一种原纤化浆粕及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种原纤化浆粕的制备方法，包括下述操作步骤：（１）采用预处理剂对短切纤维进行预处理；（２）将短切纤维控制在０．１～３０％ｗ．ｔ．的浓度，用磨浆设备进行磨浆，获得浆粕；（３）浆粕脱水，存储。由上述方法制备的原纤化浆粕可应用于制备摩擦材料、增强材料、电池隔膜、ＰＣＢ基材、蜂窝芯材或高性能纸。采用本发明专利技术技术可有效解决原纤化浆粕制造工艺中的关键技术问题，使用范围更广；本发明专利技术可有效提高原纤化浆粕的制备效率，节省能耗；通过具体工艺的调节，包括预处理剂、预处理条件及磨浆工艺，根据产品使用要求制备满足其使用条件的原纤化浆粕，其灵活性较大。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及纤维制浆技术及造纸技术，特别涉及一种原纤化浆粕及其制 备方法与应用。
技术介绍
对于一些人造纤维和合成纤维，原纤化是指纤维在受机械力作用时，原 本光滑的纤维表层受到破坏，纤维内部纳米级的原纤或原纤束裸露，附于主体纤维之上，也有部分脱离纤维主体。原纤化的对位芳纶(PPTA)及聚对 苯撑苯并噁唑(PBO)等浆粕不仅保留了纤维耐高温、耐磨、高强度、低蠕 变性能、电性能优等物理特性，并且具有高度的分散性，是一种非常优良的 复合材料，被广泛用于橡胶增强材料、印刷电路板基材、高性能蜂窝芯材、 摩擦材料以及高性能纸等。目前原纤化浆粕制备技术主要有机械法和直接成 型法，其关键技术均在于控制其原纤化程度、保持一定纤维强度以及解决分 散问题。专利号为US5028372的美国专利提出先制备具有一定取向的对位芳纶 凝胶，再通过一些研磨设备控制浆粕形态和尺寸；专利号为US2005028734 的美国专利提出将对位芳纶纤维与丙烯酸纤维混合磨浆制备密封、摩擦材 料，浆料制备使用多段盘磨磨浆；专利号为US532059的美国专利提出在对 位芳纶聚合体系中添加聚N-乙烯基-2-吡咯垸酮(PVP)，聚合后制备具有一 定取向的凝胶，PVP在凝胶中充当非连续相，在一定剪切力下，容易形成原 纤较细、原纤化程度较高的对位芳纶浆粕；专利号为ZL02193843.3的中国 专利技术专利提出直接縮聚制备对位芳纶浆粕，聚合后形成高分子液晶态冻胶体 经沉析、粉碎、水洗后得到浆粕；专利号为ZL02136979.8中国专利技术专利提 出采用半连续化直接縮聚法制备对位芳纶浆粕，此方法是在对位芳纶聚合体 系中添加分子量小于40000的聚乙烯吡咯垸酮，再挤出含有高分子液晶态冻 胶体，进行保温熟化、打浆等浆粕制备工艺；专利号为ZL02138112.7的中 国专利技术专利提出采用沉析法制备对位芳纶浆粕，将具有一定特性粘度的对位 芳纶树脂在浓硫酸中完全溶解制成浆液，在凝固液中、在激烈搅拌下直接沉析出芳纶浆粕。以上专利公开的方法均属于浆粕直接成型法，虽縮短了浆粕 的制备工艺，但仍然存在溶剂回收问题，且该方法无法很好控制原纤形态， 浆粕强度较差。专利号为US5171402的美国专利提出采用常用造纸磨浆设备对对位芳 纶短切纤维磨浆后，通过湍流湿磨机把湿浆分散后再脱水储存；专利号为 JP2000-273788A1的日本专利技术专利提出用对位芳纶的短切纤维通过盘磨磨 浆制备出在10ml以下的对位芳纶浆粕；专利号为US6436236的美国专利提 出在对位芳纶纺丝体系中加入磺化聚苯胺，纺丝后切断制备短切纤维，此时 磺化聚苯胺在纤维中充当非连续相，用植物纤维的磨浆设备容易制备浆粕并 节省磨浆能耗；专利号为ZL0329083.3的中国专利技术专利提出利用机械切割机 把芳纶边角料切断为纤维长度0.1 10mm，分散在水中成为0.1 5.0%浓度 的悬浮液，再通过单盘磨磨浆30 1800s，再用槽式打浆机打浆0.5 5.0小 时制备浆粕；专利号为ZL20061025779.8的中国专利技术专利提出利用芳纶和 PBO纤维等耐高温高性能有机纤维的废丝、纺织、编织下脚料、边角料等 为原料，经切断成长度为2 10mm的短切纤维，借助于阳离子和阴离子复 配型高分子表面活性剂等分散剂使纤维均匀地在水中形成0.1 8%的悬浮 液后，以2 10t/h的流量泵入乳化机或双盘磨中经行研磨制备浆粕。由于对 位芳纶纤维刚性较大，用机械法制备浆粕，机械力作用往往在纤维未形成丰 富原纤化结构时便对纤维切断严重，或者在能保持一定纤维长度的机械力作 用下，出现原纤、主体纤维缠绕严重，难以实现分散。采用机械法较难同时 控制浆粕长度以及原纤化程度。
