[發明專利]一種芳綸納米紙及其制備方法

有效

• 申請號: 202110595381.2
• 申請日: 2021-05-28
• 公開（公告）號: CN113308931B
• 公開（公告）日: 2022-11-25
• 發明（設計）人: 陸趙情;馬秦;俄松峰;寧逗逗;耿博;趙瑞霞;李楠;劉佳毅
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: D21H13/26
• 分類號: D21H13/26;D21H17/09;D21H17/64;D21H17/30;D21J5/00;D21C9/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 房鑫

本發明公開了一種芳綸納米紙及其制備方法，包括以下步驟：將芳綸纖維、二甲基亞砜、堿液及海藻酸鈉溶液進行混合，得到納米級別的均勻混合纖維懸浮液；對均勻混合纖維懸浮液進行再質子化處理，得到均勻微納尺寸纖維分散液；利用均勻微納尺寸纖維分散液，制備得到所述的芳綸納米紙；本發明通過采用堿液?海藻酸鈉體系，實現對芳綸纖維分子內部氫鍵的破壞，使其酰胺鍵斷裂，表面呈負電荷，通過纖維之間的靜電排斥實現芳綸纖維的納米化；通過對均勻混合懸浮液進行再質子化處理，有效縮短了芳綸納米纖維的制備周期，并為海藻酸鈉的均相提供媒介；有效提高了芳綸納米纖維紙的強度和韌性，其擊穿強度較高。

技術領域

本發明屬于造紙工業和聚合物納米材料技術領域，特別涉及一種芳綸納米紙及其制備方法。

背景技術

芳綸纖維作為一種高性能的合成纖維，具有優異的機械性能，耐化學穩定型，熱穩定性，絕緣性以及自熄性，采用芳綸纖維制備的材料作為輕質高強的結構件可以應用在航空航天和軍工領域；芳綸纖維作為絕緣材料能夠應用在電機、變壓器及電容器等高壓電器中；與此同時，由于其耐高溫和自熄性還可以用作防護服。隨著特高壓的發展，對于絕緣領域材料提出了越來越高的要求，這意味著從性能上優化傳統的芳綸紙具有重要的經濟效益和社會意義，也是大勢所趨。

2011年，Kotov課題組提出了將芳綸纖維(PPTA)在氫氧化鉀和二甲基亞砜DMSO體系下劇烈攪拌一周，通過去質子化的過程，使得芳綸纖維表面帶負電荷，纖維之間產生靜電排斥，從而成功轉化為芳綸納米纖維(ANF)；由ANF制備的芳綸納米紙無論是強度、韌性還是絕緣性能都被認為是優于芳綸紙的；然而傳統的制備方法周期較長，且芳綸納米紙呈現剛性特征，強度200MPa，斷裂形變10％，這種剛性特性使其在應用的過程中非常容易被破壞。

目前，針對芳綸納米紙的機械性能研究較少，最為常見的是在制備好的芳綸納米纖維懸浮液中共混添加各類物質，例如聚合物；然而這種方法均存在聚合物與ANF本身體系之間兼容性差的問題，并且通常導致芳綸納米紙的強度、韌度較低。

發明內容

針對現有技術中存在的技術問題，本發明提供了一種芳綸納米紙及其制備方法，以解決現有的芳綸納米纖維機械性能和絕緣性能較差的技術問題。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案為：

本發明提供了一種芳綸納米紙的制備方法，包括以下步驟：

將芳綸纖維、二甲基亞砜、堿液及聚合物溶液進行混合，得到納米級別的均勻混合纖維懸浮液；

對均勻混合纖維懸浮液進行再質子化處理，得到均勻微納尺寸纖維分散液；

利用均勻微納尺寸纖維分散液，制備得到所述的芳綸納米紙。

進一步的，芳綸纖維、二甲基亞砜、氫氧化鉀及聚合物溶液按質量比為1：1.5：500：(0.005-0.1)的比例混合。

進一步的，芳綸纖維采用對位短切芳綸纖維、對位沉析纖維、對位漿粕纖維及對位芳綸紗線中的一種。

進一步的，聚合物溶液為海藻酸鈉溶液；海藻酸鈉溶液采用將海藻酸鈉溶解在水中，攪拌混合均勻得到；其中，海藻酸鈉溶液的濃度為1-20mg/mL。

進一步的，制備納米級別的均勻混合纖維懸浮液的過程，具體如下：

將芳綸纖維、二甲基亞砜及堿液混合后，得到混合體系；

將海藻酸鈉溶液加入至混合體系中，攪拌至暗紅色，使芳綸纖維裂解，得到所述的納米級別的均勻混合纖維懸浮液；其中，攪拌速率為500-1000r/min，攪拌時間為36-72h。

進一步的，對均勻混合纖維懸浮液進行再質子化處理過程，具體如下：