專利名稱：包含pipd紙漿的紙及其制造方法
包含PIPD紙漿的紙及其制造方法相關(guān)申請交叉引用
本申請要求2005年12月21日提交的美國申請60/752,832 的權(quán)益，其公開內(nèi)容通過引用結(jié)合到本文中。發(fā)明領(lǐng)域
本發(fā)明涉及自粘合聚吡啶并雙咪唑紙漿、包含這種紙漿的 紙及其制造方法。發(fā)明背景
為了提供具有提高強(qiáng)度和/或熱穩(wěn)定性的紙，現(xiàn)在已經(jīng)研發(fā) 出由高性能材料制造的紙。例如，芳族聚酰胺紙為一種由芳族聚酰胺 組成的合成紙。由于其具有耐熱性和阻燃性、電絕緣性、韌度和柔韌 性，已經(jīng)用這種紙作為電絕緣材料和飛行器蜂窩結(jié)構(gòu)的基底。在這些 材料中，包含杜邦(U.S.A.)Nomex⑧纖維的紙是通過在水中混合聚(間苯 二甲酰間苯二胺)絮凝物和沉析纖維，然后使混合漿料經(jīng)過造紙工藝， 接著熱壓光成形纖維網(wǎng)而制成，已知這種紙具有優(yōu)良的電絕緣性能和 強(qiáng)度及韌度，甚至在高溫保持高性能。
但仍然需要具有改善性能的高性能紙。發(fā)明概述
在一些方面，本發(fā)明涉及一種包含聚吡咬并雙咪唑纖維的 紙。在一些實(shí)施方案中，紙由包含聚吡啶并雙咪唑纖維的紙漿制成， 其中所述紙的表觀密度為0.1至0.5g/cn^,紙的抗張強(qiáng)度(N/cm)為至少 0.00057X*Y，其中X為紙全部固體中聚吡啶并雙咪唑的體積部分(％), Y為紙的基重(g/m2)。
在一些實(shí)施方案中，紙的表觀密度為0.2至0.4g/cm3。在 某些實(shí)施方案中，紙進(jìn)一步包含非粒狀、纖維或薄膜狀聚合物沉析纖 維，所述聚合物沉析纖維具有0.2-lmm的平均最大尺寸，5:1至l(U 的最大尺寸與最小尺寸之比和不大于2微米的厚度。
在一些實(shí)施方案中，聚合物沉析纖維為聚間芳酰胺沉析纖維。
在某些實(shí)施方案中，沉析纖維為紙的10-90%重量。
—些實(shí)施方案涉及進(jìn)一步包含長度1.0-15mm的絮凝物的紙。
本發(fā)明還提供制造聚吡啶并雙咪唑紙的方法，所述方法包 括以下步驟合并聚吡啶并雙咪唑紙漿、水和任選的其他成分，以形成分散體；將分散體混合成漿料；從漿料除去水，以得到濕紙組合物；并且將濕紙組合物干燥。
在一些實(shí)施方案中，從漿料除水經(jīng)由通過篩網(wǎng)或金屬絲帶 排水來完成。
在某些實(shí)施方案中，所述方法包括由壓光或壓縮使紙組合 物致密的附加步驟。 一些實(shí)施方案涉及其中紙的表觀密度為0.51至 1.3g/cm3的方法。
在一些實(shí)施方案中，所述方法包括以下步驟合并基于纖維和粘合劑物質(zhì)總重量50-98重量^f分聚吡啶并雙咪唑 紙漿和2-50重量份粘合劑物質(zhì)，以形成分散體；將分散體混合成漿料；從漿料除去水，以形成濕紙組合物；并且將濕紙組合物干燥。
在一些實(shí)施方案中，所述方法進(jìn)一步包括在或高于粘合劑 物質(zhì)的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度熱處理紙組合物。在某些實(shí)施方案中，在熱處
所述方法可包括通過在工藝中的某點(diǎn)壓光或壓縮使紙組 合物致密的附加步驟。
適合粘合劑物質(zhì)包括非粒狀、纖維或薄膜狀聚間芳酰胺沉 析纖維，所述沉析纖維具有0.2-lmm的平均最大尺寸，5:1至10:1的 最大尺寸與最小尺寸之比和不大于2微米的厚度。發(fā)明詳述
在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明涉及一種包含聚吡啶并雙咪唑 纖維的紙，其中所述紙的表觀密度為0.1至0.5g/cm3,紙的抗張強(qiáng)度 (N/cm)為至少0.00057X*Y，其中X為紙全部固體中聚吡啶并雙咪唑 的體積部分(％)， Y為紙的基重(g/m2)。
按照本發(fā)明意圖，"紙"為可在造紙機(jī)上生產(chǎn)的平紙片，如 長網(wǎng)造紙機(jī)(Fourdrenier)或斜網(wǎng)紙機(jī)。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，這些紙片 一般為包含無規(guī)取向短纖維網(wǎng)的薄纖維片，所述短纖維由水懸浮體鋪 設(shè)，并通過其自身的化學(xué)作用、摩擦、纏結(jié)、粘合劑或其組合結(jié)合在 —起。
