一种纳米空气滤纸及其制备方法与流程

1.本发明属于空气滤纸技术领域，尤其涉及一种纳米空气滤纸及其制备方法。


背景技术：

2.纳米空气滤纸的基材通常是由80％的木浆和20％的酚醛树脂或20％丙烯酸树脂组成。纳米空气滤纸一般采用丙烯酸空气滤纸作为基材，丙烯酸树脂浸渍的空气滤纸存在挺度差、易吸潮，用此基材做成的纳米空气滤纸，使用寿命短，吸潮后滤芯容易并折，严重影响容尘量，使用该空气滤纸做成的滤清器使用寿命缩短，不满足市场需求；如德国曼胡默儿滤清器公司要求重型车空滤使用寿命10万公里，要有好的反吹效果。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种纳米空气滤纸及其制备方法，本发明提供的方法制备的纳米空气滤纸效率高、容尘量高、易反吹、使用寿命长。
4.本发明提供了一种纳米空气滤纸的制备方法，包括：
5.将针叶木、阔叶木、羽毛浆和聚对苯二甲酸乙二醇酯进行混合、打浆，得到木浆纤维；
6.将所述木浆纤维进行成型和干燥，得到原纸；
7.将所述原纸进行单面酚醛树脂涂布，得到纳米基材；
8.将所述纳米基材进行静电纺丝，得到纳米空气滤纸。
9.优选的，所述针叶木、阔叶木、羽毛浆和聚对苯二甲酸乙二醇酯的质量比为(25～35)：(45～55)：(15～20)：(2～4)。
10.优选的，所述打浆的浓度为4～6％。
11.优选的，所述成型为斜网成型。
12.优选的，所述斜网成型过程中的网速为55～65m/min。
13.优选的，所述干燥包括：穿透缸干燥和烘缸干燥。
14.优选的，所述干燥后的纸张水分控制在1～5％。
15.优选的，所述酚醛树脂的质量为原纸质量的15～17％。
16.优选的，所述单面涂布过程中的涂布车速为55～65m/min。
17.本发明提供了一种上述技术方案所述的方法制备得到的纳米空气滤纸。
18.本发明对效率高、容尘量大的单面涂布酚醛树脂空滤纸进行静电纺丝，提出一种单面涂布的酚醛树脂纳米空滤基材，该基材单面涂布，胶含量低16
±
1％，空气阻力小，容尘量大，以此为基材进行静电纺丝，使该纳米空滤纸具有效率高，容尘量高，易反吹，使用寿命长的优点。本发明提供的纳米空气滤纸制备原纸过程中采用部分羽毛浆，质量轻、耐磨、抗拉性好、防水性好；采用单面涂布，透气性好容尘量大；使用酚醛树脂，强度高，抗水性强；对涂布纸进行静电纺丝，做成的空气滤纸效率高、透气性好、容尘量大、易反吹、使用寿命长。
附图说明
19.图1为本发明实施例提供的纳米空气滤纸制备方法的工艺流程图。
具体实施方式
20.下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
21.本发明提供了一种纳米空气滤纸的制备方法，包括：
22.将针叶木、阔叶木、羽毛浆和pet(聚对苯二甲酸乙二醇酯)进行混合、打浆，得到木浆纤维；
23.将所述木浆纤维进行成型和干燥，得到原纸；
24.将所述原纸进行单面酚醛树脂涂布，得到纳米基材；
25.将所述纳米基材进行静电纺丝，得到纳米空气滤纸。
26.本发明实施例提供的纳米空气滤纸制备方法的工艺流程图如图1所示。
27.在本发明中，所述pet的细度优选为0.3～0.4d，更优选为0.33～0.37d，最优选为0.35d。
28.在本发明中，羽毛浆指的是，我国是家禽饲养大国，废弃羽毛多，为解决环保问题对羽毛进行打浆处理添加到造纸纤维配比中，用量小于20％时对纸张的厚度、耐水性有明显的提高。
29.在本发明中，所述针叶木、阔叶木、羽毛浆和pet的质量比优选为(25～35)：(45～55)：(15～20)：(2～4)，更优选为(28～32)：(48～52)：(16～19)：(2.5～3.5)，最优选为30：50：17：3。
30.在本发明中，所述打浆过程中优选将针叶木、阔叶木、羽毛浆和pet在放入清水的打浆池内进行打浆；所述打浆过程中的浓度控制优选为4～6％，更优选为4.5～5.5％，最优选为5％；所述打浆优选采用水力碎浆中进行；所述打浆过程中的碎浆机转速优选为240～260r/min，更优选为245～255r/min，最优选为250r/min；碎浆机的电流优选为155～165a，更优选为158～162a，最优选为160a；所述打浆的时间优选为44～46分钟，更优选为45min。
