高檔汽車濾紙專用膠黏劑的開(kāi)發(fā)
1、項(xiàng)目開(kāi)發(fā)背景和意義
(1) 汽車工業(yè)濾紙是生產(chǎn)濾芯器的原材料之一，也是汽車濾清器配套的過(guò)濾材質(zhì)。它一般用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部，承擔(dān)著去除空氣、機(jī)油和燃油中的雜質(zhì)，防止發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)件磨損，延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)壽命的作用。人們常把汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)喻為汽車的“心臟”，那么，濾清器便是它們的“肺”。濾清器的過(guò)濾材質(zhì)有許多，如纖維素、毛氈、無(wú)紡布、棉紗、玻璃纖絲及金屬絲等，以紙質(zhì)濾芯作為過(guò)濾材質(zhì)的濾清器早在20世紀(jì)50年代就以其效率高、體積小的優(yōu)點(diǎn)在美國(guó)率先應(yīng)用。在2004年美國(guó)國(guó)家經(jīng)委已經(jīng)把汽車工業(yè)濾紙列為十大世界最具發(fā)展?jié)摿Φ募埛N之一。
1953年美國(guó)首次發(fā)布了關(guān)于汽車工業(yè)濾紙涂布樹(shù)脂的專利，其中指出了經(jīng)醇溶性酚醛樹(shù)脂涂布處理得到的汽車工業(yè)濾紙具有高效去除雜質(zhì)性能。從此以后，歐美國(guó)家不斷發(fā)展醇溶性酚醛樹(shù)脂處理汽車工業(yè)濾紙的工藝技術(shù)，取得了很好的效果。20世紀(jì)60年代，歐洲國(guó)家汽車濾紙產(chǎn)品用的涂布紙(涂布型濾紙)，絕大多數(shù)是用醇溶生熱固性酚醛樹(shù)脂涂布處理的。用這種樹(shù)脂涂布處理濾紙?jiān)埦哂性S多優(yōu)點(diǎn)：樹(shù)脂未固化時(shí)，紙比較柔韌，利于折疊成型，固化后，樹(shù)脂變硬并在濾紙中形成一種三維結(jié)構(gòu)，從而使制成的濾芯剛度大大增強(qiáng)，堅(jiān)挺結(jié)實(shí)，同時(shí)賦有高度抗化學(xué)性能。隨著醇溶性酚醛樹(shù)脂在汽車工業(yè)濾紙生產(chǎn)中廣泛施膠應(yīng)用，人們也逐漸發(fā)現(xiàn)其有渚多缺點(diǎn)：醇溶性酚醛樹(shù)脂需耗用大量的有機(jī)溶劑，費(fèi)用巨大；有機(jī)溶劑易揮發(fā)，回收困難，會(huì)對(duì)大氣環(huán)境造成污染，對(duì)環(huán)境不友好，不符合國(guó)家對(duì)可持續(xù)發(fā)展的要求；有機(jī)溶劑易燃，生產(chǎn)過(guò)程中存在安全隱患，甚至對(duì)工人生命構(gòu)成威脅。
近年來(lái)，水溶性樹(shù)脂(水乳型)因其以水為溶劑，安全無(wú)毒，性能優(yōu)良、發(fā)展可持續(xù)，在汽車工業(yè)濾紙生產(chǎn)中逐漸占據(jù)了主導(dǎo)地位，包括我國(guó)在內(nèi)的很多國(guó)家早已開(kāi)始了由醇溶性樹(shù)脂涂布劑改用水溶性樹(shù)脂涂布劑的應(yīng)用研究。可以說(shuō)，由醇溶性樹(shù)脂浸漬劑向水溶性樹(shù)脂及其改性產(chǎn)品轉(zhuǎn)變是汽車工業(yè)濾紙浸漬劑的必然發(fā)展趨勢(shì)。
