磨将10质量份的对位芳纶进行原纤化处理，制得打浆度为80°SR、纤维直径在10nm-3μm的超细纤维以得到浆2备用。
(3)将浆1和浆2进行混合并加水稀释至0.05％的上网浓度，并利用斜网纸机进行脱水成型，然后在温度为120～140℃的前干燥部进行干燥， 制得的原纸定量为92g/m 2。
(4)将干燥后的原纸通过两个涂布辊的施胶部，利用固含量约20％丙烯酸树脂对原纸进行浸渍，并通温度为120～140℃的后干燥部对材料进行干燥和固化，树脂绝干质量占据纸张绝干质量的20％。
(5)将固化完成的纸张，进行压楞处理，最后卷取，完成纸张的制备。
对比例3：
(1)使用40质量份阔叶木闪急干燥木浆纤维和40质量份针叶木闪急干燥木浆纤维在浆池中与水混合并疏解，并将浆浓加水稀释至0.05％以得到浆1备用。
(2)使用槽式打浆机或者盘磨将10质量份的对位芳纶进行原纤化处理，制得打浆度为80°SR、纤维直径在10nm-3μm的超细纤维，并将浆浓加水稀释至0.01％以得到浆2备用。
(3)将浆2和浆1分别泵送至斜网纸机的上、下部布浆器进行脱水成型，然后在温度为120～140℃的前干燥部进行干燥，制得的原纸定量为92g/m 2。
(4)将干燥后的原纸通过两个涂布辊的施胶部，利用固含量约20％丙烯酸树脂对原纸进行浸渍，并通温度为120～140℃的后干燥部对材料进行干燥和固化，树脂绝干质量占据纸张绝干质量的20％。
(5)将固化完成的纸张，进行压楞处理，最后卷取，完成纸张的制备。
对比例4：
市场通用的静电纺纳米纤维复合滤材，由木浆纤维制备的基材和静电纺丝层复合而成。本对比例采用的为购自美国Donaldson公司的静电纺纳米纤维复合滤材。
对比例5：
市场通用的熔喷无纺布复合滤材，由木浆纤维制备的基材和熔喷无纺布复合而成。本对比例采用的为购自美国H&V公司的熔喷无纺布。
测试例 实施例1-7和对比例1-5的表面过滤材料的性能测定
(1)定量：利用定量取样刀(DLD-100，长春市月明小型试验机有限责任公司)进行取样，然后利用分析天平(XSE204，瑞士METTLER TOLEDO公司)测得样品的质量，并根据
Figure PCTCN2019123247-appb-000001
计算得出材料定量，式中G为定量，m为样品的质量，S为样品的面积。
(2)厚度：利用手提式测厚仪(YG142型，宁波纺织仪器厂)测试。
(3)透气度：采用透气度仪(FX 3300，瑞士TEXTEST公司)进行测试，固定压差为200Pa。
(4)孔径：利用毛细流量孔径测试仪(CFP-1100-A，美国PMI公司)测得材料的孔隙。
(5)0.3μm初始过滤效率：采用自动滤材检测仪(TSI 8130，美国TSI公司)测定,按照GB 19083-2003规定的条件测定，流速32.5L/min，测试颗粒为NACL气溶胶；
(6)颗粒容尘量：采用滤材容尘测试设备(MFP 3000，德国Palas公司)测定,测试方法按照ISO 5011规定，污染物为A2灰，加灰浓度1000mg/m 3，面流速11.1cm/s，终止压差2000Pa。
(7)油/灰混合容尘量：采用滤材容尘测试设备(MFP 3000，德国Palas公司)测定,测试方法参考ISO 5011。污染物为液体颗粒物DEHS、固体颗粒物A2灰的混合物，加灰浓度1000mg/m 3，面流速11.1cm/s，终止压差2000Pa。
(8)反吹性能：采用滤料动静态测试仪(AFC 131，德国TOPAS)，参照标准VDI3926测试，试验粉尘为ISO A2细灰，加灰浓度为1g/m3，面流速11.1cm/s，测试流量为7m 3/h，测试面积176cm 2，阻力达到2000Pa时，脉冲反吹喷吹阀开启60ms，使用300KPa的喷吹压力反吹清灰，循环10次。并参照GB/T 6719，用剥离率来表示清灰时从滤材上剥离的粉尘质量与清灰前试样上堆积的粉尘质量之比，剥离率K＝(P-Pi)/(P-P0)×100％