紙的基重可以為約10至約700g/m2，厚度可以為約0.015 至約2mm。
本發(fā)明利用聚吡啶并雙咪唑纖維。這種纖維由高強(qiáng)度的剛 棒聚合物制成。聚吡啶并雙咪唑纖維的聚合物具有至少20dl/g或至少 25dl/g或至少28dl/g的比濃對數(shù)粘度。此纖維包括PIPD纖維(也被稱 為M5⑧纖維，由聚[2,6-二咪唑并[4,5-b:4,5-e]吡啶亞基-l,4(2,5-二幾基) 亞苯基]制成)。PIPD纖維基于以下結(jié)構(gòu)
聚p比啶并雙咪唑纖維與熟知的市售PBI纖維或聚苯并咪唑纖維的區(qū)別在于聚苯并咪唑纖維由聚聯(lián)苯并咪唑(polybibenzimidazole)組成。聚聯(lián)苯并咪唑不是剛棒聚合物，并且與聚 吡啶并雙咪唑纖維比較，其纖維具有低強(qiáng)度和低拉伸模量。
已報(bào)告PIPD纖維能夠具有約310GPa(2100克/旦尼爾)的 平均模量和最多約5.8GPa(39.6克/旦尼爾)的平均韌度。這些纖維已由 Brew等人，C麵/ os7'toSc/ewce朋drec/mo/ogy 1999, 59， 1109; Van der Jagt和Beukers, Po/y證1999, 40， 1035; Sikkema，尸o/戸rl998， 39, 5981; Klop和Lammers，尸o/yww, 1998， 39， 5987; Hageman 等人，尸o(ymer1999， 40, 1313描述。
制備剛棒聚吡啶并雙咪唑聚合物的一種方法詳細(xì)公開于 授予Sikkema等人的美國專利5,674,969中。聚吡啶并雙咪唑聚合物 可通過干燥成分的混合物與多磷酸(PPA)溶液的反應(yīng)制得。干燥成分 可包含生成吡啶并雙咪唑的單體和金屬粉末。制備本發(fā)明剛棒纖維所 用的聚吡啶并雙咪唑聚合物應(yīng)具有至少25個(gè)且優(yōu)選至少100個(gè)重復(fù) 單元。
按照本發(fā)明意圖，聚吡啶并雙咪唑聚合物的相對分子量適 合由以下方法表征，用適合溶劑(如曱磺酸)將聚合物產(chǎn)物稀釋到 0.05g/dl聚合物濃度，并且在30。C測定一個(gè)或多個(gè)稀溶液粘度值。本 發(fā)明的聚吡啶并雙咪唑聚合物的分子量發(fā)展適合由一個(gè)或多個(gè)稀溶 液粘度測定監(jiān)測并且與其相關(guān)。因此，相對粘度("Vrd"或"iVd"或"n^，) 和比濃對數(shù)粘度("V她"或"T]M;，或"ninh")的稀溶液測定一般用于監(jiān)測 聚合物分子量。稀聚合物溶液的相對粘度和比濃對數(shù)粘度根據(jù)以下表 達(dá)式關(guān)聯(lián)V她:/"(VreO/C,其中/"為自然對數(shù)函數(shù)，c為聚合物溶液的濃度。v^為聚合物溶液粘度與無聚合物的溶劑的粘度的無單位比值，因此，V她用濃度 倒數(shù)的單位表示， 一般被表示為分升/克("dl/g")。因此，在本發(fā)明的某些方面，所制備聚吡啶并咪唑聚合物的特征為提供一種聚合物溶液，所述溶液在甲^t酸中在0.05g/dl的聚合物濃度在30。C具有至少約 20dl/g的比濃對數(shù)粘度。由于由本發(fā)明得到的較高分子量聚合物得到 粘性聚合物溶液，因此，在甲磺酸中約0.05g/dl聚合物的濃度用于以 合理時(shí)間量測定比濃對數(shù)粘度。
本發(fā)明所用的生成吡啶并雙咪唑的示例單體包括2,3,5,6-四氨基吡啶和各種酸，包括對苯二甲酸、雙-(4-苯甲酸)、氧基-雙-(4-苯甲酸)、2,5-二羥基對苯二甲酸、間苯二曱酸、2,5-吡啶二甲酸、2,6-萘二曱酸、2,6-喹啉二甲酸或其任何組合。生成吡啶并雙咪唑的單體 優(yōu)選包括2,3,5,6-四氨基吡啶和2,5-二羥基對苯二甲酸。在某些實(shí)施方 案中，優(yōu)選生成吡啶并雙咪唑的單體經(jīng)過^^岸酸化。磷酸化的生成吡啶 并雙咪唑的單體優(yōu)選在多磷酸和金屬催化劑存在下聚合。
可用金屬粉末幫助建立最終聚合物的分子量。金屬粉末一 般包括鐵粉、錫粉、釩粉、鉻粉及其任何組合。
可使生成吡啶并雙咪唑的單體和金屬粉末混合，然后使混 合物與多磷酸反應(yīng)，以形成聚吡啶并咪唑聚合物溶液。如果需要，可將另外的多磷酸加入到聚合物溶液。通常將聚合物溶液通過才莫具或噴 絲頭擠出或紡絲以制備或紡成長絲。
