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空气滤纸用纸浆纤维的超声波协同碱脲改性及机理研究

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空气滤纸用纸浆纤维的超声波协同碱脲改性及机理研究

作者：熊晓敏齐鲁工业大学

学位级别：硕士

空气滤纸作为一种必不可少的功能纸,要求纸张需要有过滤阻力小,容尘量高,过滤精度、效率高等特性。植物纤维由于其自身特性,难以完全满足空气滤纸的生产要求。传统生产工艺中,一般采用丝光化处理植物纤维,降低植物纤维交织能力,提高成... 详细信息

空气滤纸作为一种必不可少的功能纸,要求纸张需要有过滤阻力小,容尘量高,过滤精度、效率高等特性。植物纤维由于其自身特性,难以完全满足空气滤纸的生产要求。传统生产工艺中,一般采用丝光化处理植物纤维,降低植物纤维交织能力,提高成纸松厚度,进而达到低过滤阻力、高容尘量的效果。丝光化过程的不足之处是用碱量高、废水排放后对环境污染较大。采用绿色溶剂对纤维进行改性,获得高松厚度、高透气度、孔径分布均匀的纸基材料纤维,以此作为空气滤纸等产品的原料,既提高了纤维的使用效果,又不污染环境,具有重要意义。本论文选用漂白硫酸盐针叶木浆为原料,采用碱脲体系(NaOH-尿素-硫脲、NaOH-尿素、NaOH-硫脲)在低温下对纸浆纤维进行温和处理,以制备使用寿命长,过滤阻力低,透气性好,孔径分布均匀的空气滤纸。通过对比三种处理方法对纤维形态结构及成纸性能的影响,选择出经济有效的处理方法。在此基础上,探究了超声波的协同作用对碱脲体系改性效果及纤维成纸性能的影响,阐明了超声波协同碱脲体系改性纤维的机理。将改性后的纤维进一步进行硅烷偶联剂改性,以在空气滤纸原纸树脂涂布时赋予纤维和树脂良好的相容性。采用NaOH-尿素-硫脲、NaOH-尿素、NaOH-硫脲水溶液分别在低温下(-15℃)对纸浆纤维进行改性处理。在处理过程温和,节省原料的基础上,综合考虑处理后纤维形态结构与成纸性能的变化,对比三者后选择经济有效的处理方法和配比。最终选用8wt%NaOH-8wt%硫脲水溶液低温处理20 min进行后续研究。此时,纤维长度下降13%,细小纤维含量减少60%,卷曲指数上升63%。于此同时,纤维表面粗糙度提升158%,结晶度降低2.17%。成纸后松厚度达到6 cm/g,相对于未处理的纤维提升39.53%,透气度提升105%,平均孔径由28.79μm增加到49.62μm,强度下降45%。将超声波与NaOH-硫脲水溶液改性结合起来处理纸浆纤维,探究了超声波功率和处理时间对NaOH-硫脲水溶液改性纤维的影响。结果表明,在处理过程中,利用超声波代替恒速搅拌器将纤维和处理溶液混合均匀(混合时间为5 min),在超声功率为30%(360W)时效果较佳。此时,纸张松厚度达到6.75 cm/g,相对提高10.6%,透气度为920 mm/s,结晶度由原来的77.89%下降至63.24%;在超声波混合及NaOH-硫脲水溶液低温处理后,再次对纤维超声处理,以改善纸张强度和孔径均匀性。最佳方案为采用40%(480W)的超声功率处理20 min,纸张松厚度为6.68 cm/g,抗张指数为1.57 N·m/g,透气度为825 mm/s,平均孔径分布从80μm10μm变为50μm0μm。超声波空化作用产生的微射流冲击波会使纤维表面及内部结构受到损伤,结构变得趋于松散,从而使处理纤维素的溶剂分子深入纤维内部,有利于NaOH-硫脲水溶液在低温下处理纤维,提高其反应程度。在NaOH-硫脲和纤维的混合溶液中,NaOH中的OH与硫脲的-NH存在较强的氢键作用,在低温状态下,溶液中的溶剂分子非常容易与纤维素链上的C6上的羟基缔合,而且生成相对稳定的管状包合物。管状包合物的产生破坏了纤维分子间的氢键,纤维素链发生分散和解离,部分破坏了纤维的结晶区,从而使纤维呈现出弯曲扭结的状态。以超声波结合NaOH-硫脲水溶液处理后的纤维为原料,制备空气滤纸原纸后进行树脂涂布。为了改善树脂与纤维的相容性,将纤维采用硅烷偶联剂(KH570)改性,然后按照20%的涂布量将丙烯酸树脂喷淋在原纸表面。红外数据显示,KH570通过化学键连接在了纤维素表面。KH570改性前后喷淋树脂的纸张抗张指数由原纸的1.6 N·m/g分别提升到3.39 N·m/g和3.5 N·m/g;纸张的平均内结合力分别提升至30 J·m和35 J·m;纸张弯曲挺度由原纸的75 mN分别提升至312mN和320 mN;纸张透气度和松厚度几乎没有变化。

