一种纳米芳纶纤维分散体、其制备方法及应用技术

本发明专利技术涉及纳米材料技术领域，尤其涉及一种纳米芳纶纤维分散体、其制备方法及应用。所述纳米芳纶纤维分散体的制备方法包括：A)将纳米芳纶纤维与水混合，得到纳米芳纶纤维悬浮液；B)将所述纳米芳纶纤维悬浮液与助溶盐分散均匀，得到分散液；所述助溶盐选自氯化钙、氯化锂和氯化镁中的一种或几种；C)将所述分散液与橡胶胶乳搅拌混匀，得到混合液；D)将所述混合液与防老剂混合，经脱水后，干燥，得到纳米芳纶纤维分散体。本发明专利技术制备的纳米芳纶纤维预分散体，在混炼的过程中易分散于橡胶基体中，可大幅提高橡胶的物理机械性能，并减少加工工艺流程降低使用成本。

A kind of nano aramid fiber dispersion, its preparation method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种纳米芳纶纤维分散体、其制备方法及应用
本专利技术涉及纳米材料
，尤其涉及一种纳米芳纶纤维分散体、其制备方法及应用。
技术介绍
聚对苯二甲酰氯对苯二胺(PPTA)是一种高性能材料，其商品化产品主要有芳纶长丝(短纤)、芳纶浆粕。其中，芳纶浆粕是芳纶纤维表面原纤化而形成的一种短纤维产品，具有高模量、高强度、高耐温、高耐磨、耐化学腐蚀、尺寸稳定等优异性能，这使其广泛应用于无石棉摩擦密封材料、高性能绝缘材料、新型增强添加剂材料等方面。随着石棉材料的禁用，芳纶材料在橡胶制品(如耐压胶管、高端传送带、同步带，胶辊、密封制品)中的应用领域不断扩大，需求量不断增长。芳纶材料除具有优异的性能外，在橡胶材料中使用时具有不利的影响：芳纶纤维表面极性强、静电倾向大、纤维超细、比表面积大，易相互缠绕，导致在橡胶基体中难以分散，与生胶混炼不易分散均匀，因此在使用前必须对其进行表面预分散处理。纳米芳纶纤维(ANFs)作为近年来开发的一种新型的纳米高分子材料，兼备对位芳纶纤维和高分子纳米纤维的双重优势，可解决芳纶纤维存在的表面光滑惰性强、复合界面强度弱等问题。同时，ANFs可与聚合物基体通过物理/化学/自组装交联作用高效复合，使其成为构建高性能复合材料的极具潜力的“增强构筑单元”，在纳米复合材料领域起着重要的界面复合作用。但是纳米ANFs比表面积极大、分子间氢键作用力极强，在脱水后，纳米芳纶易粘结缠绕，脱水后的纳米芳纶纤维质地异常坚硬，在与橡胶混炼过程中，分散不均匀，在混炼体系中形成缺陷。因此，寻找一种优化纳米芳纶在橡胶中的应用性能的方法，提高纳米芳纶纤维在橡胶材料中的分散性及与橡胶基体的相容性，制备出性能优异的纳米芳纶预分散体是本专利技术的研究重点。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种纳米芳纶纤维分散体、其制备方法及应用，本专利技术提供的纳米芳纶纤维分散体与橡胶胶乳混炼后，分散均匀，得到的混炼橡胶的力学性能较优。本专利技术提供了一种纳米芳纶纤维分散体的制备方法，包括以下步骤：A)将纳米芳纶纤维与水混合，得到纳米芳纶纤维悬浮液；B)将所述纳米芳纶纤维悬浮液与助溶盐的水溶液分散均匀，得到分散液；所述助溶盐选自氯化钙、氯化锂和氯化镁中的一种或几种；C)将所述分散液与橡胶胶乳搅拌混匀，得到混合液；D)将所述混合液与防老剂的醇溶液混匀，经脱水后，得到纳米芳纶纤维分散体。优选的，步骤A)中，所述纳米芳纶纤维悬浮液的质量浓度为0.3％～0.8％；所述纳米芳纶纤维的直径为50～80nm，长径比为2000～5000。优选的，纳米芳纶纤维的干重与助溶盐的质量比为1：0.05～0.1；所述助溶盐的水溶液的质量浓度为8％～12％；纳米芳纶纤维的干重与橡胶胶乳的质量比为20～50：50～80。优选的，步骤B)中，制备分散液的原料还包括蒙脱土；分散液按照以下方法进行制备：将所述纳米芳纶纤维悬浮液、蒙脱土与助溶盐的水溶液在搅拌速率为400～800rpm下分散均匀，得到分散液。优选的，步骤C)中，将所述分散液与橡胶胶乳搅拌混匀具体为：在搅拌的条件下，将所述分散液与橡胶胶乳分3次交替加入反应器中；3次交替加入中，每次间隔的时间为10～25min；3次交替加入中，先在反应器中加入所述分散液。优选的，所述搅拌的速率为500～800rpm。优选的，所述橡胶胶乳选自NBR胶乳、HNBR胶乳、SBR胶乳和NR胶乳中的一种或几种。优选的，所述纳米芳纶纤维的干重与防老剂的质量比为1～40：1～20；所述防老剂选自264防老剂、2246防老剂和1076防老剂中的一种或几种。本专利技术还提供了一种上文所述的制备方法制得的纳米芳纶纤维分散体。本专利技术还提供了一种改性橡胶，由NBR胶乳、ZnO、防老剂、促进剂、硬脂酸、硫化剂和改性剂经混炼和硫化得到；所述改性剂为上文所述的纳米芳纶纤维分散体。本专利技术提供了一种纳米芳纶纤维分散体的制备方法，包括以下步骤：A)将纳米芳纶纤维与水混合，得到纳米芳纶纤维悬浮液；B)将所述纳米芳纶纤维悬浮液与助溶盐分散均匀，得到分散液；所述助溶盐选自氯化钙、氯化锂和氯化镁中的一种或几种；C)将所述分散液与橡胶胶乳搅拌混匀，得到混合液；D)将所述混合液与防老剂混合，经脱水后，得到纳米芳纶纤维分散体。本专利技术通过将未改性的纳米芳纶纤维水的悬浮液与助溶盐混匀，然后与橡胶胶乳均匀混合，机械搅拌反应，脱水干燥，得到纳米芳纶纤维分散体。所制备的纳米芳纶纤维预分散体，在混炼的过程中易分散于橡胶基体中，可大幅提高橡胶的物理机械性能，并减少加工工艺流程降低使用成本。同时，可以实现批量稳定生产，满足大规模化生产纳米芳纶纤维预分散体的需要，拓展了纳米芳纶纤维在轮胎和橡胶制品领域的应用范围。实验结果表明，本专利技术制备的改性橡胶的硬度适中；25％定伸应力不低于0.9MPa；100％定伸应力不低于2.1MPa；断裂强度不低于5.4MPa，力学性能较优。附图说明图1为本专利技术实施例2制备的纳米芳纶纤维分散体的冷冻脆断面的扫描电镜图；图2为采用实施例2的纳米芳纶纤维分散体制得的改性橡胶的表面放大图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术提供了一种纳米芳纶纤维分散体的制备方法，包括以下步骤：A)将纳米芳纶纤维与水混合，得到纳米芳纶纤维悬浮液；B)将所述纳米芳纶纤维悬浮液与助溶盐分散均匀，得到分散液；所述助溶盐选自氯化钙、氯化锂和氯化镁中的一种或几种；C)将所述分散液与橡胶胶乳搅拌混匀，得到混合液；D)将所述混合液与防老剂的醇溶液混匀，经脱水后，得到纳米芳纶纤维分散体。本专利技术先将纳米芳纶纤维与水混合，得到纳米芳纶纤维悬浮液。优选的，具体为：将纳米芳纶纤维分散在水中，得到纳米芳纶纤维悬浮液。在本专利技术的某些实施例中，所述纳米芳纶纤维的直径为50～80nm，长径比为2000～5000。在本专利技术的某些实施例中，所述纳米芳纶纤维为山东京博基团聚芳有限公司生产的纳米芳纶纤维。在本专利技术的某些实施例中，所述纳米芳纶纤维为纳米芳纶纤维含水滤饼。本专利技术对所述纳米芳纶纤维含水滤饼的来源并无特殊的限制，可以为山东京博集团聚芳有限公司生产的纳米芳纶纤维含水滤饼，或根据专利CN105153413A中所述的方法制备得到纳米芳纶纤维含水滤饼。所述纳米芳纶纤维含水滤饼中，纳米芳纶纤维的净含量为2wt％。在本专利技术的某些实施例中，所述纳米芳纶纤维悬浮液的质量浓度为0.3％～0.8％。在某些实施例中，所述纳米芳纶纤维悬浮液的质量浓度为0.5％。得到纳米芳纶纤维悬浮液后，将所述纳米芳纶纤维悬浮液与助本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米芳纶纤维分散体的制备方法，包括以下步骤：/nA)将纳米芳纶纤维与水混合，得到纳米芳纶纤维悬浮液；/nB)将所述纳米芳纶纤维悬浮液与助溶盐的水溶液分散均匀，得到分散液；所述助溶盐选自氯化钙、氯化锂和氯化镁中的一种或几种；/nC)将所述分散液与橡胶胶乳搅拌混匀，得到混合液；/nD)将所述混合液与防老剂的醇溶液混匀，经脱水后，得到纳米芳纶纤维分散体。/n

