一种利用双射流法制备具有树枝状结构的芳纶微纳米纤维及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种利用双射流法制备具有树枝状结构的芳纶微纳米纤维及其应用。该芳纶微纳米纤维的制备方法包括如下步骤：(1)将芳纶聚合物加入到分散溶剂中，得到芳纶聚合物分散液；(2)将芳纶聚合物分散液进行气喷雾化处理，同时将分散剂进行气喷雾化处理，然后将气喷雾化处理形成的两股射流充分混合后收集，再分散于水中进行超声分散处理，得到具有树枝状结构的芳纶微纳米纤维；其中，气喷雾化处理的条件为：喷丝孔型为内进气孔，外进液孔，雾化器的孔径范围为0.1～5.0mm，气体压力范围为0.1～1.0MPa。本发明专利技术所制备的微纳米纤维比表面积大，可显著改善芳纶纸内纤维界面结合强度，有效提升芳纶纸机械强度和介电性能。效提升芳纶纸机械强度和介电性能。效提升芳纶纸机械强度和介电性能。

【技术实现步骤摘要】
一种利用双射流法制备具有树枝状结构的芳纶微纳米纤维及其应用


[0001]本专利技术属于新材料领域，特别涉及一种利用双射流法制备具有树枝状结构 的芳纶微纳米纤维及其应用。

技术介绍

[0002]芳纶微纳米纤维具有微纳米尺度的芳纶纤维，兼具高长径比、高比表面积、 优异的强度模量以及突出的化学和热稳定性等优点，在各种领域有着广泛的应 用。自2011年以来，它被认为是最有前途的纳米建筑材料之一，因此受到越来 越多的关注。目前，可用于制备芳纶纳米纤维的技术较为缺乏，能用于工业化 生产的技术更是稀缺。目前，制备芳纶微纳米纤维的方法按照溶解方法多为脱 质子化法、碱法和机械法，还有静电纺丝法、质子交换法、喷射法，得到的芳 纶微纳米纤维均为圆柱形或者线型，形貌结构单一，尺寸调控困难，生产效率 较低。
[0003]如申请号为202011304031.8、名称为“一种芳纶纳米纤维分散液的制备方法
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的中国专利申请，专利号为201810141423.3、名称为“一种机械耦合化学碱溶法 制备芳纶纳米纤维的方法”及专利号为201910340388.2、名称为“一种制备芳纶纳 米纤维的方法”的中国专利公开了用KOH/DMSO或DMSO制备芳纶纳米纤维 的方法，通过机械耦合化学碱溶处理，结合去质子化过程，再经多次置换洗涤 后得到芳纶纳米纤维分散液，过程繁琐。
[0004]目前常用的喷射纺丝技术多采用内进液管，外进气管结构，其制备的芳纶 纤维直径较大，长度无法调控，尺寸分布范围广；静电纺丝技术生产效率低， 调控难度大，上述技术缺陷限制了芳纶微纳米纤维的产业化进程及适用范围。
[0005]综上所述，现有报道的芳纶微纳米纤维的制备方法有静电纺丝、旋转喷射 纺丝、碱协同机械磨解、碱溶法、聚合分散法等。静电纺丝法生产效率低，尺 寸调控困难；碱熔法需要先对芳纶纤维进行溶解后再分散制备，过程繁琐；机 械法能耗高，动力消耗大；现有喷射纺丝技术采用内进液管，外进气管结构， 其制备的芳纶纤维直径较大，长度无法调控，尺寸分布范围广。因此，寻找一 种快速有效的芳纶微纳米纤维制备技术对实现其功能化、高性能化及其在增强 材料、电池隔膜、电绝缘纳米纸、柔性电子器件、吸附过滤介质等各领域交叉 的多元化应用具有重要意义。