关键词：空气滤纸纸浆纤维碱脲体系超声波高松厚度

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三聚氰胺甲醛树脂在阻燃型空气滤纸中的应用

中国造纸 2011年第9期30卷 28-31页

作者：洪莉胡健徐桂龙梁云华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室广东广州510640

采用磷系阻燃剂制备内燃机用阻燃型空气滤纸,并用三聚氰胺甲醛树脂替代部分苯丙乳液进行增强,研究其对阻燃剂用量的影响。结果表明,15%的三聚氰胺甲醛树脂和85%的苯丙乳液进行复配后,阻燃剂的留着率在14%时即可获得优异的阻燃性能,可节... 详细信息

采用磷系阻燃剂制备内燃机用阻燃型空气滤纸,并用三聚氰胺甲醛树脂替代部分苯丙乳液进行增强,研究其对阻燃剂用量的影响。结果表明,15%的三聚氰胺甲醛树脂和85%的苯丙乳液进行复配后,阻燃剂的留着率在14%时即可获得优异的阻燃性能,可节约22%的阻燃剂用量,且不会降低滤纸的力学性能。

关键词：空气滤纸阻燃三聚氰胺甲醛树脂 P-N协效阻燃

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阻燃丙烯酸树脂的制备及在空气滤纸上的应用

塑料工业 2020年第6期48卷 156-159页

作者：王林元刘钰婧朱佳婕蒲科羽杨雅冰西南石油大学化学化工学院四川成都610500

先制备出含磷丙烯酸酯乳液,再将其用于滤纸原纸的浸渍后,获得的空气滤纸阻燃性得到提高。对含磷丙烯酸树脂乳液表征,证明含磷单体成功引入了聚合物体系中,热稳定性变好。制备的聚合物乳液中含羟乙基甲基丙烯酸磷酸酯质量分数为12%以内时... 详细信息

先制备出含磷丙烯酸酯乳液,再将其用于滤纸原纸的浸渍后,获得的空气滤纸阻燃性得到提高。对含磷丙烯酸树脂乳液表征,证明含磷单体成功引入了聚合物体系中,热稳定性变好。制备的聚合物乳液中含羟乙基甲基丙烯酸磷酸酯质量分数为12%以内时,单体的转换率和聚合物的稳定性较好。通过氧指数测定证明,浸渍后空气滤纸 LOI 从20.0%提高到26.3%,阻燃性能得到明显改善并且空气滤纸的物理性能满足标准。

关键词：丙烯酸酯乳液空气滤纸阻燃

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用于空气净化器空气滤纸的研究

用于空气净化器空气滤纸的研究

作者：王发烨天津科技大学

学位级别：硕士

随着现在空气质量的下降,空气净化器的市场在迅速崛起,空气滤纸的产销量也随之迅速增长。本论文主要探讨了纤维原料种类、打浆度、合成纤维种类、三层复合以及纳米纤维素涂布和干燥方式对空气滤纸原纸性能的影响,并进一步探讨了浸渍乳... 详细信息

