一种纤维和颗粒的湿法分散、成型方法技术

本方法涉及一种纤维和颗粒的湿法分散、成型方法，向含有纤维和颗粒的水体系中加入水溶性支链高分子，搅拌混合均匀，得到纤维和颗粒分散均匀的浆料。加入水溶性支链高分子后还加入环糊精和粘弹性物质效果更佳。本发明专利技术还提供上述湿法分散方法得到的浆料的成型方法，用于生产板材或喷涂加工得到涂层。本发明专利技术的分散方法简单，分散效果优良。本发明专利技术使用支链高分子和环糊精对颗粒和纤维进行分散，在成品加工前加入絮凝剂使支链高分子失效，便于后续脱水成型加工。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种纤维和颗粒的水相湿法分散与成型方法，该分散方法可用于制备纤维喷涂系统的用料，还可用于湿法成型，生产不同厚度、疏松度、形状、柔韧性的复合纤维产品，如纤维毯、板、块、衬垫；本专利技术属于功能材料领域。
技术介绍
纤维包括有机纤维和无机纤维两种，有机纤维是指纤维材质为有机物的纤维，包括涤纶、腈纶、锦纶、丙纶以及高性能纤维包括芳纶、超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE纤维)、聚对苯撑苯并双噁唑纤维(PBO纤维)、聚对苯并咪唑纤维(PBI纤维)、聚苯撑吡啶并二咪唑纤维(M5纤维)、聚酰亚胺纤维(PI纤维)等，有机纤维具有密度低、强度高的特点，广泛用于面料、地毯、渔网、帆布、水龙带等民用领域，在过滤、航空航天、国防军工、海洋开发、高速交通、环境保护和新型建材等工业领域也有广泛应用。无机纤维是以矿物质为原料制成的化学纤维，主要品种有玻璃纤维、石英玻璃纤维、硼纤维、陶瓷纤维和金属纤维等。无机纤维喷涂形成的涂层，以及无机纤维经过成型加工制备的材料，具有卓越的绝热性能、吸声隔音性能和抗腐蚀性能，因此主要应用于工业建材窑炉、加热装置、高温管道壁衬、电力锅炉、气轮机及核电隔热、化工工业高温反应设备及加热设备的壁衬、建筑保温防火等。纤维产品的加工分为干法和湿法两类，干法主要用于纤维毯的生产，湿法的用途较广，不仅可以制作喷涂料，还可以经过成型制作不同形状的产品，另外，湿法过程还可以加入一些颗粒状物质、胶黏剂和弹性树脂来弥补纤维本身的缺陷。如中国专利文件CN105153515A(申请号：201510543859.1)公开了一种矿物纤维石头纸的制备方法，通过将制备石头纸所需的原粉倒入粘流态的树脂中，得到液态混合物，通过喷浆装置将液态混合物喷出，获得树脂粉末包覆原粉的微球粉体，再将微粉球配制成石头纸原浆，使得原粉和树脂粉末能分散性提高，再经过涂布、烘烤、压延制备成分布均匀的石头纸。另有中国专利文件CN1148506C(申请号：97117689.2)公开了一种制造矿物纤维板的方法，该方法包括将矿物纤维(60wt％至90wt％、有机粘接剂(2wt％至19wt％)、无机微纤维(1wt％至20wt％)、絮凝剂(0.5wt％至3wt％)、热膨胀树脂细颗粒(0.5wt％至10wt％)作为配方的组分均匀地分散在水中，制备成淤浆，然后淤浆用湿法成形并干燥。其中，热膨胀树脂细颗粒膨胀后的颗粒直径不小于0.03mm但小于3.0mm，上述直径的膨胀度至少是3倍，而且该热膨胀树脂细颗粒的膨胀温度介于50℃至105℃之间。但是，上述两个专利文件分别在粘流态的树脂和高浓度的淤浆中分散无机纤维和其他物质，体系浓度高，搅拌能耗高，且分散效果不理想。对于纤维和颗粒的湿法加工而言，纤维和颗粒的分散技术非常重要，这种分散不仅包含纤维自身相互独立排列，保证纤维不团聚，还包括纤维与其他添加剂的均匀混合，也就是说颗粒在分散过程中不能沉降，也不能漂浮，需要悬浮在分散介质中。当纤维与具有不同密度的颗粒物混合进行复合材料加工的时候，颗粒很容易沉淀或漂浮，实现均匀分散的难度变高，如纤维和矿物颗粒、金属颗粒的分散，颗粒很容易沉淀，纤维和树脂颗粒、植物粉末颗粒的分散，颗粒很容易漂浮等。类似与固体颗粒，有些化学合成纤密度较低，而矿物纤维和金属纤维密度较高，分散时候同样面临沉淀或漂浮的问题，这些是湿法加工必须解决的问题。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中纤维与固体颗粒在液体中分散难的问题，提供一种在水相中湿法分散的方法，分散后的浆料可进一步湿法成型，生产不同厚度、疏松度、形状、柔韧性的复合无机纤维板材，如纤维毯、板、块、衬垫，分散的浆料也可以进行喷涂，得到均一的具有特殊功能的涂层。本专利技术的技术方案如下：一种纤维和颗粒的湿法分散方法，包括步骤如下：向含有纤维和颗粒的水体系中加入水溶性支链高分子，搅拌混合均匀，得到纤维和颗粒分散均匀的浆料。水溶性支链高分子具有空间支链，在液体中形成了立体网络，对于密度大于水的固体颗粒，由于高分子支链网的有效支撑而悬浮，密度小于1的颗粒被分子支链包覆而悬浮，进而实现了颗粒的均匀分散。根据本专利技术的湿法分散方法，优选的，加入水溶性支链高分子后还加入环糊精，进一步优选β-环糊精或γ-环糊精。环糊精分子具有略呈锥形的中空圆筒立体环状结构，整体具有‘外亲水，内疏水’的特殊性，具有包合颗粒的能力，同时其中空圆筒结构能够包合纤维，而这种包合能力与温度有关，因此，环糊精的加入有助于固体颗粒与纤维的分散稳定。环糊精和水溶性支链高分子协同作用，即水溶性支链高分子的每个链端连接上一个环糊精，该结构能够提供更为强大的支架结构或包合空间，能够使不同密度的纤维和颗粒悬浮在水体中。根据本专利技术的湿法分散方法，优选的，加入环糊精后还加入粘弹性物质。粘弹性物质可使得浆料具有粘连性和弹性。根据本专利技术的湿法分散方法，优选的，所述的水溶性支链高分子的重均分子量为2万-2000万，且支链上含有羟基、羧酸基、磺酸基、磷酸基、伯胺基、仲胺基、叔胺基或季铵基；进一步优选的，所述的水溶性支链高分子为支链淀粉、木素磺酸盐、纤维素衍生物、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚丙烯酰胺或聚乙烯胺，更优选的，所述的纤维素衍生物甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素；以及聚苯乙烯磺酸、聚乙烯磷酸、聚乙烯亚胺及这些物质的衍生物和共聚物。根据本专利技术的湿法分散方法，优选的，所述的粘弹性物质为水玻璃、水泥、石膏、橡胶、沥青、松香、明胶、纤维素、淀粉胶、聚氨酯胶、环氧胶、饱和聚酯胶、聚乙烯醇缩醛胶、白乳胶、脲醛胶、酚醛胶或氰基丙烯酸酯胶。根据本专利技术的湿法分散方法，优选的，体系中水溶性支链高分子的质量含量为0.1-5％。根据本专利技术的湿法分散方法，优选的，体系中环糊精的质量含量为0.1-5％。根据本专利技术的湿法分散方法，优选的，体系中粘弹性物质的质量含量为1-20％。根据本专利技术的湿法分散方法，优选的，搅拌速度为20-1500rmp，搅拌时间为5-60min，搅拌温度为10-95℃。根据本专利技术的湿法分散方法，优选的，所述的纤维为植物纤维(纸浆)、再生纤维素纤维(粘胶纤维)、涤纶、腈纶、维纶、氯纶、氨纶、芳纶、金属纤维、石棉纤维、玻璃纤维、陶瓷纤维或氧化铝纤维。根据本专利技术的湿法分散方法，优选的，所述的颗粒为金属颗粒、合金颗粒、炭或石墨颗粒、石墨烯颗粒、矿物颗粒、有机合成塑料颗粒或有机合成树脂颗粒，进一步优选的，颗粒的粒度为20nm-5mm。颗粒粒度涵盖纳米至毫米范围，颗粒的比重范围从铅的11.3g/cm3至木头的0.5g/cm3。一种上述湿法分散方法得到的浆料的成型方法，用于生产板材，浆料在均匀喷到成型网前的0.2-120秒，按加入量为0.02-5g/L加入絮凝剂，然后压滤脱水、干燥，得到含有纤维和颗粒的板材。絮凝剂加入的目的是使支链高分子和环糊精构成的立体网状结构失效，加速浆料的脱水。是在流送或泵送过程加入絮凝剂，而不是在混合阶段加入，主要是因为絮凝剂如果在混合阶段加入，会破会支链高分子的支链结构，使浆料失去稳定性，导致颗粒和纤维沉降或漂浮。根据本专利技术的成型方法，优选的，所述絮凝剂为聚合氯化铝、聚合硫酸铝、聚合氯化铁、聚合硫酸铁、聚硅酸絮凝剂、聚硅酸硫酸铁、聚磷氯化铁、聚磷氯化铝、聚硅酸铁。一种上述湿法分散方法得到本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纤维和颗粒的湿法分散方法，包括步骤如下：向含有纤维和颗粒的水体系中加入水溶性支链高分子，搅拌混合均匀，得到纤维和颗粒分散均匀的浆料。