技术实现思路

[0006]本专利技术的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种利用双射流 法制备具有树枝状结构的芳纶微纳米纤维的方法。
[0007]本专利技术的另一目的在于提供所述方法制备得到的具有树枝状结构的芳纶微 纳米纤维。
[0008]本专利技术的再一目的在于提供所述具有树枝状结构的芳纶微纳米纤维的应用。
[0009]本专利技术的目的通过下述技术方案实现：
[0010]一种利用双射流法制备具有树枝状结构的芳纶微纳米纤维的方法，包括如 下步骤：
[0011](1)芳纶聚合物分散液的制备：将芳纶聚合物加入到分散溶剂中，搅拌分 散均匀，得到芳纶聚合物分散液；
[0012](2)芳纶微纳米纤维的制备：将步骤(1)中得到的芳纶聚合物分散液进 行气喷雾化处理，同时将分散剂进行气喷雾化处理，然后将气喷雾化处理形成 的两股射流充分混合后收集，再分散于水中进行超声分散处理，得到具有树枝 状结构的芳纶微纳米纤维；其中，气喷雾化处理的条件为：雾化器的喷丝孔型 为内进气孔，外进液孔(即采用内进气体流、外进液流的方式)，孔径范围为0.1～ 5.0mm，气体压力范围为0.1～1.0MPa。
[0013]步骤(1)中所述的芳纶聚合物为聚间苯二甲酰间苯二胺，聚对苯二甲酰对 苯二胺及含有杂环结构的聚酰胺聚合物中的至少一种；优选为聚间苯二甲酰间 苯二胺，哌嗪芳香族聚酰胺，哌嗪芳环尼龙和聚喹啉二酮酰胺中的至少一种； 更优选为聚间苯二甲酰间苯二胺。
[0014]步骤(1)中所述的分散溶剂为N,N
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二甲基乙酰胺、N,N
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二甲基甲酰胺(二 甲基甲酰胺)、二甲基亚砜和丙酮中的一种或多种混合物；优选为N,N
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二甲基乙 酰胺。
[0015]步骤(1)中所述的芳纶聚合物分散液的浓度为质量百分比1～20％；优选 为质量百分比10～20％；更优选为质量百分比12～20％。
[0016]步骤(1)中所述的搅拌为采用磁力搅拌器(利用磁力转子进行搅拌)或桨 叶式搅拌机进行搅拌；优选为采用桨叶式搅拌机进行搅拌。
[0017]步骤(1)中所述的搅拌的条件为：转速50～10000rpm，搅拌时间1～60min； 优选为：转速500～1000rpm，搅拌时间1～30min。
[0018]步骤(2)中所述的分散剂为固化效果的溶液(单一溶剂，或溶剂的水溶液， 或其他具有固化效果的溶液)；优选为N,N
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二甲基乙酰胺、N,N
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二甲基甲酰胺、 二甲基亚砜、丙酮和水中的一种或多种混合物；进一步优选为水或质量百分比 0～90％的N,N
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二甲基乙酰胺溶液；更进一步优选为水或浓度为质量百分比10～ 70％的N,N
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二甲基乙酰胺溶液。
[0019]步骤(2)中所述的芳纶聚合物分散液进行气喷雾化处理的条件优选为：雾 化器的孔径范围1.0～3.0mm(更优选为2.0～3.0mm)；气体压力范围0.2～ 1.0MPa。
[0020]步骤(2)中所述的分散剂进行气喷雾化处理的条件优选为：雾化器的孔径 范围1.0～3.0mm，气体压力范围0.5～0.8MPa。
[0021]步骤(2)中所述的气喷雾化处理的气源为空气、氮气和氩气中的至少一种； 优选为空气。
[0022]步骤(2)中所述的收集为在距离雾化器的喷嘴10～100cm进行收集；优 选为在距离雾化器的喷嘴20～55cm进行收集；更优选为在距离雾化器的喷嘴 20～40cm进行收集；即在气喷雾化处理形成的两股射流在湍流区混合均匀，并 在湍流区下方放置收集所用的圆盘用于收集芳纶微纳米纤维。
[0023]步骤(2)中所述的超声处理条件为：功率200～3000W，时间1～200min； 优选为：功率1000～3000W，时间5～200min；更优选为：功率1000～2000W， 时间5～15min。
[0024]步骤(2)中所述的芳纶微纳米纤维呈树枝状，宽度为小于150nm。
[0025]一种具有树枝状结构的芳纶微纳米纤维，通过上述任一项所述的方法制备 得到。
[0026]所述的具有树枝状结构的芳纶微纳米纤维在制备芳纶纸中的应用。
[0027]一种芳纶纸，通过上述具有树枝状结构的芳纶微纳米纤维抄造得到。
