高档汽车滤纸专用胶黏剂的开发

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2018-01-01 环球过滤分离技术网

(1) 汽车工业滤纸是生产滤芯器的原材料之一，也是汽车滤清器配套的过滤材质。它一般用于汽车发动机内部，承担着去除空气、机油和燃油中的杂质，防止发动机机件磨损，延长发动机寿命的作用。人们常把汽车的发动机喻为汽车的“心脏”，那么，滤清器便是它们的“肺”。滤清器的过滤材质有许多，如纤维素、毛毡、无纺布、棉纱、玻璃纤丝及金属丝等，以纸质滤芯作为过滤材质的滤清器早在20世纪50年代就以其效率高、体积小的优点在美国率先应用。在2004年美国国家经委已经把汽车工业滤纸列为十大世界最具发展潜力的纸种之一。

1953年美国首次发布了关于汽车工业滤纸涂布树脂的专利，其中指出了经醇溶性酚醛树脂涂布处理得到的汽车工业滤纸具有高效去除杂质性能。从此以后，欧美国家不断发展醇溶性酚醛树脂处理汽车工业滤纸的工艺技术，取得了很好的效果。20世纪60年代，欧洲国家汽车滤纸产品用的涂布纸(涂布型滤纸)，绝大多数是用醇溶生热固性酚醛树脂涂布处理的。用这种树脂涂布处理滤纸原纸具有许多优点：树脂未固化时，纸比较柔韧，利于折叠成型，固化后，树脂变硬并在滤纸中形成一种三维结构，从而使制成的滤芯刚度大大增强，坚挺结实，同时赋有高度抗化学性能。随着醇溶性酚醛树脂在汽车工业滤纸生产中广泛施胶应用，人们也逐渐发现其有渚多缺点：醇溶性酚醛树脂需耗用大量的有机溶剂，费用巨大；有机溶剂易挥发，回收困难，会对大气环境造成污染，对环境不友好，不符合国家对可持续发展的要求；有机溶剂易燃，生产过程中存在安全隐患，甚至对工人生命构成威胁。

近年来，水溶性树脂(水乳型)因其以水为溶剂，安全无毒，性能优良、发展可持续，在汽车工业滤纸生产中逐渐占据了主导地位，包括我国在内的很多国家早已开始了由醇溶性树脂涂布剂改用水溶性树脂涂布剂的应用研究。可以说，由醇溶性树脂浸渍剂向水溶性树脂及其改性产品转变是汽车工业滤纸浸渍剂的必然发展趋势。

然而，国内的汽车滤纸胶黏剂大多采用市场上通用胶黏剂，虽具有较高的黏结强度，但是适应汽车滤纸的挺度和抗水性较差，汽车滤纸的专用型不强，从而导致我国高档汽车的滤纸国产化不足。研究开发一种在挺度、耐水性能、空隙率等各方面都能达到令人满意的高档汽车滤纸专用胶黏剂，提升汽车滤纸产品质量，扩大市场销售，具有重要意义。

(2) 天然植物纤维等原料抄制出来的滤纸原纸，主要成分是纤维素。纤维素带有大量的-OH(羟基)和R-O-R’(醚基)，使得滤纸原纸吸水性强，加上其紧度小、纸页疏松、固强度较低、质地柔软等因素，不能满足汽车滤清器滤芯生产和使用要求。因此，必须采用树脂对原纸进行涂布加工处理，以提高滤纸的物理强度、结构强度，使滤纸具有良好的加工性能和使用性能。

考虑到目前最关切的环境问题以及汽车滤纸浸渍剂的发展趋势，我们将从对环境友好的水溶性树脂着手，解决水溶性树脂在汽车工业滤纸上应用后在挺度低、耐水性差等方面的问题。

目前，国内外研究者对提高树脂乳液的性能及涂布滤纸性能正在研究和改进中。天津科技大学和天津造纸研究所任继春等通过共聚改性的方法对醋酸乙烯乳液进行处理，经研究改性后的乳液可以提高汽车滤纸的挺度和耐水性，效果良好。华南理工大学的李华等采用乳液聚合的方法合成了聚醋酸乙烯树脂，并通过加入硬单体一甲基丙烯酸甲酯对其进行改性，可提高纸张抗张强度、耐破度和湿强度。华南理工大学李华等深入研究了乳液聚合时引发剂浓度、复合乳化剂配比及选择对乳液聚合反应过程单体的转化率、乳液粒径及经乳液处理后滤纸的物理机械性能的影响，提出了通过交联改性的苯丙乳液在一定工艺条件下，可进一步提高汽车工业滤纸的物理强度和耐潮湿性能。黄小华等采用乳液聚合方法，引入功能单体丙烯腈和交联剂三聚氰胺甲醛树脂制得的苯丙乳液有效提高了浸渍滤纸的耐水性、强度和挺度。

