一種疏油空氣濾紙及其製備方法與流程
2023-06-08 10:00:51 2
本發明涉及化工領域，尤其是涉及一種疏油空氣濾紙及其製備方法。
背景技術：
空氣過濾紙主要是指應用於空氣過濾器、油霧效率在96％以上的過濾紙。空氣過濾紙主要用於過濾懸浮在空氣中的小於或等於lμm的粒子，包括亞微米的氣溶膠粒子。
早在第二次世界大戰末期，法國、德國、前蘇聯等國家就已經開始研製空氣濾紙，並投入使用。50年代初期，西歐、英國、美國、日本等國家空氣濾紙發展迅速。60年代初，是美國工業潔淨室的全盛時期。70年左右，日本在精密機械、電子工業中採用潔淨室的普及率達100％,並在80年代初期已經研製成功0.1μm10級潔淨室。我國的空氣濾紙起步於50年代末60年代初，國防工業部門研製成功高效空氣過濾器，並在電子、航空、冶金等工業領域內先後建成潔淨廠房，進入70年代，各種淨化工作檯、淨化設備及其檢測裝置相繼研究成功並投入生產，80年代中期研製成功升級換代的0.3μm潔淨隧道無隔板空氣濾紙和0.1μm的超高效空氣濾紙。
空氣濾紙用途廣泛，例如，在國防工業中，在作戰的防空洞或指揮所中，配備空氣過濾器,使進出口有毒的氣體(毒煙、毒霧、放射性戰劑等)過濾。使它變成潔淨的空氣供我軍官兵呼吸之用，保護自己，消滅敵人。在原子核反應堆等核工業系統中將汙染的空氣過濾，保護環境和提高工作人員的健康水平。在電子工業中，空氣濾紙為超大規模的集成電路、線路照像、製版和刻蝕工藝微細加工工序、光導纖維、磁帶膠片、超純試劑等部門創造潔淨的生產環境，以提高產品的合格率。在醫療、衛生、製藥行業中，各種注射劑、抗菌素、青黴素的生產、無菌手術室、無菌病房、無菌動物飼養都需除菌過濾以降低感染率，提高產品合格率。現代建築，如賓館、飯店、影劇院及大型百貨公司、醫院等單位的空調系統中，需要安裝不同級別的淨化器，以使空氣清新，減少病菌傳染。
空氣濾紙根據用途不同，其技術性能要求也不同，常規的質量指標有定量、厚度、緊度、氣流阻力、過濾效率和抗拉強度，而針對性較強的領域，則對空氣濾紙的其它指標有一定的要求，例如防水性、疏油性、阻燃等。以上相較而言，本領域對空氣濾紙的疏油性研究很少，重視度不夠，導致現有空氣濾紙的疏油性較差，限制了空氣濾紙在油品生產車間等場所的應用。
有鑑於此，特提出本發明。
技術實現要素：
本發明的第一目的在於提供一種疏油空氣濾紙，所述的疏油空氣濾紙具有良好的憎油性，對油的接觸角在110°以上，並且兼有良好的防水性，對水的接觸角在120°以上。
本發明的第二目的在於提供上述疏油空氣濾紙的製備方法，所述的製備方法工序簡單，並且能極大提升濾紙表面的靜電力，從而降低淨化空氣時的氣流阻力。
為了實現以上目的，本發明提供了以下技術方案：
一種疏油空氣濾紙，包括原紙和對原紙進行浸漬的浸漬劑，所述浸漬劑包括以下成分：按重量百分含量計，
所述含氟聚矽氧烷和所述氟代丙烯酸樹脂中氟含量為27～32wt％。
本發明所述的原紙是指能用於空氣濾紙的紙，其具體選用類型根據空氣濾紙的特定用途而定。
現有技術中的空氣濾紙通常是在表面塗布簡單的防水膠層(也稱浸漬層)，不適用於對防油性能要求高的領域。本發明以此為出發點，選用含氟聚矽氧烷/氟代丙烯酸樹脂、乳化劑、酚醛樹脂組成疏油的功效部分。
