孫詩堯 ，薛國新

（1.浙江理工大學(xué)制漿造紙研究所，浙江 杭州 310018；2.杭州新華紙業(yè)有限公司，浙江 杭州 310018）

工業(yè)濾紙的發(fā)明最早專為汽車設(shè)計(jì)，并根據(jù)用途分為空氣過濾紙、機(jī)油過濾紙、燃油過濾紙三大類，因此工業(yè)濾紙也俗稱“汽車三濾紙”或直接簡稱“三濾紙”。其中空氣過濾紙根據(jù)其過濾功能又分成發(fā)動(dòng)機(jī)過濾和空調(diào)過濾2種。同時(shí)根據(jù)市場的需要，工業(yè)濾紙衍生出了很多小類，大則可以應(yīng)用于礦山、電廠過濾粉塵；小則可以用于家庭電器空氣凈化。一些工業(yè)濾紙通過添加造紙助劑被賦予了吸水、抗水、阻燃等特性。

在汽車工業(yè)濾紙的生產(chǎn)過程中需要根據(jù)其性能要求、生產(chǎn)要求添加適量的造紙助劑。從原紙的生產(chǎn)開始，備漿過程中需要添加濕強(qiáng)劑，抄造過程中需添加分散劑，涂布過程中要添加增白劑、抗水劑；還有目前市場上需求量越來越多的阻燃型濾紙中添加的阻燃劑。

造紙助劑在汽車工業(yè)濾紙生產(chǎn)過程中起到了非常重要的作用，本文就汽車工業(yè)濾紙的生產(chǎn)過程，按生產(chǎn)流程介紹幾種關(guān)鍵的化學(xué)助劑及其具體使用方法，以供參考。

1 濕強(qiáng)劑、抗水劑

汽車工業(yè)濾紙?jiān)埖膹?qiáng)度取決于所用植物纖維本身的強(qiáng)度和纖維間連接的強(qiáng)度及原紙中纖維的排列和分布情況，其中主要的就是纖維之間的結(jié)合力，這種結(jié)合力最主要的是氫鍵結(jié)合力。但原紙的纖維素具有高度的親水性，不經(jīng)任何處理的原紙?jiān)诒煌坎家和耆笗r(shí)，涂布液中的水會(huì)浸入纖維素大分子間從而切斷氫鍵，并形成水橋，大大地降低了原紙的強(qiáng)度[1]。根據(jù)原紙?jiān)系呐浔炔煌?，其在被完全浸漬后保留了原有干強(qiáng)度的2%～10%，在涂布過程中極容易出現(xiàn)斷紙，給生產(chǎn)帶來了極大的困難，因此需添加一定量的濕強(qiáng)劑以保障原紙能夠順利地通過涂布機(jī)。

1.1 濕強(qiáng)劑

我們在汽車工業(yè)濾紙?jiān)埖纳a(chǎn)中常常選用三聚氰胺甲醛樹脂（MF）為濕強(qiáng)劑，MF在提高原紙濕強(qiáng)度的同時(shí)還能使其他一些指標(biāo)如：裂斷長、耐折度、施膠度、耐破度、原紙的尺寸穩(wěn)定性等有相應(yīng)地提高?？偨Y(jié)長期的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，建議將MF濕強(qiáng)劑添加在成漿池中，pH在5左右、原紙溫度在100℃以上時(shí)熱固化速度較快。在具體的添加量的控制上，需要根據(jù)汽車工業(yè)濾紙的原紙?jiān)系呐浔葋頉Q定，原紙?jiān)系呐浔扰cMF添加量的具體關(guān)系如表1所示。

表1 原紙?jiān)系呐浔扰cMF添加量對原紙生產(chǎn)的影響

從表1可以看出：MF的添加量隨絲光化木漿的比例的增加而增加，當(dāng)絲光化木漿在原紙?jiān)吓浔戎姓假|(zhì)量分?jǐn)?shù)25%以上時(shí)需要添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的MF；在原紙?jiān)吓浔戎姓假|(zhì)量分?jǐn)?shù)25%以下時(shí)需添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的MF；不含有絲光化木漿的原紙則可以不添加MF。在生產(chǎn)過程中為了保證生產(chǎn)的連續(xù)性，每8 h一班生產(chǎn)過程中不斷紙，需根據(jù)原紙?jiān)系呐浔劝戳刻砑覯F濕強(qiáng)劑。

但MF穩(wěn)定性、水溶性、使用環(huán)境（pH為5）和游離出的甲醛都對其應(yīng)用帶來不利的影響，為了避免上述問題，我們對MF進(jìn)行醚化處理，得到了改性的MF。

