一种高强、高耐热对位芳纶纳米纸的制备方法

本发明属于造纸，具体涉及一种高强、高耐热对位芳纶纳米纸的制备工艺。

背景技术：

1、以分子链规整度高且刚性强的对位芳纶纤维为原料的芳纶纸具有优异的力学性能、耐高温性能和电绝缘性能。目前，工业化生产的对位芳纶纸是将短切纤维和浆粕按照一定比例混合后，通过湿法成型造纸和热压延工艺制成的。其中，制备对位芳纶浆粕需要将对位芳纶纤维进行切断、研磨和原纤化处理，并加入分散剂提高浆粕的分散性和稳定性。由于对位芳纶纤维无熔点，相容性差，机械加工困难，使得这个过程变得复杂且造价高。同时，浆粕纤维和短切纤维之间的界面相互作用力较差，制备所得的芳纶纸结构疏松，孔隙率高，进而导致纸张的整体力学性能下降。

2、中国发明专利cn106567274a公开了一种只采用对位芳纶纳米纤维为原料制备对位芳纶纳米纸的方法。首先将纳米纤维分散液调整到适宜的浓度，然后上网成型为湿纸张，经过压榨、干燥和高温压光处理得到最终产品。虽然制备得到的对位芳纶纳米纸具有较高的稳定性和均匀性，但芳纶纤维之间的交联度较差，导致纸张的整体刚性差，抗撕裂强度非常低。

3、中国发明专利cn111218841a公开了一种纳米芳纶纸基材料及其制备方法和应用，芳纶纤维完全纳米化后，在水中重新质子化经纤维疏解得到芳纶浆料，再经网上成型、脱水、干燥、热压成型得到纳米芳纶纸，步骤繁琐、耗时且纸张的断裂强度取决于热压工艺。

4、因此，如何使用高效通用的方法制备一种高强、高耐热对位芳纶纳米纸，并实现其宏量制备，成为本领域待解决的问题之一。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对上述存在的问题，提供一种工艺简单、产品性能优异、环境友好和成本低廉的高强、高耐热对位芳纶纳米纸的制备工艺。

2、本发明的一种高强、高耐热对位芳纶纳米纸的制备方法，包括：

3、(1)将对位芳纶短切纤维、碱溶液、水及有机溶剂搅拌混合，得到芳纶纤维混合液；

4、(2)将混合液转移至co2加压装置，向装置中注入co2至一定压力，在给定压力下搅拌反应后，自然冷却至室温卸压，得到芳纶纳米纤维凝胶；

5、(3)将所述芳纶纳米纤维凝胶置于耐碱有机滤膜，在真空抽吸下进行水洗和压榨后，得到湿纸胚；

6、(4)将所述湿纸胚干燥后得到所述的对位芳纶纳米纸。

7、本发明中所述对位芳纶纤维的直径和长径比没有特殊限制，也无需对其进行深度洗涤。

8、上述制备方法的优选方式如下：

9、所述步骤1中，芳纶纤维、碱溶液、水及有机溶剂的质量比为1：(1-5)：(5-20)：(20-400)。

10、所述步骤2中，反应条件为：温度为40-200℃，压力为2-20mpa，时间为1-8h。

11、所述步骤3中，耐碱有机滤膜包括聚偏二氟乙烯滤膜(pvdf)、聚四氟乙烯滤膜(ptfe)、尼龙滤膜(ny)、聚丙烯滤膜(pp)等；真空抽吸的真空度为-0.05～-0.1mpa；压榨压力为0.05～0.15mpa。

12、所述步骤4中，干燥过程稍施加压力，纸面压力为0.01～0.5mpa。

13、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

14、本发明提供了一种高强、高耐热对位芳纶纳米纸的制备方法，原料只有纯的对位芳纶短切纤维，制备的芳纶纸具有优异的力学强度和耐高温性能；将对位芳纶纤维通过纳米化-溶胶-凝胶-薄膜转换工艺制备纳米芳纶纸，其中，芳纶短切纤维在加压co2的作用下一步反应得到芳纶纳米纤维凝胶，再经真空抽吸下的水洗、压榨后干燥成纸。由于co2处理过程中，对位纳米芳纶纤维分散均匀且交联度高，因此，所得对位芳纶纳米纸的致密性高、性能稳定；本发明采用新工艺、新方法研发生产出高性能对位芳纶纳米纸，生产过程简单，效率极高能够进行产业化生产，对降低对位芳纶纳米纸的生产成本，拓展其应用领域，并促进相关产业的发展具有重大的现实意义。

技术特征：

1.一种高强、高耐热对位芳纶纳米纸的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种高强、高耐热对位芳纶纳米纸的制备方法，其特征在于，所述碱溶液选自naoh或koh溶液，所述有机溶剂选自n,n-二甲基甲酰胺或二甲基亚砜。

3.根据权利要求1所述的一种高强、高耐热对位芳纶纳米纸的制备方法，其特征在于，步骤1中，芳纶纤维、碱溶液、水及有机溶剂的质量比为1：(1-5)：(5-20)：

4.根据权利要求1所述的一种高强、高耐热对位芳纶纳米纸的制备方法，其特征在于，步骤2中，所述反应条件为：温度为40-200℃，压力为2-20mpa，时间为1-8h。

5.根据权利要求1所述的方法，所述的一种高强、高耐热对位芳纶纳米纸的制备方法，其特征在于，步骤3中，所述耐碱有机滤膜选自聚偏二氟乙烯滤膜(pvdf)、聚四氟乙烯滤膜(ptfe)、尼龙滤膜(ny)、聚丙烯滤膜(pp)中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的方法，所述的一种高强、高耐热对位芳纶纳米纸的制备方法，其特征在于，步骤3中，所述真空抽吸的真空度为-0.05～-0.1mpa。

7.根据权利要求1所述的方法，所述的一种高强、高耐热对位芳纶纳米纸的制备方法，其特征在于，步骤3中，所述压榨压力为0.05～0.15mpa。

8.根据权利要求1所述的方法，所述的一种高强、高耐热对位芳纶纳米纸的制备方法，其特征在于，步骤4中，干燥过程稍施加压力，纸面压力为0.01～0.5mpa。

9.根据权利要求1所述的一种高强、高耐热对位芳纶纳米纸的制备方法，其特征在于，步骤4中得到的芳纶纸厚度为0.01-0.16mm。

10.权利要求1至9中任一权利要求所述的高强、高耐热对位芳纶纳米纸的制备方法得到的产品。

技术总结本发明公开了一种高强、高耐热对位芳纶纳米纸的制备方法；该方法使用对位芳纶短切纤维为原料，采用加压CO<subgt;2</subgt;经一步反应得到芳纶纳米纤维凝胶，再利用真空抽吸下的水洗和压榨得到芳纶纸胚，最后通过干燥获得对位芳纶纳米纸；所制得的芳纶纳米纸厚度0.01～0.16mm，具有高强和高耐热等特点，本发明制备工艺简单，且对设备要求较低，有利于工业化生产。技术研发人员：周燕南,张东东,张守仁,杨保成受保护的技术使用者：黄河科技学院技术研发日：技术公布日：2024/5/27