本发明涉及过滤材料技术领域，尤其涉及一种空气过滤纸及其制备方法。
背景技术
随着工业的发展，空气中有害成分不断增加，而空气中漂浮着的各种颗粒物和有害成分对光学电子、lcd液晶制造、生物医药、精密仪器、饮料食品、pcb印刷等行业产生威胁。为解决上述技术问题，科研人员将高效过滤器安装在以上行业无尘车间的空调末端送风处，能够在一定程度上减轻危害的发生。其中，过滤纸作为高效过滤器的重要组成部件，具有风阻低、容尘量大、过滤效率高的优异性能。
目前，国内所生产的预过滤滤纸一般以化学纤维为主，但由于化学纤维阻燃性能非常差，导致以其为原料制备的滤纸无法适应高温工作环境；同时，国外同类玻纤滤纸采用干法成型，该方法生产成本高，产品结构松散。因此，急需一种耐高温和低阻力的初级滤纸及其制备方法。近年来，随着科研人员对过滤纸的研究不断深入，研发出很多性能较好的产品。如公开号为cn106400598a的中国专利公开了一种水花生增强型空气过滤纸的制备方法，其使用水花生增强过滤纸的过滤性能；但是，其在实际应用过程中，过滤效率较低，大部分的有害成分和杂质依旧能够透过过滤纸。
综上所述，现有技术的空气过滤纸仍无法满足人们对高品质空气环境的要求，难以达到高效过滤的目的。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种空气过滤纸及其制备方法，本发明提供的空气过滤纸同时具有较好的耐高温性能、较低的风阻及较高的机械强度，并且能够有效阻挡有害颗粒物，同时整体过滤效率高，且能够高效过滤空气中的硫化氢、二氧化碳等酸性气体。
本发明提供了一种空气过滤纸，包括以下组分：
主体玻璃纤维100重量份；
分子筛活化粉10重量份～20重量份；
分散剂0.3重量份～0.6重量份；
木浆纤维5重量份～15重量份；
结合剂5重量份～15重量份；
所述主体玻璃纤维由质量比为(1～4)：1的短切连续玻璃纤维和玻璃纤维棉组成。
优选的，所述短切连续玻璃纤维包括高硅氧型短切纤维、无碱短切玻璃纤维、中碱短切玻璃纤维和高碱短切玻璃纤维中的一种或多种。
优选的，所述结合剂为质量浓度为1.5％～10％的丙烯酸乳液。
优选的，所述木浆纤维包括针叶木纤维和阔叶木纤维；所述针叶木纤维的纤维长度为2mm～10mm，所述阔叶木纤维的纤维长度为0.5mm～1.5mm。
本发明还提供了一种上述技术方案所述的空气过滤纸的制备方法，包括以下步骤：
a)将主体玻璃纤维、分子筛活化粉与水混合，在分散剂存在下进行第一次打浆，得到第一浆料；同时将木浆纤维与水混合，进行第二次打浆，得到第二浆料；然后将所述第一浆料、第二浆料与水混合，得到纤维棉浆；
b)将步骤a)得到的纤维棉浆进行成型，得到湿式纸坯；
c)采用结合剂对步骤b)得到的湿式纸坯进行施胶，干燥后得到空气过滤纸。
优选的，步骤a)中所述第一浆料的纤维浓度为0.8％～2％；所述第二浆料的纤维浓度为3％～10％；所述纤维棉浆的纤维浓度为0.05％～0.4％。
优选的，步骤a)中所述第二次打浆的打浆度为55°sr～65°sr。
优选的，步骤b)中所述成型的过程具体为：
将步骤a)得到的纤维棉浆输送到成型网带上成型为湿式纸坯，同时经过真空泵吸除湿式纸坯中多余的水分，得到厚度为0.2mm～0.6mm、含水率为45％～55％的湿式纸坯。
优选的，步骤c)中所述施胶的过程具体为：
将结合剂均匀的施加在步骤b)得到的湿式纸坯表面，使其渗透至纸坯内部，同时经过真空泵吸除多余的结合剂，施胶量为所述湿式纸坯重量的0.5倍～3倍，得到施胶后的湿式纸坯。
优选的，步骤c)中所述干燥的温度为80℃～160℃，时间为15min～40min。
本发明提供了一种空气过滤纸，包括以下组分：主体玻璃纤维100重量份；分子筛活化粉10重量份～20重量份；分散剂0.3重量份～0.6重量份；木浆纤维5重量份～15重量份；结合剂5重量份～15重量份；所述主体玻璃纤维由质量比为(1～4)：1的短切连续玻璃纤维和玻璃纤维棉组成。与现有技术相比，本发明提供的空气过滤纸采用特定用量的组分，各组分之间具有良好的相互作用，制备得到的空气过滤纸同时具有较好的耐高温性能、较低的风阻及较高的机械强度，并且能够有效阻挡有害颗粒物，同时整体过滤效率高，且能够高效过滤空气中的硫化氢、二氧化碳等酸性气体。实验结果表明，本发明提供的空气过滤纸的能够耐800℃以上高温，其风阻为270n～310n，强度为0.6mpa～1.0mpa，挺度为1200mg～1400mg；产品可吸收空气中的硫化氢、二氧化碳等酸性气体，过滤效率为99.965％～99.985％。
