本发明涉及固化滤纸技术领域，具体涉及一种阻燃固化滤纸及其制备方法。
背景技术：
空气滤清器位于发动机的进气系统中，安装在汽车化油器或进气管的前方，起到滤除空气中灰尘、砂粒的作用，保证气缸中进入足量、清洁的空气。常用的空气滤清器有惯性油浴式空气滤清器、纸质干式空气滤清器、聚氨酯滤芯空气滤清器等。其中纸质干式空气滤清器的滤芯由胶黏剂处理的微孔滤纸制成，胶黏剂形成滤芯的固化层，微孔滤纸则主要由植物纤维浆液抄造制成，具有滤清效率高、结构简单、重量轻、成本低等优点，是目前应用较为广泛的汽车用空气滤清器。但是因微孔滤纸具有易燃性，当发动机气缸发生回火时容易造成滤芯燃烧，同时发动机吸入的空气中带有易燃物时也会引起纸质滤芯的燃烧，影响行车安全，因此要求滤纸具备一定的阻燃性能。而且由于发动机的高温工作环境，也要求滤纸具有一定的耐高温性。
中国专利cn201521054157.9，专利名称“一种阻燃滤纸”，公开了一种由初滤层、精滤层和从初滤层上表面渗透到精滤层下表面的阻燃层的阻燃滤纸，在初滤层和精滤层之间设置阻燃层，该阻燃层由无卤阻燃剂制成，提供滤纸阻燃性能。但是由于阻燃效果仅来源于阻燃层，初滤层和精滤层的耐燃和耐温性能一般，因此滤纸的整体的阻燃性能仍有待提高。
技术实现要素：
为提高滤纸的阻燃性能，满足滤纸在发动机上的应用需求，本发明的目的在于提供一种阻燃固化滤纸，具有较强的阻燃性能，而且耐高温性能较强，适合作为发动机的空气滤清器的滤芯使用。
本发明的另一目的在于提供该阻燃固化滤纸的制备方法。
本发明提供如下的技术方案：
一种阻燃固化滤纸，由原纸本体在浸胶液中浸渍后取出加热固化制成，其中：
原纸本体由以下重量份的组份组成：复合木浆液100～120份、聚醚酰亚胺粉末12～20份、聚乙烯亚胺3～5份、三聚氰胺树脂2～4份、增容剂2～5份、丁二酰亚胺无灰分散剂4～6份、消泡剂2～5份；
浸胶液由以下重量份的组份组成：热固性酚醛树脂80～100份、pcta共聚物10～20份、交联剂2～5份、阻燃剂8～15份、苯丙乳液25～30份、甲醇200～300份、乙酸异丙酯20～30份、有机硅醇钠盐2～5份。
作为本发明的优选，所述复合木浆液由以下过程制成：将丝光化木浆和针叶木浆按质量比3～5:1混合得混合浆液，木浆浓度为52.8～61.5wt％，加入硫酸铝溶液和硬脂酸铝溶解混合均匀，调节浆液的ph值至3～5，然后加热至75～80℃，60～80r/min搅拌条件下缓慢加入氢氧化钙乳液，再迅速投入钛酯酸偶联剂、纳米水滑石粉末，然后继续搅拌90～120min，静置得复合木浆液。
作为本发明的优选，加入的硫酸铝的质量为混合浆液质量的12～16wt％，硬脂酸铝、氢氧化钙与硫酸铝的摩尔比为0.1～0.2:1.6～2:1，纳米滑石粉、钛酯酸偶联剂和硫酸铝的质量比为0.3～0.5:0.01～0.02:1。
作为本发明的优选，所述纳米水滑石粉末的粒径范围为20～50nm。
作为本发明的优选，增容剂为甲基丙烯酸乙酯与吡啶按质量比1:0.2～0.3的混合物。
作为本发明的优选，所述消泡剂为丁醇或辛醇。
作为本发明的优选，所述阻燃剂为三聚氰胺多聚磷酸盐、聚甲基三乙氧基硅烷与聚合硫酸铝的复配物，三者的质量比依次为2～3:1～2:1。
