專利名稱：一種改性聚酰亞胺纖維紙的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于造紙工業(yè)和化學(xué)工業(yè)交叉技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種改性聚酰亞胺纖維紙的制備方法。
背景技術(shù)：
聚酰亞胺作為一種特殊的高分子材料，由于其具有低吸水率、耐高溫、耐化學(xué)腐蝕、耐水解、耐輻照、良好的電絕緣性和優(yōu)異的耐熱氧化穩(wěn)定性等特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于電工、電子、影像技術(shù)、航空航天、原子能、通信、工程塑料及醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。聚酰亞胺纖維作為聚酰亞胺的一種重要產(chǎn)品，擁有超高的穩(wěn)定性，其熱分解溫度 一般在500°C以上，同時(shí)還是一種典型的高強(qiáng)高模纖維，其模量可達(dá)28(T340GPa，強(qiáng)度最高可達(dá)5. 8飛.3GPa，與傳統(tǒng)的聚芳香酰胺纖維(典型代表是美國杜邦公司的Kevlar-49纖維)相比，聚酰亞胺纖維具有明顯的優(yōu)勢。隨著科學(xué)技術(shù)的高速化發(fā)展，各行各業(yè)對耐高溫絕緣紙的性能提出了更高的要求，而傳統(tǒng)的芳綸紙的長期使用溫度一般在200°C左右，已經(jīng)不能很好地滿足一些領(lǐng)域?qū)ζ淠透邷匦阅艿囊螅b于聚酰亞胺纖維優(yōu)異的性能，國外一些發(fā)達(dá)國家已經(jīng)將聚酰亞胺纖維應(yīng)用到造紙領(lǐng)域，聚酰亞胺纖維紙是未來耐高溫絕緣紙發(fā)展的新方向。由于聚酰亞胺纖維性質(zhì)穩(wěn)定，表面鈍化，且經(jīng)過磨打漿處理也不會(huì)產(chǎn)生分絲帚化，導(dǎo)致經(jīng)過濕法成型得到的原紙強(qiáng)度較低。為了提高紙張的強(qiáng)度性能，一般的方法是用聚酰亞胺樹脂溶液或聚酰亞胺前體(聚酰胺酸)溶液浸潰聚酰亞胺纖維紙，再經(jīng)過熱壓處理得到成紙，這能夠在一定程度上改善紙張的強(qiáng)度并保證紙張的耐高溫性能。紙張經(jīng)過聚酰亞胺樹脂或聚酰胺酸溶液浸潰后，雖然抗張強(qiáng)度有一定提高，但是提高的程度很有限，且紙張的韌性降低，脆性增加，撕裂強(qiáng)度急劇下降，如何增強(qiáng)粘結(jié)劑對纖維的粘結(jié)作用，在較低的浸潰量下保證紙張韌性的同時(shí)提高紙張的抗張強(qiáng)度是開發(fā)高強(qiáng)度性能聚酰亞胺纖維紙的關(guān)鍵。雖然聚酰亞胺纖維的性質(zhì)較穩(wěn)定，但是其耐堿水解性能較差，將聚酰亞胺在特定工藝下用堿溶液處理和質(zhì)子化處理后，聚酰亞胺分子結(jié)構(gòu)中的酰亞胺環(huán)會(huì)發(fā)生開環(huán)反應(yīng)，提高分子的親水性和活性。在后續(xù)的熱處理過程中，聚酰胺酸發(fā)生脫水環(huán)化反應(yīng)的同時(shí)與纖維表面的活性基團(tuán)產(chǎn)生化學(xué)交聯(lián)反應(yīng)，增強(qiáng)了粘結(jié)劑對纖維的粘結(jié)作用，從而達(dá)到改善紙張強(qiáng)度性能的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種改性聚酰亞胺纖維紙的制備方法，解決了現(xiàn)有方法制備出的聚酰亞胺纖維紙紙張的韌性低，脆性增加，撕裂強(qiáng)度下降的問題。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種改性聚酰亞胺纖維紙的制備方法，具體按照以下步驟實(shí)施步驟I :將聚酰亞胺纖維進(jìn)行堿溶液改性；