制備PEPD紙漿可使用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟悉的常規(guī)紙漿制 備設(shè)備和方法。例如，參見Handbook for Pulp & Paper Technologists(紙 與紙漿技術(shù)手冊)，Smook， Gary A.; Kocurek， MJ.; Technical Association of the Pulp and Paper Industry; Canadian Pulp and Paper Association,和授予Haines等人的美國專利5,171,402及5,084,136。
PIPD紙漿對水具有高親合力，這意味著紙漿具有高平衡水 分含量。相信這有助于消除靜電作用，靜電作用會導(dǎo)致成團(tuán)和缺陷， 這些缺陷通常與不在同等程度吸水且受靜電問題困擾的其他高性能 紙漿相關(guān)。此外，PIPD紙漿和PIPD絮凝物均具有不尋常的自粘合性 質(zhì)，即，只由所述紙漿或只由所述絮凝物或合形成的紙比現(xiàn)有技術(shù)由高性能纖維制成的紙張具有意外的更高強(qiáng) 度。雖然不想受理論限制，但相信這種較高強(qiáng)度是由于在紙漿和絮凝 物的片表面之間存在氫鍵。
本文所用術(shù)語"水分含量"根據(jù)TAPPI試驗(yàn)方法T210測定。
在使用術(shù)語"最大尺寸"時(shí)，它是指物體的最長尺寸測量(長 度、直徑等)。制漿
制漿例如由以下方法說明，所述方法包括(a) 將紙漿成分合并，所述紙漿成分包含不大于10cm平均長度的 PIPD纖維和為全部成分95-99%重量的水；(b) 將這些成分混合成實(shí)質(zhì)均勻的漿料；(c) 通過將PIPD纖維同時(shí)纖絲化、切割和磨碎成具有桿和原纖維 的不規(guī)則形狀的纖絲化纖維結(jié)構(gòu)，將漿料磨漿；使所有固體在磨漿的 漿料中實(shí)質(zhì)均勻地分散；并且(d) 從磨漿的漿料中除去水，從而制備PIPD紙漿，紙漿的纖維結(jié) 構(gòu)具有不大于5 mm的平均最大尺寸和不大于2.0mm的長度加權(quán)平均 長度。合并步驟
在合并步驟中形成紙漿成分和水的分散體。所加水的濃度 為全部成分的95-99%重量，優(yōu)選為全部成分的97-99%重量。此外， 可首先加入水，其次加入紙漿成分?？梢砸欢ㄋ俾始尤肫渌煞?，以 優(yōu)化在水中的分散，同時(shí)將合并的成分混合?；旌喜襟E
在混合步驟中，將成分混合成實(shí)質(zhì)均勻的漿料。"實(shí)質(zhì)均 勻"指漿料的隨機(jī)樣品包含與在合并步驟在全部成分中相同的重量百 分比濃度的各初始成分+或-10%重量，優(yōu)選+或-5%重量，最優(yōu)選9+或-2%重量。混合可在任何包含旋轉(zhuǎn)葉片或一些其他攪拌器的容器 中進(jìn)行?？稍诩尤氤煞种蠡蛟诔煞旨尤牖蚝喜⒌耐瑫r(shí)進(jìn)行混合。磨漿步驟
在磨漿步驟中，如下將紙漿成分同時(shí)磨漿、轉(zhuǎn)化或改性。 將PIPD纖維纖絲化，切割并磨碎成具有桿和原纖維的不規(guī)則形狀的 纖維結(jié)構(gòu)。使所有固體分散，以便磨漿的漿料實(shí)質(zhì)均勻。磨漿步驟優(yōu) 選包括使混合漿料通過一個(gè)或多個(gè)盤磨機(jī)，或使?jié){料向回循環(huán)通過一 個(gè)單一磨漿機(jī)。術(shù)語"盤磨機(jī)"是指包含一對或多對相互相對旋轉(zhuǎn)的盤， 從而由盤間的剪切作用使成分磨漿的磨漿機(jī)。在一種適合類型的盤磨 機(jī)中，正被磨漿的漿料-故泵送通過可相互相對旋轉(zhuǎn)的緊密間隔的圓形 轉(zhuǎn)動盤和固定盤之間。各盤具有面對另一個(gè)盤的表面，表面上具有至少部分徑向延伸的表面凹槽?？捎玫膬?yōu)選盤磨機(jī)公開于美國專利 4，472，241中。如果均勻分散和充分磨漿需要，可使混合漿料不止一次 通過盤磨機(jī)，或者通過一系列至少兩個(gè)盤磨機(jī)。當(dāng)只在一個(gè)磨漿^L中 磨漿混合漿料時(shí)，得到的漿料傾向于不充分磨漿，并且分散不均勻。 可能形成完全或?qū)嵸|(zhì)為一種固體成分或另一種，或兩種，或所有三種 (如果存在三種)的聚集體或凝聚體，而不是分散成實(shí)質(zhì)均勻的分散體。 這種聚集體或凝聚體更傾向于斷開，并且在混合漿料超過一次通過磨漿機(jī)或通過超過一個(gè)磨漿機(jī)時(shí)在漿料中分散?？墒鼓{的紙漿通過一 個(gè)或多個(gè)篩網(wǎng)，以俘獲長的、未充分磨漿的纖維和團(tuán)塊，然后使俘獲 的纖維和團(tuán)塊再次通過一個(gè)或多個(gè)磨漿機(jī)，直到長纖維縮短到可接受 長度或濃度。任選的預(yù)磨漿步驟
