高檔汽車濾紙專用膠黏劑的開發(fā)
1、項目開發(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濾材質(zhì)。它一般用于汽車發(fā)動機內(nèi)部，承擔著去除空氣、機油和燃油中的雜質(zhì)，防止發(fā)動機機件磨損，延長發(fā)動機壽命的作用。人們常把汽車的發(fā)動機喻為汽車的“心臟”，那么，濾清器便是它們的“肺”。濾清器的過濾材質(zhì)有許多，如纖維素、毛氈、無紡布、棉紗、玻璃纖絲及金屬絲等，以紙質(zhì)濾芯作為過濾材質(zhì)的濾清器早在20世紀50年代就以其效率高、體積小的優(yōu)點在美國率先應(yīng)用。在2004年美國國家經(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年美國首次發(fā)布了關(guān)于汽車工業(yè)濾紙涂布樹脂的專利，其中指出了經(jīng)醇溶性酚醛樹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，歐美國家不斷發(fā)展醇溶性酚醛樹脂處理汽車工業(yè)濾紙的工藝技術(shù)，取得了很好的效果。20世紀60年代，歐洲國家汽車濾紙產(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脂涂布處理的。用這種樹脂涂布處理濾紙原紙具有許多優(yōu)點：樹脂未固化時，紙比較柔韌，利于折疊成型，固化后，樹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，堅挺結(jié)實，同時賦有高度抗化學性能。隨著醇溶性酚醛樹脂在汽車工業(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：醇溶性酚醛樹脂需耗用大量的有機溶劑，費用巨大；有機溶劑易揮發(fā)，回收困難，會對大氣環(huán)境造成污染，對環(huán)境不友好，不符合國家對可持續(xù)發(fā)展的要求；有機溶劑易燃，生產(chǎn)過程中存在安全隱患，甚至對工人生命構(gòu)成威脅。
近年來，水溶性樹脂(水乳型)因其以水為溶劑，安全無毒，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)了主導地位，包括我國在內(nèi)的很多國家早已開始了由醇溶性樹脂涂布劑改用水溶性樹脂涂布劑的應(yīng)用研究�？梢哉f，由醇溶性樹脂浸漬劑向水溶性樹脂及其改性產(chǎn)品轉(zhuǎn)變是汽車工業(yè)濾紙浸漬劑的必然發(fā)展趨勢。
然而，國內(nèi)的汽車濾紙膠黏劑大多采用市場上通用膠黏劑，雖具有較高的黏結(jié)強度，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，從而導致我國高檔汽車的濾紙國產(chǎn)化不足。研究開發(fā)一種在挺度、耐水性能、空隙率等各方面都能達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，擴大市場銷售，具有重要意義。
(2) 天然植物纖維等原料抄制出來的濾紙原紙，主要成分是纖維素。纖維素帶有大量的-OH(羥基)和R-O-R’(醚基)，使得濾紙原紙吸水性強，加上其緊度小、紙頁疏松、固強度較低、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，必須采用樹脂對原紙進行涂布加工處理，以提高濾紙的物理強度、結(jié)構(gòu)強度，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)境問題以及汽車濾紙浸漬劑的發(fā)展趨勢，我們將從對環(huán)境友好的水溶性樹脂著手，解決水溶性樹脂在汽車工業(yè)濾紙上應(yīng)用后在挺度低、耐水性差等方面的問題。
目前，國內(nèi)外研究者對提高樹脂乳液的性能及涂布濾紙性能正在研究和改進中。天津科技大學和天津造紙研究所任繼春等通過共聚改性的方法對醋酸乙烯乳液進行處理，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。華南理工大學的李華等采用乳液聚合的方法合成了聚醋酸乙烯樹脂，并通過加入硬單體一甲基丙烯酸甲酯對其進行改性，可提高紙張抗張強度、耐破度和濕強度。華南理工大學李華等深入研究了乳液聚合時引發(fā)劑濃度、復(fù)合乳化劑配比及選擇對乳液聚合反應(yīng)過程單體的轉(zhuǎn)化率、乳液粒徑及經(jīng)乳液處理后濾紙的物理機械性能的影響，提出了通過交聯(lián)改性的苯丙乳液在一定工藝條件下，可進一步提高汽車工業(yè)濾紙的物理強度和耐潮濕性能。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)劑三聚氰胺甲醛樹脂制得的苯丙乳液有效提高了浸漬濾紙的耐水性、強度和挺度。
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)強度高，生產(chǎn)成本低等特點和優(yōu)勢，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，并且具有對環(huán)境友好的特點和諸多優(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、耐水性較差等問題，為了提高其性能，本項目開發(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改善苯丙乳液性能，尋找適合的新型乳化劑來提高乳液產(chǎn)品的穩(wěn)定性。
總之，開發(fā)一種在挺度、耐水性能、空隙率等各方面都能達到令人滿意的高檔汽車濾紙專用膠黏劑，并逐步淘汰對環(huán)境有污染、生產(chǎn)有潛在隱患的醇溶性樹脂，具有重要意義和科研價值。
2、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢
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、耐水性等性能指標都有較大提高。華南理工大學李華等深入研究了乳液聚合時引發(fā)劑濃度、復(fù)合乳化劑配比及選擇對乳液聚合反應(yīng)過程單體的轉(zhuǎn)化率、乳液粒徑及經(jīng)乳液處理后濾紙的物理機械性能的影響，提出了通過交聯(lián)改性的苯丙乳液在一定工藝條件下，可進一步提高汽車工業(yè)濾紙的物理強度和耐潮濕性能。華南理工大學的王璩等在自制苯丙共聚乳液過程中，通過控制聚合工藝，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度性能，對環(huán)境友好、價格便宜。這是其本身的優(yōu)點，如根據(jù)前人報道，在耐水性能、挺度等方面作進一步的開發(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，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，同時還會影響聚合物乳液的電性能、光學性能和表面性能等)。
反應(yīng)性乳化劑的分子結(jié)構(gòu)中同時含有親水親油的乳化基團和可發(fā)生聚合反應(yīng)的功能性基團，在聚合過程中不僅具有乳化作用，而且還能以共價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 使用時不會發(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，都具有實在的可行性。
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