步驟2 :在步驟I得到的改性后的聚酰亞胺纖維中添加聚氧化乙烯、陽離子聚丙烯酰胺和丁苯膠乳，通過濕法成型技術(shù)將經(jīng)過改性的聚酰亞胺纖維制備成聚酰亞胺纖維原紙；步驟3 :通過浸潰或噴涂的方式將聚酰胺酸溶液均勻的分布在步驟2得到的聚酰亞胺纖維原紙的表面，將得到的紙張?jiān)?(T10(TC的溫度下干燥，直至溶劑完全揮發(fā)；步驟4 :最后將步驟3得到的紙張?jiān)谄桨辶蚧瘷C(jī)中處理，待聚酰胺酸的熱酰亞胺化反應(yīng)進(jìn)行徹底后取出紙樣并冷卻，得到改性聚酰亞胺纖維紙。本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，其中的步驟I中的堿溶液改性，具體按照以下步驟實(shí)施在濃度為0. riOmol/L的KOH溶液中處理5飛Omin，處理結(jié)束后用水將纖維表面殘余的堿溶液清洗干凈，用
0. Orimol/L的乙酸對纖維進(jìn)行質(zhì)子化處理，處理時(shí)間f30min。其中的步驟2中的聚氧化乙烯的添加量為相對聚酰亞胺纖維絕干量的0. 02 0. 12%。其中的步驟2中的陽離子聚丙烯酰胺的添加量為相對聚酰亞胺纖維絕干量的0. I 1%。其中的步驟2中的丁苯膠乳添加量為相對聚酰亞胺纖維絕干量的2 10%。其中的步驟3中的聚酰胺酸溶液的質(zhì)量濃度為10%。其中的步驟4中將紙張?jiān)谄桨辶蚧瘷C(jī)中處理，溫度為15(T300°C，壓力為f 15MPa，時(shí)間為I IOmin。本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明將經(jīng)過堿溶液改性的聚酰亞胺纖維通過濕法成型技術(shù)抄造成聚酰亞胺纖維原紙，原紙?jiān)俳?jīng)過聚酰胺酸溶液的浸潰或噴涂處理、熱酰亞胺化處理，得到了強(qiáng)度性能較好的紙張，其強(qiáng)度較由未經(jīng)過改性的聚酰亞胺纖維抄造的紙張高30飛0%。本發(fā)明通過對纖維的改性，增加纖維表面的活性基團(tuán)，使聚酰胺酸發(fā)生脫水環(huán)化反應(yīng)的同時(shí)與纖維表面的活性基團(tuán)產(chǎn)生化學(xué)交聯(lián)反應(yīng)，增強(qiáng)了粘結(jié)劑對纖維的粘結(jié)作用，大幅度的提高了紙張的強(qiáng)度性能，滿足了其在特殊領(lǐng)域的應(yīng)用要求。本發(fā)明采用新工藝、新方法研發(fā)生產(chǎn)出高性能聚酰亞胺纖維紙，創(chuàng)新性強(qiáng)，應(yīng)用前景廣闊，對推動(dòng)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，促進(jìn)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的升級換代，提升耐高溫絕緣材料產(chǎn)品的檔次，促進(jìn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。