本发明的原纸本体以复合木浆液为原料，通过与聚醚酰亚胺、聚乙烯亚胺等复配制成。聚醚酰亚胺粉末是一种无定型的工程树脂，具有阻燃性能和耐高温尺寸稳定性，起到强化复合浆液的耐热稳定性和阻燃性能的作用。三聚氰胺树脂起到防水性能，聚乙烯亚胺中的伯胺和仲胺能够与木浆纤维的羟基发生交联反应，增强滤纸的干强度，而且能起到絮凝效果，强化滤纸的过滤性能。
复合木浆液中的丝光化木浆提供主体的木浆纤维，而针叶木浆起到强化滤纸强度的作用。向丝光化木浆和针叶木浆的浆液中首先加入硫酸铝溶液和硬脂酸铝溶剂均匀，再缓慢加入氢氧化钙乳液，氢氧化钙乳液与硫酸铝反应形成网络状的聚合硫酸铝，硬脂酸铝起到稳定作用。由于木浆的主要成分是多孔状的交联的木浆纤维以及少量的木质素，因此聚合硫酸铝在木浆中原位聚合制备并与木浆纤维形成互穿网络结构。聚合硫酸铝是造纸工业废水处理过程中常用的絮凝剂，具有多孔结构，可以作为过滤介质使用。发明人在实践中发现，聚合硫酸铝具有较强的耐热和耐温性能，通过在微观结构层面形成互穿网络连接，起到对木浆纤维的改性作用，能够增强木浆纤维的耐热、耐温性能。聚合硫酸铝在250℃左右高温加热时会分解释放出结晶水，降低木浆纤维表面温度，并起到阻燃作用，而且在更高的温度下聚合硫酸铝分解得到氧化铝等非易燃物质，附着在木浆纤维表面，起到隔氧阻燃效果。同时因为聚合硫酸铝自身具有多孔结构，而且对小粒径杂质具有絮凝作用，因此可以强化制备的滤纸的过滤阻隔效率。在氢氧化钙乳液加入完毕后，互穿网络尚未完全成型，此时加入纳米水滑石，能够存储于互穿网络内，并经钛酯酸偶联剂连接到木浆纤维表面，一方面增强木浆纤维的强度，同时水滑石吸水性能弱，增强木浆纤维的防水性能，另一方面水滑石在200℃前后，尤其在250℃以上时会受热失水，强化聚合硫酸铝的降温阻燃效果，同时水滑石中含有的碳酸盐会分解生成二氧化碳，降低氧分压，起到隔氧阻燃效果，而水滑石则转变为金属复合氧化物，强度得到提升，提高了木浆纤维在高温下的耐热强度。
所用增容剂由甲基丙烯酸乙酯与吡啶按质量组成，能够在木浆纤维与聚醚酰亚胺、三聚氰胺树脂等之间起到连接作用，增强原纸本体中各组份的混合均匀性，提高滤纸性能，消泡剂可以为造纸中常用的消泡剂，如丁醇、辛醇等。这样所得滤纸本体的耐热、耐温性能高，而且具有较佳的阻燃性能和使用强度。
浸胶液中的热固性酚醛树脂起到主体的热固化性能，而pcta共聚物为环己烷二甲醇和对苯二酸的聚合物，具有较强的耐热性、抗冲击性能和耐化学性能，与热固性酚醛树脂复配后提高固化层的使用强度、耐热性能。阻燃剂由三聚氰胺多聚磷酸盐、聚甲基三乙氧基硅烷与聚合硫酸铝按一定的质量比复配得到。发明人在实践中发现，单一的阻燃剂添加的阻燃效果不太理想，而将三聚氰胺多聚磷酸盐、聚甲基三乙氧基硅烷与聚合硫酸铝复配后，利用聚合硫酸铝分散到热固性酚醛树脂中，通过三聚氰胺多聚磷酸盐、聚甲基三乙氧基硅烷和聚合硫酸铝的阻燃复配作用能够有效增强浸胶层的阻燃效果，甲醇和乙酸异丙酯起到混合溶剂的作用，有机硅醇钠盐则增强浸胶层的憎水、防水效果。
本发明从耐热强度和阻燃性能两方面入手，通过赋予固化滤纸较强的耐热性和阻燃性，并通过耐热性和阻燃型相协同强化，所得阻燃固化滤纸的阻燃性能强，耐高温，高温下的尺寸稳定性高，同时具有较高的耐破度和撕裂度，过滤精度高，适合作为发动机的空气滤清器的滤芯使用。
上述阻燃固化滤纸的制备方法，包括以下步骤：