随着现在空气质量的下降,空气净化器的市场在迅速崛起,空气滤纸的产销量也随之迅速增长。本论文主要探讨了纤维原料种类、打浆度、合成纤维种类、三层复合以及纳米纤维素涂布和干燥方式对空气滤纸原纸性能的影响,并进一步探讨了浸渍乳液上胶量和固化时间对空气滤纸成纸性能的影响。用阔叶木浆配抄空气滤纸,阔叶木浆的比例为80%,阔叶木浆和针叶木浆的打浆度分别为20°SR和16°SR,用转鼓式纸页干燥器干燥后的原纸性能最理想,此时滤纸原纸的透气度和机械强度都能满足生产要求。用1%的稀硫酸调节溶有玻璃纤维的溶液,使其形成硅酸表面,pH的最佳值为3.0。用稀硫酸处理的玻璃纤维与针叶木浆、阔叶木浆两种植物纤维配抄空气滤纸,玻璃纤维的含量为30%,植物纤维的总量为70%,使用转鼓式纸页干燥器干燥后的原纸性能表现均衡。此时滤纸原纸的透气度和机械强度都能满足要求。用合成纤维与针叶木浆、阔叶木浆两种植物纤维配抄空气滤纸,用维纶配抄时最佳用量为30%时原纸性能最好,使用转鼓式纸页干燥器干燥后的原纸性能表现均衡。对比发现,涤纶抄造的纸张容易分层并且纤维容易脱落,而维纶不易脱落,且维纶的加入既能提高纸张透气度,还能增强纸张的撕裂指数和耐折度,即维纶较涤纶更适合用于造纸。用玻璃纤维与针叶木浆、阔叶木浆两种植物纤维配抄三层复合空气滤纸,第一层和第二层分别用针叶木浆和阔叶木浆以一定比例配抄得到,第三层用针叶木浆与玻璃纤维以不同的比例混合抄造,玻璃纤维的含量为30%,然后用转鼓式纸页干燥器干燥,干燥后的原纸性能表现均衡。此时滤纸原纸的透气度和机械强度都能满足要求。针叶木浆、阔叶木浆与玻璃纤维配抄空气滤纸,玻璃纤维的含量为30%,采用浓度为20%的纳米纤维素涂布空气滤纸原纸,然后用转鼓式纸页干燥器和室温两种干燥方式干燥,用室温干燥后的空气滤纸原纸性能均表现良好,此时滤纸原纸的透气度和机械强度都能满足要求。玻璃纤维和针叶木浆、阔叶木浆两种植物纤维混合配抄的滤纸原纸既有较好的透气和过滤性能,又有较好的机械性能。其中玻璃纤维的含量为30%,植物纤维所占的比例为70%。苯丙乳液浸渍的上胶量保持在20%左右,固化时间为15min时,滤纸的机械性能和过滤性能较佳。

关键词：空气滤纸树脂浸渍三层复合

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阻燃型车用空气滤纸的研制

阻燃型车用空气滤纸的研制

作者：熊皇伟天津科技大学

学位级别：硕士

随着汽车工业的快速发展,空气滤纸的产销量也随之迅速增长。本论文主要探讨了纤维原料种类、打浆度、化学品种类及用量、压榨及干燥方式对空气滤纸原纸性能的影响,并进一步探讨了浸渍用阻燃溶液对阻燃效果的影响,以及浸渍乳液上胶量和... 详细信息