另外，本发明提供的制备方法工艺简单、成本低，适合大规模工业生产。
具体实施方式
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。
本发明提供了一种空气过滤纸，包括以下组分：
主体玻璃纤维100重量份；
分子筛活化粉10重量份～20重量份；
分散剂0.3重量份～0.6重量份；
木浆纤维5重量份～15重量份；
结合剂5重量份～15重量份；
所述主体玻璃纤维由质量比为(1～4)：1的短切连续玻璃纤维和玻璃纤维棉组成。
在本发明中，所述主体玻璃纤维由质量比为(1～4)：1的短切连续玻璃纤维和玻璃纤维棉组成。在本发明优选的实施例中，所述主体玻璃纤维由质量比为4：1的短切连续玻璃纤维和玻璃纤维棉组成；在本发明另一个优选的实施例中，所述主体玻璃纤维由质量比为1：1的短切连续玻璃纤维和玻璃纤维棉组成。本发明对所述短切连续玻璃纤维和玻璃纤维棉的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。本发明以短切连续玻璃纤维和玻璃纤维棉为主要基材，能够保证产品具有空气过滤纸的基本性能。
在本发明中，所述短切连续玻璃纤维优选包括高硅氧型短切纤维、无碱短切玻璃纤维、中碱短切玻璃纤维和高碱短切玻璃纤维中的一种或多种。在本发明优选的实施例中，所述短切连续玻璃纤维为高硅氧型短切纤维；在本发明另一个优选的实施例中，所述短切连续玻璃纤维为质量比为3：5的无碱短切玻璃纤维和中碱短切玻璃纤维；在本发明另一个优选的实施例中，所述短切连续玻璃纤维为质量比为1：4的高碱短切玻璃纤维和高硅氧型短切玻璃纤维。在本发明中，所述短切连续玻璃纤维的纤维长度优选为6mm～30mm，更优选为10mm～20mm。
在本发明中，所述空气过滤纸包括100重量份的主体玻璃纤维。
在本发明中，所述分子筛活化粉的粒径优选为1μm～5μm，更优选为2μm～4μm；堆积密度优选≥0.2g/ml，更优选≥0.4g/ml；静态水吸附优选≥20％，更优选≥22％；该分子筛活化粉能够吸收特定的有害气体分子，如硫化氢、二氧化碳等酸性气体。本发明对所述分子筛活化粉的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。在本发明中，所述空气过滤纸包括10重量份～20重量份的分子筛活化粉。在本发明优选的实施例中，所述述空气过滤纸包括20重量份的分子筛活化粉；在本发明另一个优选的实施例中，所述述空气过滤纸包括15重量份的分子筛活化粉。
在本发明中，所述分散剂优选为阳离子型季铵盐分散剂。本发明对所述分散剂的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。在本发明中，所述空气过滤纸包括0.3重量份～0.6重量份的分散剂，优选为0.5重量份～0.6重量份。
在本发明中，所述木浆纤维包括针叶木纤维和阔叶木纤维；其中，所述针叶木纤维纤维较长，所述阔叶木纤维纤维较短。在本发明中，所述针叶木纤维的纤维长度优选为2mm～10mm，更优选为2.56mm～4.08mm；所述针叶木纤维的长径比优选在(10～80)：1。在本发明中，所述阔叶木纤维的纤维长度优选为0.5mm～1.5mm，更优选为0.8mm～1.2mm；所述阔叶木纤维的长径比优选在(10～70)：1。在本发明中，所述木浆纤维在产品中主要起到提高空气透过率的作用，并且与其他组分共同作用，能够有效阻挡有害颗粒物，保证产品具有较高的过滤效率。本发明对所述木浆纤维的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。在本发明中，所述空气过滤纸包括5重量份～15重量份的木浆纤维，优选为8重量份～10重量份。
