一种多层滤纸及其制备方法与流程

本发明属于工业滤纸技术领域，具体涉及一种多层滤纸及其制备方法。

背景技术：

工业滤纸是一种经过浸渍加工的过滤用纸，在滤清器生产线上经过分压、压波、收波和固化等工艺制备成滤清器，主要用于汽车、船舶、拖拉机等的内燃机上，以除去空气、机油和燃油中的杂质，防止发动机机件磨损，并延长其寿命。滤清器的过滤材质包括毛毡、棉纱、金属丝及油浴等多种，现在已基本为树脂浸渍的纸质滤芯所替代。工业滤纸除具有一般工业用纸的抗张强度、撕裂度等物理指标外，还特别要求有良好的耐破度及挺度。特别地，工业滤纸需要具有良好的过滤性能，包括透气度、最大孔径、平均孔径、过滤效率、堵塞寿命和容尘能力。这些性能指标主要与原纸有关，同时也与涂布树脂、涂布工艺有关。

在大多数的过滤作业中，一般多采用单层滤纸进行过滤，例如用单层滤纸折叠后，制成滤芯过滤；将单层滤纸装在板框过滤机上过滤。也有将多个滤芯或多台板框过滤机串联起来进行多级过滤的。这种情况近一、二十年来已逐渐有所转变。有的过滤任务已采用一种、两种甚至多种相同或不同的滤纸重叠起来制成滤芯或装于板框过滤机上进行过滤。

上述采用各种折叠式的物理方法得到的多层滤纸，虽然多层加工过程中有很大的灵活性，但在滤纸的使用过程中则很难发挥其优异的多层滤纸性能。如果采用胶黏剂粘结层与层之间的滤纸时，不仅提高了制造成本，而且胶黏剂的用量也需要严格控制，否则易导致胶黏剂堵塞孔道，从而严重影响滤纸的过滤性能；而如果不采用胶黏剂粘结，直接将滤纸叠加在一起形成的多层复合的滤纸在使用过程中容易脱落，失去了多层的意义。

因此，如何提供一种多层滤纸，以实现滤纸层与层之间较好的粘结，使滤纸具有较优性能的同时简化制造工艺、降低制造成本成为本领域亟待解决的课题。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的一个目的在于提供一种多层滤纸，该多层滤纸采用湿法成型工艺制备，能够实现滤纸层与层之间较好的粘结，使滤纸具有较优性能的同时简化了制造工艺、降低了制造成本，同时增加滤材的过滤效率。

本发明的另一个目的在于提供一种多层滤纸的制备方法。

一方面，本发明提供一种多层滤纸，所述多层滤纸至少包含一层紧密层与一层疏松层，所述紧密层的紧度为0.1-0.3g/m³，优选为0.2-0.25g/m³；所述疏松层的紧度为0.1-0.3g/m³，优选为0.1-0.2g/m³。

优选地，所述紧密层的定量为40-180g/m²，优选为40-80g/m²，更优选为72g/m²；所述疏松层的定量为20-160g/m²，优选为30-50g/m²，更优选为48g/m²；

优选地，所述紧密层的厚度为0.08-0.6mm，优选为0.1-0.4mm；所述疏松层的厚度为0.07-0.6mm，优选为0.1-0.3mm；

优选地，所述多层滤纸的平均定量为70-200g/m²，优选为70-120g/m²，更优选为120g/m²；厚度为0.30-1.1mm，优选为0.3-0.6mm，更优选为0.5-0.6mm；平均孔径小于30μm，优选为5-11μm。