1.2 抗水劑（改性MF）

使用小分子醇類作為醚化劑與少量陽離子改性劑對MF進(jìn)行改性處理，得到的陽離子改性MF能夠在酸性、中性和堿性環(huán)境中固化[2]，使其不但能夠應(yīng)用在漿料中還可以與涂布液混合使用以提高汽車工業(yè)濾紙的抗水性。

根據(jù)汽車工業(yè)濾紙的要求，和AATCC TECHNICAL MANUA193—2005抗水、乙醇溶液測試方法，我們在涂布液中添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%左右的改性MF能夠使汽車工業(yè)濾紙滿足8級(jí)抗水要求，確保濾紙不會(huì)因?yàn)R水而引起性能上的改變。還有一些特殊性能要求的產(chǎn)品，如一些凈水產(chǎn)品，其使用環(huán)境為地下水的初濾，要求濾紙滿足在水中浸泡12 h不被浸透，重復(fù)使用10次以上，需要提高抗水劑的添加量來滿足其極高的抗水要求，需要將抗水劑的添加量提高到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的絕干量（以涂布量的質(zhì)量計(jì)）。

2 分散劑

汽車工業(yè)濾紙?jiān)埖某爝^程中往往會(huì)遇到一些纖維分散不均勻的情況，特別是一些具有特殊要求的濾紙還需要在漿料內(nèi)添加一些特殊纖維如化纖、麻漿、玻璃纖維等。一些長纖維的加入更加重了漿料在水中分散不均勻的情況，這就需要在漿料中添加一定量的分散劑。

汽車工業(yè)濾紙?jiān)堉胁蝗菀追稚⒕鶆虻睦w維主要是絲光化木漿、化纖和麻漿，使用聚氧化乙烯（PEO）作為分散劑。PEO的化學(xué)穩(wěn)定性非常好，呈固體白色小顆粒或粉末，水溶性好，黏度高、添加少量就能達(dá)到很好的分散效果[3]。在生產(chǎn)汽車工業(yè)濾紙時(shí)根據(jù)其漿料配比添加PEO分散劑，具體情況如表2所示。

由表2可以看出：當(dāng)原紙?jiān)吓浔戎薪z光化木漿比例高于質(zhì)量分?jǐn)?shù)80%時(shí)需要添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.05%的PEO以滿足原紙成型均勻的要求，當(dāng)配比中含有化纖的情況下必須添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%的PEO，當(dāng)配比中絲光化木漿的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于60%且不含化纖的情況下不需要添加PEO。

PEO在使用過程中需要注意以下幾點(diǎn)：

（1）PEO在分散過程中要注意溶液的濃度控制，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.02%左右的配制濃度具有較好的分散效果，在分散均勻后盡快使用；

（2）PEO在分散過程中攪拌器的攪拌線速度不能超過1.5 m/s，攪拌速度過快則容易切斷其大分子結(jié)構(gòu)；

表2 原紙?jiān)吓浔扰cPEO添加量對原紙成型的影響

（3）配制好的PEO溶液在使用前必須要進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪^濾處理，防止未完全溶解的固體堵塞造紙網(wǎng)；

（4）PEO的添加點(diǎn)盡量靠近流漿箱，防止各種輸送設(shè)備對PEO大分子的切斷作用。

3 增白劑

增白劑通常也稱作熒光增白劑，是一種在汽車工業(yè)濾紙中使用較為普遍的化學(xué)助劑[4]。汽車工業(yè)濾紙生產(chǎn)過程中較為重要的一個(gè)環(huán)節(jié)是涂布加工，所用的涂布液由于其組分不同往往會(huì)對紙張的白度帶來一定的影響，為了達(dá)到一定的白度要求，需要在涂布液中添加適量的熒光增白劑。

常用的熒光增白劑為二苯乙烯型，在全膠的丙烯酸樹脂涂布液中添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%左右的熒光增白劑，在一些半膠（含改性淀粉等）涂布液中添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%～1.0%的熒光增白劑。

熒光增白劑在使用過程中要注意以下2點(diǎn)：

（1）在添加熒光增白劑的時(shí)候要注意其離子型與涂布液相配，避免發(fā)生離子反應(yīng)；

（2）熒光增白劑對水質(zhì)有一定的要求，水中含有 Ca2+、Mg2+、Fe3+等離子時(shí)對熒光增白劑的影響較大。

熒光增白劑的使用大大提高了汽車工業(yè)濾紙的“高級(jí)感”，能夠掩蓋掉一些濾紙中的顏色差異，對提升產(chǎn)品的外觀起到了一定的作用。

4 阻燃劑

隨著市場上對阻燃型汽車工業(yè)濾紙需求量的不斷增加，阻燃劑現(xiàn)在已經(jīng)成為汽車工業(yè)濾紙生產(chǎn)過程中一種重要的化學(xué)品。

