汽車工業(yè)空氣濾紙浸漬樹脂的研究進(jìn)展

張曉龍　劉文陳　雪　峰

（中國(guó)制漿造紙研究院，北京，100102）

綜述

汽車工業(yè)空氣濾紙浸漬樹脂的研究進(jìn)展

張曉龍劉文陳雪峰

（中國(guó)制漿造紙研究院，北京，100102）

空氣濾紙 浸漬樹脂 過濾

近年來，隨著汽車工業(yè)的高速發(fā)展，汽車工業(yè)濾清器也呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)的勢(shì)頭，汽車工業(yè)濾紙是生產(chǎn)汽車濾清器的原材料之一,又稱“汽車三濾紙”，即“空氣濾、燃油濾、機(jī)油濾”,是清潔現(xiàn)代高速內(nèi)燃機(jī)的過濾材料,對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的各項(xiàng)性能指標(biāo)起重要作用［1］。而其中的空氣濾清器在汽車中又是有著舉足輕重的地位。早在1860年美國(guó)賀氏特殊材料公司 （現(xiàn)在的美國(guó)HV公司）就開始研制開發(fā)汽車工業(yè)濾紙等新產(chǎn)品［2］。汽車工業(yè)空氣濾紙的生產(chǎn)過程一般是以天然的植物纖維等原料進(jìn)行抄造，填料較少或基本不添加填料，沒有壓光過程。因此抄造出來的空氣濾紙?jiān)埖木o度較小，濾紙紙頁(yè)疏松，強(qiáng)度較低，質(zhì)地柔軟，吸水性強(qiáng)，這些原因?qū)е鲁斐鰜淼钠嚬I(yè)空氣濾紙?jiān)埐荒軡M足汽車空氣濾清器的生產(chǎn)和使用要求。必須采用樹脂對(duì)原紙進(jìn)行浸漬加工處理，以提高濾紙的物理強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等［3］，使濾紙具有良好的加工性能和使用性能。因此浸漬樹脂的種類和特點(diǎn)成為汽車工業(yè)空氣濾清器濾紙?jiān)O(shè)計(jì)中的一個(gè)重點(diǎn)考慮因素。

汽車工業(yè)空氣濾紙常用的浸漬樹脂可以分為水溶性樹脂和溶劑型樹脂。水溶性樹脂主要包括丙烯酸樹脂乳液、苯丙乳液、聚醋酸乙烯酯乳液等，這類樹脂由于合成過程中采用水作溶劑，較溶劑型樹脂更加綠色環(huán)保，是浸漬樹脂的一個(gè)重要發(fā)展方向。但是其在挺度和耐水性等方面與溶劑型樹脂相比還有一些不足。溶劑型樹脂主要包括醇溶性酚醛樹脂等。溶劑型樹脂在合成過程中會(huì)消耗大量的有機(jī)溶劑，易燃易爆，給生產(chǎn)過程帶來安全隱患，此外，有機(jī)溶劑易揮發(fā)，回收困難，容易對(duì)環(huán)境造成污染［4］。但是溶劑型浸漬樹脂會(huì)賦予濾紙一些特殊的性能，如經(jīng)過醇溶性酚醛樹脂處理固化之后的樹脂擁有非常高的挺度和耐水性［5］。

1　水溶性樹脂

1.1丙烯酸樹脂乳液

丙烯酸樹脂乳液具有許多突出的優(yōu)點(diǎn) （如優(yōu)異的耐候性、耐紫外光照射、耐熱性、耐腐蝕、耐化學(xué)品玷污及極好的柔韌性、保光性、粘附力等）,已廣泛應(yīng)用于橡膠、塑料、涂料、膠粘劑、織物整理劑等各個(gè)行業(yè)。因此丙烯酸樹脂乳液在汽車工業(yè)空氣濾紙行業(yè)也得到了大量的應(yīng)用［6］。