优选地，所述紧密层包含植物纤维、单熔点合成纤维和胶黏剂；

优选地，所述紧密层中植物纤维的质量含量为10-90％，优选为30-80％；更优选为70-80％。

优选地，所述紧密层中单熔点合成纤维的质量含量为5-50％，优选为5-25％；更优选为5-15％。

优选地，所述紧密层中胶黏剂的质量含量为5-40％，优选为15-25％；更优选为17-22％。

优选地，所述疏松层包含植物纤维、单熔点合成纤维、超细纤维和双熔点合成纤维。

优选地，所述疏松层中植物纤维的质量含量为10-85％，优选为20-60％，更优选为35-50％；

优选地，所述疏松层中单熔点合成纤维的质量含量为5-35％，优选为10-30％，更优选为13-22％；

优选地，所述疏松层中超细纤维的质量含量为5-20％，优选为5-15％，更优选为5-10％；

优选地，所述疏松层中双熔点合成纤维的质量含量为5-35％，优选为10-30％，更优选为17-27％；

优选地，所述紧密层及所述疏松层中的植物纤维选自阔叶浆、针叶浆、丝光浆、棉浆、麻浆、竹浆和草浆纤维中的一种或多种，优选为针叶浆和丝光浆；

优选地，所述紧密层及所述疏松层中的植物纤维的打浆度为10-40osr，长度为0.2-7mm；

优选地，所述紧密层及所述疏松层中的单熔点合成纤维选自聚对苯二甲酸乙二酯(pet)纤维、聚乙烯(pe)纤维、玻璃纤维、聚苯硫醚(pps)纤维、聚对苯二甲酰对苯二胺(ppta)纤维、聚乙烯醇(pva)纤维、粘胶纤维、天丝纤维和铜氨纤维中的一种或多种，优选为pet纤维或玻璃纤维；

优选地，所述紧密层及所述疏松层中的单熔点合成纤维的长度为1-15mm，纤度为0.1-5dtex；

优选地，所述胶黏剂的分子量为5×10⁴-2×10⁶，质量浓度为3-40％；

优选地，所述胶黏剂选自酚醛树脂、丁苯胶乳和苯丙乳液中的一种或多种，优选为苯丙乳液；

优选地，所述超细纤维选自玻璃棉纤维、原纤化的芳纶纤维和原纤化的天丝纤维中的一种或多种，优选为玻璃棉纤维；

优选地，所述超细纤维的平均直径为100-1000nm，平均长度为0.1-2mm；

优选地，所述双熔点合成纤维为具有双熔点的苯二甲酸乙二酯(pet)复合纤维、聚丙烯/聚乙烯(pp/pe)复合纤维、聚对苯二甲酸乙二酯/聚丙烯(pet/pp)复合纤维和聚对苯二甲酸乙二酯/聚乙烯(pet/pe)复合纤维中的一种或多种，优选为聚丙烯/聚乙烯(pp/pe)复合纤维。

