本發明涉及空氣過濾紙領域，特別是涉及一種耐高溫空氣過濾紙及其制備方法。
背景技術：
目前工業上高效濾紙的生產工藝是將：玻璃纖維在加入分散劑的水中分散形成均勻的懸浮液，通過濕法造紙的方法，在成型網上濾水成型，并添加交聯劑，干燥后可即為玻璃纖維紙。玻璃纖維直徑較細，能夠實現很高的過濾精度(最高對0.3μm顆粒物的過濾精度可達到99.99999％)；同時玻璃纖維模量高，相對較挺，使得纖維直徑小但也不易聚集，堆積密度相對較低，因而過濾阻力也較低。由于上述優異的過濾性能使得玻璃纖維在高效過濾市場占據主導地位。
由于玻璃纖維之間沒有化學鍵連接，玻璃纖維濾紙的強度主要由表面施膠劑決定。高效玻璃纖維濾紙常見的表面施膠劑有丙烯酸酯類、聚氨酯類、苯乙烯-丙烯酸酯類；在玻璃纖維中加入上述的膠，既可以大大增加玻璃纖維的強度又不會過多地增加玻纖濾紙的阻力。
但是此類有機膠并不是沒有缺點，由于此類聚合物膠一般分解溫度在150℃以下，因此決定了常見的高效濾紙不能在150℃以上的環境下工作，大大限制了玻纖高效濾紙的使用范圍。
為了解決這個問題，目前工業上會使用相對耐高溫的酚醛樹脂類和硅烷偶聯劑類的表面施膠劑。但使用了上述兩種交聯劑的高效濾紙，表面很容易成膜，導致同樣的過濾效率，阻力遠高于普通濾紙，且紙張變脆，耐折度較差，很難折成濾框。
一般工業上對空氣過濾紙測試其是否耐高溫的方法是用CRAA433-2008中規定的可燃物含量，其約定在575±25℃下灼燒1hr。一般空氣過濾紙的可燃物含量在7％左右，而本發明的耐高溫空氣過濾紙的可燃物含量小于0.5％。
技術實現要素：
基于此，有必要針對上述問題，提供一種耐高溫的空氣過濾紙及其制備方法。
具體技術方案如下：
一種耐高溫空氣過濾紙及其制備方法，包括以下步驟：
(1)將玻璃纖維材料加水配成所述玻璃纖維材料質量分數為0.1％～0.5％的漿料，分散均勻，真空條件下過濾，得濕紙，所述玻璃纖維材料為玻璃棉纖維和/或玻璃纖維；
(2)將90℃以上的氫氧化鈉溶液或者氫氧化鉀溶液噴淋在所述濕紙表面，其中，氫氧化鈉或氫氧化鉀的質量為所述玻璃纖維材料重量的2～5％，并在5s內進行紅外干燥，然后進入烘缸干燥至含水量小于0.2％，即得。
在其中一些實施例中，所述玻璃纖維材料由平均粒徑為0.1～1.5μm的玻璃棉纖維和平均粒徑為6～30μm玻璃纖維混合而成。
在其中一些實施例中，所述玻璃棉纖維和玻璃纖維的質量比為10:1～1:2。
在其中一些實施例中，所述氫氧化鈉溶液或氫氧化鉀溶液的濃度為20～30％。
在其中一些實施例中，所述步驟(1)中過濾時的真空度控制在-0.02MPa～-0.2MPa，抽真空的時間為10～30s。
在其中一些實施例中，所述步驟(2)中紅外干燥的時間為10～30s。
在其中一些實施例中，所述步驟(2)紅外干燥中，每kg所述玻璃纖維材料所需要的紅外的功率為0.5～9kw。
在其中一些實施例中，所述步驟(1)中的分散時間為3～20min。
本發明還提供上述制備方法所得到的耐高溫空氣過濾紙。
本發明原理如下：
玻璃纖維材料中的主要成分為堿金屬(氧化鈉、氧化鋁、氧化鎂、氧化鈣)和二氧化硅，而在特定條件下，二氧化硅會和氫氧化鈉發生反應，生成偏硅酸鈉，俗稱水玻璃，水玻璃粘性很好，是一種常用的無機膠類化合物。水玻璃負載在纖維表面，烘干后形成很薄的一層水玻璃膜，紙張強度好，且不影響紙張的透氣度。由于水玻璃是一種無機化合物，熔點高達1088℃，因此完全可以達到耐高溫空氣濾紙對膠的要求。