在所有成分一起合并前，為了得到最佳總體效果，可能需 要將PIPD纖維縮短。 一種方式是在小于約5加侖容量的桶中使水與 長于2cm但短于10cm的纖維合并。然后將水和纖維混合成笫一懸浮體，并通過笫一盤磨機(jī)處理，以便使纖維縮短。盤磨機(jī)將長纖維切成不大于2cm的平均長度。盤磨機(jī)也使纖維部分纖絲化，并且部分磨石年。 可用數(shù)個(gè)小批量水和纖維以數(shù)個(gè)小批量合并產(chǎn)生足夠體積，以混合并 泵送通過如前所述的磨漿機(jī)來重復(fù)此過程。如果需要，可加入或潷去 水，以將水濃度增加到全部成分的95-99%重量。如果需要，然后可將 合并的各批混合，以得到用于磨漿的實(shí)質(zhì)均勻漿料。除水步驟
可通過任何可用方法除去紙漿中的水，以便從水分離纖維 固體，例如，通過對紙漿過濾、過篩或加壓。通過在脫水裝置(如，水 平濾器)上收集紙漿，可將水除去，如果需要，可通過對紙漿濾餅加壓 或才齊壓除去另外的水。然后，可任選將經(jīng)脫水的紙漿干燥到所需水分 含量，并且/或者包裹或纏繞在輥上。在一些優(yōu)選的實(shí)施方案中，將水 除到所得紙漿能夠收集在篩網(wǎng)并纏繞在輥上的程度。在一些實(shí)施方案 中，存在不超過總計(jì)約60%重量水，優(yōu)選總計(jì)4至60%重量水是所需 的水量。在一些其他實(shí)施方案中，紙漿需要具有100%重量或更高范 圍的更高總水量。在一些其他實(shí)施方案中，紙漿可具有多達(dá)200%重 量的水。用紙漿造紙
用PIPD紙漿造紙由以下方法說明，所述方法包括a) 制備PIPD紙漿的含水分散體，b) 稀釋含水分散體，c) 從含水分散體排水，以便得到濕紙，d) 使得到的紙脫水并干燥，并且e) 對紙進(jìn)行調(diào)理，以用于物理性能測試。用絮凝物造紙
用PIPD絮凝物造紙由以下方法說明，所述方法包4舌:iia) 制備PIPD絮凝物的含水分散體，b) 稀釋含水分散體，c) 從含水分散體排水，以便得到濕紙，d) 使得到的紙脫水并干燥，并且e) 對紙進(jìn)行調(diào)理，以用于物理性能測試。
用PIPD紙漿和/或絮凝物造紙也可包括通過在環(huán)境溫度或 升高溫度壓光使形成的紙致密的附加步驟。
以下實(shí)施例說明基于PIPD紙漿和不同類型絮凝物的紙的 制備和性能。試馬全方法
在以下非限制實(shí)施例中，用以下試驗(yàn)方法確定不同的才艮告 性質(zhì)和性能。ASTM指美國材料試驗(yàn)學(xué)會。TAPPI指紙漿與造紙工業(yè) 技術(shù)協(xié)會。
紙的厚度和基重相應(yīng)根據(jù)ASTM D 645和ASTM D 646測量。厚度測量值用于紙表觀密度的計(jì)算。
紙的密度(表觀密度)根據(jù)ASTM D 202測定。
本發(fā)明的紙和復(fù)合材料的抗張強(qiáng)度和抗張挺度根據(jù)ASTM D 828在Instron類型試驗(yàn)機(jī)上測定，使用試樣為2.54cm寬，18cm標(biāo)3巨長度。
紙漿的加拿大標(biāo)準(zhǔn)游離度(CSF)為可排出紙漿的稀釋懸浮 體的速率的量度，根據(jù)TAPPI Test Method T 227測定。
纖維長度根據(jù)TAPPI Test Method T271用OpTest Equipment Inc.制造的Fiber Quality Analyzer(纖維質(zhì)量分析儀)測量。
實(shí)施例1-8說明基于PIPD紙漿與不同類型絮凝物的組合 物的紙的制備和性能。比較實(shí)施例A顯示在組合物中用聚對芳酰胺紙 漿代替PIPD紙漿的類似紙比得自實(shí)施例6的紙弱得多(兩種紙均包含 50%重量相同的聚對芳酰胺絮凝物)。
抗張強(qiáng)度(N/cm)大于或等于0.00057X*Y，其中X為紙全 部固體中PIPD紙漿的體積部分(。/0), Y為紙的基重(g/m2)。
用聚對芳酰胺紙漿制成的得自比較實(shí)施例A的紙的抗張 強(qiáng)度(1.45N/cm)低于用相同含量PIPD紙漿代替聚對芳酰胺紙漿的紙 的邊緣強(qiáng)度(1.77N/cm),并且比得自實(shí)施例6的這種紙的實(shí)際值 (3.68N/cm)低得多。