在常用的几种水乳型乳液中，因苯丙乳液具有优良的成膜性、耐油性、耐候性、保色性和黏结性，且黏结强度高，生产成本低等特点和优势，因而被广泛地应用于内外墙涂料、地板上光剂和纸张涂布胶黏剂等领域，并且具有对环境友好的特点和诸多优良性能而得到广泛的研究和应用。但作为汽车滤纸浸渍剂还存在挺度和耐破度不高、耐水性较差等问题，为了提高其性能，本项目开发在选取以具有黏结性好、成膜性能优异、乳液颗粒也较小，能很好地与纤维表面结合等性能的苯丙乳液为体系，并引入一些功能性的单体进行改性，以得到高性能的共聚乳液，并采用新的乳液聚合方法来改善苯丙乳液性能，寻找适合的新型乳化剂来提高乳液产品的稳定性。

总之，开发一种在挺度、耐水性能、空隙率等各方面都能达到令人满意的高档汽车滤纸专用胶黏剂，并逐步淘汰对环境有污染、生产有潜在隐患的醇溶性树脂，具有重要意义和科研价值。

国内外研究现状和发展趋势

苯丙乳液主要是由苯乙烯和多种丙烯酸酯单体共聚而成的乳液。根据前人报道，刘佳维等选取了2种功能单体改性苯丙乳液，使浸渍后滤纸的耐破度、耐水性等性能指标都有较大提高。华南理工大学李华等深入研究了乳液聚合时引发剂浓度、复合乳化剂配比及选择对乳液聚合反应过程单体的转化率、乳液粒径及经乳液处理后滤纸的物理机械性能的影响，提出了通过交联改性的苯丙乳液在一定工艺条件下，可进一步提高汽车工业滤纸的物理强度和耐潮湿性能。华南理工大学的王璩等在自制苯丙共聚乳液过程中，通过控制聚合工艺，使乳胶粒子具有不同的形态结构；研究表明，核一壳聚合使功能单体富集于壳层，充分发挥了功能单体的作用，降低了成膜温度，改善了乳液的抗液性能。

苯丙乳液黏结性好、成膜性能优异、乳液颗粒也较小、能很好地与纤维表面结合，可赋予滤纸较高的强度性能，对环境友好、价格便宜。这是其本身的优点，如根据前人报道，在耐水性能、挺度等方面作进一步的开发研究，该乳液必将迈向产业化。总之，以苯丙乳液为反应体系，在乳液聚合时除加入引发剂、乳化剂等外，再引入一些功能单体使乳液提高该方面的独特性能的方法具有可行性。

在乳液聚合中，乳化剂扮演重要的角色。但是，普通乳化剂最终在聚合物胶膜中呈游离态，并具有易解吸、易迁移至胶层表面等特点，致使聚合物乳液及其最终制品产生多种缺陷(如乳胶膜的耐水性和黏接性能较差、成膜速率较慢、产品稳定性欠佳且易造成环境污染等，同时还会影响聚合物乳液的电性能、光学性能和表面性能等)。

反应性乳化剂的分子结构中同时含有亲水亲油的乳化基团和可发生聚合反应的功能性基团，在聚合过程中不仅具有乳化作用，而且还能以共价键的方式与高分子链相结合，致使乳化剂分子在聚合物存放 使用时不会发生迁移、解吸等现象。

因此，反应性乳化剂能够显著改善乳液聚合物的物理化学性能，提高乳液的耐水性和耐溶剂性，在乳液类涂料、胶黏剂等领域中具有广阔的应用前景。不管从功能角度，或是应用前景角度，都具有实在的可行性。