汽车工业空气滤纸浸渍树脂的研究进展

2015-02-11张晓龙刘文陈

天津造纸 2015年1期

关键词：苯丙溶剂型酚醛树脂

张晓龙　刘文陈　雪　峰

（中国制浆造纸研究院，北京，100102）

综述

汽车工业空气滤纸浸渍树脂的研究进展

张晓龙刘文陈雪峰

（中国制浆造纸研究院，北京，100102）

空气滤纸浸渍树脂过滤

近年来，随着汽车工业的高速发展，汽车工业滤清器也呈现快速增长的势头，汽车工业滤纸是生产汽车滤清器的原材料之一,又称“汽车三滤纸”，即“空气滤、燃油滤、机油滤”,是清洁现代高速内燃机的过滤材料,对发动机的各项性能指标起重要作用［1］。而其中的空气滤清器在汽车中又是有着举足轻重的地位。早在1860年美国贺氏特殊材料公司（现在的美国HV公司）就开始研制开发汽车工业滤纸等新产品［2］。汽车工业空气滤纸的生产过程一般是以天然的植物纤维等原料进行抄造，填料较少或基本不添加填料，没有压光过程。因此抄造出来的空气滤纸原纸的紧度较小，滤纸纸页疏松，强度较低，质地柔软，吸水性强，这些原因导致抄造出来的汽车工业空气滤纸原纸不能满足汽车空气滤清器的生产和使用要求。必须采用树脂对原纸进行浸渍加工处理，以提高滤纸的物理强度、结构强度等［3］，使滤纸具有良好的加工性能和使用性能。因此浸渍树脂的种类和特点成为汽车工业空气滤清器滤纸设计中的一个重点考虑因素。

汽车工业空气滤纸常用的浸渍树脂可以分为水溶性树脂和溶剂型树脂。水溶性树脂主要包括丙烯酸树脂乳液、苯丙乳液、聚醋酸乙烯酯乳液等，这类树脂由于合成过程中采用水作溶剂，较溶剂型树脂更加绿色环保，是浸渍树脂的一个重要发展方向。但是其在挺度和耐水性等方面与溶剂型树脂相比还有一些不足。溶剂型树脂主要包括醇溶性酚醛树脂等。溶剂型树脂在合成过程中会消耗大量的有机溶剂，易燃易爆，给生产过程带来安全隐患，此外，有机溶剂易挥发，回收困难，容易对环境造成污染［4］。但是溶剂型浸渍树脂会赋予滤纸一些特殊的性能，如经过醇溶性酚醛树脂处理固化之后的树脂拥有非常高的挺度和耐水性［5］。

1　水溶性树脂

1.1丙烯酸树脂乳液

丙烯酸树脂乳液具有许多突出的优点（如优异的耐候性、耐紫外光照射、耐热性、耐腐蚀、耐化学品玷污及极好的柔韧性、保光性、粘附力等）,已广泛应用于橡胶、塑料、涂料、胶粘剂、织物整理剂等各个行业。因此丙烯酸树脂乳液在汽车工业空气滤纸行业也得到了大量的应用［6］。

随着对丙烯酸树脂乳液的功能性改进，近年出现了许多改性丙烯酸树脂乳液，取得了良好的效果，有望在汽车工业空气滤纸方面得到大量应用。太原理工大学孔少奇等采用自由基聚合法合成丙烯酸树脂，之后与改性二氧化硅纳米粒子复合，制备出了新型超疏水材料，并获得了最佳涂层工艺条件［7］。根据Wenzel-Cassie模型原理，材料最终达到了超疏水结构。严世成等采用乙烯基三乙氧基硅烷和八甲基环四硅氧烷为改性剂与丙烯酸单体乳液聚合，制得聚合工艺稳定、耐水性能和耐擦洗性能优异的树脂，该树脂能室温交联固化［8］。

1.2苯丙乳液

近年来苯丙乳液被广泛地应用于汽车滤纸浸渍。它是由苯乙烯和多种丙烯酸酯单体共聚而成的乳液，其粘结性好，成膜性能优异，乳液粒径较小，能很好地与纤维表面结合，从而使经过苯丙乳液浸渍过的滤纸具有较高的拉伸强度和耐破度，尤其可使浸渍滤纸的挺度性能更好，同时具有很大的成本优势，但不足之处是耐水性较差［9］。针对这一不足，许多科研工作者对苯丙乳液进行了诸多功能性改进，比如引入疏水性的单体和外加交联剂等［10-12］。

陕西科技大学高同洛等制得了一种有机硅改性阳离子苯丙乳液（POSSA），并将其应用到表面施胶剂中，与不含有机硅的苯丙乳液相比，纸张的强度和抗水性有了进一步的提高［13］。北京林业大学的田春华采用核壳乳液聚合工艺合成了用羧基、环氧基进行改性的苯丙乳液,，并且应用在造纸湿强剂中，通过对纸页进行SEM扫描可以看出湿强剂的加入,能在纸页表面形成保护膜,阻止水的渗透,并能使纤维结合更加紧密［14］。