技术实现思路
为了解决上述现有技术存在的缺点和不足，本专利技术的首要目的在于提供 一种可使纤维产生充分的原纤化，有效改善原纤化效果并且降低磨浆能耗的 原纤化浆粕的制备方法。本专利技术的另一目的在于提供一种由上述方法制备的原纤化浆粕。本专利技术的再一 目的在于提供上述原纤化浆粕的应用。本专利技术的目的通过下述技术方案实现 一种原纤化浆粕的制备方法，包 括下述操作步骤:(1) 采用预处理剂对短切纤维进行预处理；(2) 将短切纤维控制在0.1 30。/。W丄的浓度，用磨浆设备进行磨浆，获得浆粕；(3)浆粕脱水，存储。 在步骤(1)与步骤(2)之间可加入如下步骤将预处理后的短切纤维 用水冲洗至中性，去除预处理剂。所述短切纤维包括聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)纤维、聚对苯撑苯 并噁唑(PBO)纤维、天丝纤维、聚丙烯腈(PAN)纤维等。所述预处理剂是硫酸(H2S04J、硝酸(HN03)、盐酸(HC1)、氢氧化 钠(NaOH)、氯磺酸(C1S03H)、氟磺酸(FS03H)、多聚磷酸或高锰酸钾 的无机酸溶液等。所述PPTA纤维的预处理剂可为10 90%的硫酸水溶液、10 90%的硝 酸水溶液、30 70%氢氧化钠水溶液、10 90。/。的氯磺酸N-甲基吡咯烷酮溶 液、10 90%的氟磺酸N-甲基吡咯烷酮溶液等；其中，制备原纤化程度较 低、纤维要求保持一定强度的PPTA浆粕(增强材料、蜂窝芯材等)，较优 选的为硫酸或硝酸，处理浓度为10 40%，处理时间10 30min;对于制备 原纤化程度较高或完全原纤化的PPTA浆粕(摩擦材料、电池隔膜等)，较 优选的为硫酸或硝酸，处理浓度为40 90%，处理时间30s 15min。所述PBO纤维的预处理剂可为10 90%的硫酸水溶液(可添加0.1 5% 高锰酸钾)、10 90。/。的硝酸水溶液、30 70%氢氧化钠水溶液、10 90%的 氯磺酸N-甲基吡咯烷酮溶液、10 90%的氟磺酸N-甲基吡咯烷酮溶液等。 其中，较优选的预处理剂有10 90%的硫酸水溶液(可添加0.1 5%高锰酸 钾)以及硝酸，处理时间为30s 30min。所述天丝纤维的预处理剂可为10 80%盐酸水溶液和0.1 20%氢氧化 钠水溶液；优选0.1 20%氢氧化钠水溶液，处理时间为30s 5min (其中， 天丝纤维在打浆过程中直接添加氢氧化钠水溶液)。所述PAN纤维的预处理剂可为10 80%盐酸水溶液和0.1 20%氢氧化 钠水溶液；优选10 80%盐酸水溶液，处理时间为0.5 72hr。上述各种纤维预处理剂不限于所列的内容，根据纤维特性和浆粕最终用 途可选用其他不同的预处理剂，包括硫酸(H2S04)、硝酸(HN03)、盐酸 (HC1)、氢氧化钠(NaOH)、氯磺酸(C1S03H)、氟磺酸(FS03H)、多聚 磷酸、高锰酸钾的无机酸溶液等。所述磨桨设备是盘磨、槽式打浆机、立式磨浆机(PFI)中的一种。由上述方法制备的原纤化浆粕可根据浆粕最终用途设计浆粕的原纤化结构，其平均长度为0.1 6mm，加拿大标准游离度为10 800ml。其中， 对于原纤化程度较低、纤维要求保持一定强度的浆粕，其主干纤维(即原短 切纤维)保持圆柱体形，表面附有直径为几十到几百个纳米的原纤化纤维， 主干纤维平均长度为2 6mm，加拿大标准游离度为300 800ml，如图3C。 对于原纤化程度较高或完全原纤化的浆粕，主要由直径为几十到几百个纳米 的原纤化纤维组成，小部分未充分原纤化的纤维仍保持几个微米的直径，纤 维平均长度为0.1 2m本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种原纤化浆粕的制备方法，其特征在于包括下述操作步骤：　（１）采用预处理剂对短切纤维进行预处理；　（２）将短切纤维控制在０．１～３０％ｗ．ｔ．的浓度，用磨浆设备进行磨浆，获得浆粕；　（３）浆粕脱水，存储。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：胡健，王宜，梁云，王习文，曾抒姝，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]