圖I是本發(fā)明改性聚酰亞胺纖維紙的制備方法的工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式

對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。本發(fā)明改性聚酰亞胺纖維紙的制備方法，如圖I所示，具體按照以下步驟實(shí)施步驟I :將聚酰亞胺纖維在濃度為0. riOmol/L的KOH溶液中處理5飛Omin，處理結(jié)束后用水將纖維表面殘余的堿溶液清洗干凈，用0. Orimol/L的乙酸對纖維進(jìn)行質(zhì)子化處理，處理時(shí)間I 30min ；
步驟2 :在步驟I得到的聚酰亞胺纖維中添加相對纖維絕干量0. 02、. 12%的聚氧化乙烯、0. n%的陽離子聚丙烯酰胺和2 10%的丁苯膠乳，通過濕法成型技術(shù)將經(jīng)過改性的聚酰亞胺纖維制備成聚酰亞胺纖維原紙；步驟3 :通過浸潰或噴涂的方式將質(zhì)量濃度為f 10%的聚酰胺酸溶液均勻的分布在步驟2得到的聚酰亞胺纖維原紙的表面，將浸潰過的紙張?jiān)?(T10(TC的溫度下干燥，直至溶劑完全揮發(fā)；步驟4 :最后將紙張?jiān)跍囟葹?5(T300°C、壓力l 15MPa的平板硫化機(jī)中處理flOmin，待聚酰胺酸的熱酰亞胺化反應(yīng)進(jìn)行徹底后取出紙樣并冷卻，得到改性聚酰亞胺纖維紙。實(shí)施例I將聚酰亞胺纖維在濃度為0. lmol/L的KOH溶液中處理20min，處理結(jié)束后用水 將纖維表面殘余的堿溶液清洗干凈，用0. 05/L的乙酸對纖維進(jìn)行質(zhì)子化處理，處理時(shí)間 Imin ;添加相對纖維絕干量0. 1%的聚氧化乙烯、0. I的陽離子聚丙烯酰胺和5%的丁苯膠乳，通過濕法成型技術(shù)將經(jīng)過改性的聚酰亞胺纖維制備成聚酰亞胺纖維原紙；通過浸潰或噴涂的方式將質(zhì)量濃度為4%的聚酰胺酸溶液均勻的分布在聚酰亞胺纖維原紙的表面，將浸潰過的紙張?jiān)?0°C的溫度下干燥，直至溶劑完全揮發(fā)；最后將紙張?jiān)跍囟葹?60°C、壓力IOMPa的平板硫化機(jī)中處理lmin，待聚酰胺酸的熱酰亞胺化反應(yīng)進(jìn)行徹底后取出紙樣并冷卻，得到改性聚酰亞胺纖維紙。與由未經(jīng)改性聚酰亞胺纖維制備的聚酰亞胺纖維紙相比，其強(qiáng)度性能提高了 35%。實(shí)施例2將聚酰亞胺纖維在濃度為lOmol/L的KOH溶液中處理5min，處理結(jié)束后用水將纖維表面殘余的堿溶液清洗干凈，用0. 01mol/L的乙酸對纖維進(jìn)行質(zhì)子化處理，處理時(shí)間IOmin ;添加相對纖維絕干量0. 02%的聚氧化乙烯、0. 5%的陽離子聚丙烯酰胺和2%的丁苯膠乳，通過濕法成型技術(shù)將經(jīng)過改性的聚酰亞胺纖維制備成聚酰亞胺纖維原紙；通過浸潰或噴涂的方式將質(zhì)量濃度為1%的聚酰胺酸溶液均勻的分布在聚酰亞胺纖維原紙的表面，將浸潰過的紙張?jiān)?00°c的溫度下干燥，直至溶劑完全揮發(fā)；最后將紙張?jiān)跍囟葹?00°C、壓力IMPa的平板硫化機(jī)中處理6min，待聚酰胺酸的熱酰亞胺化反應(yīng)進(jìn)行徹底后取出紙樣并冷卻，得到改性聚酰亞胺纖維紙。與由未經(jīng)改性聚酰亞胺纖維制備的聚酰亞胺纖維紙相t匕，其強(qiáng)度性能提高了 50%。