【技术特征摘要】
1.一种纳米芳纶纤维分散体的制备方法，包括以下步骤：
A)将纳米芳纶纤维与水混合，得到纳米芳纶纤维悬浮液；
B)将所述纳米芳纶纤维悬浮液与助溶盐的水溶液分散均匀，得到分散液；所述助溶盐选自氯化钙、氯化锂和氯化镁中的一种或几种；
C)将所述分散液与橡胶胶乳搅拌混匀，得到混合液；
D)将所述混合液与防老剂的醇溶液混匀，经脱水后，得到纳米芳纶纤维分散体。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤A)中，所述纳米芳纶纤维悬浮液的质量浓度为0.3％～0.8％；
所述纳米芳纶纤维的直径为50～80nm，长径比为2000～5000。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，纳米芳纶纤维的干重与助溶盐的质量比为1：0.05～0.1；
所述助溶盐的水溶液的质量浓度为8％～12％；
纳米芳纶纤维的干重与橡胶胶乳的质量比为20～50：50～80。


4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤B)中，制备分散液的原料还包括蒙脱土；
分散液按照以下方法进行制备：
将所述纳米芳纶纤维悬浮液、蒙脱土与助溶盐的水溶液在搅拌速率为400～800rpm...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕情情，郝福兰，王凯凯，曹堃，刘振学，马韵升，任学斌，栾波，
申请(专利权)人：山东京博中聚新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37