CN108316038B - 一种利用回用对位芳纶纸制备水分散芳纶纳米纤维的方法 - Google Patents

一种利用回用对位芳纶纸制备水分散芳纶纳米纤维的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用回用对位芳纶纸制备水分散芳纶纳米纤维的方法，利用磷酸溶液协同超声处理热压过后具有高强高模的芳纶损纸，再通过DMSO/KOH体系制备芳纶纳米纤维，制得的芳纶纳米纤维直径小、长径比大、表面活性高、耐热性能优异，同时也可以均匀地分散于水相体系。本发明解决了目前对位芳纶纸生产过程中产生的热压损纸只能当作废弃物通过填埋处理，造成资源浪费；或者单纯采用机械处理芳纶损纸能耗大、纤维均一性较差、体系中仍然残留未完全解离的芳纶损纸片或纤维束，不利于回用处理等问题。

Description

一种利用回用对位芳纶纸制备水分散芳纶纳米纤维的方法
技术领域
本发明属于聚合物纳米材料领域，具体涉及一种利用回用对位芳纶纸制备水分散芳纶纳米纤维的方法。
背景技术
对位芳纶纤维(PPTA)是一种高强度、高模量、绝缘性和耐高温性能优异的高性能合成纤维，是防护和增强材料的理想原料。对位芳纶纸是利用对位芳纶短切纤维和对位芳纶浆粕纤维为原料通过湿法造纸抄造成形并经过热压工艺制备而成。在对位芳纶纸中，短切纤维作为骨架材料，均匀分散在纸张中，决定着纸张的物理强度和机械结构；芳纶浆粕作为填充和粘结材料，在热压过程中受热软化，通过黏结短切纤维及自身的黏结作用形成纸张整体力学结构，赋予纸张整体强度和性能。芳纶纸具有优异的机械性能、介电性能、化学稳定性以及灵活的可加工性，广泛应用于耐高温绝缘材料、高强轻量化蜂窝结构材料和电子通讯器材等领域，已成为航空航天、国防、电子通讯、化工石油和海洋开发等领域中的重要材料。
可持续发展是当今社会和经济发展需要考虑的重要因素。在聚合物领域，由于聚合物的不可降解或降解选择性差等问题会导致大量聚合物废弃物产生。通常，聚合物降解条件非常苛刻，如高温、高压等，最终导致得到的原始单体收率低。如何将废弃的聚合物降解为原始单体是一项极具挑战性的难题。众所周知，对位芳纶纸湿纸成形后得到的芳纶原纸强度很低，因此需要热压工艺来提升纸页各项性能。芳纶纸在热压过程中，温度和应力作用迫使纤维分子间距离缩短，且沿着一定方向规整排列而排入晶区，纤维结晶度均得到提高，因而热压光后芳纶纸纤维大分子间的键合更加牢固，所得到的芳纶纸具有更高的机械强度。芳对位纶纸在生产过程以及热压过程中难以避免会产生大量的损纸。尤其是热压后的芳纶纸具有很高的强度，无法通过水力碎浆机等常规设备处理使其发生纤维解离，达到再次回用的目的。另外，对位芳纶纤维只能溶于浓硫酸的特性，也限制了其通过溶剂溶解达到回用的目的。因此，对位芳纶纸生产过程中产生的热压后损纸目前仍没有一个高效且高附加值的回用方法，只能当作废弃物通过填埋，造成了极大的资源浪费。
针对此问题，目前主要的解决思路是利用高剪切粉碎机进行粉碎预处理，再利用高压喷射(喷射压力达70～300MPa、喷射速度为300～900m/s)处理，得到芳纶短纤维或浆粕状芳纶纤维。(专利号201380057305.X)。但是，此方法单一采用机械处理能耗大、得到的对位芳纶纤维均一性较差、且体系中仍然残留未完全解离的芳纶损纸片或纤维束，不利于回用处理。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用回用对位芳纶纸制备水分散芳纶纳米纤维的方法，以克服上述现有技术存在的缺陷，本发明对位芳纶纸回用得到的产物性能优异、附加值高，可作为一种新型的构建宏观复合材料的“构筑增强单元”，不仅可作为芳纶纸增强材料，而且在复合材料、生物、医学、电子电气绝缘、能源等领域也具有广阔的应用前景。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种利用回用对位芳纶纸制备水分散芳纶纳米纤维的方法，包括以下步骤：