然而，國(guó)內(nèi)的汽車濾紙膠黏劑大多采用市場(chǎng)上通用膠黏劑，雖具有較高的黏結(jié)強(qiáng)度，但是適應(yīng)汽車濾紙的挺度和抗水性較差，汽車濾紙的專用型不強(qiáng)，從而導(dǎo)致我國(guó)高檔汽車的濾紙國(guó)產(chǎn)化不足。研究開(kāi)發(fā)一種在挺度、耐水性能、空隙率等各方面都能達(dá)到令人滿意的高檔汽車濾紙專用膠黏劑，提升汽車濾紙產(chǎn)品質(zhì)量，擴(kuò)大市場(chǎng)銷售，具有重要意義。
(2) 天然植物纖維等原料抄制出來(lái)的濾紙?jiān)垼饕煞质抢w維素。纖維素帶有大量的-OH(羥基)和R-O-R’(醚基)，使得濾紙?jiān)埼詮?qiáng)，加上其緊度小、紙頁(yè)疏松、固強(qiáng)度較低、質(zhì)地柔軟等因素，不能滿足汽車濾清器濾芯生產(chǎn)和使用要求。因此，必須采用樹(shù)脂對(duì)原紙進(jìn)行涂布加工處理，以提高濾紙的物理強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，使濾紙具有良好的加工性能和使用性能。
考慮到目前最關(guān)切的環(huán)境問(wèn)題以及汽車濾紙浸漬劑的發(fā)展趨勢(shì)，我們將從對(duì)環(huán)境友好的水溶性樹(shù)脂著手，解決水溶性樹(shù)脂在汽車工業(yè)濾紙上應(yīng)用后在挺度低、耐水性差等方面的問(wèn)題。
目前，國(guó)內(nèi)外研究者對(duì)提高樹(shù)脂乳液的性能及涂布濾紙性能正在研究和改進(jìn)中。天津科技大學(xué)和天津造紙研究所任繼春等通過(guò)共聚改性的方法對(duì)醋酸乙烯乳液進(jìn)行處理，經(jīng)研究改性后的乳液可以提高汽車濾紙的挺度和耐水性，效果良好。華南理工大學(xué)的李華等采用乳液聚合的方法合成了聚醋酸乙烯樹(shù)脂，并通過(guò)加入硬單體一甲基丙烯酸甲酯對(duì)其進(jìn)行改性，可提高紙張抗張強(qiáng)度、耐破度和濕強(qiáng)度。華南理工大學(xué)李華等深入研究了乳液聚合時(shí)引發(fā)劑濃度、復(fù)合乳化劑配比及選擇對(duì)乳液聚合反應(yīng)過(guò)程單體的轉(zhuǎn)化率、乳液粒徑及經(jīng)乳液處理后濾紙的物理機(jī)械性能的影響，提出了通過(guò)交聯(lián)改性的苯丙乳液在一定工藝條件下，可進(jìn)一步提高汽車工業(yè)濾紙的物理強(qiáng)度和耐潮濕性能。黃小華等采用乳液聚合方法，引入功能單體丙烯腈和交聯(lián)劑三聚氰胺甲醛樹(shù)脂制得的苯丙乳液有效提高了浸漬濾紙的耐水性、強(qiáng)度和挺度。
在常用的幾種水乳型乳液中，因苯丙乳液具有優(yōu)良的成膜性、耐油性、耐候性、保色性和黏結(jié)性，且黏結(jié)強(qiáng)度高，生產(chǎn)成本低等特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，因而被廣泛地應(yīng)用于內(nèi)外墻涂料、地板上光劑和紙張涂布膠黏劑等領(lǐng)域，并且具有對(duì)環(huán)境友好的特點(diǎn)和諸多優(yōu)良性能而得到廣泛的研究和應(yīng)用。但作為汽車濾紙浸漬劑還存在挺度和耐破度不高、耐水性較差等問(wèn)題，為了提高其性能，本項(xiàng)目開(kāi)發(fā)在選取以具有黏結(jié)性好、成膜性能優(yōu)異、乳液顆粒也較小，能很好地與纖維表面結(jié)合等性能的苯丙乳液為體系，并引入一些功能性的單體進(jìn)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來(lái)改善苯丙乳液性能，尋找適合的新型乳化劑來(lái)提高乳液產(chǎn)品的穩(wěn)定性。