随着汽车工业的快速发展,空气滤纸的产销量也随之迅速增长。本论文主要探讨了纤维原料种类、打浆度、化学品种类及用量、压榨及干燥方式对空气滤纸原纸性能的影响,并进一步探讨了浸渍用阻燃溶液对阻燃效果的影响,以及浸渍乳液上胶量和固化时间对空气滤纸成纸性能的影响。在室温条件下,对针叶木浆进行丝光化处理,并探讨了碱液浓度和处理时间对纸浆聚合度的影响。结果表明,碱液浓度为190g/L、处理时间为45min时,纸浆的聚合度达到最大值,丝光化处理主要去除了纸浆中的半纤维素和低聚合度的纤维素,纤维表面变得更加圆润、平滑,丝光纤维得到充分润胀,且富有弹性,能有效地提高空气滤纸的透气度。采用丝光浆与针叶木浆配抄空气滤纸时,丝光浆的配比为50%,丝光浆和针叶木浆的打浆度分别为16°SR和22°SR,CPAM用量为0.06%时,经5min压榨后,用转鼓式纸页干燥器干燥后的原纸性能较均衡,此时滤纸原纸的透气度和机械强度都能满足要求。采用阔叶木浆与针叶木浆配抄空气滤纸时,阔叶木浆的比例为30%,阔叶木浆和针叶木浆的打浆度分别为21°SR和16°SR,CPAM用量为0.06%时,经5min压榨后,用转鼓式纸页干燥器干燥后的原纸性能表现较佳,但与空气滤纸的标准相比,其透气性能和过滤效率都不太理想,考虑到空气滤纸的过滤性能,本论文未采用阔叶木浆配抄空气滤纸。采用合成纤维与针叶木浆配抄空气滤纸时,合成纤维的配比为20%,针叶木浆的打浆度为22°SR,CPAM用量为0.04%时,不经压榨,使用转鼓式纸页干燥器干燥后的原纸性能表现较均衡。对比发现,聚丙烯纤维（PP）容易从纸页上脱落下来,而聚酯纤维（PET）不易脱落,且PET的加入既能提高纸张透气度,还能增强纸张的撕裂指数和耐折度,比较发现,PET较PP更适合用于空气滤纸的抄造。根据上述实验,选用丝光浆、聚酯纤维与针叶木浆混合配抄,其比例为40%,20%和40%。结果发现,当针叶木浆的打浆度为30°SR时,与单独使用丝光浆配抄空气滤纸相比,原纸的松厚度、耐破指数和撕裂指数分别提高了 55%、80%和95%,其他性能相差不明显,可见混合配抄具有一定效果。浸渍阻燃剂溶液的质量分数为4%时,滤纸的阻燃效果较佳,其续焰时间和灼焰时间为0s,炭化长度为4mm。经阻燃浸渍后,滤纸中纤维的热降解温度从160℃提高至220℃,说明空气滤纸具有一定的阻燃效果。苯丙乳液浸渍的上胶量保持在20%左右,固化时间为15min时,滤纸的机械性能和过滤性能较均衡。

关键词：汽车滤纸空气滤纸丝光浆合成纤维透气度阻燃剂

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磷—氮改性酚醛树脂制备阻燃空气滤纸

磷—氮改性酚醛树脂制备阻燃空气滤纸

作者：李伟华南理工大学

学位级别：硕士

空气滤纸是构成汽车发动机进气系统中空气滤清器的核心材料,其本身是疏松多孔的易燃材料,在实际应用中由于发动机回火、滤清器中吸入可燃物等原因造成发动机着火事故频发,严重威胁人们的生命财产安全,故发动机制造商对空气滤纸的阻燃性... 详细信息

