阅读说明：本技术 一种耐水洗阻燃汽车空气过滤纸及其制备方法 (Washable flame-retardant automobile air filter paper and preparation method thereof ) 是由 胡健 徐桂龙 梁云 乔辉 王宜 曾靖山 于 2019-08-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种耐水洗阻燃汽车空气过滤纸及其制备方法。所述制备方法包括：(1)将不同纤维分别分散得到相应的浆料；所述不同纤维包括植物纤维和阻燃纤维；(2)将步骤(1)得到的浆料进行混合,搅拌均匀得到混合浆料,加入湿强剂；(3)将步骤(2)得到的加入湿强剂后的混合浆料抄造形成湿纸,对湿纸进行脱水和烘干,制备得到汽车空气过滤原纸；(4)将空气过滤原纸浸渍于水性磷改性增强树脂乳液,压榨后烘干,固化后制备得到所述耐水性阻燃汽车空气滤纸。本发明制备的空气滤纸能保持良好的过滤性能和强度性能,并且具有优良阻燃效果,经水洗后仍能保持阻燃效果,适用于对滤纸阻燃性能具有耐水洗要求的空气过滤领域。(The invention discloses washable flame-retardant automobile air filter paper and a preparation method thereof. The preparation method comprises the following steps: (1) dispersing different fibers respectively to obtain corresponding slurry; the different fibers comprise plant fibers and flame retardant fibers; (2) mixing the slurry obtained in the step (1), uniformly stirring to obtain mixed slurry, and adding a wet strength agent; (3) manufacturing the mixed pulp added with the wet strength agent obtained in the step (2) to form wet paper, and dehydrating and drying the wet paper to prepare the automobile air filtration base paper; (4) and (3) impregnating air filter base paper in the water-based phosphorus modified reinforced resin emulsion, squeezing, drying and curing to obtain the water-resistant flame-retardant automobile air filter paper. The air filter paper prepared by the invention can keep good filtering performance and strength performance, has excellent flame retardant effect, can still keep the flame retardant effect after being washed, and is suitable for the air filtering field with washing resistance requirement on the flame retardant performance of the filter paper.)

一种耐水洗阻燃汽车空气过滤纸及其制备方法

技术领域

本发明涉及滤纸技术领域，具体涉及一种耐水洗阻燃汽车空气滤纸及其制备方法。

背景技术

空气过滤纸是汽车发动机空气滤清器的核心材料，这种滤纸大多是由功能性树脂增强处理过的微孔滤纸，从而可以滤除空气中灰尘、砂粒，减少对缸体的摩擦损耗，同时保证气缸中进入足量、清洁的空气。然而，当发动机发生“回火”或吸入可燃物颗粒时，可能会引起纸质滤芯燃烧，导致汽车自燃，造成安全事故。因此目前很多滤清器厂商对滤清器用滤纸提出了阻燃性能要求。最通常的做法就是在滤纸制备或加工过程中加入阻燃的成分，从而赋予滤纸阻燃性能。而在滤清器的实际应用过程中，空气中的水分或小水滴容易对滤纸造成影响，容易导致阻燃滤纸的阻燃作用成分容易迁移析出或者破坏，从而引起阻燃纸阻燃性能的慢慢失效，此外，添加的阻燃成分还可能对滤纸的过滤性能，强度性能造成严重负面影响。此外，随着环保意识的增强，目前不符合环保法律法规的阻燃材料(如卤素元素阻燃材料)也无法取得实际应用。因此，现在市场除了对阻燃空气滤纸的阻燃性能提出要求以外，对于滤纸阻燃性能的耐水洗性、环保性等性能提出了更高的要求。