其中，含氟聚矽氧烷與氟代丙烯酸樹脂均是利用特定的含氟量及氟碳之間的牢固分子力起到雙疏效果，即既疏水又疏油；酚醛樹脂用於增粘，提高浸漬劑在原紙上的附著力，同時增加塗層的強度，防止原紙浸漬後強度下降；乳化劑用於增溶，同時促進酚醛樹脂的固化。另外，以上三類成分之間還有協同作用，含氟聚矽氧烷/氟代丙烯酸樹脂與酚醛樹脂結合可以提高疏水效果，使空氣濾紙表面更接近荷葉的結構，而兩者與乳化劑配合後能又能更容易牢固地附著在原紙表面，同時保證不堵塞原紙的孔隙，甚至使空氣濾紙維持原紙的孔隙結構，包括孔徑和孔隙率，從而保證空氣濾紙的過濾效率不受影響。
經驗證，本發明的疏油空氣濾紙至少可以達到以下特性：對油的接觸角在110°以上，對水的接觸角在120°以上，氣流阻力在1.5mm以下(標準比速0.06lmin·cm2)，過濾效率在99％以上，耐破度為300kpa以上。
以上特性的空氣濾紙的應用領域廣泛，可用於製備空調、汽車、空氣淨化器等設備中。
為了進一步提高疏油性和耐破度，所述含氟聚矽氧烷優選為氟烴基聚倍半矽氧烷共聚物，例如氟矽防汙防指紋樹脂fsi-1。
同樣，所述氟代丙烯酸樹脂選自以下中的一種或多種時也可以提高疏油性和濾紙的耐破度：甲基丙烯酸甲酯與甲基丙烯酸十二氟庚酯共聚物、丙烯酸丁酯與甲基丙烯酸十二氟庚酯共聚物和甲基丙烯酸羥乙酯與丙烯酸六氟丁酯的共聚物。對於以上多種選擇，更優選有機氟乳液防水防油劑ag-102。
為了提高碳氟化合物與酚醛樹脂之間的協同作用，保持濾紙的孔徑大小和分布保持原始水平，同時增加浸漬層的附著力，所述酚醛樹脂優選為熱固性酚醛樹脂，更優選為苯酚丁醛樹脂、叔丁酚甲醛樹脂和松香改性的苯酚甲醛樹脂中的一種或多種，其中以叔丁酚甲醛樹脂為最佳。
所述乳化劑可選用非離子、陽離子、陰離子的表面活性劑，優選陽離子表面活性劑，其與酚醛樹脂、含氟聚矽氧烷/氟代丙烯酸樹脂的協同效果更佳，並且可以適當提高濾紙表面的電荷性，使其就具備一定的靜電力，以利用電場力的長程特點降低氣流阻力。其中，乳化劑以十二烷基三甲基胺鹽、十六烷基三甲基胺鹽、十二烷基二甲基苄基胺鹽和咪唑啉鹽中的一種或多種為佳，咪唑啉鹽與其它成分配合後氣流阻力較低。
對於浸漬劑中各組分的配比，以如下數據為較佳：
按重量百分含量計，
雖然本發明適用於任何空氣濾紙的原紙，但與不同原紙搭配所產生的效果不同，當與以下原紙搭配後，濾紙的強度和過濾效率更高：
所述原紙由以下成分製成：
所述分散劑為乙烯－丙烯酸共聚物和/或乙烯－醋酸乙烯共聚物；
所述消泡劑為聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚；
所述防水劑為甲基矽酸鹽。
該原紙以聚乳酸纖維為主要纖維成分，其可生物降解，並且孔隙率高，再引入佔比較重的納米微晶纖維素，使其插入聚乳酸纖維與石膏纖維之間，增強原紙的強度(包括抗拉強度和耐破度)，再以乙烯－丙烯酸共聚物和/或乙烯－醋酸乙烯共聚物為分散劑，既提高了原紙的比表面積，又降低了原紙的氣流阻力。本發明還以聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚為消泡劑，促使聚乳酸纖維、石膏纖維和納米微晶纖維素三種纖維之間融合交織成空間結構更優化的纖維組織；本發明還加入甲基矽酸鹽作為防水劑，增強防水功效。
綜上，本發明區別於現有的玻璃纖維濾紙，綜合性能更佳。
原紙中各成分的含量優選以下數值：
以上原紙不僅在配方上與現有技術有區別，其製備工藝也有區別，具體工藝如下：
向水中加入所有原料，混合打漿製得濃度為1.35wt％～1.45wt％的漿料，然後經上網布織、壓榨脫水、烘乾製得產品；所述壓榨脫水為脫水至水含量為10％wt以下。
可見，本發明雖然也採用了溼法抄造工序，但漿料的濃度以及脫水的要求均與現有技術不同，只有如此，才能使聚乳酸纖維、石膏纖維和納米微晶纖維素之間更好地融合，形成的紙漿纖維韌性更強。