空气滤纸是构成汽车发动机进气系统中空气滤清器的核心材料,其本身是疏松多孔的易燃材料,在实际应用中由于发动机回火、滤清器中吸入可燃物等原因造成发动机着火事故频发,严重威胁人们的生命财产安全,故发动机制造商对空气滤纸的阻燃性能提出了较高的要求。目前国内市场上性能优良的阻燃空气滤纸产品全都依靠进口,国内生产的产品综合性能难以满足客户的要求。因此,本论文的核心内容是通过制备具有阻燃性能的增强树脂并应用于制备阻燃空气滤纸,论文的主要研究内容和结果如下:(1)磷改性酚醛树脂的制备及其在空气滤纸上的初步应用:首先以9,10-二氢-9-氧-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)和多聚甲醛制备了含磷单体ODOPM(DOPO多聚甲醛化合物),优化了溶剂体系、反应温度、反应时间对制备含磷单体ODOPM转化率的影响。然后将ODOPM应用于制备含磷酚醛树脂,探究了酚醛摩尔比、ODOPM加入工艺及反应时间对磷改性酚醛树脂性能的影响,并通过TGA、极限氧指数、水平燃烧测试对其阻燃性能进行表征。结果表明,磷改性酚醛树脂空气氛围下的残炭率和LOI值随着磷含量对的增加而增加,当磷含量为2.5wt%时残炭率最高可达61.18%,磷含量达到1.89wt%时改性树脂的垂直燃烧水平可达到UL94 V-0级(LOI=32.4)。将磷改性酚醛树脂应用于浸渍空气滤纸,通过物理性能检测、水平燃烧测试及SEM对滤纸综合强度性能、阻燃性能和微观结构进行表征。结果表明,随着磷含量的增加滤纸的综合强度性能逐渐降低,阻燃性能逐渐提高,透气度及滤纸微观结构没有明显变化。(2)磷-氮阻燃改性酚醛树脂的制备及其在空气滤纸的初步应用:首先利用三聚氰胺合成氮改性酚醛树脂,通过极限氧指数、垂直燃烧测试对其阻燃性能进行表征。结果表明,随着含氮量的增加,树脂的LOI值逐渐增大,当含氮量达到13.3%时树脂的垂直燃烧水平可以达到UL-94 V-1级(LOI=30.3)。然后利用三聚氰胺和ODOPM制备磷-氮改性酚醛树脂,并通过极限氧指数、垂直燃烧测试和SEM对其阻燃性能进行表征。结果表明,随着磷、氮含量的增加,树脂极限氧指数逐渐增大,当含氮量为6.07wt%、磷含量为1.14wt%时,树脂垂直燃烧等级可达到UL-94 V-0级(LOI=31.2)。将磷-氮改性酚醛树脂应用于浸渍空气滤纸,通过物理性能检测、水平燃烧测试和SEM对滤纸的综合强度性能、阻燃性能和微观结构进行表征。结果表明,磷含量相同时随着树脂中氮含量的增加滤纸的综合强度性能增大,随着磷、氮含量的增加滤纸的阻燃性能逐渐提高,透气度测试结果及SEM照片显示,磷-氮改性酚醛树脂对滤纸孔隙结构没有明显影响。(3)阻燃空气滤纸的制备及其性能研究:将磷酸酯和三聚氰胺甲醛树脂(MF)引入到制备的磷-氮改性酚醛树脂中进一步提高阻燃滤纸的综合性能,研究了磷酸酯种类、磷酸酯共混比例、MF树脂共混比例以及滤纸上胶量对阻燃空气滤纸综合性能的影响。通过物理性能测试、阻燃测试、吸湿性测试、耐水洗测试、耐老化测试、孔径测试及SEM等对阻燃滤纸的综合性能进行表征。结果表明,磷-氮改性酚醛树脂与RDP(间苯二酚双(二苯基)磷酸酯)共混时滤纸的综合强度性能与阻燃性能最好;磷-氮改性酚醛树脂与30wt%RDP、20wt%MF共混时,滤纸的上胶量达到25wt%时离开火焰后滤纸可以水平自熄;上胶量达到30wt%时滤纸可达到水平不燃,垂直阻燃水平为F3级,同时具有较低的吸湿性、良好的耐水性性能以及较好的耐老化性能,能够基本满足阻燃空气滤纸的使用性能要求。

关键词：含磷单体磷-氮改性酚醛树脂磷酸酯阻燃空气滤纸

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针叶木浆的丝光化处理制备空气滤纸的研究

针叶木浆的丝光化处理制备空气滤纸的研究

作者：范婧雯天津科技大学

学位级别：硕士

由于不同过滤纸对所用的纸浆有不同的要求,我们可以通过控制打浆程度,或者通过对细小纤维的筛除来解決过滤用纸透气性差的问题。但是某些特殊的过滤纸板要求纸质特别疏松,阻力特别低,仅靠控制打浆质量和筛除细小纤维尚不能满足要求,需... 详细信息

由于不同过滤纸对所用的纸浆有不同的要求,我们可以通过控制打浆程度,或者通过对细小纤维的筛除来解決过滤用纸透气性差的问题。但是某些特殊的过滤纸板要求纸质特别疏松,阻力特别低,仅靠控制打浆质量和筛除细小纤维尚不能满足要求,需要部分或全部使用纤维形态弯曲、富有弹性的丝光化浆。本论文以漂白硫酸盐针叶木浆为原料探讨了在不同处理温度、时间、碱液浓度下的纤维分析和纤维参数形态对滤纸物理性能的探究,得出最优配比并进一步探究了其与针叶木浆和合成纤维配抄对空气滤纸过滤精度的影响。探讨了三个因素对纸浆聚合度的影响,结果表明,处理温度为75℃、处理时间为60min、碱液浓度为5 mol/L时,纸浆的聚合度达到最大值。随着丝光化处理的时间长,温度高,碱浓大,浆料得率降低。随着丝光化处理条件程度的进行,纤维的长度有不同程度的降低,卷曲指数、扭结指数都有不同程度的提高,丝光化的机理改变了纤维的形态参数,因此处理条件对滤纸性能的影响,从某种意义上来说,取决于纤维的形态参数。用多指标正交实验对丝光化空气滤纸抄造条件进行了优化,并采用极差、方差分析以及邓肯式新复式极差（SSR）检验得到了其最佳抄造条件确定最优高透气滤纸组合为NaOH浓度为5 mol/L,处理时间为60min,处理温度为50℃。漂白硫酸盐针叶木丝光浆与漂白硫酸盐针叶木浆配抄空气滤纸,结果表明,当针叶木浆用量为30%,丝光浆用量为70%时,滤纸容尘量大幅提高到61 g/m2,随着压力的增加,滤纸容尘量同比增长率略减小,幅度不是很显著。透气量大幅提高到906 L/m2.s,过滤初阻力减小到39.25 Pa。用打浆后的漂白硫酸盐针叶木丝光浆与聚酯纤维配抄空气滤纸,结果表明,当聚酯纤维加入用量为15%,丝光浆用量为85%时,滤纸容尘量大幅提高到66 g/m2,随着压力值的升高,对应的同一聚酯纤维加入量的滤纸容尘量同比增长率大幅度下降,滤纸的透气量呈现二次函数趋势,在聚酯纤维用量为15%时滤纸的初始阻力为47.27Pa。孔隙率和孔径分布共同影响空气滤纸的容尘量。当孔径分布相近时,孔隙率影响滤纸的容尘能力,孔隙率越大,滤纸容尘量越高,当孔隙率相近时,滤纸的孔径分布影响滤纸的容尘量。