利用有机硅对苯丙乳液进行改性，既可以保持苯丙乳液的固有优点，也可以发挥有机硅的耐水、耐高低温等优越性能，这些新型改性功能性苯丙乳液有望应用于汽车工业滤纸。

2　溶剂型树脂

自1953年美国发明用醇溶性热固性酚醛树脂浸渍处理原纸生产汽车滤纸以来，很长一段时间其一直是汽车滤纸常规生产工艺用浸渍剂，主要取其技术成熟，滤纸耐水性、挺度高等优势［15］。用醇溶性热固型酚醛树脂浸渍处理原纸的优点是滤芯坚挺结实，刚度大大提高，同时赋有高度抗化学性能。而其存在的主要问题为：酚醛树脂浸渍的滤纸虽然坚挺，但缺乏柔韧性，较脆，在轧波操作中易破裂；固化速度较慢，致使不能提高轧波处理机的线速度，同时固化温度较高，需耗用大量的能源以达到所要求的固化程度，导致成品的成本提高；配制醇溶性酚醛树脂浸渍液需耗用大量的有机溶剂，回收困难，会对大气环境造成污染，有机溶剂易燃，生产过程存在安全事故的隐患［16］。

因此，鉴于环保和安全等方面的原因，科研工作者对水溶性酚醛树脂进行了大量的研究与改进工作。华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室窦晓丽等以水性酚醛树脂为研究对象，对经其浸渍后的滤纸在汽油和柴油中的强度性能保持率及孔径大小的变化进行研究。结果表明，滤纸经水性酚醛树脂增强后,强度性能较苯丙乳液增强后滤纸有明显改善,且表现出优异的耐油性能［17］。

3　浸渍树脂的发展趋势

由于汽车工业空气滤纸用浸渍树脂相对其他行业对树脂的需求量比较小，因此其多取自市场上现成的几种水溶性树脂或溶剂型树脂，市场上并没有专门为汽车工业空气滤纸开发的功能性浸渍树脂。未来的浸渍树脂应该由通用型树脂向功能性树脂发展，以适应不同功能滤纸的需求。并且由于目前水溶性树脂拥有的各种优点和发展态势，其必然也会逐渐由溶剂型树脂向水溶性树脂转变，而且随着滤纸应用环境的不同，浸渍树脂也会多样化发展，并且出现了一些值得关注的新型功能树脂，这些树脂可能会赋予滤纸独特的功能，从而提高滤纸的某些特定性能。

华南理工大学周静等引入反应性阻燃单体丙烯酸乙酯缩磷酸二乙酯（DEAEP）和大分子反应性单体不饱和双键封端的聚二甲基硅氧烷（DV-PDMS）预聚体，将其分别或按一定质量比与苯乙烯、丙烯酸酯类单体共聚制备出具有良好力学性能的阻燃型含磷、含硅或同时含磷硅的丙烯酸酯共聚物增强树脂，通过浸渍的方法赋予纸张良好的力学性能和一定的阻燃性能［18］。

山东大学的王翠等采用合适化学方法用有机硅对水性聚氨酯—聚丙烯酸酯进行改性,可以得到有良好耐水性以及力学性能的涂膜［19］。此种改性的水性聚氨酯—聚丙烯酸酯乳液应用在汽车工业空气滤纸上有很好的前景。

中海油常州涂料化工研究院苟小青等研究了一种可以UV固化的水性涂料，是一种带不饱和双键的乳化树脂，其本身能参与UV固化反应，其乳液性能稳定，耐水性强［20］。耐水性强的水性乳液也可以赋予滤纸良好的耐水性能，值得进一步研究。

随着新型乳液的不断发展，开发出适应滤纸特点的乳液是根本的发展方向。

4　结语

在环境保护越来越得到政府和企业重视的情况下，汽车工业空气滤纸用浸渍树脂会逐步向水溶性树脂和功能性树脂发展，溶剂型树脂的应用会越来越少，并且浸渍树脂产品也会多样化以适应不同的使用环境要求，因此对目前各种浸渍树脂的优化和改性显得尤为重要。与此同时，其它行业的新型树脂也为滤纸用浸渍树脂提供了良好的研究方向。

［1］郑军，郑光普.汽车工业滤纸浸渍乳液的合成［J］.化学与粘合，2013，35（2）：72-75.

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［3］李引文，鲍漫秋，刘文波.汽车工业滤纸现状及发展趋势［J］.上海造纸，2006，37（4）：40-42.

［4］赵美英，纪玉珍.浸渍树脂在汽车滤纸生产中的应用（一）［J］.天津造纸，1996（1）:20-27.

［5］薛斌，张兴林.酚醛树脂的现代应用及发展趋势［J］.热固性树脂，2007，22（4）：47-50.

［6］刘毅，陈均志，王瑾，等.汽车滤纸浸渍树脂研究进展［J］.热固性树脂，2008，23（6）:49-52

［7］孔少奇，严国超，岳彪，等.新型丙烯酸树脂超疏水材料研究［J］.太原理工大学学报，2014，45（1）：71-75

［8］严世成，石宝珠，郑翔，等.有机硅改性丙烯酸树脂的合成工艺［J］.弹性体，2013，23（4）：43-46

［9］刘毅，陈均志，王瑾，等.汽车滤纸浸渍树脂研究进展［J］.热固性树脂，2008，23（6）:49-52

［10］高献英，田秋平，李中华.苯丙乳液改性的研究进展［J］.现代涂料与涂装，2007，10（3）：21-23.

［11］刘都宝，鲍俊杰，纪学顺，等.国内苯丙乳液改性的研究进展情况［J］.中国涂料，2007，22（30）:36-38.

［12］曹同庆，刘庆普，胡令生.聚合物乳液合成原理性能及应用［M］.北京:化学工业出版社，2000.358-360.