基于PIPD紙漿紙的更高強(qiáng)度在造紙和紙進(jìn)一步處理中為 最終應(yīng)用帶來顯著優(yōu)點(diǎn)(可達(dá)到較輕基重和/或使用更簡單和更廉價(jià)設(shè) 備)。
實(shí)施例9-16說明基于實(shí)施例1-8形成的紙的壓光紙的制 備。對于很多復(fù)合應(yīng)用，需要高密度結(jié)構(gòu)，而壓光允許達(dá)到這種密度。
在蜂窩結(jié)構(gòu)和其他結(jié)構(gòu)應(yīng)用中，在許多情況下，并非紙的 所有自由體積都用樹脂填充。性能/重量比優(yōu)化允許用樹脂浸漬的結(jié)構(gòu) 有一些自由體積/空隙。實(shí)施例17和18說明(具有相對較少樹脂含量) 的樹脂浸漬紙，這種紙基于PIPD紙漿及其具有聚對芳酰胺絮凝物的 組合物。在比較實(shí)施例B中描述了基于聚對芳酰胺絮凝物和聚間芳酰 胺沉析纖維的市售組合物的樹脂浸漬紙?？梢钥吹?，在近似相同樹脂 含量，基于PIPD紙漿的紙?zhí)峁┫嗤蚋咄Χ群透邚?qiáng)度。實(shí)施例1
將3.2g(干燥重量)具有約200ml CSF的濕PIPD紙漿與 300ml水放入Waring混合器中，并攪拌1分鐘。將分散體倒入約 21x21cm手抄紙才莫具中，并與另外5000g水混合。
形成濕鋪紙片。將紙片放在兩片吸墨紙之間，用搟才奉以手 橫壓，并在190。C手抄紙干燥器中干燥。
最終紙的組成和性質(zhì)顯示于表1中。實(shí)施例2
將0.8g(干燥重量)具有約200ml CSF的濕PIPD紙漿與 300ml水放入Waring混合器中，并攪拌1分鐘。將2.4g聚間芳酰胺 絮凝物與約2500g水放入試驗(yàn)室紙漿離解機(jī)中，并攪拌3分鐘。將兩 種分散體一起倒入約21x21cm手抄紙模具中，并與另外5000g水混合。
聚間芳酰胺絮凝物是線密度為0.22特克斯(2.0旦)且長度 為0.64cm的聚(間苯二甲酰間苯二胺)(由DuPont以商品名NOMEX 售出)。
形成濕鋪紙片。將紙片放在兩片吸墨紙之間，用搟棒以手 橫壓，并在19(TC手抄紙干燥器中干燥。
最終紙的組成和性質(zhì)顯示于表l中。實(shí)施例3
將0.8g(干燥重量)具有約200ml CSF的濕PIPD紙漿與 300ml水放入Waring混合器中，并攪拌1分鐘。將2.4g碳纖維與約 2500g水放入試驗(yàn)室紙漿離解機(jī)中，并攪拌3分鐘。將兩種分散體一 起倒入約21x21cm手抄紙模具中，并與另外5000g水混合。
碳纖維為由Toho Tenax America, Inc.銷售的基于PAN的 FORTAFIL 150碳纖維(約3mm長)。
形成濕鋪紙片。將紙片放在兩片吸墨紙之間，用搟棒以手 橫壓，并在19(TC手抄紙干燥器中干燥。
最終紙的組成和性質(zhì)顯示于表1中。實(shí)施例4
將1.6g(干燥重量)具有約300ml CSF的濕PIPD紙漿與 800ml水放入Waring混合器中，并攪拌1分鐘。將1.6g聚間芳酰胺 絮凝物與約2500g水放入試驗(yàn)室紙漿離解機(jī)中，并攪拌3分鐘。將兩 種分散體一起倒入約21x21cm手抄紙模具中，并與另外5000g水混合。
聚間芳酰胺絮凝物與實(shí)施例2相同。
形成濕鋪紙片。將紙片放在兩片吸墨紙之間，用搟棒以手橫壓，并在190。C手抄紙干燥器中干燥。
最終紙的組成和性質(zhì)顯示于表1中。實(shí)施例5
將1.6g(干燥重量)具有約300ml CSF的濕PIPD紙漿與 800ml水放入Waring混合器中，并攪拌1分鐘。將1.6g碳纖維與約 2500g水放入試驗(yàn)室紙漿離解機(jī)中，并攪拌3分鐘。將兩種分散體一 起倒入約21x21cm手抄紙才莫具中，并與另外5000g水混合。
碳纖維與實(shí)施例3相同。
形成濕鋪紙片。將紙片放在兩片吸墨紙之間，用搟棒以手 ;f黃壓，并在19(TC手抄紙干燥器中干燥。
最終紙的組成和性質(zhì)顯示于表1中。實(shí)施例6
將1.6g(干燥重量)具有約300ml CSF的濕PIPD紙漿與 800ml水放入Waring混合器中，并攪拌1分鐘。將1.6g聚對芳酰胺 絮凝物與約2500g水放入試驗(yàn)室紙漿離解機(jī)中，并攪拌3分鐘。將兩 種分散體一起倒入約21x21cm手抄紙模具中，并與另外5000g水混合。
