CN102747634A

CN102747634A - 一种改性聚酰亚胺纤维纸的制备方法

Info

Publication number: CN102747634A
Application number: CN2012102643092A
Authority: CN
Inventors: 陆赵情; 花莉; 丁孟贤; 刘斌; 杨诚; 付饶; 孟育; 徐强
Original assignee: Shaanxi University of Science and Technology
Current assignee: Shaanxi University of Science and Technology
Priority date: 2012-07-27
Filing date: 2012-07-27
Publication date: 2012-10-24
Anticipated expiration: 2032-07-27
Also published as: CN102747634B

Abstract

本发明公开的一种改性聚酰亚胺纤维纸的制备方法，将经过碱溶液改性的聚酰亚胺纤维通过湿法成型技术抄造成聚酰亚胺纤维原纸，原纸再经过聚酰胺酸溶液的浸渍或喷涂处理、热酰亚胺化处理，得到了强度性能较好的纸张，其强度较由未经过改性的聚酰亚胺纤维抄造的纸张高30~50%。本发明通过对纤维的改性，增加纤维表面的活性基团，使聚酰胺酸发生脱水环化反应的同时与纤维表面的活性基团产生化学交联反应，增强了粘结剂对纤维的粘结作用，大幅度的提高了纸张的强度性能，满足了其在特殊领域的应用要求。

Description

一种改性聚酰亚胺纤维纸的制备方法

技术领域

本发明属于造纸工业和化学工业交叉技术领域，具体涉及一种改性聚酰亚胺纤维纸的制备方法。

背景技术

聚酰亚胺作为一种特殊的高分子材料，由于其具有低吸水率、耐高温、耐化学腐蚀、耐水解、耐辐照、良好的电绝缘性和优异的耐热氧化稳定性等特点，已广泛应用于电工、电子、影像技术、航空航天、原子能、通信、工程塑料及医学等领域。

聚酰亚胺纤维作为聚酰亚胺的一种重要产品，拥有超高的稳定性，其热分解温度一般在500℃以上，同时还是一种典型的高强高模纤维，其模量可达280~340GPa，强度最高可达5.8~6.3GPa，与传统的聚芳香酰胺纤维（典型代表是美国杜邦公司的Kevlar-49纤维）相比，聚酰亚胺纤维具有明显的优势。随着科学技术的高速化发展，各行各业对耐高温绝缘纸的性能提出了更高的要求，而传统的芳纶纸的长期使用温度一般在200℃左右，已经不能很好地满足一些领域对其耐高温性能的要求，鉴于聚酰亚胺纤维优异的性能，国外一些发达国家已经将聚酰亚胺纤维应用到造纸领域，聚酰亚胺纤维纸是未来耐高温绝缘纸发展的新方向。

由于聚酰亚胺纤维性质稳定，表面钝化，且经过磨打浆处理也不会产生分丝帚化，导致经过湿法成型得到的原纸强度较低。为了提高纸张的强度性能，一般的方法是用聚酰亚胺树脂溶液或聚酰亚胺前体（聚酰胺酸）溶液浸渍聚酰亚胺纤维纸，再经过热压处理得到成纸，这能够在一定程度上改善纸张的强度并保证纸张的耐高温性能。纸张经过聚酰亚胺树脂或聚酰胺酸溶液浸渍后，虽然抗张强度有一定提高，但是提高的程度很有限，且纸张的韧性降低，脆性增加，撕裂强度急剧下降，如何增强粘结剂对纤维的粘结作用，在较低的浸渍量下保证纸张韧性的同时提高纸张的抗张强度是开发高强度性能聚酰亚胺纤维纸的关键。

虽然聚酰亚胺纤维的性质较稳定，但是其耐碱水解性能较差，将聚酰亚胺在特定工艺下用碱溶液处理和质子化处理后，聚酰亚胺分子结构中的酰亚胺环会发生开环反应，提高分子的亲水性和活性。在后续的热处理过程中，聚酰胺酸发生脱水环化反应的同时与纤维表面的活性基团产生化学交联反应，增强了粘结剂对纤维的粘结作用，从而达到改善纸张强度性能的目的。

发明内容

本发明的目的是提供一种改性聚酰亚胺纤维纸的制备方法，解决了现有方法制备出的聚酰亚胺纤维纸纸张的韧性低，脆性增加，撕裂强度下降的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种改性聚酰亚胺纤维纸的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1：将聚酰亚胺纤维进行碱溶液改性；

步骤2：在步骤1得到的改性后的聚酰亚胺纤维中添加聚氧化乙烯、阳离子聚丙烯酰胺和丁苯胶乳，通过湿法成型技术将经过改性的聚酰亚胺纤维制备成聚酰亚胺纤维原纸；

步骤3：通过浸渍或喷涂的方式将聚酰胺酸溶液均匀的分布在步骤2得到的聚酰亚胺纤维原纸的表面，将得到的纸张在30~100℃的温度下干燥，直至溶剂完全挥发；

步骤4：最后将步骤3得到的纸张在平板硫化机中处理，待聚酰胺酸的热酰亚胺化反应进行彻底后取出纸样并冷却，得到改性聚酰亚胺纤维纸。

本发明的特点还在于，

其中的步骤1中的碱溶液改性，具体按照以下步骤实施：在浓度为0.1~10mol/L的KOH溶液中处理5~60min，处理结束后用水将纤维表面残余的碱溶液清洗干净，用0.01~1mol/L的乙酸对纤维进行质子化处理，处理时间1~30min。