【技术特征摘要】
1.一种纤维和颗粒的湿法分散方法，包括步骤如下：向含有纤维和颗粒的水体系中加入水溶性支链高分子，搅拌混合均匀，得到纤维和颗粒分散均匀的浆料。2.根据权利要求1所述的湿法分散方法，其特征在于，加入水溶性支链高分子后还加入环糊精；优选的，加入环糊精后还加入粘弹性物质。3.根据权利要求1所述的湿法分散方法，其特征在于，所述的水溶性支链高分子的重均分子量为2万-2000万，且支链上含有羟基、羧酸基、磺酸基、磷酸基、伯胺基、仲胺基、叔胺基或季铵基。4.根据权利要求1所述的湿法分散方法，其特征在于，所述的水溶性支链高分子为支链淀粉、木素磺酸盐、纤维素衍生物、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚丙烯酰胺或聚乙烯胺，以及聚苯乙烯磺酸、聚乙烯磷酸、聚乙烯亚胺及这些物质的衍生物和共聚物。5.根据权利要求2所述的湿法分散方法，其特征在于，所述的粘弹性物质为水玻璃、水泥、石膏、橡胶、沥青、松香、明胶、纤维素、淀粉胶、聚氨酯胶、环氧胶、饱和聚酯胶、聚乙烯醇缩醛胶、白乳胶、脲醛胶、酚醛胶或氰基丙...

【专利技术属性】
技术研发人员：王兆江，庄京顺，
申请(专利权)人：齐鲁工业大学，
类型：发明
国别省市：山东;37