聚對芳酰胺絮凝物為具有約0.16特克斯線密度和約 0.67cm切段長度的聚(對苯二甲酰對苯二胺)絮凝物(由E. I. de Pont de Nemours and Company以商標(biāo)KEVLAR 49售出)。
形成濕鋪紙片。將紙片放在兩片吸墨紙之間，用搟棒以手 橫壓，并在19(TC手抄紙干燥器中千燥。
最終紙的組成和性質(zhì)顯示于表1中。實(shí)施例7
將2.4g(干燥重量)具有約300ml CSF的濕PIPD紙漿與 800ml水放入Waring混合器中，并攪拌1分鐘。將0.8g聚間芳酰胺絮凝物與約2500g水放入試驗(yàn)室紙漿離解機(jī)中，并攪拌3分鐘。將兩 種分散體一起倒入約21x21cm手抄紙模具中，并與另外5000g水混合。
聚間芳酰胺絮凝物與實(shí)施例2相同。
形成濕鋪紙片。將紙片放在兩片吸墨紙之間，用搟棒以手 橫壓，并在190。C手抄紙干燥器中干燥。
最終紙的組成和性質(zhì)顯示于表l中。實(shí)施例8
將2.4g(干燥重量)具有約300ml CSF的濕PIPD紙漿與 800ml水放入Waring混合器中，并攪拌1分鐘。將0.8g碳纖維與約 2500g水放入試驗(yàn)室紙漿離解機(jī)中，并攪拌3分鐘。將兩種分散體一 起倒入約21x21cm手抄紙才莫具中，并與另外5000g水混合。
碳纖維與實(shí)施例3相同。
形成濕鋪紙片。將紙片放在兩片吸墨紙之間，用搟4奉以手 橫壓，并在19(TC手抄紙干燥器中干燥。
最終紙的組成和性質(zhì)顯示于表1中。實(shí)施例9-16
分別如實(shí)施例l-8制備紙樣品，但在干燥后，在約300°C 溫度和約1200N/cm線壓力，在具有20.3cm工作輥直徑的金屬-金屬 壓光機(jī)的輥隙中另外壓光。
最終紙的性質(zhì)顯示于表l中。實(shí)施例17和18
制備樹脂浸漬紙，制法是，用溶劑基酚醛樹脂(PLYOPHEN 23900,購自Durez Corporation)浸漬得自實(shí)施例9和14的紙，隨后用 吸墨紙從表面除去過量樹脂，并且如下通過溫度坡升在烘箱中固化 從室溫加熱到82°C，在此溫度保持15分鐘，^使溫度升高到121°C， 在此溫度保持另外15分鐘，使溫度升高到182°C,并在此溫度保持60分鐘。最終浸漬紙的性質(zhì)顯示于表2中。 比較實(shí)施例A
紙的制備類似于實(shí)施例6，但用具有約200mlCSF的濕聚 對芳酰胺紙漿(由DuPont以KEVLAR⑧紙漿級1F361銷售)代替濕 PIPD紙漿。
最終紙的性質(zhì)顯示于表l中。比較實(shí)施例B
將0.64g(干燥重量)具有約40ml CSF的聚間芳酰胺沉析纖 維和2.56g聚對芳酰胺絮凝物與約2500g水放入實(shí)驗(yàn)室紙漿離解機(jī)中， 并攪拌3分鐘。將分散體倒入約21x21cm手抄紙模具中，并與另外 5000g水混合。
聚對芳酰胺絮凝物與實(shí)施例6相同。
聚間芳酰胺沉析纖維由聚(間苯二甲酰間苯二胺)制備，如 美國專利3,756,908所述。
形成濕鋪紙片。將紙片放在兩片吸墨紙之間，用搟棒以手 橫壓，并在19(TC手抄紙干燥器中干燥。
隨后，如實(shí)施例17和18所述，將紙用酚醛樹脂浸漬。
最終浸漬紙的組成和性質(zhì)顯示于表2中。表l.基重6&/1112的紙樣品的性質(zhì)實(shí)施例媳賊，％重量贈度，固體中逝絲紙的抗P則錄物 凝物碳,辨/淋口、免 N/cm船嫂， N/cm1100 -- - - 一0.361003.854.9022575 ——0.2821.30.821.51325— —750.1825.00.9625045050 ——029柳1.734.24550— —500.2250.01.934.59650— 50—0.2245.91.773.6877525 ——0.3270.92.735.92875— —2502975.02.897.239100 "116100—9.22102575 ——0.552〗3—1791125— —750.8225.0—0.70125050 ——0.6644.8—5.151350— —500.8050.0—2鄰1450— 50—1.0245.9—9.49157525 ——0.8670.9—9.941675— —250.8975.0—8.23A0.180—1.45表2.基于68g/n^壓光紙的樹脂浸漬紙的性質(zhì)實(shí)施例紙組成，％重量 PIPD紙 彩f芳Sb按絮凝物聚間芳,沉析纖維 裝復(fù)合材料中樹 脂含量，％重量比抗張^廷 度， (N/cm)/(g/m2)抗張強(qiáng) 度， N/cm17100 — —1574114185050 -—2698109B—80 20217758