在本发明中，所述结合剂优选为质量浓度为1.5％～10％的丙烯酸乳液，更优选为质量浓度为3％～5％的丙烯酸乳液。本发明对所述结合剂的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的质量浓度为40％～55％的丙烯酸乳液，稀释成1.5％～10％浓度的溶液进行使用即可。在本发明中，所述空气过滤纸包括5重量份～15重量份的结合剂，优选为8重量份～12重量份。
本发明提供的空气过滤纸采用特定用量的组分，各组分之间具有良好的相互作用，制备得到的空气过滤纸同时具有较好的耐高温性能、较低的风阻及较高的机械强度，并且能够有效阻挡有害颗粒物，同时整体过滤效率高，且能够高效过滤空气中的硫化氢、二氧化碳等酸性气体。
本发明还提供了一种上述技术方案所述的空气过滤纸的制备方法，包括以下步骤：
a)将主体玻璃纤维、分子筛活化粉与水混合，在分散剂存在下进行第一次打浆，得到第一浆料；同时将木浆纤维与水混合，进行第二次打浆，得到第二浆料；然后将所述第一浆料、第二浆料与水混合，得到纤维棉浆；
b)将步骤a)得到的纤维棉浆进行成型，得到湿式纸坯；
c)采用结合剂对步骤b)得到的湿式纸坯进行施胶，干燥后得到空气过滤纸。
本发明首先将主体玻璃纤维、分子筛活化粉与水混合，在分散剂存在下进行第一次打浆，得到第一浆料；同时将木浆纤维与水混合，进行第二次打浆，得到第二浆料；然后将所述第一浆料、第二浆料与水混合，得到纤维棉浆。在本发明中，所述主体玻璃纤维、分子筛活化粉、分散剂和木浆纤维与上述技术方案中所述的相同，在此不再赘述。
本发明对所述打浆的设备没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的打浆机。本发明在分散剂的作用下，能够使主体玻璃纤维和分子筛活化粉均匀分散于水中，得到第一浆料。在本发明中，所述第一浆料的纤维浓度优选为0.8％～2％，更优选为0.8％～1.8％；本发明以此确定加水量。
在本发明中，所述第二次打浆的打浆度优选为55°sr～65°sr；从而保证木浆纤维能够分丝帚化，得到第二浆料。在本发明中，所述第二浆料的纤维浓度优选为3％～10％，更优选为4％～6％；本发明以此确定加水量。
本发明对所述将所述第一浆料、第二浆料与水混合的设备没有特殊限制，优选采用本领域技术人员熟知的配浆池。在本发明中，所述纤维棉浆的纤维浓度优选为0.05％～0.4％，更优选为0.1％～0.3％；本发明以此确定加水量。
得到所述纤维棉浆后，本发明将得到的纤维棉浆进行成型，得到湿式纸坯。在本发明中，所述成型的过程优选具体为：
将步骤a)得到的纤维棉浆输送到成型网带上成型为湿式纸坯，同时经过真空泵吸除湿式纸坯中多余的水分，得到厚度为0.2mm～0.6mm、含水率为45％～55％的湿式纸坯。在本发明中，得到的湿式纸坯的厚度优选为0.3mm～0.4mm，含水率优选为50％～55％。
得到所述湿式纸坯后，本发明采用结合剂对得到的湿式纸坯进行施胶，干燥后得到空气过滤纸。在本发明中，所述结合剂与上述技术方案中所述的相同，在此不再赘述。
在本发明中，所述施胶的过程优选具体为：
将结合剂均匀的施加在步骤b)得到的湿式纸坯表面，使其渗透至纸坯内部，同时经过真空泵吸除多余的结合剂，施胶量为所述湿式纸坯重量的0.5倍～3倍，得到施胶后的湿式纸坯。在本发明中，所述施胶量优选为所述湿式纸坯重量的1倍以上。
本发明对所述干燥的设备没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的烘箱即可。在本发明中，所述干燥的温度优选为80℃～160℃，更优选为100℃～120℃；所述干燥的时间优选为15min～40min，更优选为15min～20min。