另外，針對浸漬劑的應用，為了提高浸漬劑在原紙上的粘附力，以及濾紙整體的強度，優選採用以下方法浸漬：
步驟a：按照所述浸漬劑的配方，將所有原料混勻製得浸漬；
步驟b：步驟b：採用塗布方式將所述浸漬劑噴塗於所述原紙的表面，並且所述浸漬劑的用量為10～15wt％(以原紙為基準)；之後在150～160℃下熱固化，然後再升溫至170～175℃，保溫5～10min。
該方法在傳統的熱固化之後增加了高溫保溫工序，通過該工序增強了濾紙的強度和膠層的牢固度。
綜上，與現有技術相比，本發明達到了以下技術效果：
(1)通過改良原紙上浸漬層的組成，利用含氟聚矽氧烷/氟代丙烯酸樹脂、乳化劑、酚醛樹脂之間的系統作用，保證濾紙具有較高耐破度、過濾效率的前提下，使濾紙具備較高的雙疏特徵性；
(2)通過優化乳化劑和酚醛樹脂的種類、含量等條件進一步提高了空氣濾紙的綜合性能；
(3)改進浸漬的工藝提高了空氣濾紙的強度和膠層的牢固度；
(4)改良原紙的配方，降低了濾紙的氣流阻力，提高了過濾效率。
(5)改良原紙的製作工藝，提高了原紙的韌性。
具體實施方式
下面將結合具體實施方式對本發明的技術方案進行清楚、完整地描述，但是本領域技術人員將會理解，下列所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例，僅用於說明本發明，而不應視為限制本發明的範圍。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。實施例中未註明具體條件者，按照常規條件或製造商建議的條件進行。所用試劑或儀器未註明生產廠商者，均為可以通過市售購買獲得的常規產品。
實施例1
製備原紙：
1、將40kg麻纖維、50kg竹纖維和5kg纖維狀粘結劑用打漿機打漿，再經過雙盤磨漿機在線打磨得到漿料，打漿濃度為1.98％，打漿至15°sr；向其中加入30kg玻璃纖維、20kg石膏纖維、5kg納米微晶纖維素、10kg水溶性聚乙烯醇纖維，形成紙漿漿料，再加入2kg丁醇、2kg聚丙烯醯胺、0.5kg三聚氰胺樹脂，攪拌均勻，得到成漿，漿料濃度為1.58wt％。
2、成漿按常規條件上網抄造及壓榨得到原紙。
在原紙表面塗布浸漬層：
1、配製浸漬劑：按以下重量百分含量取料，含有機氟乳液防水防油劑ag-102(購自陝西安迪吉爾新材料有限公司)40％，咪唑啉鈉10％，叔丁酚甲醛樹脂(購自海西爾廈門化工有限公司，2402樹脂)10％，水40％；將以上所有原料混合加熱至80℃左右，不斷攪拌直至混勻，冷卻備用。
2、將製得的原紙浸入上述浸漬劑中，採用輥式塗布方式進行浸漬，並且控制上膠量(即浸漬劑的用量)為10wt％(以原紙為基準)，之後在150℃下熱固化，然後再升溫至170℃，保溫10min。
3、檢測。
實施例2
實施例2與實施例1的區別在於原紙的品質不同，原紙採用以下方法製得：
1、聚乳酸纖維50kg、石膏纖維25kg、納米微晶纖維素40kg、乙烯－丙烯酸共聚物4kg、聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚3kg、甲基矽酸鹽5kg混合，加入水，用打漿機打漿，再經過雙盤磨漿機在線打磨得到漿料，打漿濃度為1.35wt％。
2、將所得漿料上網布織、壓榨脫水、烘乾，並且保證壓榨脫水為脫水至水含量為8％wt以下。
實施例3
與實施例2的區別在於浸漬劑的組成不同，其所用原料的配比如下：