(1)将对位芳纶损纸碎解成芳纶损纸碎片；
(2)将步骤(1)中得到的芳纶损纸碎片置于磷酸溶液中通过超声波处理，利用去离子水洗净烘干，得到磷酸超声协同处理后的芳纶损纸碎片；
(3)将步骤(2)中得到的磷酸超声协同处理后的芳纶损纸碎片、氢氧化钾、二甲基亚砜置于容器中，搅拌分散，得到分散于KOH/DMSO体系下的芳纶纳米纤维分散液；
(4)将步骤(3)中得到的分散于KOH/DMSO体系下的芳纶纳米纤维分散液，在搅拌作用下，向其高压注射去离子水，得到分散于KOH/DMSO/H2O混合体系中的芳纶纳米纤维；
(5)将步骤(4)中得到的分散于KOH/DMSO/H2O混合体系中的芳纶纳米纤维通过真空抽滤，得到芳纶纳米纤维前驱体；
(6)将步骤(5)中得到的芳纶纳米纤维前驱体通过无水乙醇和去离子水反复洗涤，得到胶体状芳纶纳米纤维；
(7)将步骤(6)中得到的胶体状芳纶纳米纤维在搅拌作用下分散于去离子水中，得到水分散的芳纶纳米纤维。
进一步地，步骤(1)中的对位芳纶损纸原料包括对位芳纶短切纤维和对位芳纶浆粕纤维，或对位芳纶短切纤维和对位芳纶沉析纤维，或对位芳纶短切纤维、对位芳纶沉析纤维和对位芳纶浆粕纤维。
进一步地，步骤(1)中的对位芳纶损纸是经过热压机热压过的损纸，热压条件为：热压线压力30～180kN/m，热压温度220～300℃；热压辊速1.5～10m/min，热压次数1～5次；步骤(1)中碎解时质量浓度为1.5～8.0％，得到的芳纶损纸碎片规格长度不超过5cm。
进一步地，步骤(2)中所述的磷酸溶液浓度为10～40％，芳纶损纸碎片置于磷酸溶液中后，纸浆浓度为1.5～10％；步骤(2)中超声波处理具体为：功率300～1500W、超声时间为10～80min。
进一步地，步骤(3)中磷酸超声协同处理后的芳纶损纸碎片、氢氧化钾和二甲基亚砜比例为(0.5～1.0g)：1.5g：500mL；搅拌分散具体为：在密封条件下室温下搅拌5～7天。
进一步地，步骤(4)中搅拌转速为600～3000rpm；所述的高压注射是利用不锈钢高压射流泵，射流压力为5～15MPa，射流速度为0.2～2.0mL/s；其中，射流去离子水与芳纶损纸碎片的质量比为1:1～5:1。
进一步地，步骤(5)中真空抽滤采用的滤膜为200～500目尼龙滤膜。
进一步地，步骤(6)中洗涤用无水乙醇的体积与芳纶纳米纤维前驱体质量的比为1mL:5mg～1mL:2mg；所述洗涤用去离子水与芳纶纳米纤维前驱体的质量比为10:1～5:1。
进一步地，步骤(7)中搅拌转数为500～2500rpm，搅拌时间30～180min。
进一步地，步骤(7)中分散浓度为0.5～5mg/mL。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明利用磷酸溶液协同超声处理热压过后具有高强高模的芳纶损纸，使得芳纶纸在化学耦合机械作用下更容易发生纤维之间的解离，提高后续处理的接触面积，加快反应进程；本发明提出的以芳纶损纸为原料利用DMSO/KOH体系制备芳纶纳米纤维，制得的芳纶纳米纤维不仅具有直径小、长径比大、表面活性高、耐热性能优异等特点，而且还可以分散于水相体系，极大地拓展了其应用领域。芳纶纳米纤维由于具有独特的纳米尺度结构、大的长径比和比表面积、同时又保留了芳纶宏观纤维优异的力学性能和耐温性能，为其带来常规化学纤维无法实现的机械性能、电性能和光学性能，使其成为一种新型的构建宏观复合材料的“构筑单元”，起着重要的界面增强作用。本发明解决了目前对位芳纶纸生产过程中产生的热压损纸只能当作废弃物通过填埋，造成资源浪费；或者单纯采用机械处理芳纶损纸能耗大、纤维均一性较差、体系中仍然残留未完全解离的芳纶损纸片或纤维束，不利于回用处理等问题。
本发明提出的对位芳纶纸回用方法得到的产物性能优异、附加值高，可作为一种新型的构建宏观复合材料的“构筑增强单元”，不仅可作为芳纶纸增强材料，而且在复合材料、生物、医学、电子电气绝缘、能源等领域也具有广阔的应用前景。
附图说明
图1是本发明制备工艺流程图；