但是，如果直接在空氣過濾紙上施水玻璃膠，稀的水玻璃膠是無色透明的液體，膠很難負載在纖維表面，濃的水玻璃膠很難再濾膜表面負載均勻，且成膜厚度很難控制，很容易導致空氣過濾紙透氣性能。因此水玻璃膠一直未在空氣濾紙領域使用。
發明人及其團隊通過大量實驗和研究以及長久以來在空氣過濾紙積累的經驗，得出將玻璃纖維材料中的二氧化硅和氫氧化鈉或氫氧化鉀在優選條件下反應生成水玻璃，再配合本發明各項優選的配比和參數，可以得到具有很好過濾性能，強度、高效的耐高溫空氣過濾紙，本發明優選條件是指將氫氧化鈉溶液或氫氧化鉀溶液噴淋在濕紙表面，在優選的時間內馬上進行紅外干燥，利用紅外非接觸式的加熱，為氫氧化鈉和二氧化硅反應提供熱量，促進其反應均勻和完全，并利用水玻璃的粘性實現空氣過濾紙的強度。
本發明相較于現有技術的優點以及有益效果為：
(1)本發明所得耐高溫空氣過濾紙可耐500℃以內的高溫；
(2)本發明所得耐高溫空氣過濾紙的過濾性能與目前的HEPA濾紙過濾性能接近；
(3)本發明所得耐高溫空氣過濾紙的強度、挺度指標均以目前的HEPA濾紙性能接近；
(4)本發明選用的氫氧化鈉或氫氧化鉀價格遠低于苯丙樹脂、丙烯酸樹脂和聚氨酯，因此本發明具有成本優勢。
附圖說明
圖1為本發明實施例1耐高溫空氣過濾紙的工藝流程圖。
具體實施方式
以下通過實施例進一步說明本發明。
本發明實施例所用原料均為市售普通產品。
實施例1
一種耐高溫空氣過濾紙的制備方法，包括以下步驟：
(1)將平均粒徑為0.5μm的玻璃棉纖維和平均粒徑為6μm的玻璃纖維，按質量比為5:1，加水配成玻璃棉纖維和玻璃纖維質量百分比總量為0.1％的漿料，經解離分散20分鐘，分散均勻后，在真空帶式過濾機上過濾，真空度控制在-0.1MPa，抽真空時間為20s，抽濾完成后得濕紙；
(2)將90℃以上的氫氧化鈉溶液噴淋在濕紙表面，氫氧化鈉溶液濃度為25％，氫氧化鈉溶液中氫氧化鈉的質量為玻璃棉纖維和玻璃纖維質量總和的5％，在5s以內進入紅外干燥工段，紅外干燥的時間為30s，紅外干燥的功率為9kw/kg玻璃棉纖維和玻璃纖維(即紅外干燥每kg玻璃棉纖維和玻璃纖維所需要的紅外的功率為9kw)，再進入烘缸干燥至水分含量小于0.2％，得耐高溫的空氣過濾紙。
本實施例工藝流程示意圖請見圖1。
本實施例耐高溫的空氣過濾紙對0.3μm顆粒的過濾性能為99.997％，阻力為356Pa，抗張強度為1.2KN/m，挺度為1400mg；本實施例耐高溫的空氣過濾紙的可燃物含量為0.1％。
實施例2
一種耐高溫空氣過濾紙的制備方法，包括以下步驟：
(1)將平均粒徑為1.5μm的玻璃棉纖維和平均粒徑為15μm的玻璃纖維，按質量比為10:1，加水配成玻璃棉纖維和玻璃纖維質量百分比總量為0.5％的漿料，經解離分散3分鐘，分散均勻后，在真空帶式過濾機上過濾，真空度控制在-0.02MPa，抽真空時間為30s，抽濾完成得濕紙；
(2)將90℃以上的氫氧化鈉溶液噴淋在濕紙表面，氫氧化鈉溶液濃度為30％，氫氧化鈉溶液中氫氧化鈉的質量為玻璃棉纖維和玻璃纖維質量總和的2％，在5s以內進入紅外干燥工段，紅外干燥的時間為10s，紅外干燥的功率為0.5kw/kg玻璃棉纖維和玻璃纖維(即紅外干燥每kg玻璃棉纖維和玻璃纖維所需要的紅外的功率為0.5kw)，再進入烘缸干燥至水分含量小于0.2％，得耐高溫的空氣過濾紙。
本實施例耐高溫的空氣過濾紙對0.3μm顆粒的過濾性能為99.8％，阻力為298Pa，抗張強度為0.2KN/m，挺度為300mg，本實施例耐高溫的空氣過濾紙的可燃物含量為0.2％。