优选地，所述双熔点合成纤维中的低熔点组份的熔点为60-130℃，优选为80-110℃，更优选为110℃；

优选地，所述双熔点合成纤维中的高熔点组份熔点为150-220℃，优选为160-260℃，更优选为160℃。

优选地，所述多层滤纸为双层滤纸；

优选地，所述双层滤纸采用斜网一次双层成型、斜网两次双层成型或圆网双层成型工艺制备；

优选地，所述多层滤纸用于发动机空气过滤。

另一方面，本发明提供一种上述多层滤纸的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

1)紧密层浆料制备

按照紧密层的配方组成准备原料植物纤维、单熔点合成纤维，与水混合，打浆，得到紧密层浆料；

2)疏松层浆料制备

按照疏松层的配方组成准备各原料，与水混合，打浆，得到疏松层浆料；

3)在具有两个以上独立流道的斜网纸机或长网纸机上，将所述紧密层浆料和所述疏松层浆料同时抄造成型；

4)第一次干燥

在温度为50～180℃下干燥；优选为烘缸加热、红外加热或热风加热进行干燥；

5)施胶

第一次干燥处理之后，取胶黏剂与水混和，制成胶液，以膜转移辊式涂布方法向紧密层一侧施胶，以使胶液渗入紧密层，成为紧密层的组成部分。

6)第二次干燥

在温度50～120℃下干燥；优选为烘缸加热、红外加热或热风加热进行干燥；

7)表面处理

通过热压辊对步骤6)干燥后的材料表面进行整饬处理，其中热压辊温度为50～80℃。

本发明所述的具有两个以上独立流道的斜网纸机或长网纸机，可以采用发明专利申请(公开号cn103137931a，公开日2013年6月5日)中公开的结构。以双流道斜网造纸机为例，结构示意图见图1。其中a为斜网纸机的布浆器，布浆器a分为相互独立的两个流道，分别用1和2表示，所述紧密层浆料和疏松层浆料分别进入一个流道，不会发生混合。b为纸机的整流区，也分为两个流道，与布浆器a的流道1和2相匹配。整流区b的作用是把来自于布浆器a的浆料整流，产生高强微湍的流动状态，不产生涡流，从而使浆料的流态稳定，这样才可以保证两层浆料在成形的时候不发生混合且得到很好的均匀度。浆料通过整流区b之后到达斜网纸机的脱水成形区d处，通过真空脱水使来自于整流区b的两层浆料在脱水成形d区处脱水成型，得到本发明所述多层滤纸c。本发明制备方法中的植物纤维、单熔点合成纤维、胶黏剂、超细纤维和双熔点合成纤维的种类如之前多层滤纸所述。

经测试，本发明制备的多层滤纸的平均定量为70-200g/m²，厚度为0.30-1.1mm，平均孔径小于30μm，透气度为120l/m²·s以上，耐破度为150kpa以上，纵向挺度为1.2mn·m以上，紧密层的定量为40-180g/m²，疏松层的定量为20-160g/m²，对0.3-0.5μm气溶胶颗粒的过滤效率大于50％。

本发明的多层滤纸采用湿法成型技术制备，可广泛用于物质的过滤与分离，还可用于制备结构与功能材料，尤其可用于发动机空气过滤。

与现有的多层滤纸相比，本发明提供的多层滤纸至少具有以下优点：

一、本发明采用湿法成型技术制备多层滤纸，能够实现滤纸层与层之间较好的粘结，简化了制造工艺，降低了制造成本；

二、本发明的多层滤纸至少包含一层紧密层和一层疏松层，其中紧密层通过膜转移辊式涂布施胶增加强度(见图2)，为滤纸提供了必要的物理强度，并通过添加超细纤维达到了控制孔径的目的；而疏松层则通过双熔点合成纤维熔化增加了强度，并且双熔点合成纤维在热熔过程发生卷曲，增加了疏松层的松厚度，并通过添加超细纤维达到了控制孔径的目的，为滤纸提供了较好的容尘能力和过滤精度。

附图说明

以下，结合附图来详细说明本发明的实施方案，其中：

图1为双层斜网纸机成型图；其中，a为布浆器，b为整流区，c为多层滤纸，d为脱水成形区，e为成型网。

图2单面施胶图；其中，c为未施胶纸页，c1为施胶后的纸样，f为上施胶辊，g为下施胶辊，h为胶槽。胶液通过辊g转移到纸页c的下层(紧密层)，通过控制胶膜厚度控制上胶量达到单面施胶的目的。