(1)搅拌条件下向复合木浆液中依次加入丁二酰亚胺无灰分散剂、消泡剂、三聚氰胺树脂和增容剂混合均匀，然后加入聚醚酰亚胺粉末混合，再加入聚乙烯亚胺得到纸浆原液；
(2)将纸浆原液打浆，打浆度为32～40°sr，得到浆料浓度为1.82～2.11％的成浆，然后常规条件上网抄造、压榨脱水得到原纸本体，然后加热保持后置于室温放置；
(3)将热固性酚醛树脂、甲醇、乙酸异丙酯、苯丙乳液和有机硅醇钠盐置于反应釜中70～80℃搅拌混合均匀，加入阻燃剂混匀后再加入交联剂、pcta共聚物混合均匀得到浸渍液；(4)将步骤(2)所得室温放置的原纸本体置于浸渍液中浸渍，控制上胶料为17～18wt％，然后加热固化，得到阻燃固化滤纸。
作为本发明方法的优选，步骤(2)中加热温度为170～180℃，保持时间60～90min。
作为本发明方法的优选，步骤(4)的加热固化温度为140～150℃，固化时间6～8min。
本发明的阻燃固化滤纸制备方法在现有滤纸制备工艺的基础上，更加针对性的先将原纸本体的物料混合打浆，与单独将复合木浆液打浆然后加入复配物料相比，有利于浆液混合均匀，同时聚醚酰亚胺粉末等能够充分与复合木浆液中的互穿网络结构接触，而且在打浆过程中严格控制打浆度，保持互穿网络的完整性。将得到的原纸本体在170～180℃下加热，一方面将木浆液中的木质素转化成流动态，促进水滑石对产生的孔隙的填充，并促进浸胶过程中的部分胶液组份浸入，增强原纸本体的强度和使用过程的耐热性，另一方面使聚合硫酸铝以及水滑石层间的游离水得到释放，增强原纸本体的干性强度。然后将原纸本体在浸胶液中浸泡后取出加热固化，一方面使酚醛树脂充分交联，另一方面避免原纸本体中残余木质素的玻璃态转化，使固化滤纸整体具有较高的强度。通过本发明方法所得的固化滤纸的浸胶层的上胶量减少，固化滤纸的透气性能增强，而且更重要的是强化了固化滤纸的耐热性，同时制备方法省略了木浆的酸处理过程，步骤少，过程简洁，更加容易操作。
本发明的有益效果如下：
本发明通过原料和制备方法两方面配合赋予固化滤纸较强的耐热性和阻燃性，并通过耐热性和阻燃型相协同强化，使滤纸的阻燃性能强、耐高温，高温尺寸稳定性强，而且滤纸的强度和过滤精度高，制备方法省步骤少，过程简洁，更加容易操作，所得固化滤纸适合作为发动机的空气滤清器的滤芯使用。
具体实施方式
下面就本发明的具体实施方式作进一步说明。
如无特别说明，本发明中所采用的原料均可从市场上购得或是本领域常用的，如无特别说明，下述实施例中的方法均为本领域的常规方法。
实施例1
一种阻燃固化滤纸，由原纸本体在浸胶液中浸渍后取出加热固化制成，其中：
原纸本体由以下组份组成：复合木浆液100g、聚醚酰亚胺粉末12g、聚乙烯亚胺4g、三聚氰胺树脂2g、增容剂2g、丁二酰亚胺无灰分散剂4g、丁醇2g，增容剂为甲基丙烯酸乙酯与吡啶按质量比1:0.3的混合物；
复合木浆液由以下过程制成：将丝光化木浆和针叶木浆按质量比3:1混合得混合浆液，木浆浓度为52.8wt％，加入硫酸铝溶液和硬脂酸铝溶解混合均匀，硫酸铝的质量为混合浆液质量的12wt％，用硫酸调节浆液的ph值至5，然后加热至75℃，60r/min搅拌条件下缓慢加入氢氧化钙乳液，硬脂酸铝、氢氧化钙与硫酸铝的摩尔比为0.1:1.6:1，再迅速投入钛酯酸偶联剂、纳米水滑石粉末，纳米滑石粉、钛酯酸偶联剂和硫酸铝的质量比为0.3:0.01:1，纳米水滑石粉末的粒径范围为20～50nm，然后继续搅拌90min，静置得复合木浆液；