[0028]所述的芳纶纸的定量为40g/m2。
[0029]所述的具有树枝状结构的芳纶微纳米纤维和/或所述的芳纶纸在复合增强材 料、电池隔膜材料、吸附过滤材料、电气绝缘材料或柔性电子器件中的应用。
[0030]所述的电气绝缘材料包括电绝缘纳米纸等。
[0031]所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用双射流法制备具有树枝状结构的芳纶微纳米纤维的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)芳纶聚合物分散液的制备：将芳纶聚合物加入到分散溶剂中，搅拌分散均匀，得到芳纶聚合物分散液；(2)芳纶微纳米纤维的制备：将步骤(1)中得到的芳纶聚合物分散液进行气喷雾化处理，同时将分散剂进行气喷雾化处理，然后将气喷雾化处理形成的两股射流充分混合后收集，再分散于水中进行超声分散处理，得到具有树枝状结构的芳纶微纳米纤维；其中，气喷雾化处理的条件为：雾化器的喷丝孔型为内进气孔，外进液孔，孔径范围为0.1～5.0mm，气体压力范围为0.1～1.0MPa。2.根据权利要求1所述的利用双射流法制备具有树枝状结构的芳纶微纳米纤维的方法，其特征在于：步骤(1)中所述的芳纶聚合物为聚间苯二甲酰间苯二胺，聚对苯二甲酰对苯二胺及含有杂环结构的聚酰胺聚合物中的至少一种；步骤(1)中所述的分散溶剂为N,N
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二甲基乙酰胺、N,N
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二甲基甲酰胺、二甲基亚砜和丙酮中的一种或多种混合物；步骤(1)中所述的芳纶聚合物分散液的浓度为质量百分比1～20％；步骤(2)中所述的分散剂为N,N
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二甲基乙酰胺、N,N
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二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、丙酮和水中的一种或多种混合物；步骤(2)中所述的收集为在距离雾化器的喷嘴10～100cm进行收集。3.根据权利要求2所述的利用双射流法制备具有树枝状结构的芳纶微纳米纤维的方法，其特征在于：步骤(1)中所述的芳纶聚合物为聚间苯二甲酰间苯二胺；步骤(1)中所述的分散溶剂为N,N
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二甲基乙酰胺；步骤(1)中所述的芳纶聚合物分散液的浓度为质量百分比12～20％；步骤(2)中所述的分散剂为水或浓度为质量百分比10～70％的N,N
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二甲基乙酰胺溶液；步骤(2)中所述的收集为在距离雾化器的喷嘴20～40cm进行收集。4.根据权利要求1所述的利用双射流法制备具有树枝状结构的芳纶微纳米纤维的方法，其特征在于：步骤(1)中所述的搅拌的条件为：转速50～10000rpm，搅拌时间1～60min；步骤(2)中所述的芳纶聚合物分散液进行气喷雾化处理的条件为：雾化器的孔径范围1.0～3.0mm；气体压力范围0.2～1.0MPa；步骤(2)中所述的分散剂进行气喷雾化处理的条件为：雾化器的孔径范围1.0～3.0mm，气体压力范围0.5～0.8MPa；步骤(2)中所述的气喷雾化处理的气源为空气、氮气和氩气中的至少一种；步骤(2)中所述的超声处理条件为：功率200～3000W，时间1～200min。5.一种具有树枝状结构的芳纶微纳米纤维，其特征在于：通过权利要求1～4任一项所述的方法制备得到。6.权利要求5所述的具有树枝状结构的芳纶微纳米纤维在制备芳纶纸中的应用。
7.一种芳纶纸，其特征在于：通过权利要求5所述的具有树枝状结构的芳纶微纳米纤维抄造得到。8.权利要求5所述的具有树枝状结构的芳纶微纳米纤维和/或权利要求7所述的芳纶纸在复合增强材料、电池隔膜材料、吸附过滤材料、电气绝缘材料或柔性电子器件中的应用。9.一种用于制备权利要求5所述的具有树枝状结构的芳纶微纳米纤维的雾化器，其特征在于：包括聚合物雾化装置、固化试剂雾化装置和接收盘(8)；所述的聚合物雾化装置包括聚合物负压产生装置和用于输送聚合物的进料管(5
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1)，进料管(5...

【专利技术属性】
技术研发人员：李金鹏，李永锋，王斌，常小斌，曾劲松，陈克复，
申请(专利权)人：赣州龙邦材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：