汽车工业滤纸生产过程中化学助剂的选择与应用

孙诗尧 ，薛国新

（1.浙江理工大学制浆造纸研究所，浙江 杭州 310018；2.杭州新华纸业有限公司，浙江 杭州 310018）

工业滤纸的发明最早专为汽车设计，并根据用途分为空气过滤纸、机油过滤纸、燃油过滤纸三大类，因此工业滤纸也俗称“汽车三滤纸”或直接简称“三滤纸”。其中空气过滤纸根据其过滤功能又分成发动机过滤和空调过滤2种。同时根据市场的需要，工业滤纸衍生出了很多小类，大则可以应用于矿山、电厂过滤粉尘；小则可以用于家庭电器空气净化。一些工业滤纸通过添加造纸助剂被赋予了吸水、抗水、阻燃等特性。

在汽车工业滤纸的生产过程中需要根据其性能要求、生产要求添加适量的造纸助剂。从原纸的生产开始，备浆过程中需要添加湿强剂，抄造过程中需添加分散剂，涂布过程中要添加增白剂、抗水剂；还有目前市场上需求量越来越多的阻燃型滤纸中添加的阻燃剂。

造纸助剂在汽车工业滤纸生产过程中起到了非常重要的作用，本文就汽车工业滤纸的生产过程，按生产流程介绍几种关键的化学助剂及其具体使用方法，以供参考。

1 湿强剂、抗水剂

汽车工业滤纸原纸的强度取决于所用植物纤维本身的强度和纤维间连接的强度及原纸中纤维的排列和分布情况，其中主要的就是纤维之间的结合力，这种结合力最主要的是氢键结合力。但原纸的纤维素具有高度的亲水性，不经任何处理的原纸在被涂布液完全浸透时，涂布液中的水会浸入纤维素大分子间从而切断氢键，并形成水桥，大大地降低了原纸的强度[1]。根据原纸原料的配比不同，其在被完全浸渍后保留了原有干强度的2%～10%，在涂布过程中极容易出现断纸，给生产带来了极大的困难，因此需添加一定量的湿强剂以保障原纸能够顺利地通过涂布机。

1.1 湿强剂

我们在汽车工业滤纸原纸的生产中常常选用三聚氰胺甲醛树脂（MF）为湿强剂，MF在提高原纸湿强度的同时还能使其他一些指标如：裂断长、耐折度、施胶度、耐破度、原纸的尺寸稳定性等有相应地提高。总结长期的生产经验，建议将MF湿强剂添加在成浆池中，pH在5左右、原纸温度在100℃以上时热固化速度较快。在具体的添加量的控制上，需要根据汽车工业滤纸的原纸原料的配比来决定，原纸原料的配比与MF添加量的具体关系如表1所示。

表1 原纸原料的配比与MF添加量对原纸生产的影响

从表1可以看出：MF的添加量随丝光化木浆的比例的增加而增加，当丝光化木浆在原纸原料配比中占质量分数25%以上时需要添加质量分数为1%的MF；在原纸原料配比中占质量分数25%以下时需添加质量分数为0.5%的MF；不含有丝光化木浆的原纸则可以不添加MF。在生产过程中为了保证生产的连续性，每8 h一班生产过程中不断纸，需根据原纸原料的配比按量添加MF湿强剂。

但MF稳定性、水溶性、使用环境（pH为5）和游离出的甲醛都对其应用带来不利的影响，为了避免上述问题，我们对MF进行醚化处理，得到了改性的MF。

1.2 抗水剂（改性MF）

使用小分子醇类作为醚化剂与少量阳离子改性剂对MF进行改性处理，得到的阳离子改性MF能够在酸性、中性和碱性环境中固化[2]，使其不但能够应用在浆料中还可以与涂布液混合使用以提高汽车工业滤纸的抗水性。

根据汽车工业滤纸的要求，和AATCC TECHNICAL MANUA193—2005抗水、乙醇溶液测试方法，我们在涂布液中添加质量分数为0.1%左右的改性MF能够使汽车工业滤纸满足8级抗水要求，确保滤纸不会因溅水而引起性能上的改变。还有一些特殊性能要求的产品，如一些净水产品，其使用环境为地下水的初滤，要求滤纸满足在水中浸泡12 h不被浸透，重复使用10次以上，需要提高抗水剂的添加量来满足其极高的抗水要求，需要将抗水剂的添加量提高到质量分数为1%的绝干量（以涂布量的质量计）。

2 分散剂

汽车工业滤纸原纸的抄造过程中往往会遇到一些纤维分散不均匀的情况，特别是一些具有特殊要求的滤纸还需要在浆料内添加一些特殊纤维如化纤、麻浆、玻璃纤维等。一些长纤维的加入更加重了浆料在水中分散不均匀的情况，这就需要在浆料中添加一定量的分散剂。

汽车工业滤纸原纸中不容易分散均匀的纤维主要是丝光化木浆、化纤和麻浆，使用聚氧化乙烯（PEO）作为分散剂。PEO的化学稳定性非常好，呈固体白色小颗粒或粉末，水溶性好，黏度高、添加少量就能达到很好的分散效果[3]。在生产汽车工业滤纸时根据其浆料配比添加PEO分散剂，具体情况如表2所示。

由表2可以看出：当原纸原料配比中丝光化木浆比例高于质量分数80%时需要添加质量分数为0.05%的PEO以满足原纸成型均匀的要求，当配比中含有化纤的情况下必须添加质量分数为0.1%的PEO，当配比中丝光化木浆的质量分数低于60%且不含化纤的情况下不需要添加PEO。