在阻燃型汽車工業(yè)濾紙的生產(chǎn)過程中將添加型阻燃劑[5]和丙烯酸乳液按一定的比例進(jìn)行混合后作為涂布液使用，將阻燃劑以涂布的形式留著在濾紙上以達(dá)到阻燃的效果。常見的阻燃劑主要分為以下5類：

（1）無機(jī)物類，主要是金屬氧化物，金屬氫氧化合物和無機(jī)鹽等；

（2）鹵系阻燃劑，主要有有機(jī)鹵化物，含鹵氨類酸鹽，和含鹵高分子等；

（3）磷系阻燃劑，主要有磷酸氫鹽，磷酸銨鹽，聚磷酸氨等；

（4）硼化物阻燃劑，主要有硼酸鋅，硼酸鋇，硼酸按等；

（5）氮系阻燃劑，主要是三聚氰胺及其衍生物一類[6]。

在生產(chǎn)過程中選擇磷系阻燃劑。磷系阻燃劑具有阻燃性能較好，發(fā)煙量較少，熱穩(wěn)定性較好，無鹵素，低毒性和自熄性等優(yōu)點(diǎn)[7]，而且在需要的時(shí)候還可以和氮系阻燃劑組合使用起到更好的效果[8]。在生產(chǎn)過程中必須確保磷系阻燃劑在濾紙上達(dá)到一定的留著率才能確保其阻燃效果，在滿足阻燃效果的情況下，調(diào)整丙烯酸樹脂的涂布量，以實(shí)現(xiàn)其他物理指標(biāo)，以XH-3產(chǎn)品為例，見表3（表中分析項(xiàng)目按QB/T4031—2010《阻燃性汽車空氣濾紙》測試）。

由表3可以看出，當(dāng)阻燃劑的留著率達(dá)到14%以上時(shí)基本可以保證其阻燃性，丙烯酸樹脂的涂布量需達(dá)到16%以上時(shí)能夠滿足濾紙的物理性能要求，隨著丙烯酸樹脂涂布量的增加會(huì)對阻燃性能造成一定的影響，需適當(dāng)提高阻燃劑的留著率。

在使用磷系阻燃劑的時(shí)候需要注意以下幾點(diǎn)：

（1）目前使用的磷系阻燃劑是以液體的形式存放的，具有一定的揮發(fā)性，貯存時(shí)注意密封性和時(shí)效性；

（2）濾紙經(jīng)過磷系阻燃劑涂布后其耐熱性會(huì)變差，在溫度為160℃及以上時(shí)濾紙容易炭化；

（3）磷系阻燃劑和丙烯酸樹脂的質(zhì)量比為1∶0.9～1∶1.1時(shí)，濾紙具有較好的阻燃性能和物理力學(xué)性能，具體比例可根據(jù)原紙情況和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)做微調(diào)；

表3 阻燃劑留著率和丙烯酸樹脂涂布量對產(chǎn)品阻燃性能和物理性能的影響

（4）磷系阻燃劑在濾紙上的留著率需要達(dá)到15%以上時(shí)，濾紙具有較好的阻燃性能。

阻燃型汽車工業(yè)濾紙會(huì)成為未來空氣濾紙的主要發(fā)展方向，如何使用好阻燃劑，如何將其同涂布樹脂更好地配合使用是生產(chǎn)中的關(guān)鍵所在。

5 結(jié)語

（1）根據(jù)原紙的配比，濕強(qiáng)劑的添加量隨絲光化木漿的比例增加而增加，一般不要超過質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%。

（2）當(dāng)原紙中絲光化木漿的用量超過質(zhì)量分?jǐn)?shù)80%時(shí)，或配比中含有化纖時(shí)則必須使用分散劑，純木漿配比中使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.05%的分散劑，含有化纖的配比中使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%的分散劑。

（3）阻燃劑是近期和未來汽車工業(yè)濾紙生產(chǎn)過程中重要的化學(xué)助劑，阻燃劑的留著率需達(dá)到15%以上時(shí)有較好的阻燃效果，同時(shí)需要與丙烯酸樹脂配合使用，以滿足產(chǎn)品的阻燃性能、過濾性能和物理性能。

汽車工業(yè)濾紙的生產(chǎn)過程中不可避免地使用到一些造紙助劑，造紙助劑能夠幫助我們更好地完成產(chǎn)品的生產(chǎn)，歸根到底如何選擇造紙助劑還是要看產(chǎn)品的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和生產(chǎn)過程要求。