隨著對(duì)丙烯酸樹脂乳液的功能性改進(jìn)，近年出現(xiàn)了許多改性丙烯酸樹脂乳液，取得了良好的效果，有望在汽車工業(yè)空氣濾紙方面得到大量應(yīng)用。太原理工大學(xué)孔少奇等采用自由基聚合法合成丙烯酸樹脂，之后與改性二氧化硅納米粒子復(fù)合，制備出了新型超疏水材料，并獲得了最佳涂層工藝條件［7］。根據(jù)Wenzel-Cassie模型原理，材料最終達(dá)到了超疏水結(jié)構(gòu)。嚴(yán)世成等采用乙烯基三乙氧基硅烷和八甲基環(huán)四硅氧烷為改性劑與丙烯酸單體乳液聚合，制得聚合工藝穩(wěn)定、耐水性能和耐擦洗性能優(yōu)異的樹脂，該樹脂能室溫交聯(lián)固化［8］。

1.2苯丙乳液

近年來苯丙乳液被廣泛地應(yīng)用于汽車濾紙浸漬。它是由苯乙烯和多種丙烯酸酯單體共聚而成的乳液，其粘結(jié)性好，成膜性能優(yōu)異，乳液粒徑較小，能很好地與纖維表面結(jié)合，從而使經(jīng)過苯丙乳液浸漬過的濾紙具有較高的拉伸強(qiáng)度和耐破度，尤其可使浸漬濾紙的挺度性能更好，同時(shí)具有很大的成本優(yōu)勢(shì)，但不足之處是耐水性較差［9］。針對(duì)這一不足，許多科研工作者對(duì)苯丙乳液進(jìn)行了諸多功能性改進(jìn)，比如引入疏水性的單體和外加交聯(lián)劑等［10-12］。

陜西科技大學(xué)高同洛等制得了一種有機(jī)硅改性陽(yáng)離子苯丙乳液（POSSA），并將其應(yīng)用到表面施膠劑中，與不含有機(jī)硅的苯丙乳液相比，紙張的強(qiáng)度和抗水性有了進(jìn)一步的提高［13］。北京林業(yè)大學(xué)的田春華采用核殼乳液聚合工藝合成了用羧基、環(huán)氧基進(jìn)行改性的苯丙乳液,，并且應(yīng)用在造紙濕強(qiáng)劑中，通過對(duì)紙頁(yè)進(jìn)行SEM掃描可以看出濕強(qiáng)劑的加入,能在紙頁(yè)表面形成保護(hù)膜,阻止水的滲透,并能使纖維結(jié)合更加緊密［14］。

利用有機(jī)硅對(duì)苯丙乳液進(jìn)行改性，既可以保持苯丙乳液的固有優(yōu)點(diǎn)，也可以發(fā)揮有機(jī)硅的耐水、耐高低溫等優(yōu)越性能，這些新型改性功能性苯丙乳液有望應(yīng)用于汽車工業(yè)濾紙。

2　溶劑型樹脂

自1953年美國(guó)發(fā)明用醇溶性熱固性酚醛樹脂浸漬處理原紙生產(chǎn)汽車濾紙以來，很長(zhǎng)一段時(shí)間其一直是汽車濾紙常規(guī)生產(chǎn)工藝用浸漬劑，主要取其技術(shù)成熟，濾紙耐水性、挺度高等優(yōu)勢(shì)［15］。用醇溶性熱固型酚醛樹脂浸漬處理原紙的優(yōu)點(diǎn)是濾芯堅(jiān)挺結(jié)實(shí)，剛度大大提高，同時(shí)賦有高度抗化學(xué)性能。而其存在的主要問題為：酚醛樹脂浸漬的濾紙雖然堅(jiān)挺，但缺乏柔韌性，較脆，在軋波操作中易破裂；固化速度較慢，致使不能提高軋波處理機(jī)的線速度，同時(shí)固化溫度較高，需耗用大量的能源以達(dá)到所要求的固化程度，導(dǎo)致成品的成本提高；配制醇溶性酚醛樹脂浸漬液需耗用大量的有機(jī)溶劑，回收困難，會(huì)對(duì)大氣環(huán)境造成污染，有機(jī)溶劑易燃，生產(chǎn)過程存在安全事故的隱患［16］。