根据上述(1)-(6)所述方法对实施例1-8和对比例1-5的过滤材料进行测试，试验结果见表1。为了进一步探究滤材的过滤性能，根据上述(7)-(8)所述方法对实施例5和对比例4-5的表面过滤材料进行测试，试验结果见图6和表2。
表1 过滤材料的基本性能
Figure PCTCN2019123247-appb-000002
实施例5和对比例4-5的表面过滤材料对油灰混合物的容尘量对比见图6，其中图6(a)示出了实施例5的表面过滤材料对油灰混合物的容尘量，图6(b)示出了对比例4的表面过滤材料对油灰混合物的容尘量，图6(b)示出了对比例5的表面过滤材料对油灰混合物的容尘量。
实施例5和对比例4-5的表面过滤材料的反吹性能对比见下表2。
表2 三种材料的反吹性能对比表
Figure PCTCN2019123247-appb-000003
Figure PCTCN2019123247-appb-000004
其中，F01代表实施例5超细玻璃纤维复合材料，F02代表对比例4的静电纺纳米纤维复合材料，F03代表对比例5的熔喷无纺布复合材料。
根据本发明的实验数据可以看出，在定量相同的条件下，与市场上常规的木浆纤维/超细纤维混合制备的过滤材料相比，在基材表面涂覆超细纤维的表面过滤材料能够显著提高滤材的过滤效率和寿命。另外，通过本发明所述的的方法制备表面过滤材料能够提高材料的过滤性能并显著降低材料制备过程中的能耗，比如能够显著降低耗水量。
此外，通过电子扫面显微镜对由实施例1和对比例3制备的表面过滤材料的截面进行观察，可以发现，本发明的高效低阻表面过滤材料中形成了超细纤维过滤层(图3)，而对比例3所述的过滤材料由于超细纤维层与基材混合严重，所以无明显的超细纤维过滤层(图2)。因此，利用多流道一次成型的工艺不适合制备具有低定量的表面纳米纤维层过滤材料，而利用本发明所述的方法制备的过滤材料能够充分发挥超细纤维过滤层的优势。
最后，在定量相同的条件下，与现有技术中的静电纺纳米纤维复合滤材和熔喷无纺布复合滤材相比，本发明所述的高效低阻表面过滤材料的透气度与之相近(即过滤阻力相差不大)，但其0.3μm初始效率和容尘量均优于现有静电纺纳米纤维复合滤材和熔喷无纺布复合滤材。因此，选择合适的纤维种类，并通过本发明的方法制备的过滤材料能够达到或提高表面过滤材料(对比例4)和深层过滤材料(对比例5)的颗粒过滤效率和容尘量。另外，在颗粒过滤效率和容尘量相近的条件下，本发明所述的高效 低阻表面过滤材料的油灰混合容尘量优于现有静电纺纳米纤维复合滤材和熔喷无纺布复合滤材。在反吹试验中，本发明所述的高效低阻表面过滤材料的剥离率低于现有的静电纺纳米纤维复合滤材。因此，通过本发明的方法制备的高效低阻表面过滤材料的综合过滤性能高于静电纺丝表面过滤材料和无纺布深层过滤材料，能够更好地适应各种实际工况。

Claims (10)

  1. 一种高效低阻表面过滤材料，所述高效低阻表面过滤材料包括基材和涂覆于所述基材表面的超细纤维涂层，其中，所述基材与所述超细纤维涂层之间无明显混合区域；
    优选地，在≥300倍的电镜下显示所述基材与所述超细纤维涂层之间无混合区域，进一步优选地，在≤3000倍的电镜下显示所述基材与所述超细纤维涂层之间无混合区域。
  2. 根据权利要求1所述的高效低阻表面过滤材料，其中，所述基材包括植物纤维和/或非植物纤维；
    优选地，所述植物纤维选自木浆纤维、草类纤维、棉纤维和麻纤维中的一种或多种；更优选地为木浆纤维；
    优选地，所述植物纤维为闪急干燥木浆纤维和/或丝光化木浆纤维，进一步优选地，所述植物纤维为阔叶木闪急干燥浆纤维和/或针叶木闪急干燥浆纤维；
    优选地，所述植物纤维的平均直径为5-40μm。