日本阿波、美国HV及韩国奥斯龙等公司已推出环保型阻燃空气滤纸，其滤纸的阻燃性优良，并且具有耐水洗效果。但由于其核心技术的保密，未有公开专利或文献报道其详细的制备方法。国内也有不少报道或厂家推出了阻燃空气过滤纸产品，但是这些产品的性能都存在一些问题，无法与进口国外产品形成竞争。专利CN104894913A通过添加阻燃剂N,N'-哌嗪四苯氧基氨基磷酸酯和阻燃剂十溴二苯乙烷制备方法得到具有显著的阻燃效果的空气滤纸，但是卤素阻燃剂不是环保材料，无法满足现在的环保应用要求。专利CN105672045A通过在增强树脂苯丙乳液中加入环保水性磷氮系阻燃剂(商品名称为FR900)制备具有阻燃性能优良的环保型阻燃空气滤纸，但是这种阻燃剂具有非常好的水溶性，水洗后阻燃剂被水溶解带走，会造成滤纸阻燃性能大大下降。专利CN107190550A通过在增强树脂苯丙乳液中加入环保水性磷氮系阻燃剂(商品名称为FPK8007)制备具有阻燃性能优良的阻燃聚酯型空气过滤纸，同样由于水溶性的FPK8007的阻燃剂与施胶剂或纤维间都没有产生化学键结合，因此滤纸水洗后阻燃剂被水溶解，无法满足耐水洗的要求。专利CN107974870A通过添加硅藻土和聚磷酸铵，需要较大添加量才能实现良好的阻燃性能，对滤纸的其他性能造成了极大的负面影响，并且聚磷酸铵也是水溶性物质，无法经受耐水洗测试。专利CN102899968A大量使用了具有本征阻燃性能的聚酰亚胺纤维，同时还添加了大量的陶瓷纤维和无机填料作为阻燃成分，从而赋予滤纸阻燃性能。但是一方面，该发明方法制备的滤材孔隙率小，材料的过滤性能差；另一方面，虽然聚酰亚胺纤维是一种本征阻燃材料，但是它无法对其他纤维组分起到阻燃的作用，因此必须添加量非常大才能达到阻燃效果，并且由于其价格非常昂贵，由大量聚酰亚胺纤维制备的阻燃空气滤纸，其成本对于当前汽车过滤行业来讲根本无法考虑其实际应用的可能性。专利CN102391451A通过在酚醛树脂的缩聚产物中加入胺类物质进行改性，然后再加入磷酸酯阻燃剂，这种方法制备得到的滤纸要实现阻燃效果良好，也必须添加大量的磷酸酯阻燃剂，而磷酸酯阻燃剂同样也存在容易迁移析出，阻燃性能无法持久的缺点，此外，由于该体系的酚醛树脂溶剂型树脂，树脂涂布过程需要或导致大量溶剂的污染，不符合现今的环保要求。CN107190550A是添加水溶性的含磷氮阻燃剂添加到施胶剂中，阻燃剂与施胶剂或纤维都没有化学键结合，滤纸水洗后阻燃剂会被溶解掉，滤纸失去阻燃性能。

因此，虽然前期开展了很多相关的研究，但是目前国内市场上具有耐水洗性能的阻燃型空气滤纸仍然稀缺，导致一些滤清器企业只能依托进口来满足客户的需求。所以，研发具有耐水洗性能、满足环保要求且价格经济的阻燃空气滤纸成了一个函待解决的课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐水洗阻燃汽车空气过滤纸及其制备方法，以克服上述国内产品存在的缺陷。本发明提供的耐水洗、持久性阻燃汽车空气过滤纸由植物纤维、阻燃纤维、无机纤维和合成纤维混合抄造得到过滤原纸，然后经过水性磷改性增强树脂浸渍后，烘干制备而成。

为达到上述目的，本发明至少采用如下之一的技术方案。

一种耐水洗阻燃汽车空气过滤纸的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)将不同纤维分别分散得到相应的浆料，所述不同纤维包括植物纤维和阻燃纤维；