總之，開(kāi)發(fā)一種在挺度、耐水性能、空隙率等各方面都能達(dá)到令人滿意的高檔汽車濾紙專用膠黏劑，并逐步淘汰對(duì)環(huán)境有污染、生產(chǎn)有潛在隱患的醇溶性樹(shù)脂，具有重要意義和科研價(jià)值。
2、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)
苯丙乳液主要是由苯乙烯和多種丙烯酸酯單體共聚而成的乳液。根據(jù)前人報(bào)道，劉佳維等選取了2種功能單體改性苯丙乳液，使浸漬后濾紙的耐破度、耐水性等性能指標(biāo)都有較大提高。華南理工大學(xué)李華等深入研究了乳液聚合時(shí)引發(fā)劑濃度、復(fù)合乳化劑配比及選擇對(duì)乳液聚合反應(yīng)過(guò)程單體的轉(zhuǎn)化率、乳液粒徑及經(jīng)乳液處理后濾紙的物理機(jī)械性能的影響，提出了通過(guò)交聯(lián)改性的苯丙乳液在一定工藝條件下，可進(jìn)一步提高汽車工業(yè)濾紙的物理強(qiáng)度和耐潮濕性能。華南理工大學(xué)的王璩等在自制苯丙共聚乳液過(guò)程中，通過(guò)控制聚合工藝，使乳膠粒子具有不同的形態(tài)結(jié)構(gòu)；研究表明，核一殼聚合使功能單體富集于殼層，充分發(fā)揮了功能單體的作用，降低了成膜溫度，改善了乳液的抗液性能。
苯丙乳液黏結(jié)性好、成膜性能優(yōu)異、乳液顆粒也較小、能很好地與纖維表面結(jié)合，可賦予濾紙較高的強(qiáng)度性能，對(duì)環(huán)境友好、價(jià)格便宜。這是其本身的優(yōu)點(diǎn)，如根據(jù)前人報(bào)道，在耐水性能、挺度等方面作進(jìn)一步的開(kāi)發(fā)研究，該乳液必將邁向產(chǎn)業(yè)化。總之，以苯丙乳液為反應(yīng)體系，在乳液聚合時(shí)除加入引發(fā)劑、乳化劑等外，再引入一些功能單體使乳液提高該方面的獨(dú)特性能的方法具有可行性。
在乳液聚合中，乳化劑扮演重要的角色。但是，普通乳化劑最終在聚合物膠膜中呈游離態(tài)，并具有易解吸、易遷移至膠層表面等特點(diǎn)，致使聚合物乳液及其最終制品產(chǎn)生多種缺陷(如乳膠膜的耐水性和黏接性能較差、成膜速率較慢、產(chǎn)品穩(wěn)定性欠佳且易造成環(huán)境污染等，同時(shí)還會(huì)影響聚合物乳液的電性能、光學(xué)性能和表面性能等)。
反應(yīng)性乳化劑的分子結(jié)構(gòu)中同時(shí)含有親水親油的乳化基團(tuán)和可發(fā)生聚合反應(yīng)的功能性基團(tuán)，在聚合過(guò)程中不僅具有乳化作用，而且還能以共價(jià)鍵的方式與高分子鏈相結(jié)合，致使乳化劑分子在聚合物存放 使用時(shí)不會(huì)發(fā)生遷移、解吸等現(xiàn)象。
因此，反應(yīng)性乳化劑能夠顯著改善乳液聚合物的物理化學(xué)性能，提高乳液的耐水性和耐溶劑性，在乳液類涂料、膠黏劑等領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景。不管從功能角度，或是應(yīng)用前景角度，都具有實(shí)在的可行性。
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