关键词：针叶木浆丝光化纤维形态空气滤纸合成纤维过滤效率

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阻燃型空气滤纸的研究

阻燃型空气滤纸的研究

作者：马松松天津科技大学

学位级别：硕士

空气滤纸是构成汽车滤清器的核心部分,属于易燃材料,在实际应用中由于发动机回火等原因常常引发着火事故,所以越来越多的发动机主机厂商对空气滤纸的阻燃性能提出了要求。本论文主要探讨了纤维原料的打浆度、不同纤维间的配比、干强剂... 详细信息

空气滤纸是构成汽车滤清器的核心部分,属于易燃材料,在实际应用中由于发动机回火等原因常常引发着火事故,所以越来越多的发动机主机厂商对空气滤纸的阻燃性能提出了要求。本论文主要探讨了纤维原料的打浆度、不同纤维间的配比、干强剂的用量以及不同干燥方式对空气滤纸原纸性能的影响,并进一步探讨了苯丙乳液上胶量和固化时间对空气滤纸成纸性能的影响,最终采用两种新型氮磷阻燃剂分别与苯丙乳液复配后对空气滤纸进行阻燃处理。采用丝光浆与阔叶木浆混合抄造空气滤纸原纸,其中丝光浆的加入量为20%,阔叶木浆的打浆度为26°SR,CPAM用量为0.04%,选取多种干燥器中的真空干燥器干燥后,滤纸原纸的透气度和物理强度都能满足要求。采用聚酯纤维与针叶木浆混合抄造空气滤纸原纸,其中聚酯纤维的加入量为30%,针叶木浆的打浆度为25°SR,CPAM用量为0.10%,经干燥后的滤纸原纸各项性能表现较均衡。采用聚丙烯纤维与针叶木浆混合抄造空气滤纸原纸,其中聚丙烯纤维的加入量为30%,针叶木浆的打浆度为25°SR,经干燥后的滤纸原纸各项性能表现较均衡。根据上述实验,从三种滤纸原纸中,选出丝光浆和阔叶木浆混合抄造的滤纸原纸,采用苯丙乳液对其浸渍,上胶量为20%、固化时间为25 min时,滤纸的物理强度和透气度均达到最优,且滤纸具有了一定的耐老化效果。采用两种氮磷阻燃剂SW-603A和SW-603B分别与苯丙乳液按一定质量比混合后浸渍滤纸原纸,其中苯丙乳液的用量始终为20%,调整阻燃剂的添加量,对滤纸进行浸渍处理。根据对滤纸物理性能、过滤性能、阻燃效果和热失重的检测,最终选用SW-603B制备阻燃空气滤纸。

关键词：空气滤纸丝光浆合成纤维苯丙乳液物理强度透气度阻燃剂

反应型阻燃剂的制备及其在空气滤纸上的应用研究

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反应型阻燃剂的制备及其在空气滤纸上的应用研究

作者：程阳天津科技大学

学位级别：硕士

空气滤纸是汽车发动机空气滤清器的核心材料,其作用是滤除空气中灰尘与砂粒,减少对缸体的摩擦损耗,以延长发动机的使用寿命。然而,发动机的工作环境容易引起纸质滤芯燃烧,从而导致严重的安全事故,因此,需要对空气滤纸进行必要的阻燃处... 详细信息