浸胶液由以下组份组成：热固性酚醛树脂80g、pcta共聚物10g、交联剂2g、阻燃剂8g、苯丙乳液25g、甲醇200g、乙酸异丙酯20g、有机硅醇钠盐2g；阻燃剂为三聚氰胺多聚磷酸盐、聚甲基三乙氧基硅烷与聚合硫酸铝按质量比2:1:1组成的复配物。
上述阻燃固化滤纸的制备方法，包括以下步骤：
(1)搅拌条件下向复合木浆液中依次加入丁二酰亚胺无灰分散剂、消泡剂、三聚氰胺树脂和增容剂混合均匀，然后加入聚醚酰亚胺粉末混合，再加入聚乙烯亚胺得到纸浆原液；
(2)将纸浆原液打浆，打浆度为32°sr，得到浆料浓度为1.82％的成浆，然后常规条件上网抄造、压榨脱水得到原纸本体，加热至170℃保持90min，然后置于室温放置；
(3)将热固性酚醛树脂、甲醇、乙酸异丙酯、苯丙乳液和有机硅醇钠盐置于反应釜中70℃搅拌混合均匀，加入阻燃剂混匀后再加入交联剂、pcta共聚物混合均匀得到浸渍液；
(4)将步骤(2)所得室温放置的原纸本体置于浸渍液中浸渍，控制上胶料为17wt％，然后加热至140℃固化8min，得到阻燃固化滤纸。
实施例2
一种阻燃固化滤纸，由原纸本体在浸胶液中浸渍后取出加热固化制成，其中：
原纸本体由以下组份组成：复合木浆液120g、聚醚酰亚胺粉末16g、聚乙烯亚胺5g、三聚氰胺树脂4g、增容剂4g、丁二酰亚胺无灰分散剂5g、丁醇5g，增容剂为甲基丙烯酸乙酯与吡啶按质量比1:0.2的混合物；
复合木浆液由以下过程制成：将丝光化木浆和针叶木浆按质量比4:1混合得混合浆液，木浆浓度为57wt％，加入硫酸铝溶液和硬脂酸铝溶解混合均匀，硫酸铝的质量为混合浆液质量的14wt％，用硫酸调节浆液的ph值至4，然后加热至78℃，70r/min搅拌条件下缓慢加入氢氧化钙乳液，硬脂酸铝、氢氧化钙与硫酸铝的摩尔比为0.2:1.8:1，再迅速投入钛酯酸偶联剂、纳米水滑石粉末，纳米滑石粉、钛酯酸偶联剂和硫酸铝的质量比为0.4:0.01:1，纳米水滑石粉末的粒径范围为20～50nm，然后继续搅拌100min，静置得复合木浆液；
浸胶液由以下组份组成：热固性酚醛树脂90g、pcta共聚物15g、交联剂4g、阻燃剂12g、苯丙乳液27g、甲醇250g、乙酸异丙酯25g、有机硅醇钠盐4g；阻燃剂为三聚氰胺多聚磷酸盐、聚甲基三乙氧基硅烷与聚合硫酸铝按质量比2:2:1组成的复配物。
上述阻燃固化滤纸的制备方法，包括以下步骤：
(1)搅拌条件下向复合木浆液中依次加入丁二酰亚胺无灰分散剂、消泡剂、三聚氰胺树脂和增容剂混合均匀，然后加入聚醚酰亚胺粉末混合，再加入聚乙烯亚胺得到纸浆原液；
(2)将纸浆原液打浆，打浆度为37°sr，得到浆料浓度为2.01％的成浆，然后常规条件上网抄造、压榨脱水得到原纸本体，加热至175℃保持80min，然后置于室温放置；
(3)将热固性酚醛树脂、甲醇、乙酸异丙酯、苯丙乳液和有机硅醇钠盐置于反应釜中75℃搅拌混合均匀，加入阻燃剂混匀后再加入交联剂、pcta共聚物混合均匀得到浸渍液；
(4)将步骤(2)所得室温放置的原纸本体置于浸渍液中浸渍，控制上胶料为17wt％，然后加热至145℃固化7min，得到阻燃固化滤纸。
实施例3
一种阻燃固化滤纸，由原纸本体在浸胶液中浸渍后取出加热固化制成，其中：