以下提供其他實(shí)施例。實(shí)施例1918
用PIPD切段纖維原料制備本發(fā)明的紙漿，切段纖維具有 小于2英寸的切段長度和約2dpf的長絲線密度(2.2分特/長絲)。利用 5密耳板間隙設(shè)置，將PIPD切段纖維和水 一 起直4奏加入 Sprout-Waldron 12" Single Disc Refiner(單盤磨)，并且預(yù)漿化，以達(dá)到 13mm范圍可接受加工長度。
然后將預(yù)漿化的PIPD纖維加入到高攪拌混合槽中，并混 合成全部成分濃度約1.5-2.0%重量的可泵抽、實(shí)質(zhì)均勻漿料。然后使 漿料循環(huán)并通過Sprout-Waldron 12" Single Disc Refiner(單盤磨)磨漿。
磨漿機(jī)將預(yù)漿化的PIPD纖維同時(shí)纖絲化、切割并磨石爭成 具有桿和原纖維的不規(guī)則形狀的纖維結(jié)構(gòu)，使這些在磨漿的漿^f中實(shí) 質(zhì)均勻地分散。
然后，這種磨漿的漿料用濾袋過濾，并通過加壓脫水成 PIPD紙漿。試驗(yàn)時(shí)，紙漿中的纖維結(jié)構(gòu)具有不大于5mm的平均最大 尺寸和不大于0.83mm的長度加權(quán)平均長度。實(shí)施例20
使6.16克PIPD紙漿分散于2500ml水中，從而制備含 0.25。/。重量PIPD紙漿的漿料。通過離解漿料等于或大于5分鐘時(shí)間， 用英國標(biāo)準(zhǔn)離解機(jī)得到適合分散體。把6.16克PIPD紙漿等同于基重 4.4盎司/平方碼的8英寸正方形紙片。
然后將紙漿漿料轉(zhuǎn)移到8英寸長x8英寸寬xl2英寸高的才莫 腔中。下一步，將另外5000ml水加入到模腔中，以進(jìn)一步將分散體 稀釋。用穿孔的攪拌器或相當(dāng)物將紙漿漿料在模腔中攪拌并均勻分 散。
然后，通過不允許大部分紙漿固體通過的可移除成形網(wǎng)從 模腔中的分散體排水。排水后，在網(wǎng)上留下8英寸正方形濕紙片。
然后，通過將濕紙片和可移除網(wǎng)放在一平表面上的吸墨紙 片之間，使?jié)窦埰撍⒏稍?。對外面的吸墨紙片均勻施以輕壓，以有助于從濕紙片吸收水分。然后小心從成形網(wǎng)移除經(jīng)脫水的紙片。隨后把它放在兩張干燥吸墨紙片之間，并放在Noble和Wood或相當(dāng)?shù)?熱板上，熱板溫度設(shè)在375。F。紙片應(yīng)保持在熱板上總共15分鐘，以 使紙千燥。
在對紙進(jìn)行物理測試之前，通過將紙放在氣候控制區(qū)域?qū)?紙片進(jìn)行調(diào)理。氣候控制區(qū)域的條件為75下和55%相對濕度。實(shí)施例21
重復(fù)實(shí)施例20的方法，其中在用以制紙的初始含水分散 體中加入粘合劑物質(zhì)，如聚間芳酰胺沉析纖維。利用具有約70%重量 PIPD紙漿和約30%重量聚間芳酰胺沉析纖維的固體組合物的含水分 散體，可制造特別有用的紙，其中聚間芳酰胺沉析纖維具有約0.6mm 的平均最大尺寸，最大尺寸與最小尺寸的比率為約7:1，厚度為約1 微米。實(shí)施例22
重復(fù)實(shí)施例20，由PIPD切段纖維或絮凝物造紙。在此情 況下，用PIPD絮凝物代替實(shí)施例2含水分散體中的PIPD紙裝?？捎?切段長度約1.2mm的PIPD絮凝物制出有用的紙。實(shí)施例23
重復(fù)實(shí)施例22的方法，其中在用以造紙的初始含水分散 體中加入粘合劑物質(zhì)，如聚間芳酰胺沉析纖維。利用具有約40%重量 PIPD絮凝物和約60%重量聚間芳酰胺沉析纖維的固體組合物的含水 分散體，可制造特別有用的紙，其中PIPD絮凝物具有約1.2mm的切 段長度，聚間芳酰胺沉析纖維具有約0.6mm的平均最大尺寸，最大尺 寸與最小尺寸的比率為約7:1，厚度為約l微米。實(shí)施例24
重復(fù)實(shí)施例20的方法，制造含PIPD絮凝物和PIPD紙漿的紙。在此情形下，可通過在初始含水分散體中合并等重量部分切段長度為約1.2mm的PIPD絮凝物和長度加權(quán)平均長度不大于.83mm的 PIPD紙漿制出有用的紙。實(shí)施例25