空气滤纸是汽车发动机空气滤清器的核心材料,其作用是滤除空气中灰尘与砂粒,减少对缸体的摩擦损耗,以延长发动机的使用寿命。然而,发动机的工作环境容易引起纸质滤芯燃烧,从而导致严重的安全事故,因此,需要对空气滤纸进行必要的阻燃处理。目前,国内的阻燃空气滤纸产品一般采用添加型阻燃剂制得,普遍存在阻燃剂添加量大、环保性差以及阻燃效果不持久等问题,与进口产品相比有着较大的差距。本研究将反应型阻燃剂引入到了空气滤纸的阻燃改性中,通过实验制备了亚磷酸铵阻燃剂与氨基三亚甲基膦酸铵阻燃剂,将这两种反应型阻燃剂成功应用到空气滤纸原纸的阻燃处理过程中,并利用多种表征方式对两种阻燃空气滤纸原纸的化学结构、阻燃性能、热性能、物理性能、过滤性能以及阻燃机理等进行了综合的分析与探究,还通过正交实验分析确定了两种阻燃空气滤纸原纸的最佳阻燃改性工艺条件。然后,采用苯丙乳液对两种阻燃空气滤纸原纸进行了浸渍处理,制备出了两种综合性能较好的阻燃空气滤纸,同时也探究了浸渍处理对阻燃空气滤纸原纸各项性能的影响。主要内容如下:(1)以亚磷酸、尿素为主要原料制备了亚磷酸铵阻燃剂,并将亚磷酸铵阻燃剂应用到了空气滤纸原纸的阻燃改性中。结果表明,亚磷酸铵能与滤纸纤维中的纤维素发生反应,形成P-O-C键从而接枝到滤纸上,并大幅度提高了空气滤纸原纸的阻燃性能和热稳定性。在阻燃机理方面,亚磷酸铵阻燃剂在凝聚相和气相中都能起到一定的阻燃作用。此外,阻燃改性对空气滤纸原纸的过滤性能和透气性能没有明显影响,但会使原纸的机械性能出现较大幅度的下降。通过正交实验分析得到最佳阻燃改性工艺的条件为:阻燃剂浓度为25%,催化剂浓度为6%,反应温度为160℃,反应时间为6 min。(2)以氨基三亚甲基膦酸、尿素为主要原料制备了氨基三亚甲基膦酸铵阻燃剂,并将其应用到了空气滤纸原纸的阻燃改性中。氨基三亚甲基膦酸铵阻燃剂与纤维素的反应原理以及其阻燃机理和亚磷酸铵阻燃剂基本一致,都是通过P-O-C键接枝到滤纸上,并且都可以在凝聚相和气相中都能发挥出一定的阻燃作用。氨基三亚甲基膦酸铵阻燃剂能赋予空气滤纸原纸良好的阻燃性能和热稳定性。虽然亚磷酸铵的阻燃效果稍佳,但氨基三亚甲基膦酸铵由于自身的结构优势可以减弱改性过程对滤纸纤维的损伤,从而减小对滤纸机械强度的影响。同时,阻燃改性过程也不会对空气滤纸原纸的过滤性能和透气性能造成明显影响。通过正交实验分析得到其最佳阻燃改性工艺的条件为:阻燃剂浓度为30%,催化剂浓度为8%,反应温度为185℃,反应时间为8 min。(3)利用苯丙乳液对两种在最佳阻燃工艺条件下制备的阻燃空气滤纸原纸进行了浸渍处理。结果表明,经过浸渍处理后,两种阻燃空气滤纸原纸的表面都形成了一层均匀的乳液薄膜,纤维与纤维之间也结合地更加紧密。浸渍处理不会对阻燃原纸的阻燃效果造成较大影响,反而能够较大幅度地提高阻燃原纸的阻燃耐久性,并且能够大幅度提高阻燃原纸的机械强度。此外,浸渍处理后得到的两种阻燃空气滤纸仍保持了良好的过滤性能并具备了一定的疏水性能。

关键词：空气滤纸反应型阻燃剂阻燃改性阻燃机理树脂浸渍