图3为对比例4中疏松层和紧密层的复合方法示意图(其中，i是疏松层，j是紧密层疏松层，k是复合后的过滤材料，l是胶点转移棍，q是胶槽，n和p是导辊，m是烘缸)。

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。

下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的试剂材料等，如无特殊说明，均为市售购买产品。

实施例多层滤纸的制备

1、多层滤纸的组成及配比

实施例1-5、对比例1-4的原材料组成及配比如表1所示。

表1

2、多层滤纸的制备

上述实施例1-4、对比例2-3的制备方法如下：

1)紧密层浆料制备

按照紧密层的配方组成准备原料植物纤维、单熔点合成纤维，与水混合，打浆，得到紧密层浆料；

2)疏松层浆料制备

按照疏松层的配方组成准备各原料，与水混合，打浆，得到疏松层浆料；

3)在具有两个以上独立流道的斜网纸机或长网纸机上，将所述紧密层浆料和所述疏松层浆料同时抄造成型；

4)第一次干燥

在温度135℃下烘缸加热或热风加热干燥；

5)施胶

第一次干燥处理之后，取胶黏剂与水混和，制成胶液，以膜转移辊式涂布方法向紧密层一侧施胶，以使胶液渗入紧密层，成为紧密层的组成部分。

6)第二次干燥

在温度80℃下红外加热或热风加热干燥；

7)表面处理

通过热压辊(热压辊温度为70℃)对步骤6)干燥后的材料表面进行整饬处理。

本发明所述的具有两个以上独立流道的斜网纸机或长网纸机，可以采用发明专利申请(公开号cn103137931a，公开日2013年6月5日)中公开的结构。以双流道斜网造纸机为例，结构示意图见图1。其中a为斜网纸机的布浆器，布浆器a分为相互独立的两个流道，分别用1和2表示，所述紧密层浆料和疏松层浆料分别进入一个流道，不会发生混合。b为纸机的整流区，也分为两个流道，与布浆器a的流道1和2相匹配。整流区b的作用是把来自于布浆器a的浆料整流，产生高强微湍的流动状态，不产生涡流，从而使浆料的流态稳定，这样才可以保证两层浆料在成形的时候不发生混合且得到很好的均匀度。浆料通过整流区b之后到达斜网纸机的脱水成形区d处，通过真空脱水使来自于整流区b的两层浆料在脱水成形d区处脱水成型，得到本发明所述多层滤纸c。本发明制备方法中的植物纤维、单熔点合成纤维、合成树脂、胶粘剂及疏松层的配方等如之前多层滤纸所述。

对比例1的制备方法为：

1)浆料制备

按照配方组成准备各原料，与水混合，打浆，得到疏松层浆料；

2)在具有一个流道的斜网纸机或长网纸机上，将所述浆料抄造成型；

3)第一次干燥

在温度135℃下烘缸加热或热风加热干燥；

4)施胶

第一次干燥处理之后，取胶黏剂与水混和，制成胶液，以膜转移辊式涂布方法向紧密层一侧施胶，以使胶液渗入成型纸页结构中。

5)第二次干燥

在温度80℃下红外加热或热风加热干燥；

6)表面处理

通过热压辊(热压辊温度为70℃)对步骤3)干燥后的材料表面进行整饬处理。

对比例4的制备方法为：

1)疏松层和紧密层单独用对比例1的方法制备；

2)疏松层和紧密层用图3示意图方法复合(i是疏松层，j是紧密层疏松层，k是复合后的过滤材料，l是胶点转移棍，q是胶槽，n和p是导辊，m是烘缸)；

3)干燥

复合后的材料在温度80℃下用烘缸干燥。

3、测定项目及方法：

(1)定量测定，按照标准：gb/t451.2－2002进行。

(2)厚度测定，按照标准：gb/t6547—1998进行。

(3)透气度测定，按照标准：gb/t5453—1997进行。

(4)平均孔径测定，按照标准：gb/t2679.14—1996进行；

(5)耐破度：按照测试标准：gb/t454—2002

(6)挺度：按照测试标准：gb/t2679.3—1996

(7)颗粒分级效率：

为对原纤化超细纤维复合滤材的过滤性能进行有效区分，研究采用计数法空气滤材滤性能测试台对复合滤材的过滤性能进行测试。空气过滤效率的测试方法为对高性能滤材具有显著区分度的粒子计数法。

测试台的测试原理是，首先将一定浓度的kcl溶液雾化在空气中，然后使其在空气中凝固成一定浓度的kcl颗粒，形成kcl颗粒气溶胶。接着，让kcl颗粒气溶胶在一定的流速下通过滤材,通过滤材上、下游的粒子计数器测量kcl粒子在滤材上、下游的粒径和数量，从而得到滤材的计数效率

测试设备：空滤台sx-l1060，苏信净化设备厂。

4、测试结果

测试结果如表2和表3所示。

表2

表3

从以上结果可以看出：

对比例1与实施例1相比，为单层结构，平均孔径较大，但透气度低，且相同粒径范围的过滤效率更低。

对比例2与实施例1相比，都为双层一次成型，未使用超细纤维，虽然透气度较大，但相同粒径范围的过滤效率更低。

对比例3与实施例1相比，都为双层一次成型，未使用双熔点纤维，疏松层紧度大，虽然平均孔径较小，但是透气度和耐破度都较低，且相同粒径范围的过滤效率也低。

对比例4与实施例2相比，原材料配比一样，都为双层结构，但是通过分别成型再用胶黏剂复合在一起。平均孔径差别不大，但透气度较低，且相同粒径范围的过滤效率也较低。

以上对本发明具体实施方式的描述并不限制本发明，本领域技术人员可以根据本发明做出各种改变或变形，只要不脱离本发明的精神，均应属于本发明所附权利要求的范围。