實施例3
一種耐高溫空氣過濾紙的制備方法，包括以下步驟：
(1)將平均粒徑為0.1μm的玻璃棉纖維和平均粒徑為30μm的玻璃纖維，按質量比為1:2，加水配成玻璃棉纖維和玻璃纖維質量百分比總量為0.3％的漿料，經解離分散10分鐘，分散均勻后，在真空帶式過濾機上過濾，真空度控制在-0.2MPa，抽真空時間為10s，抽濾完成得濕紙；
(2)將90℃以上的氫氧化鈉溶液噴淋在濕紙表面，氫氧化鈉溶液濃度為20％，氫氧化鈉溶液中氫氧化鈉的質量為玻璃棉纖維和玻璃纖維質量總和的3.5％，在5s以內進入紅外干燥工段，紅外干燥的時間為30s，紅外干燥的功率為9kw/kg玻璃棉纖維和玻璃纖維(即紅外干燥每kg玻璃棉纖維和玻璃纖維所需要的紅外的功率為9kw)，進入烘缸干燥至水分含量小于0.2％，得耐高溫的空氣過濾紙。
本實施例耐高溫的空氣過濾紙對0.3μm顆粒的過濾性能為99.998％，阻力為367Pa，抗張強度為1.4KN/m，挺度為2000mg，本實施例耐高溫的空氣過濾紙的可燃物含量為0.5％。
實施例4
一種耐高溫空氣過濾紙的制備方法，包括以下步驟：
(1)將平均粒徑為0.5μm的玻璃棉纖維和平均粒徑為6μm的玻璃纖維，按質量比為10:1，加水配成玻璃棉纖維和玻璃纖維質量百分比總量為0.1％的漿料，經解離分散10分鐘，分散均勻后，在真空帶式過濾機上過濾，真空度控制在-0.1MPa，抽真空時間為20s，抽濾完成得濕紙；
(2)將90℃以上的氫氧化鈉溶液噴淋在濕紙表面，氫氧化鈉溶液濃度為25％，氫氧化鈉溶液中氫氧化鈉的質量為玻璃棉纖維和玻璃纖維質量總和的5％，在5s以內進入紅外干燥工段，紅外干燥的時間為30s，紅外干燥的功率為9kw/kg玻璃棉纖維和玻璃纖維(即紅外干燥每kg玻璃棉纖維和玻璃纖維所需要的紅外的功率為9kw)，再進入烘缸干燥至水分含量小于0.2％，得耐高溫的空氣過濾紙。
本實施例耐高溫的空氣過濾紙對0.3μm顆粒的過濾性能為99.9996％，阻力為401Pa，抗張強度為1.0KN/m，挺度為1000mg，本實施例耐高溫的空氣過濾紙的可燃物含量為0.2％。
實施例5
一種耐高溫空氣過濾紙的制備方法，包括以下步驟：
(1)將平均粒徑為0.5μm的玻璃棉纖維和平均粒徑為6μm的玻璃纖維，按質量比為5:1，加水配成玻璃棉纖維和玻璃纖維質量百分比總量為0.1％的漿料，經解離分散20分鐘，分散均勻后，在真空帶式過濾機上過濾，真空度控制在-0.1MPa，抽真空時間為20s，抽濾完成得濕紙；
(2)將90℃以上的氫氧化鈉溶液噴淋在濕紙表面，氫氧化鈉溶液濃度為20％，氫氧化鈉溶液中氫氧化鈉的質量為玻璃棉纖維和玻璃纖維質量總和的3％，在5s以內進入紅外干燥工段，紅外干燥的時間為30s，紅外干燥的功率為9kw/kg玻璃棉纖維和玻璃纖維(即紅外干燥每kg玻璃棉纖維和玻璃纖維所需要的紅外的功率為9kw)，再進入烘缸干燥至水分含量小于0.2％，得耐高溫的空氣過濾紙。
本實施例耐高溫的空氣過濾紙對0.3μm顆粒的過濾性能為99.997％，阻力為344Pa，抗張強度為1.0KN/m，挺度為1200mg，本實施例耐高溫的空氣過濾紙的可燃物含量為0.2％。
實施例6
一種耐高溫空氣過濾紙的制備方法，包括以下步驟：
(1)將平均粒徑為0.5μm的玻璃棉纖維和平均粒徑為6μm的玻璃纖維，按質量比為5:1，加水配成玻璃棉纖維和玻璃纖維質量百分比總量為0.1％的漿料，經解離分散20分鐘，分散均勻后，在真空帶式過濾機上過濾，真空度控制在-0.1MPa，抽真空時間為20s，抽濾完成得濕紙；