(2)将步骤(1)得到的浆料进行混合，搅拌均匀得到混合浆料，然后加入湿强剂；

(3)将步骤(2)得到的加入湿强剂后的混合浆料抄造形成湿纸，对湿纸进行脱水和烘干，制备得到汽车空气过滤原纸；

(4)将空气过滤原纸浸渍于磷改性增强树脂乳液，压榨后烘干，固化后制备得到所述耐水性阻燃汽车空气滤纸。

优选地，所述步骤(1)中的不同纤维还包括无机纤维和/或合成纤维。

优选地，所述步骤(1)中各浆料的浓度为0.05-0.1wt％。

优选地，所述植物纤维选自木浆、棉浆、麻浆、丝光化木浆、丝光化棉浆或丝光化麻浆中的一种或几种，优选木浆纤维。

优选地，所述阻燃纤维为三聚氰胺甲醛树脂(MF)纤维。

优选地，所述无机纤维选自玻璃纤维、陶瓷纤维、石英纤维、金属纤维或碳纤维中一种或几种。

更优选地，所述无机纤维选择玻璃纤维。

优选地，所述合成纤维选自丙纶、涤纶、锦纶、聚酯、复合纤维中一种或几种。

更优选地，所述合成纤维选择涤纶纤维；

优选地，所述水性磷改性增强树脂乳液为含磷丙烯酸树脂乳液，且树脂中磷元素的质量含量占树脂的4.5-10.0％。

更优选地，所述含磷改性丙烯酸树脂乳液中磷元素质量含量占树脂的5.0-9.0％。

优选地，所述植物纤维占纤维总量的40-80wt％；更优选地，所述植物纤维占纤维总量的40-70wt％。

优选地，所述MF纤维占纤维总量的20-50wt％；更优选地，所述MF纤维占纤维总量的25-40wt％。

优选地，所述无机纤维占纤维总量的0-25wt％；更优选地，所述无机纤维占纤维总量的0-10％

优选地，所述合成纤维占纤维总量的0-25wt％；更优选地，所述合成纤维占纤维总量的0-10％。

优选地，所述含磷水性增强树脂的上胶量占为原纸质量的20-45wt％；更优选地，所述含磷水性增强树脂的上胶量占为原纸质量的25-40wt％。

由上述制备方法制得的耐水洗阻燃汽车空气过滤纸。

本发明通过空气过滤纸原料之一的MF纤维的使用从而使得滤纸原纸中含有具有阻燃功能的氮元素，然后通过水性磷改性增强树脂对原纸进行增强作用，进一步满足滤纸的加工与应用性能，同时也引入另外一种具有阻燃功能的磷元素。体系中的磷和氮元素在燃烧过程中能形成磷-氮协同阻燃作用，从而达到高效的阻燃效果，赋予滤纸优良的阻燃性能，从而达到阻燃性能的要求；并且磷、氮元素都是环保型阻燃材料，符合环保要求。此外，由于起到阻燃作用的磷和氮元素分别处于水性增强树脂与MF纤维的高分子链结构中，以化学键的形式结合，因此其阻燃性能具有优良的耐水洗性能。因此，本方法制备的阻燃汽车空气滤纸既能够具有优良的阻燃性能，同时又能够满足耐水性和环保等方面的性能的应用需求。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

首先，本发明方法所制备得到的空气滤纸能保持良好的过滤性能和强度能良，并且水性磷改性增强树脂乳液中的磷元素和阻燃纤维中的氮元素能够共同赋予滤纸优良的阻燃性能，同时由于阻燃元素成分均通过化学键结合到材料中，经过水洗后仍能保持阻燃效果，适用于对滤纸具有耐水洗阻燃性能的空气过滤领域。其次，本发明方法无需外添加阻燃剂组分，含磷树脂乳液浸渍后仍能够保持滤材优良的孔隙结构，不会对滤材的过滤性能造成明显的负面影响，因此可以赋予滤材在过滤性能方面更多的结构设计空间；最后，本发明方法起到阻燃作用的主要是采用水性增强树脂中的磷元素与MF纤维中的氮元素，不含卤素元素，能够满足环保要求，并且体系能够形成磷-氮协阻燃效应，因此滤纸具有优良的阻燃性能。

附图说明

图1为本发明的工艺流程示意图；

图2a为实施例1的阻燃空气滤纸原纸的SEM图；

图2b为实施例2的阻燃空气滤纸原纸的SEM图；

图2c为实施例3的阻燃空气滤纸原纸的SEM图；

图2d为实施例4的阻燃空气滤纸原纸的SEM图；

图2e为对比例1的阻燃空气滤纸原纸的SEM图；

图2f为对比例2的阻燃空气滤纸原纸的SEM图；

图3a为实施例1的阻燃空气滤纸施胶后的SEM图；

图3b为实施例2的阻燃空气滤纸施胶后的SEM图；

图3c为实施例3的阻燃空气滤纸施胶后的SEM图；

图3d为实施例4的阻燃空气滤纸施胶后的SEM图；

图3e为对比例1的阻燃空气滤纸施胶后的SEM图；

图3f为对比例2的阻燃空气滤纸施胶后的SEM图。

具体实施方式

以下参照具体的实施例来说明本发明。本领域技术人员能够理解，这些实施例仅用于说明本发明，其不以任何方式限制本发明的范围。

下述实施例或对比例中所用含磷丙烯酸树脂乳液的制备参见“含磷丙烯酸树脂的制备及其阻燃性能研究”，王潇霜,徐桂龙,王宜等.高校化学工程学报,2017(01):186-190。

实施例1

本实施例所述耐水洗阻燃汽车空气过滤纸及其制备方法的原料组成见表1所示，通过如下步骤制备得到(参见图1)：

步骤1：将植物纤维分散于水中制备得到浆料A，所述植物纤维为针叶木浆；将MF纤维分散于水中制备得到浆料B；将无机纤维分散于水中制备得到浆料C；所述无机纤维为玻璃纤维；将合成纤维分散于水中制备得到浆料D，所述合成纤维为聚酯纤维；各浆料浓度均为0.09％；

步骤2：将步骤1得到的四种浆料进行混合，搅拌均匀得到混合浆料E，加入湿强剂，所述湿强剂为聚酰胺-环氧氯丙烷；

步骤3：将步骤2得到的加入湿强剂后的混合浆料E送至斜网纸基抄造形成湿纸，对湿纸进行脱水，烘干，制备得到汽车空气过滤原纸；

步骤4：将空气过滤原纸浸渍于含磷丙烯酸树脂乳液，压榨后烘干，烘干固化后制备得到具有耐水性阻燃汽车空气滤纸，所制备阻燃滤纸的上胶量为29.2wt％。所述滤纸基本性能如表2中实施例1所示，原纸和浸渍树脂后的滤纸形貌如图2a和图3a所示。对比图2a和图3a可以看出，经过水性磷改性丙烯酸树脂乳液增强后，没有出现明显的堵孔现象，滤纸能够保持滤纸优良的孔隙结构，保持较高的透气率，从而保持原纸优良的过滤性能。