其中的步骤2中的聚氧化乙烯的添加量为相对聚酰亚胺纤维绝干量的0.02~0.12%。

其中的步骤2中的阳离子聚丙烯酰胺的添加量为相对聚酰亚胺纤维绝干量的0.1~1%。

其中的步骤2中的丁苯胶乳添加量为相对聚酰亚胺纤维绝干量的2~10%。

其中的步骤3中的聚酰胺酸溶液的质量浓度为1~10%。

其中的步骤4中将纸张在平板硫化机中处理，温度为150~300℃，压力为1~15MPa，时间为1~10min。

本发明的有益效果是，

本发明将经过碱溶液改性的聚酰亚胺纤维通过湿法成型技术抄造成聚酰亚胺纤维原纸，原纸再经过聚酰胺酸溶液的浸渍或喷涂处理、热酰亚胺化处理，得到了强度性能较好的纸张，其强度较由未经过改性的聚酰亚胺纤维抄造的纸张高30~50%。

本发明通过对纤维的改性，增加纤维表面的活性基团，使聚酰胺酸发生脱水环化反应的同时与纤维表面的活性基团产生化学交联反应，增强了粘结剂对纤维的粘结作用，大幅度的提高了纸张的强度性能，满足了其在特殊领域的应用要求。

本发明采用新工艺、新方法研发生产出高性能聚酰亚胺纤维纸，创新性强，应用前景广阔，对推动高新技术产业发展，促进传统产业的升级换代，提升耐高温绝缘材料产品的档次，促进相关产业的发展具有重大的现实意义。

附图说明

图1是本发明改性聚酰亚胺纤维纸的制备方法的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明改性聚酰亚胺纤维纸的制备方法，如图1所示，具体按照以下步骤实施：

步骤1：将聚酰亚胺纤维在浓度为0.1~10mol/L的KOH溶液中处理5~60min，处理结束后用水将纤维表面残余的碱溶液清洗干净，用0.01~1mol/L的乙酸对纤维进行质子化处理，处理时间1~30min；

步骤2：在步骤1得到的聚酰亚胺纤维中添加相对纤维绝干量0.02~0.12%的聚氧化乙烯、0.1~1%的阳离子聚丙烯酰胺和2~10%的丁苯胶乳，通过湿法成型技术将经过改性的聚酰亚胺纤维制备成聚酰亚胺纤维原纸；

步骤3：通过浸渍或喷涂的方式将质量浓度为1~10%的聚酰胺酸溶液均匀的分布在步骤2得到的聚酰亚胺纤维原纸的表面，将浸渍过的纸张在30~100℃的温度下干燥，直至溶剂完全挥发；

步骤4：最后将纸张在温度为150~300℃、压力1~15MPa的平板硫化机中处理1~10min，待聚酰胺酸的热酰亚胺化反应进行彻底后取出纸样并冷却，得到改性聚酰亚胺纤维纸。

实施例1

将聚酰亚胺纤维在浓度为0.1mol/L的KOH溶液中处理20min，处理结束后用水将纤维表面残余的碱溶液清洗干净，用0.05/L的乙酸对纤维进行质子化处理，处理时间1min；添加相对纤维绝干量0.1%的聚氧化乙烯、0.1的阳离子聚丙烯酰胺和5%的丁苯胶乳，通过湿法成型技术将经过改性的聚酰亚胺纤维制备成聚酰亚胺纤维原纸；通过浸渍或喷涂的方式将质量浓度为4%的聚酰胺酸溶液均匀的分布在聚酰亚胺纤维原纸的表面，将浸渍过的纸张在80℃的温度下干燥，直至溶剂完全挥发；最后将纸张在温度为260℃、压力10MPa的平板硫化机中处理1min，待聚酰胺酸的热酰亚胺化反应进行彻底后取出纸样并冷却，得到改性聚酰亚胺纤维纸。与由未经改性聚酰亚胺纤维制备的聚酰亚胺纤维纸相比，其强度性能提高了35%。

实施例2

将聚酰亚胺纤维在浓度为10mol/L的KOH溶液中处理5min，处理结束后用水将纤维表面残余的碱溶液清洗干净，用0.01mol/L的乙酸对纤维进行质子化处理，处理时间10min；添加相对纤维绝干量0.02%的聚氧化乙烯、0.5%的阳离子聚丙烯酰胺和2%的丁苯胶乳，通过湿法成型技术将经过改性的聚酰亚胺纤维制备成聚酰亚胺纤维原纸；通过浸渍或喷涂的方式将质量浓度为1%的聚酰胺酸溶液均匀的分布在聚酰亚胺纤维原纸的表面，将浸渍过的纸张在100℃的温度下干燥，直至溶剂完全挥发；最后将纸张在温度为300℃、压力1MPa的平板硫化机中处理6min，待聚酰胺酸的热酰亚胺化反应进行彻底后取出纸样并冷却，得到改性聚酰亚胺纤维纸。与由未经改性聚酰亚胺纤维制备的聚酰亚胺纤维纸相比，其强度性能提高了50%。