PEO在使用过程中需要注意以下几点：

（1）PEO在分散过程中要注意溶液的浓度控制，质量分数为0.02%左右的配制浓度具有较好的分散效果，在分散均匀后尽快使用；

（2）PEO在分散过程中搅拌器的搅拌线速度不能超过1.5 m/s，搅拌速度过快则容易切断其大分子结构；

表2 原纸原料配比与PEO添加量对原纸成型的影响

（3）配制好的PEO溶液在使用前必须要进行适当的过滤处理，防止未完全溶解的固体堵塞造纸网；

（4）PEO的添加点尽量靠近流浆箱，防止各种输送设备对PEO大分子的切断作用。

3 增白剂

增白剂通常也称作荧光增白剂，是一种在汽车工业滤纸中使用较为普遍的化学助剂[4]。汽车工业滤纸生产过程中较为重要的一个环节是涂布加工，所用的涂布液由于其组分不同往往会对纸张的白度带来一定的影响，为了达到一定的白度要求，需要在涂布液中添加适量的荧光增白剂。

常用的荧光增白剂为二苯乙烯型，在全胶的丙烯酸树脂涂布液中添加质量分数为0.3%左右的荧光增白剂，在一些半胶（含改性淀粉等）涂布液中添加质量分数为0.5%～1.0%的荧光增白剂。

荧光增白剂在使用过程中要注意以下2点：

（1）在添加荧光增白剂的时候要注意其离子型与涂布液相配，避免发生离子反应；

（2）荧光增白剂对水质有一定的要求，水中含有 Ca2+、Mg2+、Fe3+等离子时对荧光增白剂的影响较大。

荧光增白剂的使用大大提高了汽车工业滤纸的“高级感”，能够掩盖掉一些滤纸中的颜色差异，对提升产品的外观起到了一定的作用。

4 阻燃剂

随着市场上对阻燃型汽车工业滤纸需求量的不断增加，阻燃剂现在已经成为汽车工业滤纸生产过程中一种重要的化学品。

在阻燃型汽车工业滤纸的生产过程中将添加型阻燃剂[5]和丙烯酸乳液按一定的比例进行混合后作为涂布液使用，将阻燃剂以涂布的形式留着在滤纸上以达到阻燃的效果。常见的阻燃剂主要分为以下5类：

（1）无机物类，主要是金属氧化物，金属氢氧化合物和无机盐等；

（2）卤系阻燃剂，主要有有机卤化物，含卤氨类酸盐，和含卤高分子等；

（3）磷系阻燃剂，主要有磷酸氢盐，磷酸铵盐，聚磷酸氨等；

（4）硼化物阻燃剂，主要有硼酸锌，硼酸钡，硼酸按等；

（5）氮系阻燃剂，主要是三聚氰胺及其衍生物一类[6]。

在生产过程中选择磷系阻燃剂。磷系阻燃剂具有阻燃性能较好，发烟量较少，热稳定性较好，无卤素，低毒性和自熄性等优点[7]，而且在需要的时候还可以和氮系阻燃剂组合使用起到更好的效果[8]。在生产过程中必须确保磷系阻燃剂在滤纸上达到一定的留着率才能确保其阻燃效果，在满足阻燃效果的情况下，调整丙烯酸树脂的涂布量，以实现其他物理指标，以XH-3产品为例，见表3（表中分析项目按QB/T4031—2010《阻燃性汽车空气滤纸》测试）。

由表3可以看出，当阻燃剂的留着率达到14%以上时基本可以保证其阻燃性，丙烯酸树脂的涂布量需达到16%以上时能够满足滤纸的物理性能要求，随着丙烯酸树脂涂布量的增加会对阻燃性能造成一定的影响，需适当提高阻燃剂的留着率。

在使用磷系阻燃剂的时候需要注意以下几点：

（1）目前使用的磷系阻燃剂是以液体的形式存放的，具有一定的挥发性，贮存时注意密封性和时效性；

（2）滤纸经过磷系阻燃剂涂布后其耐热性会变差，在温度为160℃及以上时滤纸容易炭化；

（3）磷系阻燃剂和丙烯酸树脂的质量比为1∶0.9～1∶1.1时，滤纸具有较好的阻燃性能和物理力学性能，具体比例可根据原纸情况和产品标准做微调；

表3 阻燃剂留着率和丙烯酸树脂涂布量对产品阻燃性能和物理性能的影响

（4）磷系阻燃剂在滤纸上的留着率需要达到15%以上时，滤纸具有较好的阻燃性能。

阻燃型汽车工业滤纸会成为未来空气滤纸的主要发展方向，如何使用好阻燃剂，如何将其同涂布树脂更好地配合使用是生产中的关键所在。

5 结语

（1）根据原纸的配比，湿强剂的添加量随丝光化木浆的比例增加而增加，一般不要超过质量分数1%。

（2）当原纸中丝光化木浆的用量超过质量分数80%时，或配比中含有化纤时则必须使用分散剂，纯木浆配比中使用质量分数为0.05%的分散剂，含有化纤的配比中使用质量分数为0.1%的分散剂。

（3）阻燃剂是近期和未来汽车工业滤纸生产过程中重要的化学助剂，阻燃剂的留着率需达到15%以上时有较好的阻燃效果，同时需要与丙烯酸树脂配合使用，以满足产品的阻燃性能、过滤性能和物理性能。

汽车工业滤纸的生产过程中不可避免地使用到一些造纸助剂，造纸助剂能够帮助我们更好地完成产品的生产，归根到底如何选择造纸助剂还是要看产品的质量标准和生产过程要求。