重復(fù)實(shí)施例24的方法，以制造含PIPD絮凝物、PIPD紙 漿和粘合劑物質(zhì)的紙。在此情形下，通過在初始含水分散體中合并等 重量部分PIPD絮凝物、PIPD紙漿和聚間芳酰胺沉析纖維聚合物沉析 纖維制出有用的紙，其中PIPD絮凝物具有約1.2mm的切段長度，PIPD 紙漿具有不大于.83mm的長度加權(quán)平均長度，聚間芳酰胺沉析纖維聚 合物沉析纖維具有約0.6mm的平均最大尺寸，最大尺寸與最小尺寸的 比率為約7:1，厚度為約l微米。
權(quán)利要求
1.一種紙，所述紙包含聚吡啶并雙咪唑纖維。
2. —種紙，所述紙由包含纖絲化聚吡啶并雙咪唑纖維的紙漿制 成，其中紙的表觀密度為0.1至0.5g/cmS,并且 以N/cm表示的紙的抗張強(qiáng)度為至少0.00057X*Y， 其中X為紙全部固體中聚吡啶并雙咪唑的體積部分，以％表示， Y為紙的基重，以g/r^表示。
3. 權(quán)利要求2的紙，所述紙進(jìn)一步包含非粒狀、纖維或薄膜狀聚 合物沉析纖維，所述聚合物沉析纖維具有0.2-lmm的平均最大尺寸， 5:1至10:1的最大尺寸與最小尺寸之比和不大于2微米的厚度。
4. 權(quán)利要求3的紙，其中所述聚合物沉析纖維為聚間芳酰胺沉析 纖維。
5. 權(quán)利要求3的紙，其中所述沉析纖維為紙的10-90%重量。
6. 權(quán)利要求5的紙，其中所述聚合物沉析纖維為聚間芳酰胺沉析 纖維。
7. 權(quán)利要求2的紙，所述紙進(jìn)一步包含長度1.0-15mm的絮凝物。
8. —種制造聚吡啶并雙咪唑紙的方法，所述方法包括以下步驟 合并聚吡啶并雙咪唑紙漿、水和任選的其他成分，以形成分散體；將分散體混合成漿料；從漿料除去水，以得到濕紙組合物；并且將濕紙組合物干燥。
9. 權(quán)利要求8的方法，其中所述從漿料除水經(jīng)由通過篩網(wǎng)或金屬 絲帶排水來完成。
10. 權(quán)利要求8的方法，所述方法包括由壓光或壓縮使紙組合物 致密的附加步驟。
11. 一種紙，所述紙由權(quán)利要求10的方法制造，所述紙具有0.51至1.3g/cn^的表觀密度。
12. —種制造紙的方法，所述方法包括以下步驟 合并基于纖維和粘合劑物質(zhì)總重量50-98重量份聚吡啶并雙咪唑紙漿和2-50重量份粘合劑物質(zhì)，以形成分散體； 將分散體混合成漿料； 從漿料除去水，以形成濕紙組合物；并且 將濕紙組合物干燥。
13. 權(quán)利要求12的方法，其中所述紙的表觀密度為0.1至 0.5g/cm3，以N/cm表示的紙的抗張強(qiáng)度為至少0.00057X*Y,其中X 為紙全部固體中PIPD紙漿的體積部分，以％表示，Y為紙的基重， 以g/m2表示。
14. 權(quán)利要求12的方法，其中所述從漿料除水經(jīng)由通過篩網(wǎng)或金 屬絲帶排水來完成。
15. 權(quán)利要求12的方法，所述方法進(jìn)一步包括在或高于粘合劑物 質(zhì)的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度熱處理紙組合物。
16. 權(quán)利要求15的方法，其中在熱處理之后壓光紙組合物或者熱 處理包括壓光紙組合物。
17. —種紙，所述紙由權(quán)利要求12的方法制造，所述紙具有0.51 至1.3g/cm3的表觀密度。
18. 權(quán)利要求12的方法，所述方法包括通過在方法中的某點(diǎn)壓光 或壓縮使紙組合物致密的附加步驟。
19. 一種紙，所述紙由權(quán)利要求17的方法制造，所述紙具有0.51 至1.3g/cm3的表觀密度。
20. 權(quán)利要求12的方法，其中所述粘合劑物質(zhì)包含非粒狀、纖維 或薄膜狀聚間芳酰胺沉析纖維，所述沉析纖維具有0.2-lmm的平均最 大尺寸，5:1至10:1的最大尺寸與最小尺寸之比和不大于2微米的厚 度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種包含聚吡啶并雙咪唑纖維的紙，其中所述紙的表觀密度為0.1至0.5g/cm³，紙的抗張強(qiáng)度(N/cm)為至少0.00057X*Y，其中X為紙全部固體中聚吡啶并雙咪唑的體積部分(％)，Y為紙的基重(g/m²)。
文檔編號D21H13/00GK101331270SQ200680047582
公開日2008年12月24日 申請日期2006年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月21日
發(fā)明者A·阿馬, E·A·梅里曼, K·A·馬爾卡希, M·R·列維特 申請人:納幕爾杜邦公司