按重量百分含量，甲基丙烯酸甲酯與甲基丙烯酸十二氟庚酯共聚物(氟含量為32wt％)25％，咪唑啉鈉20％，2402樹脂5％，水50％。
實施例4
與實施例2的區別在於浸漬劑的組成不同，其所用原料的配比如下：
按重量百分含量，有機氟乳液防水防油劑ag-10235％，咪唑啉鈉15％，2402樹脂8％，水42％。
實施例5
與實施例2的區別僅在於將浸漬劑中的有機氟乳液防水防油劑ag-102替換為氟矽防汙防指紋樹脂fsi-1(購自陝西安迪吉爾新材料有限公司)。
實施例6
與實施例2的區別僅在於浸漬劑中所用的酚醛樹脂類型不同，為松香改性的苯酚甲醛樹脂。
實施例7
與實施例2的區別僅在於浸漬劑中所用的乳化劑類型不同，為十二烷基三甲基氯化銨。
實施例8
與實施例2的區別僅在於原紙的配方不同，原紙的製備如下：
1、聚乳酸纖維40kg、石膏纖維30kg、納米微晶纖維素35kg、乙烯－醋酸乙烯共聚物6kg、聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚1kg、甲基矽酸鹽6kg混合，加入水，用
打漿機打漿，再經過雙盤磨漿機在線打磨得到漿料，打漿濃度為1.45wt％。
2、將所得漿料上網布織、壓榨脫水、烘乾，並且保證壓榨脫水為脫水至水含量為10％wt以下。
實施例9
與實施例2的區別僅在於原紙的配方不同，原紙的製備如下：
1、聚乳酸纖維60kg、石膏纖維30kg、納米微晶纖維素35kg、乙烯－丙烯酸共聚物6kg、聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚1kg、甲基矽酸鹽6kg混合，加入水，用打漿機打漿，再經過雙盤磨漿機在線打磨得到漿料，打漿濃度為1.4wt％。
2、將所得漿料上網布織、壓榨脫水、烘乾，並且保證壓榨脫水為脫水至水含量為10％wt以下。
實施例10
與實施例2的區別僅在於浸漬後的工藝不同，為：
將製得的原紙浸入上述浸漬劑中，採用輥式塗布方式進行浸漬，並且控制上膠量(即浸漬劑的用量)為15wt％(以原紙為基準)，之後在160℃下熱固化，然後再升溫至175℃，保溫5min。
比較例1
比較例1與實施例1的區別在於浸漬劑的配方及浸漬工藝不同，如下：
配製浸漬劑：參見專利申請cn105274902a實施例1，其中，有機矽撥水劑乳液購自青島匯德新科建材有機矽防水劑hd-si。
將製得的原紙浸入上述浸漬劑中，採用輥式塗布方式進行浸漬，並且控制上膠量(即浸漬劑的用量)為10wt％(以原紙為基準)，之後乾燥。
比較例2
與實施例1的區別僅在於含氟聚矽氧烷的氟含量不同，為25wt％。
比較例3
與實施例1的區別僅在於浸漬劑的配方不同，為：
1、配製浸漬劑：按以下重量百分含量取料，含有機氟乳液防水防油劑ag-102(購自陝西安迪吉爾新材料有限公司)42％，咪唑啉鈉8％，叔丁酚甲醛樹脂10％，水40％；將以上所有原料混合加熱至80℃左右，不斷攪拌直至混勻，冷卻備用。
2、將實施例1製得的原紙浸入上述浸漬劑中，採用輥式塗布方式進行浸漬，並且控制上膠量(即浸漬劑的用量)為10wt％(以原紙為基準)，之後在150℃下熱固化，然後再升溫至170℃，保溫10min。
檢測以上所有實施例及比較例所得產品的指標，結果如下表1。
表1不同空氣濾紙的質量指標
最後應說明的是：以上各實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述各實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的範圍。