31.在本发明中，所述成型的方法优选为斜网成型；所述斜网成型过程中优选进行真空脱水形成湿纸页；所述斜网成型过程中的网速优选为55～65m/min，更优选为58～62m/min，最优选为58～60m/min；定量阀开度优选为13～15％，更优选为13.5～14.5％，最优选为14％；上浆流量优选为32～36m/h，更优选为33～35m/h，最优选为34m/h；真空罐真空度优选为-21～-24kpa，更优选为-22～-23kpa。
32.在本发明中，所述干燥的方法优选为依次进行穿透缸干燥和烘缸干燥。
33.在本发明中，所述穿透缸干燥的温度优选为175～185℃，更优选为178～182℃，最优选为180℃。
34.在本发明中，所述烘缸干燥优选采用22只烘缸；第1至第4烘缸干燥的温度优选为40～50℃，更优选为43～47℃，最优选为45℃；第5至第8烘缸干燥的温度优选为85～95℃，更优选为88～92℃，最优选为90℃；第9至第16烘缸干燥的温度优选为105～115℃，更优选
为108～112℃，最优选为110℃；第17至第22烘干干燥的温度优选为85～95℃，更优选为88～92℃，最优选为90℃。
35.在本发明中，所述干燥后的纸张水分优选控制在1～5％，更优选为2～4％，最优选为3％。
36.在本发明中，所述单面涂布的方法优选为单面膜转移涂布；所述单面涂布过程中优选原纸的一面在涂布机上进行膜转移涂布一层酚醛树脂后干燥。
37.在本发明中，所述酚醛树脂的质量优选为原纸质量的15～17％，更优选为15.5～16.5％，最优选为16％。
38.在本发明中，所述干燥优选通过8个烘箱干燥，第1烘箱干燥的温度优选为68～72℃，更优选为70℃；第2烘箱干燥的温度优选为78～82℃，更优选为80℃；第3烘箱干燥的温度优选为88～92℃，更优选为90℃；第4烘箱干燥的温度优选为138～142℃，更优选为140℃；第5烘箱干燥的温度优选为148～152℃，更优选为150℃；第6烘箱干燥的温度优选为183～187℃，更优选为185℃；第7烘箱干燥的温度优选为178～182℃，更优选为180℃；第8烘箱干燥的温度优选为148～152℃，更优选为150℃。
39.在本发明中，所述单面涂布过程中的涂布车速优选为55～65m/min，更优选为58～62m/min，最优选为58～60m/min。
40.在本发明中，静电纺丝是高分子流体静电雾化的特殊形式，此时雾化分裂出的物质不是微小液滴，而是聚合物微小射流，可以运行相当长的距离，最终固化成纤维；静电纺丝是一种特殊的纤维制造工艺，聚合物溶液或熔体在强电场中进行喷射纺丝，在电场作用下，针头处的液滴会由球形变为圆锥形(即“泰勒锥”)，并从圆锥尖端延展得到纤维细丝，这种方式可以生产出纳米级直径的聚合物细丝。
41.在本发明中，所述静电纺丝过程中的幅宽优选为540～560cm，更优选为545～555cm，最优选为550cm；优选采用pva进行静电纺丝，更优选为pva124，更优选为pva124溶液，最优选为pva124水溶液；所述pva124溶液的质量浓度优选为9～11％，更优选为10％；喷嘴优选为75～85个，更优选为78～82个，最优选为80个；产量优选为1100～2200m/h，更优选为1300～2000m/h，更优选为1400～1800m/h，更优选为1500～1700m/h，最优选为1600m/h；精度范围优选为50～400nm，更优选为100～300nm，最优选为200nm；喷丝头到接收桶之间的距离优选为5～7cm，更优选为6cm；电压优选为13～17kv，更优选为14～16kv，最优选为15kv。
42.本发明提供了一种纳米空气滤纸，由上述技术方案所述的方法制备得到。