本发明提供了一种空气过滤纸，包括以下组分：主体玻璃纤维100重量份；分子筛活化粉10重量份～20重量份；分散剂0.3重量份～0.6重量份；木浆纤维5重量份～15重量份；结合剂5重量份～15重量份；所述主体玻璃纤维由质量比为(1～4)：1的短切连续玻璃纤维和玻璃纤维棉组成。与现有技术相比，本发明提供的空气过滤纸采用特定用量的组分，各组分之间具有良好的相互作用，制备得到的空气过滤纸同时具有较好的耐高温性能、较低的风阻及较高的机械强度，并且能够有效阻挡有害颗粒物，同时整体过滤效率高，且能够高效过滤空气中的硫化氢、二氧化碳等酸性气体。实验结果表明，本发明提供的空气过滤纸的能够耐800℃以上高温，其风阻为270n～310n，强度为0.6mpa～1.0mpa，挺度为1200mg～1400mg；产品可吸收空气中的硫化氢、二氧化碳等酸性气体，过滤效率为99.965％～99.985％。
另外，本发明提供的制备方法工艺简单、成本低，适合大规模工业生产。
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细地描述。本发明以下实施例所用的高硅氧型短切玻璃纤维的纤维长度为6mm～30mm；所用的分散剂为阳离子型季铵盐分散剂；所用的木浆纤维包括针叶木纤维和阔叶木纤维，所述针叶木纤维的纤维长度为2.56mm～4.08mm，长径比多在70倍以下，所述阔叶木纤维的纤维长度为0.8mm～1.2mm，长径比多在60倍以下；所用的无碱短切玻璃纤维的纤维长度为6mm～30mm，氧化钠含量为0～2％；所用的中碱短切玻璃纤维的纤维长度为6mm～30mm，氧化钠含量为8％～12％；所用的高碱短切玻璃纤维的纤维长度为6mm～30mm，氧化钠含量≥13％；所述结合剂为质量浓度为40％-55％的丙烯酸乳液，稀释成1.5％～10％浓度的溶液。
实施例1
(1)将80kg高硅氧型短切玻璃纤维、20kg玻璃纤维棉和20kg分子筛活化粉加入到预先加入水的1#打浆机机中，保证纤维浓度为1.6％，开启打浆机，同时加入0.5kg分散剂，进行第一次打浆至纤维均匀分散于水中，得到第一浆料。
(2)将10kg木浆纤维单独加入到预先加入水的2#打浆机中，保证纤维浓度为5％，开启打浆机进行第二次打浆，浆料打浆度60°sr，保证木浆纤维能够分丝帚化，得到第二浆料。
(3)将步骤(1)得到的第一浆料和步骤(2)得到的第二浆料输送到配浆池中，继续加入清水，使纤维浓度保持在0.2％，得到纤维棉浆。
(4)开启成型网带，将步骤(3)得到的纤维棉浆输送到成型网带上成型为湿式纸坯，同时经过第一个真空泵，吸除湿式纸坯中多余的水分，得到厚度为0.3mm、含水率为51％的湿式纸坯。
(5)将稀释后浓度为3％的丙烯酸乳液均匀的施加在步骤(4)得到的湿式纸坯表面，使其渗透至纸坯内部，同时经过第二个真空泵，吸除多余的结合剂，施胶量为湿式纸坯重量的1倍以上；再将上述湿式纸坯传送至干燥箱中进行干燥，烘干温度为110℃，烘干时间20min，干燥完成，得到空气过滤纸。
经检测，本发明实施例1提供的空气过滤纸能够耐805℃高温，其风阻为280n，强度为0.6mpa，挺度为1200mg；产品整体过滤效率为99.975％，可吸收空气中的硫化氢、二氧化碳等酸性气体。
实施例2
(1)将30kg无碱短切玻璃纤维、50kg中碱短切玻璃纤维、20kg玻璃纤维棉和15kg分子筛活化粉加入到预先加入水的1#打浆机机中，保证纤维浓度为1.8％，开启打浆机，同时加入0.6kg分散剂，进行第一次打浆至纤维均匀分散于水中，得到第一浆料。
(2)将8kg木浆纤维单独加入到预先加入水的2#打浆机中，保证纤维浓度为4％，开启打浆机进行第二次打浆，浆料打浆度65°sr，保证木浆纤维能够分丝帚化，得到第二浆料。
(3)将步骤(1)得到的第一浆料和步骤(2)得到的第二浆料输送到配浆池中，继续加入清水，使纤维浓度保持在0.1％，得到纤维棉浆。
(4)开启成型网带，将步骤(3)得到的纤维棉浆输送到成型网带上成型为湿式纸坯，同时经过第一个真空泵，吸除湿式纸坯中多余的水分，得到厚度为0.2mm、含水率为55％的湿式纸坯。
(5)将稀释后浓度为5％的丙烯酸乳液均匀的施加在步骤(4)得到的湿式纸坯表面，使其渗透至纸坯内部，同时经过第二个真空泵，吸除多余的结合剂，施胶量为湿式纸坯重量的1倍以上；再将上述湿式纸坯传送至干燥箱中进行干燥，烘干温度为100℃，烘干时间18min，干燥完成，得到空气过滤纸。