图2是本发明实施例6得到的水分散芳纶纳米纤维SEM图像。
具体实施方式
下面对本发明的实施方式做进一步详细描述：
一种对位芳纶纸回用方法及利用其制备的水分散芳纶纳米纤维，包括以下制备步骤：
(1)将对位芳纶损纸碎解成芳纶损纸碎片；
其中，对位芳纶损纸原料包括对位芳纶短切纤维和对位芳纶浆粕纤维，或对位芳纶短切纤维和对位芳纶沉析纤维，或对位芳纶短切纤维、对位芳纶沉析纤维和对位芳纶浆粕纤维；对位芳纶损纸是经过热压机热压过的损纸，热压条件为：热压线压力30～180kN/m，热压温度220～300℃；热压辊速1.5～10m/min，热压次数1～5次；碎解时的质量浓度为1.5～8.0％，得到的芳纶损纸碎片规格长度不超过5cm，优选为1～3cm；
(2)将步骤(1)中得到的芳纶损纸碎片置于磷酸溶液中通过超声波处理，得到磷酸超声协同处理后的芳纶损纸碎片，利用去离子水洗净烘干；
其中，磷酸溶液浓度为10～40％、纸浆浓度为1.5～10％；所述超声条件为：功率300～1500W、超声时间为10～80min；
(3)将步骤(2)中得到的磷酸超声协同处理后的芳纶损纸碎片、氢氧化钾(KOH)、二甲基亚砜(DMSO)置于容器中，搅拌分散，得到分散于KOH/DMSO体系下的芳纶纳米纤维；
其中，磷酸超声协同处理后的芳纶损纸碎片、KOH和DMSO比例为(0.5～1.0g)：1.5g：500ml；搅拌具体为：在密封条件下室温下搅拌5～7天；
(4)将步骤(3)中得到的分散于KOH/DMSO体系下的芳纶纳米纤维分散液，在搅拌作用下，向其高压注射去离子水，得到分散于KOH/DMSO/H2O混合体系中的芳纶纳米纤维；
其中，搅拌作用为高剪切力搅拌，搅拌转速为600～3000rpm；所述的高压注射是利用不锈钢高压射流泵，射流压力为5～15MPa，射流速度为0.2～2.0ml/s；所述的射流去离子水与芳纶损纸碎片的质量比为1:1～5:1；
(5)将步骤(4)中得到的分散于KOH/DMSO/H2O混合体系中的芳纶纳米纤维通过真空抽滤，得到芳纶纳米纤维前驱体；
其中，真空抽滤采用的滤膜为200～500目尼龙滤膜；
(6)将步骤(5)中得到的芳纶纳米纤维前驱体通过无水乙醇和去离子水反复洗涤，得到胶体状芳纶纳米纤维；
其中，洗涤用无水乙醇的体积与芳纶纳米纤维前驱体质量的比为1ml:5mg～1ml:2mg，洗涤次数为3～5次；所述洗涤用去离子水与芳纶纳米纤维前驱体的质量比为10:1～5:1；
(7)将步骤(6)中得到的胶体状芳纶纳米纤维在搅拌作用下分散于去离子水中，得到均一透明的水分散的芳纶纳米纤维；
其中，搅拌转数为500～2500rpm，搅拌时间30～180min，分散浓度为0.5～5mg/ml。
下面结合实施例对本发明做进一步详细描述：
实施例1
本实施例的一种利用回用对位芳纶纸制备水分散芳纶纳米纤维的方法，具体制备步骤如下：
(1)将原料包含芳纶短切纤维和对位芳纶浆粕纤维，经过以下热压条件：线压力30kN/m、热压温度220℃、热压辊速1.5m/min、热压次数1次热压过的芳纶纸，利用水力碎浆机进行碎解，碎解时质量浓度1.5％，得到的芳纶损纸碎片规格长度为1～3cm；
(2)将步骤(1)中得到的芳纶损纸碎片置于10％的磷酸溶液，调整纸浆质量浓度为1.5％，利用超声波处理，超声条件为：功率300W、超声时间为80min，超声结束后利用去离子水洗净干燥；
(3)将步骤(2)中得到的磷酸超声协同处理后的芳纶损纸碎片0.5g、氢氧化钾(KOH)1.5g、二甲基亚砜(DMSO)500ml置于容器中，在密封条件下室温下搅拌7天，得到分散于KOH/DMSO体系下的芳纶纳米纤维；
(4)将步骤(3)中得到的分散于KOH/DMSO体系下的芳纶纳米纤维分散液，在转速为600rpm搅拌作用下，向其高压注射去离子水，去离子水与芳纶损纸碎片的质量比为1:1，射流压力为5MPa，射流速度为0.2ml/s，得到分散于KOH/DMSO/H2O混合体系中的芳纶纳米纤维；