43.在本发明中，纳米空气滤纸应用于汽车发动机上的空气滤清器，它的作用是当空气通过滤纸进入发动机的时候，过滤掉里面的灰尘和杂质，它的过滤功能保证了清洁空气的供应，保护了发动机不受磨损。
44.在本发明中，所述纳米空气滤纸为到高效率、高容尘量、高使用寿命的纳米空气滤纸。
45.现有技术通过木浆纤维成型烘干得到原纸，用丙烯酸浸渍的空滤纸进行静电纺丝，由于丙烯酸涂布纸挺度差，做成的滤芯容易吸潮变形，严重影响使用寿命；浸渍涂布透气度损失大，容尘量小，使发动机滤芯吸空气阻力增大。本发明选用羽毛浆提高纸张厚度、增加容尘量，采用膜转移涂布减少涂布时对纸的挤压，减少对纸张的厚度损失，保持容尘
量；采用单面涂布，使滤纸的一面涂胶一面不涂胶、厚度大，增加容尘量；采用酚醛树脂涂布，滤纸做成滤芯耐水性好，挺度好，防止出现滤芯并折而导致滤清器进气不足，容尘量降低。本发明提供的空气滤纸具有高过滤精度、滤清器可以多次反吹，将灰尘抖落下来，大大提高了滤清器的使用寿命。
46.本发明以下实施例中的针叶木为fhp/美国gp公司提供的产品；阔叶木为suzano/巴西提供的产品；羽毛浆为山东高速集团提供的产品；pet：0.35d，为山东昶昊新材料提供的产品。
47.比较例1
48.木浆纤维按针叶木：阔叶木＝30:70的质量比进行均匀混合，按打浆工艺做好浆料：将浆料按配比投入到已放入15m3±
0.5清水的打浆池内，控制浓度4～6％，开启水力碎浆机电机，碎浆机转速250r/min，碎浆电流160a
±
2，分散45
±
1分钟后放料待用；将上述制备的浆料经过斜网成型器成型：将配好的浆料通过冲浆泵泵入斜网上，通过真空脱水，形成湿纸页，网速58～60m/mim，定量阀开度13～15％，上浆流量32～36m3/h，真空罐真空度-21～-24kpa，然后通过穿透缸、烘缸干燥后(湿纸页经过一个穿透缸和22只烘缸进行干燥，干燥完成后纸张水分控制在1～5％之间；1#-4#烘缸温度为45℃
±
5，5#-8#温度90
±
5℃，9#-16#110
±
5℃，17#-22#90
±
5℃,穿透缸温度175～185℃)，得到原纸；对原纸进行丙烯酸树脂(上海路博润，型号：610)浸渍涂布，涂布量控制在20
±
1％(相对于原纸质量)，(涂布量低于18％，客户无法使用)，干燥(通过8个烘箱干燥，1-8#干燥箱温度依次为：70
±
2℃、80
±
2℃、90
±
2℃、140
±
2℃、150
±
2℃、185
±
2℃、180
±
2℃、150
±
2℃)后得到纳米基材，对上述制备得到的纳米基材进行静电纺丝(用pva124溶液，浓度10
±
1％，基纸幅宽550cm，喷嘴80个，产量1100～2200m/h，精度范围50～400nm；喷丝头到接受桶的间距为6
±
1cm，电压15kv)，得到空气滤纸。
49.比较例2
50.木浆纤维按针叶木：阔叶木：羽毛浆：pet(0.35d)＝30:50:17:3质量比进行均匀混合，按打浆工艺做好浆料：将浆料按配比投入到已放入15m3±
0.5清水的打浆池内，控制浓度4～6％，开启水力碎浆机电机，碎浆机转速250r/min，碎浆电流160a
±
2，分散45
±
1分钟后放料待用；将上述制备的浆料经过斜网成型器成型：将配好的浆料通过冲浆泵泵入斜网上，通过真空脱水，形成湿纸页，网速58～60m/mim，定量阀开度13～15％，上浆流量32～36m3/h，真空罐真空度-21～-24kpa；然后通过穿透缸、烘缸干燥后(湿纸页经过一个穿透缸和22只烘缸进行干燥，干燥完成后纸张水分控制在1～5％之间；1#-4#烘缸温度为45℃
±
5，5#-8#温度90
±
5℃，9#-16#110
±
5℃，17#-22#90
±
5℃,穿透缸温度175～185℃)，得到原纸；对原纸进行双面酚醛树脂(济南圣泉集团，pf0346)膜转移涂布(原纸的两面在涂布机上进行膜转移涂布酚醛树脂，涂布车速：58～60m/mim)，涂布量控制在16
±
1％(相对于原纸质量)，干燥后(通过8个烘箱干燥，1-8#个干燥箱温度依次为：70
±
2℃、80
±
2℃、90
±
2℃、140
±
2℃、150
±