原纸本体由以下组份组成：复合木浆液110g、聚醚酰亚胺粉末20g、聚乙烯亚胺3g、三聚氰胺树脂3g、增容剂5g、丁二酰亚胺无灰分散剂6g、辛醇3g，增容剂为甲基丙烯酸乙酯与吡啶按质量比1:0.27的混合物；
复合木浆液由以下过程制成：将丝光化木浆和针叶木浆按质量比5:1混合得混合浆液，木浆浓度为61.5wt％，加入硫酸铝溶液和硬脂酸铝溶解混合均匀，硫酸铝的质量为混合浆液质量的16wt％，用硫酸调节浆液的ph值至3，然后加热至80℃，80r/min搅拌条件下缓慢加入氢氧化钙乳液，硬脂酸铝、氢氧化钙与硫酸铝的摩尔比为0.15:2:1，再迅速投入钛酯酸偶联剂、纳米水滑石粉末，纳米滑石粉、钛酯酸偶联剂和硫酸铝的质量比为0.5:0.02:1，纳米水滑石粉末的粒径范围为20～50nm，然后继续搅拌120min，静置得复合木浆液；
浸胶液由以下组份组成：热固性酚醛树脂100g、pcta共聚物20g、交联剂5g、阻燃剂15g、苯丙乳液30g、甲醇300g、乙酸异丙酯30g、有机硅醇钠盐5g；阻燃剂为三聚氰胺多聚磷酸盐、聚甲基三乙氧基硅烷与聚合硫酸铝按质量比3:1:1组成的复配物。
上述阻燃固化滤纸的制备方法，包括以下步骤：
(1)搅拌条件下向复合木浆液中依次加入丁二酰亚胺无灰分散剂、消泡剂、三聚氰胺树脂和增容剂混合均匀，然后加入聚醚酰亚胺粉末混合，再加入聚乙烯亚胺得到纸浆原液；
(2)将纸浆原液打浆，打浆度为40°sr，得到浆料浓度为2.11％的成浆，然后常规条件上网抄造、压榨脱水得到原纸本体，加热至180℃保持60min，然后置于室温放置；
(3)将热固性酚醛树脂、甲醇、乙酸异丙酯、苯丙乳液和有机硅醇钠盐置于反应釜中80℃搅拌混合均匀，加入阻燃剂混匀后再加入交联剂、pcta共聚物混合均匀得到浸渍液；
(4)将步骤(2)所得室温放置的原纸本体置于浸渍液中浸渍，控制上胶料为18wt％，然后加热至150℃固化6min，得到阻燃固化滤纸。
对比例1
按照实施例1的方法和原料制备，与实施例1的不同之处在于，原料中的复合木浆液是向丝光化木浆和针叶木浆的混合浆料中直接加聚合硫酸铝，加入量为混合浆液质量的20wt％。
对比例2
按照实施例1的方法和原料制备，与实施例1的不同之处在于，在原纸本体的制备过程中，先将复合木浆液按步骤(2)的方法打浆，然后向打浆后的复合木浆液中加入步骤(1)中除复合木浆液外的原料混合后得到纸浆原液，然后抄造、压榨得到原纸本体。
对比例3
按照实施例1的方法和原料制备，与实施例1的不同之处在于，原纸本体的制备过程中，将步骤(2)所得原纸本体在未加热保持情况下直接在浸渍液中浸渍，取出150℃加热固化8min。
对比例4
按照实施例1的方法和原料制备，与实施例1的不同之处在于，在浸渍液的配置过程中，所用阻燃剂为等量的三聚氰胺多聚磷酸盐。
对比例5
按照实施例1的方法和原料制备，与实施例1的不同之处在于，在浸渍液的配置过程中，所用阻燃剂为等量的三聚氰胺多聚磷酸盐和聚甲基三乙氧基硅烷的混合物，两者质量比为2:1。
上述各实施例和对比例所得固化滤纸的强度、透气度等性能指标以及参照gb/t14656-2009《阻燃纸和纸板燃烧性能试验方法》测定的阻燃性能指标的结果如表1所示，其中测试耐破度和挺度时，将待测试固化滤纸先置于180℃的烘箱中保温60min后再测试。