實(shí)施例3將聚酰亞胺纖維在濃度為5mol/L的KOH溶液中處理60min，處理結(jié)束后用水將纖維表面殘余的堿溶液清洗干凈，用lmol/L的乙酸對纖維進(jìn)行質(zhì)子化處理，處理時(shí)間30min ；添加相對纖維絕干量0. 12%的聚氧化乙烯、1%的陽離子聚丙烯酰胺和10%的丁苯膠乳，通過濕法成型技術(shù)將經(jīng)過改性的聚酰亞胺纖維制備成聚酰亞胺纖維原紙；通過浸潰或噴涂的方式將質(zhì)量濃度為10%的聚酰胺酸溶液均勻的分布在聚酰亞胺纖維原紙的表面，將浸潰過的紙張?jiān)?0°C的溫度下干燥，直至溶劑完全揮發(fā)；最后將紙張?jiān)跍囟葹?50°C、壓力15MPa的平板硫化機(jī)中處理lOmin，待聚酰胺酸的熱酰亞胺化反應(yīng)進(jìn)行徹底后取出紙樣并冷卻，得到改性聚酰亞胺纖維紙。與由未經(jīng)改性聚酰亞胺纖維制備的聚酰亞胺纖維紙相比，其強(qiáng)度性能提高了 30%。
本發(fā)明的發(fā)明點(diǎn)首先，用經(jīng)過改性的聚酰亞胺纖維制備聚酰亞胺纖維原紙，纖維原料不同；其次，使用聚酰胺酸溶液為纖維粘結(jié)劑，通過浸潰或噴涂的方式使其均勻的分布于原紙表面，纖維粘結(jié)劑不同；再次，本發(fā)明通過熱處理的方式，使聚酰胺酸與纖維表面的活性基團(tuán)發(fā)生化學(xué)交聯(lián)反應(yīng)，提高了粘結(jié)劑對纖維的粘結(jié)作用，大幅度的提升了紙張的強(qiáng)度性能，紙張?jiān)鰪?qiáng)機(jī)理不同。改性纖維的KOH濃度范圍為0. ri0mol/Lo濃度太小不能保證纖維表面活性基團(tuán)的數(shù)量，改性效率低下；濃度太高則聚酰亞胺降解嚴(yán)重，纖維自身強(qiáng)度降低，最終導(dǎo)致紙張強(qiáng)度性能反而下降。聚氧化乙烯用量為纖維絕干量的0. 02、. 12%。用量太低時(shí)，不能很好的起到提高纖維懸浮液粘度和分散纖維的目的，纖維絮聚較嚴(yán)重，紙張勻度和強(qiáng)度差；用量太大則紙張濕法成型過程中濾水困難，也不利于提高紙張勻度和強(qiáng)度。聚酰胺酸溶液的質(zhì)量濃度為f 10%。質(zhì)量濃度太低則不能很好的起到增加纖維間結(jié)合力的作用，強(qiáng)度性能提高不明顯；質(zhì)量濃度過高時(shí)，所得到的紙張韌性和伸縮性較差， 也不利于紙張強(qiáng)度性能的提高。經(jīng)過聚酰胺酸溶液浸潰或噴涂處理的紙張?jiān)?(Tl00°C的溫度范圍內(nèi)干燥。干燥溫度太低，紙張中的有機(jī)溶劑揮發(fā)緩慢且揮發(fā)不完全，不利于紙張的熱壓處理；溫度太高則聚酰胺酸會(huì)發(fā)生降解，不利于紙張強(qiáng)度性能的提高。用平板硫化機(jī)對紙張進(jìn)行熱壓處理時(shí)其壓力范圍為l 15MPa。壓力太小時(shí)，所得紙張結(jié)構(gòu)疏松，緊度較小，不利于強(qiáng)度性能的提高；壓力過大時(shí)，纖維間結(jié)合力過大，限制了纖維的相對移動(dòng)，不利于紙張韌性和強(qiáng)度的提高。
權(quán)利要求