经检测，本发明实施例2提供的空气过滤纸能够耐800℃高温，其风阻为270n，强度为0.8mpa，挺度为1400mg；产品整体过滤效率为99.985％，可吸收空气中的硫化氢、二氧化碳等酸性气体。
实施例3
(1)将10kg高碱短切玻璃纤维、40kg高硅氧型短切玻璃纤维、50kg玻璃纤维棉和20kg分子筛活化粉加入到预先加入水的1#打浆机机中，保证纤维浓度为0.8％，开启打浆机，同时加入0.5kg分散剂，进行第一次打浆至纤维均匀分散于水中，得到第一浆料。
(2)将10kg木浆纤维单独加入到预先加入水的2#打浆机中，保证纤维浓度为6％，开启打浆机进行第二次打浆，浆料打浆度55°sr，保证木浆纤维能够分丝帚化，得到第二浆料。
(3)将步骤(1)得到的第一浆料和步骤(2)得到的第二浆料输送到配浆池中，继续加入清水，使纤维浓度保持在0.3％，得到纤维棉浆。
(4)开启成型网带，将步骤(3)得到的纤维棉浆输送到成型网带上成型为湿式纸坯，同时经过第一个真空泵，吸除湿式纸坯中多余的水分，得到厚度为0.4mm、含水率为50％的湿式纸坯。
(5)将稀释后浓度为4％的丙烯酸乳液均匀的施加在步骤(4)得到的湿式纸坯表面，使其渗透至纸坯内部，同时经过第二个真空泵，吸除多余的结合剂，施胶量为湿式纸坯重量的1倍以上；再将上述湿式纸坯传送至干燥箱中进行干燥，烘干温度为120℃，烘干时间15min，干燥完成，得到空气过滤纸。
经检测，本发明实施例3提供的空气过滤纸能够耐800℃高温，其风阻为310n，强度为1.0mpa，挺度为1300mg；产品整体过滤效率为99.965％，可吸收空气中的硫化氢、二氧化碳等酸性气体。
对比例1
(1)将80kg高硅氧型短切玻璃纤维、40kg玻璃纤维棉加入到预先加入水的1#打浆机机中，保证纤维浓度为1.6％，开启打浆机，同时加入0.5kg分散剂，进行第一次打浆至纤维均匀分散于水中，得到第一浆料。
步骤(2)～(5)与实施例1相同，得到空气过滤纸。
经检测，对比例1提供的空气过滤纸能够耐750℃高温，其风阻为315n，强度为0.5mpa，挺度为1100mg；产品整体过滤效率为91.023％，不能吸收空气中的硫化氢、二氧化碳等酸性气体。
对比例2
(1)将100kg高硅氧型短切玻璃纤维、20kg玻璃纤维棉加入到预先加入水的1#打浆机机中，保证纤维浓度为1.6％，开启打浆机，同时加入0.5kg分散剂，进行第一次打浆至纤维均匀分散于水中，得到第一浆料。
步骤(2)～(5)与实施例1相同，得到空气过滤纸。
经检测，对比例2提供的空气过滤纸能够耐800℃高温，其风阻为320n，强度为0.45mpa，挺度为1150mg；产品整体过滤效率为93.124％，不能吸收空气中的硫化氢、二氧化碳等酸性气体。
对比例3
(1)将80kg高硅氧型短切玻璃纤维、20kg玻璃纤维棉和20kg分子筛活化粉加入到预先加入水的1#打浆机机中，保证纤维浓度为1.6％，开启打浆机，同时加入0.5kg分散剂，进行第一次打浆至纤维均匀分散于水中，得到第一浆料。
(2)将步骤(1)得到的第一浆料输送到配浆池中，继续加入清水，使纤维浓度保持在0.2％，得到纤维棉浆。
(3)开启成型网带，将步骤(2)得到的纤维棉浆输送到成型网带上成型为湿式纸坯，同时经过第一个真空泵，吸除湿式纸坯中多余的水分，得到厚度为0.3mm、含水率为51％的湿式纸坯。
(4)将稀释后浓度为3％的丙烯酸乳液均匀的施加在步骤(3)得到的湿式纸坯表面，使其渗透至纸坯内部，同时经过第二个真空泵，吸除多余的结合剂，施胶量为湿式纸坯重量的1倍以上；再将上述湿式纸坯传送至干燥箱中进行干燥，烘干温度为110℃，烘干时间20min，干燥完成，得到空气过滤纸。
经检测，对比例3提供的空气过滤纸能够耐800℃高温，其风阻为325n，强度为0.45mpa，挺度为1120mg；产品整体过滤效率为89.258％，可吸收空气中的硫化氢、二氧化碳等酸性气体。
所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。