(2)將90℃以上的氫氧化鈉溶液噴淋在濕紙表面，氫氧化鈉溶液濃度為20％，氫氧化鈉溶液中氫氧化鈉的質量為玻璃棉纖維和玻璃纖維質量總和的5％，在5s以內進入紅外干燥工段，紅外干燥的時間為15s，紅外干燥的功率為5kw/kg玻璃棉纖維和玻璃纖維(即紅外干燥每kg玻璃棉纖維和玻璃纖維所需要的紅外的功率為5kw)，再進入烘缸干燥至水分含量小于0.2％，得耐高溫的空氣過濾紙。
本實施例耐高溫的空氣過濾紙對0.3μm顆粒的過濾性能為99.998％，阻力為349Pa，抗張強度為0.8KN/m，挺度為900mg，本實施例耐高溫的空氣過濾紙的可燃物含量為0.2％.
實施例7
一種耐高溫空氣過濾紙的制備方法，包括以下步驟：
(1)將平均粒徑為0.5μm的玻璃棉纖維和平均粒徑為6μm的玻璃纖維，按質量比為5:1，加水配成玻璃棉纖維和玻璃纖維質量百分比總量為0.1％的漿料，經解離分散20分鐘，分散均勻后，在真空帶式過濾機上過濾，真空度控制在-0.1MPa，抽真空時間為20s，抽濾完成后得濕紙；
(2)將90℃以上的氫氧化鉀溶液噴淋在濕紙表面，氫氧化鉀溶液濃度為25％，氫氧化鉀溶液中氫氧化鉀的質量為玻璃棉纖維和玻璃纖維質量總和的5％，在5s以內進入紅外干燥工段，紅外干燥的時間為30s，紅外干燥的功率為9kw/kg玻璃棉纖維和玻璃纖維(即紅外干燥每kg玻璃棉纖維和玻璃纖維所需要的紅外的功率為9kw)，再進入烘缸干燥至水分含量小于0.2％，得耐高溫的空氣過濾紙。
本實施例耐高溫的空氣過濾紙對0.3μm顆粒的過濾性能為99.996％，阻力為348Pa，抗張強度為1.3KN/m，挺度為1400mg，本實施例耐高溫的空氣過濾紙的可燃物含量為0.1％。
對比例1
一種空氣過濾紙的制備方法，包括以下步驟：
(1)將平均粒徑為0.5μm的玻璃棉纖維和平均粒徑為6μm的玻璃纖維，按質量比為5:1，加水配成玻璃棉纖維和玻璃纖維質量百分比總量為0.1％的漿料，經解離分散20分鐘，分散均勻后，在真空帶式過濾機上過濾，真空度控制在-0.1MPa，抽真空時間為20s，抽濾完成得濕紙；
(2)將水玻璃溶液噴淋在濕紙表面，水玻璃溶液濃度為20％，水玻璃溶液中水玻璃的質量為玻璃棉纖維和玻璃纖維質量總和的5％，在5s以內進入紅外干燥工段，紅外干燥的時間為15s，紅外干燥的功率為5kw/kg玻璃棉纖維和玻璃纖維(即紅外干燥每kg玻璃棉纖維和玻璃纖維所需要的紅外的功率為5kw)，再進入烘缸干燥至水分含量小于0.2％，得空氣過濾紙。
本對比例空氣過濾紙對0.3μm顆粒的過濾性能為99.997％，阻力為305Pa，抗張強度為0.15KN/m，挺度為400mg。
表1實施例1所得耐高溫空氣過濾紙產品與普通空氣過濾紙性能比較
以上所述實施例的各技術特征可以進行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實施例中的各個技術特征所有可能的組合都進行描述，然而，只要這些技術特征的組合不存在矛盾，都應當認為是本說明書記載的范圍。
以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對發明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發明的保護范圍。因此，本發明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。