实施例3

将聚酰亚胺纤维在浓度为5mol/L的KOH溶液中处理60min，处理结束后用水将纤维表面残余的碱溶液清洗干净，用1mol/L的乙酸对纤维进行质子化处理，处理时间30min；添加相对纤维绝干量0.12%的聚氧化乙烯、1%的阳离子聚丙烯酰胺和10%的丁苯胶乳，通过湿法成型技术将经过改性的聚酰亚胺纤维制备成聚酰亚胺纤维原纸；通过浸渍或喷涂的方式将质量浓度为10%的聚酰胺酸溶液均匀的分布在聚酰亚胺纤维原纸的表面，将浸渍过的纸张在30℃的温度下干燥，直至溶剂完全挥发；最后将纸张在温度为150℃、压力15MPa的平板硫化机中处理10min，待聚酰胺酸的热酰亚胺化反应进行彻底后取出纸样并冷却，得到改性聚酰亚胺纤维纸。与由未经改性聚酰亚胺纤维制备的聚酰亚胺纤维纸相比，其强度性能提高了30%。

本发明的发明点：首先，用经过改性的聚酰亚胺纤维制备聚酰亚胺纤维原纸，纤维原料不同；其次，使用聚酰胺酸溶液为纤维粘结剂，通过浸渍或喷涂的方式使其均匀的分布于原纸表面，纤维粘结剂不同；再次，本发明通过热处理的方式，使聚酰胺酸与纤维表面的活性基团发生化学交联反应，提高了粘结剂对纤维的粘结作用，大幅度的提升了纸张的强度性能，纸张增强机理不同。

改性纤维的KOH浓度范围为0.1~10mol/L。浓度太小不能保证纤维表面活性基团的数量，改性效率低下；浓度太高则聚酰亚胺降解严重，纤维自身强度降低，最终导致纸张强度性能反而下降。

聚氧化乙烯用量为纤维绝干量的0.02~0.12%。用量太低时，不能很好的起到提高纤维悬浮液粘度和分散纤维的目的，纤维絮聚较严重，纸张匀度和强度差；用量太大则纸张湿法成型过程中滤水困难，也不利于提高纸张匀度和强度。

聚酰胺酸溶液的质量浓度为1~10%。质量浓度太低则不能很好的起到增加纤维间结合力的作用，强度性能提高不明显；质量浓度过高时，所得到的纸张韧性和伸缩性较差，也不利于纸张强度性能的提高。

经过聚酰胺酸溶液浸渍或喷涂处理的纸张在30~100℃的温度范围内干燥。干燥温度太低，纸张中的有机溶剂挥发缓慢且挥发不完全，不利于纸张的热压处理；温度太高则聚酰胺酸会发生降解，不利于纸张强度性能的提高。

用平板硫化机对纸张进行热压处理时其压力范围为1~15MPa。压力太小时，所得纸张结构疏松，紧度较小，不利于强度性能的提高；压力过大时，纤维间结合力过大，限制了纤维的相对移动，不利于纸张韧性和强度的提高。

Claims

1.一种改性聚酰亚胺纤维纸的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

步骤1：将聚酰亚胺纤维进行碱溶液改性；

2.根据权利要求1所述的改性聚酰亚胺纤维纸的制备方法，其特征在于，所述的步骤1中的碱溶液改性，具体按照以下步骤实施：在浓度为0.1~10mol/L的KOH溶液中处理5~60min，处理结束后用水将纤维表面残余的碱溶液清洗干净，用0.01~1mol/L的乙酸对纤维进行质子化处理，处理时间1~30min。

3.根据权利要求1所述的改性聚酰亚胺纤维纸的制备方法，其特征在于，所述的步骤2中的聚氧化乙烯的添加量为相对聚酰亚胺纤维绝干量的0.02~0.12%。

4.根据权利要求1所述的改性聚酰亚胺纤维纸的制备方法，其特征在于，所述的步骤2中的阳离子聚丙烯酰胺的添加量为相对聚酰亚胺纤维绝干量的0.1~1%。

5.根据权利要求1所述的改性聚酰亚胺纤维纸的制备方法，其特征在于，所述的步骤2中的丁苯胶乳添加量为相对聚酰亚胺纤维绝干量的2~10%。

6.根据权利要求1所述的改性聚酰亚胺纤维纸的制备方法，其特征在于，所述的步骤3中的聚酰胺酸溶液的质量浓度为1~10%。

7.根据权利要求1所述的改性聚酰亚胺纤维纸的制备方法，其特征在于，所述的步骤4中将纸张在平板硫化机中处理，温度为150~300℃，压力为1~15MPa，时间为1~10min。