  3. 根据权利要求1或2所述的高效低阻表面过滤材料，其中，所述非植物纤维选自尼龙纤维、涤纶纤维、丙纶纤维、芳纶纤维、腈纶纤维、聚四氟乙烯纤维、聚乙烯醇纤维、天丝纤维、丽赛纤维、玻璃纤维和粘接纤维中的一种或多种；
    优选地，所述非植物纤维为涤纶纤维和/或玻璃纤维；
    优选地，所述非植物纤维平均直径为1-25μm，进一步优选地为5-20μm。
  4. 根据权利要求1-3中任一项所述的高效低阻表面过滤材料，其中，所述基材的定量为10-200g/m 2，更优选为80-120g/m 2。
  5. 根据权利要求1-4中任一项所述的高效低阻表面过滤材料，其中，所述超细纤维涂层包括原纤化纤维和/或微玻纤玻璃棉；
    优选地，所述原纤化纤维为能产生原纤的纤维，例如，所述原纤化纤维选自天丝纤维、丽赛纤维、芳纶纤维、聚丙烯腈纤维中的一种或多种； 进一步优选地为对位芳纶纤维和/或天丝纤维；
    优选地，所述原纤化纤维的打浆度为70-90°SR，进一步优选地为80°SR；
    优选地，所述微玻纤玻璃棉的纤维直径在0.1-3μm，打浆度为15-80°SR。
  6. 根据权利要求1-5中任一项所述的高效低阻表面过滤材料，其中，所述超细纤维涂层的定量为0.1-5g/m 2，更优选地为0.5-3g/m 2，进一步优选地为2g/m 2；
    优选地，所述超细纤维涂层的平均孔径为0.1-5μm；
    进一步优选地，所述超细纤维涂层通过帘式涂布的方式涂覆于基材表面。
  7. 一种权利要求1-6中任一项所述的高效低阻表面过滤材料的制备方法，所述方法包括：
    (1)超细纤维涂层原料的制备：将原纤化纤维经过打浆处理制备成充分原纤化浆料；将充分原纤化浆料或微玻纤玻璃棉或二者的混合物均匀分散于分散溶剂中形成浓度为0.05‰-1％，优选0.05％-0.5％的悬浮液；
    (2)基材的制备：将植物纤维和/或非植物纤维原料在浆池中与水混合，经疏解分散后，采用冲浆泵加水稀释至0.01-0.5％，优选0.05％(加入纤维总量与水的质量比)的上网浓度，将稀释后的浆料分别送入流浆箱，抄造形成基材；
    (3)将步骤(1)制备的悬浮液经泵输送至帘式涂布机上，然后涂覆至经网部传送而来的步骤(2)制备的基材表面上；
    (4)将步骤(3)得到已涂覆了超细纤维涂层的纸张经过温度为100-140℃烘缸干燥处理，得到表面过滤材料原纸；
    (5)使步骤(4)得到的表面过滤材料原纸通过施胶部，采用增强树脂经辊式施胶的工艺处理，然后二次干燥、固化、压楞处理、卷取，即得本发明的高效低阻表面过滤材料；
    优选地，在步骤(1)中，所述原纤化纤维选为能产生原纤的纤维，例如，选自天丝纤维、丽赛纤维、芳纶纤维、聚丙烯腈纤维中的一种或多 种；进一步优选地为对位芳纶纤维和/或天丝纤维。
  8. 根据权利要求7所述的方法，其中在步骤(1)中，所述原纤化纤维的打浆度为70-90°SR，进一步优选地为80°SR；优选地，在步骤(1)中，所述微玻纤玻璃棉的纤维直径为0.1-3μm，打浆度为15-80°SR。
  9. 根据权利要求7或8所述的方法，其中，在步骤(3)中，所述超细纤维涂层的定量为0.1-5g/m 2，优选地为0.5-3g/m 2，进一步优选地为2g/m 2；
    优选地，在步骤(3)中，所述泵为螺杆泵，所述悬浮液的流量根据车速、幅宽、超细纤维涂层定量及所述悬浮液的浓度确定；进一步优选地，所述悬浮液的流量根据如下公式确定：
    Q＝GWV/C，
    其中Q-悬浮液流量，L/min；G-超细纤维涂层定量，g/m 2；W-宽度，m；V-车速m/min；C-浓度，g/L。
  10. 根据权利要求7-9中任一项所述的方法，其中，优选地，步骤(5)得到的高效低阻表面过滤材料中的基材与超细纤维涂层之间无明显混合区域。
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