2℃、185
±
2℃、180
±
2℃、150
±
2℃)，得到纳米基材；对上述制备的纳米基材进行静电纺丝(用pva124溶液，浓度10
±
1％，基纸幅宽550cm，喷嘴80个，产量1100～2200m/h，精度范围50～400nm；喷丝头到接受桶的间距为6
±
1cm，电压15kv))，得到空气滤纸。
51.实施例1
52.木浆纤维按针叶木：阔叶木：羽毛浆：pet(0.35d)＝30:50:17:3的质量比进行均匀
混合，按打浆工艺做好浆料：将浆料按配比投入到已放入15m3±
0.5清水的打浆池内，控制浓度4～6％，开启水力碎浆机电机，碎浆机转速250r/min，碎浆电流160a
±
2，分散45
±
1分钟后放料待用；将上述制备的浆料经过斜网成型器成型：将配好的浆料通过冲浆泵泵入斜网上，通过真空脱水，形成湿纸页，网速58～60m/mim，定量阀开度13～15％，上浆流量32～36m3/h，真空罐真空度-21～-24kpa；然后通过穿透缸、烘缸干燥后(湿纸页经过一个穿透缸和22只烘缸进行干燥，干燥完成后纸张水分控制在1～5％之间；1#-4#烘缸温度为45℃
±
5，5#-8#温度90
±
5℃，9#-16#110
±
5℃，17#-22#90
±
5℃,穿透缸温度175～185℃)，得到原纸；对原纸进行单面酚醛树脂(济南圣泉集团/pf0346)涂布(原纸的一面在涂布机上进行膜转移涂布酚醛树脂，涂布车速：58～60m/mim)，涂布量控制在16
±
1％(相对于原纸)，干燥后(通过8个烘箱干燥，1-8#个干燥箱温度依次为：70
±
2℃、80
±
2℃、90
±
2℃、140
±
2℃、150
±
2℃、185
±
2℃、180
±
2℃、150
±
2℃)，得到纳米基材，对上述制备的纳米基材进行静电纺丝(用pva124溶液，浓度10
±
1％，基纸幅宽550cm，喷嘴80个，产量1100～2200m/h，精度范围50～400nm；喷丝头到接受桶的间距为6
±
1cm，电压15kv))，得到空气滤纸。
53.性能检测
54.本发明比较例和实施例制备的纳米空气滤纸都能够在汽车空气滤清器中使用，按照asdm-737滤纸透气度的测定，标准检测实施例和比较例制备的纳米空气滤纸的透气度，标准测试面积20cm2，测试压力为200pa；初始阻力、容尘量和过滤精度按照iso 5011标准测试，测试面积100cm2，空气流速11.1cm/s，终止压差2000pa；检测结果如下：
[0055] 比较例1比较例2实施例1原纸定量(g/m2)100.1104.1104.3涂布后定量(g/m2)124.1124.2124.1静电纺丝后定量(g/m2)126.5126.4126.4透气度(l/m2.s)143142144初始阻力(pa)183151132过滤精度％99.9799.9699.98容尘量(g/m2)93.3104.8116.2
[0056]
从上表可以看出，由于静电纺丝的基材不同，得到的纳米空气滤纸的性能也会大相径庭，本发明提供的纳米空气滤纸具有初始阻力低，容尘量大的优点，达到了客户对滤材长寿命的要求。
[0057]
本发明提供的纳米空气滤纸制备原纸过程中采用部分羽毛浆质量轻、耐磨、抗拉性好、防水性好；采用单面涂布，透气性好容尘量大；使用酚醛树脂，强度高，抗水性强；对涂布纸进行静电纺丝，做成的空气滤纸效率高、透气性好、容尘量大、易反吹、使用寿命长。
[0058]
虽然已参考本发明的特定实施例描述并说明本发明，但是这些描述和说明并不限制本发明。所属领域的技术人员可清晰地理解，在不脱离如由所附权利要求书定义的本发明的真实精神和范围的情况下，可进行各种改变，以使特定情形、材料、物质组成、物质、方法或过程适宜于本技术的目标、精神和范围。所有此类修改都意图在此所附权利要求书的范围内。虽然已参考按特定次序执行的特定操作描述本文中所公开的方法，但应理解，可在不脱离本发明的教示的情况下组合、细分或重新排序这些操作以形成等效方法。因此，除非本文中特别指示，否则操作的次序和分组并非本技术的限制。