1.一種改性聚酰亞胺纖維紙的制備方法，其特征在于，具體按照以下步驟實(shí)施 步驟I:將聚酰亞胺纖維進(jìn)行堿溶液改性； 步驟2 :在步驟I得到的改性后的聚酰亞胺纖維中添加聚氧化乙烯、陽離子聚丙烯酰胺和丁苯膠乳，通過濕法成型技術(shù)將經(jīng)過改性的聚酰亞胺纖維制備成聚酰亞胺纖維原紙； 步驟3 :通過浸潰或噴涂的方式將聚酰胺酸溶液均勻的分布在步驟2得到的聚酰亞胺纖維原紙的表面，將得到的紙張?jiān)?(T10(TC的溫度下干燥，直至溶劑完全揮發(fā)； 步驟4 :最后將步驟3得到的紙張?jiān)谄桨辶蚧瘷C(jī)中處理，待聚酰胺酸的熱酰亞胺化反應(yīng)進(jìn)行徹底后取出紙樣并冷卻，得到改性聚酰亞胺纖維紙。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的改性聚酰亞胺纖維紙的制備方法，其特征在于，所述的步驟I中的堿溶液改性，具體按照以下步驟實(shí)施在濃度為0. riOmol/L的KOH溶液中處理5飛Omin，處理結(jié)束后用水將纖維表面殘余的堿溶液清洗干凈，用0. Of lmol/L的乙酸對纖 維進(jìn)行質(zhì)子化處理，處理時(shí)間f30min。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的改性聚酰亞胺纖維紙的制備方法，其特征在于，所述的步驟2中的聚氧化乙烯的添加量為相對聚酰亞胺纖維絕干量的0. 02、. 12%。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的改性聚酰亞胺纖維紙的制備方法，其特征在于，所述的步驟2中的陽離子聚丙烯酰胺的添加量為相對聚酰亞胺纖維絕干量的0. f 1%。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的改性聚酰亞胺纖維紙的制備方法，其特征在于，所述的步驟2中的丁苯膠乳添加量為相對聚酰亞胺纖維絕干量的疒10%。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的改性聚酰亞胺纖維紙的制備方法，其特征在于，所述的步驟3中的聚酰胺酸溶液的質(zhì)量濃度為廣10%。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的改性聚酰亞胺纖維紙的制備方法，其特征在于，所述的步驟4中將紙張?jiān)谄桨辶蚧瘷C(jī)中處理，溫度為15(T300°C，壓力為l 15MPa，時(shí)間為flOmin。
全文摘要
本發(fā)明公開的一種改性聚酰亞胺纖維紙的制備方法，將經(jīng)過堿溶液改性的聚酰亞胺纖維通過濕法成型技術(shù)抄造成聚酰亞胺纖維原紙，原紙?jiān)俳?jīng)過聚酰胺酸溶液的浸漬或噴涂處理、熱酰亞胺化處理，得到了強(qiáng)度性能較好的紙張，其強(qiáng)度較由未經(jīng)過改性的聚酰亞胺纖維抄造的紙張高30~50%。本發(fā)明通過對纖維的改性，增加纖維表面的活性基團(tuán)，使聚酰胺酸發(fā)生脫水環(huán)化反應(yīng)的同時(shí)與纖維表面的活性基團(tuán)產(chǎn)生化學(xué)交聯(lián)反應(yīng)，增強(qiáng)了粘結(jié)劑對纖維的粘結(jié)作用，大幅度的提高了紙張的強(qiáng)度性能，滿足了其在特殊領(lǐng)域的應(yīng)用要求。
文檔編號D21H17/35GK102747634SQ201210264309
公開日2012年10月24日 申請日期2012年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月27日
發(fā)明者丁孟賢, 付饒, 劉斌, 孟育, 徐強(qiáng), 楊誠, 花莉, 陸趙情 申請人:陜西科技大學(xué)