实施例2

本实施例所述耐水洗阻燃汽车空气过滤纸及其制备方法的原料组成见表1所示，按照实施例1基本相同的步骤制备得到，不同之处在于：各浆料浓度均为0.08％，省略去步骤3；所制备阻燃空气滤纸的实际上胶量为25.8wt％，基本性能如表2中实施例2所示，原纸和浸渍树脂后的滤纸形貌如图2b和图3b所示。对比图2b和图3b可以看出，经过水性磷改性丙烯酸树脂乳液增强后，没有出现明显的堵孔现象，滤纸能够保持滤纸优良的孔隙结构，保持较高的透气率，从而保持原纸优良的过滤性能。

实施例3

本实施例所述耐水洗阻燃汽车空气过滤纸及其制备方法的原料组成见表1所示，按照实施例1基本相同的步骤制备得到，不同之处在于：各浆料浓度均为0.07％，省略去步骤4；所制备阻燃空气滤纸的实际上胶量为37.3wt％，基本性能如表2中实施例3所示，原纸和浸渍树脂后的滤纸形貌如图2c和图3c所示。对比图2c和图3c可以看出，经过水性磷改性丙烯酸树脂乳液增强后，没有出现明显的堵孔现象，滤纸能够保持滤纸优良的孔隙结构，保持较高的透气率，从而保持原纸优良的过滤性能。

实施例4

本实施例所述耐水洗阻燃汽车空气过滤纸及其制备方法的原料组成见表1所示，按照实施例1基本相同的步骤制备得到，不同之处在于：各浆料浓度均为0.06％；省略去步骤3和步骤4；所制备阻燃空气滤纸的实际上胶量为33.2wt％，基本性能如表2中实施例4所示，原纸和浸渍树脂后的滤纸形貌如图2d和图3d所示。对比图2d和图3d可以看出，经过水性磷改性丙烯酸树脂乳液增强后，没有出现明显的堵孔现象，滤纸能够保持滤纸优良的孔隙结构，保持较高的透气率，从而保持原纸优良的过滤性能。

对比例1

本对比例制备不含MF纤维空气过滤纸，其原料组成见表1所示，按照实施例1基本相同的步骤制备得到，不同之处在于：各浆料浓度均为0.10％；省略去步骤2和步骤4；所制备空气滤纸的实际上胶量为30.7wt％，基本性能如表2中对比例1所示，原纸和浸渍树脂后的滤纸形貌如图2e和图3e所示。对比图2e和图3e可以看出，经过水性磷改性丙烯酸树脂乳液增强后，没有出现明显的堵孔现象，滤纸能够保持滤纸优良的孔隙结构，保持较高的透气率，从而保持原纸优良的过滤性能。

对比例2

本对比例制备不含MF纤维空气过滤纸，其原料组成见表1所示，按照实施例1基本相同的步骤制备得到，不同之处在于：各浆料浓度均为0.05％，省略去步骤3；所制备得到空气滤纸的实际上胶量为36.1％，基本性能如表2中对比例2所示，原纸和浸渍树脂后的滤纸形貌如图2f和图3f所示。对比图2a和图3a可以看出，经过水性丙烯酸树脂乳液增强后，没有出现明显的堵孔现象，滤纸能够保持滤纸优良的孔隙结构，保持较高的透气率，从而保持原纸优良的过滤性能。

表1实施例1-4与对比例1-2原料组成

注：磷改性丙烯酸树脂乳液按照《含磷丙烯酸树脂的制备及其阻燃性能研究》文中所示方法制备，通过调节树脂合成配方中含磷单体的用量控制磷改性丙烯酸树脂乳液的磷元素含量在本发明范围内。

阻燃性能测试按照QB/T 4031-2010《阻燃性汽车空气滤纸》所述方法测试样品水洗前后阻燃性能。

表2实施例1-4与对比例1-2基本性能

表3实施例1-4与对比例1-2阻燃性能测试结果

从表1和表2的测试结果以及图2和图3的对比结果可以看出，经过水性磷改性树脂乳液增强后，能够保持滤纸优良的孔隙结构，保持较高的透气率，从而保持原纸优良的过滤性能；对比实施例和对比例的阻燃性能测试结果可以看出，单独使用水性磷改性丙烯酸树脂乳液或是含有MF纤维的纸页，均无法制备得到具有耐水洗阻燃性能的空气过滤纸。此外，该专利实施方法制备得到的滤纸具有优良的阻燃性能，并且水洗后的滤纸仍然保持优良的阻燃性能。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。