因此，鑒于環(huán)保和安全等方面的原因，科研工作者對(duì)水溶性酚醛樹脂進(jìn)行了大量的研究與改進(jìn)工作。華南理工大學(xué)制漿造紙工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室竇曉麗等以水性酚醛樹脂為研究對(duì)象，對(duì)經(jīng)其浸漬后的濾紙?jiān)谄秃筒裼椭械膹?qiáng)度性能保持率及孔徑大小的變化進(jìn)行研究。結(jié)果表明，濾紙經(jīng)水性酚醛樹脂增強(qiáng)后,強(qiáng)度性能較苯丙乳液增強(qiáng)后濾紙有明顯改善,且表現(xiàn)出優(yōu)異的耐油性能［17］。

3　浸漬樹脂的發(fā)展趨勢(shì)

由于汽車工業(yè)空氣濾紙用浸漬樹脂相對(duì)其他行業(yè)對(duì)樹脂的需求量比較小，因此其多取自市場(chǎng)上現(xiàn)成的幾種水溶性樹脂或溶劑型樹脂，市場(chǎng)上并沒有專門為汽車工業(yè)空氣濾紙開發(fā)的功能性浸漬樹脂。未來的浸漬樹脂應(yīng)該由通用型樹脂向功能性樹脂發(fā)展，以適應(yīng)不同功能濾紙的需求。并且由于目前水溶性樹脂擁有的各種優(yōu)點(diǎn)和發(fā)展態(tài)勢(shì)，其必然也會(huì)逐漸由溶劑型樹脂向水溶性樹脂轉(zhuǎn)變，而且隨著濾紙應(yīng)用環(huán)境的不同，浸漬樹脂也會(huì)多樣化發(fā)展，并且出現(xiàn)了一些值得關(guān)注的新型功能樹脂，這些樹脂可能會(huì)賦予濾紙獨(dú)特的功能，從而提高濾紙的某些特定性能。

華南理工大學(xué)周靜等引入反應(yīng)性阻燃單體丙烯酸乙酯縮磷酸二乙酯（DEAEP）和大分子反應(yīng)性單體不飽和雙鍵封端的聚二甲基硅氧烷 （DV-PDMS）預(yù)聚體，將其分別或按一定質(zhì)量比與苯乙烯、丙烯酸酯類單體共聚制備出具有良好力學(xué)性能的阻燃型含磷、含硅或同時(shí)含磷硅的丙烯酸酯共聚物增強(qiáng)樹脂，通過浸漬的方法賦予紙張良好的力學(xué)性能和一定的阻燃性能［18］。

山東大學(xué)的王翠等采用合適化學(xué)方法用有機(jī)硅對(duì)水性聚氨酯—聚丙烯酸酯進(jìn)行改性,可以得到有良好耐水性以及力學(xué)性能的涂膜［19］。此種改性的水性聚氨酯—聚丙烯酸酯乳液應(yīng)用在汽車工業(yè)空氣濾紙上有很好的前景。

中海油常州涂料化工研究院茍小青等研究了一種可以UV固化的水性涂料，是一種帶不飽和雙鍵的乳化樹脂，其本身能參與UV固化反應(yīng)，其乳液性能穩(wěn)定，耐水性強(qiáng)［20］。耐水性強(qiáng)的水性乳液也可以賦予濾紙良好的耐水性能，值得進(jìn)一步研究。

隨著新型乳液的不斷發(fā)展，開發(fā)出適應(yīng)濾紙?zhí)攸c(diǎn)的乳液是根本的發(fā)展方向。

4　結(jié)語

在環(huán)境保護(hù)越來越得到政府和企業(yè)重視的情況下，汽車工業(yè)空氣濾紙用浸漬樹脂會(huì)逐步向水溶性樹脂和功能性樹脂發(fā)展，溶劑型樹脂的應(yīng)用會(huì)越來越少，并且浸漬樹脂產(chǎn)品也會(huì)多樣化以適應(yīng)不同的使用環(huán)境要求，因此對(duì)目前各種浸漬樹脂的優(yōu)化和改性顯得尤為重要。與此同時(shí)，其它行業(yè)的新型樹脂也為濾紙用浸漬樹脂提供了良好的研究方向。

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2014－12－4

浸漬樹脂是影響汽車工業(yè)空氣濾清器用濾紙過濾性能的重要因素之一。本文介紹了汽車工業(yè)空氣濾紙用浸漬樹脂的種類、特點(diǎn)，并且著重展望了浸漬樹脂的發(fā)展趨勢(shì)。