(5)将步骤(4)中得到的分散于KOH/DMSO/H2O混合体系中的芳纶纳米纤维通过200目的尼龙滤膜真空抽滤，得到芳纶纳米纤维前驱体；
(6)将步骤(5)中得到的芳纶纳米纤维前驱体通过无水乙醇和去离子水分别反复洗涤3次，每次洗涤所需无水乙醇的体积与芳纶纳米纤维前驱体质量的比为1ml:5mg，所需去离子水与芳纶纳米纤维前驱体的质量比为10:1，得到胶体状芳纶纳米纤维；
(7)将步骤(6)中得到的胶体状芳纶纳米纤维在500rpm的搅拌作用下，搅拌150min分散于去离子水中，分散浓度控制在0.5mg/ml，得到均一透明的水分散的芳纶纳米纤维。
实施例2
本实施例的一种利用回用对位芳纶纸制备水分散芳纶纳米纤维的方法，具体制备步骤如下：
(1)将原料包含芳纶短切纤维和对位芳纶沉析纤维，经过以下热压条件：线压力50kN/m、热压温度230℃、热压辊速2.0m/min、热压次数2次热压过的芳纶纸，利用水力碎浆机进行碎解，碎解时质量浓度2.5％，得到的芳纶损纸碎片规格长度为1～3cm；
(2)将步骤(1)中得到的芳纶损纸碎片置于15％的磷酸溶液，调整纸浆质量浓度为2.5％，利用超声波处理，超声条件为：功率500W、超声时间为70min，超声结束后利用去离子水洗净干燥；
(3)将步骤(2)中得到的磷酸超声协同处理后的芳纶损纸碎片0.7g、氢氧化钾(KOH)1.5g、二甲基亚砜(DMSO)500ml置于容器中，在密封条件下室温下搅拌6天，得到分散于KOH/DMSO体系下的芳纶纳米纤维；
(4)将步骤(3)中得到的分散于KOH/DMSO体系下的芳纶纳米纤维分散液，在转速为1000rpm搅拌作用下，向其高压注射去离子水，去离子水与芳纶损纸碎片的质量比为1.5:1，射流压力为7.5MPa，射流速度为0.3ml/s，得到分散于KOH/DMSO/H2O混合体系中的芳纶纳米纤维；
(5)将步骤(4)中得到的分散于KOH/DMSO/H2O混合体系中的芳纶纳米纤维通过250目的尼龙滤膜真空抽滤，得到芳纶纳米纤维前驱体；
(6)将步骤(5)中得到的芳纶纳米纤维前驱体通过无水乙醇和去离子水分别反复洗涤4次，每次洗涤所需无水乙醇的体积与芳纶纳米纤维前驱体质量的比为1ml:4mg，所需去离子水与芳纶纳米纤维前驱体的质量比为9:1，得到胶体状芳纶纳米纤维；
(7)将步骤(6)中得到的胶体状芳纶纳米纤维在800rpm的搅拌作用下，搅拌120min分散于去离子水中，分散浓度控制在1.0mg/ml，得到均一透明的水分散的芳纶纳米纤维。
实施例3
本实施例的一种利用回用对位芳纶纸制备水分散芳纶纳米纤维的方法，具体制备步骤如下：
(1)将原料包含芳纶短切纤维、对位芳纶浆粕纤维和对位芳纶沉析纤维，经过以下热压条件：线压力80kN/m、热压温度240℃、热压辊速3.0m/min、热压次数2次热压过的芳纶纸，利用水力碎浆机进行碎解，碎解时质量浓度3.5％，得到的芳纶损纸碎片规格长度为1～3cm；
(2)将步骤(1)中得到的芳纶损纸碎片置于20％的磷酸溶液，调整纸浆质量浓度为3.5％，利用超声波处理，超声条件为：功率700W、超声时间为60min，超声结束后利用去离子水洗净干燥；
(3)将步骤(2)中得到的磷酸超声协同处理后的芳纶损纸碎片1.0g、氢氧化钾(KOH)1.5g、二甲基亚砜(DMSO)500ml置于容器中，在密封条件下室温下搅拌6天，得到分散于KOH/DMSO体系下的芳纶纳米纤维；
(4)将步骤(3)中得到的分散于KOH/DMSO体系下的芳纶纳米纤维分散液，在转速为1500rpm搅拌作用下，向其高压注射去离子水，去离子水与芳纶损纸碎片的质量比为2:1，射流压力为7MPa，射流速度为0.8ml/s，得到分散于KOH/DMSO/H2O混合体系中的芳纶纳米纤维；
(5)将步骤(4)中得到的分散于KOH/DMSO/H2O混合体系中的芳纶纳米纤维通过300目的尼龙滤膜真空抽滤，得到芳纶纳米纤维前驱体；
(6)将步骤(5)中得到的芳纶纳米纤维前驱体通过无水乙醇和去离子水分别反复洗涤3次，每次洗涤所需无水乙醇的体积与芳纶纳米纤维前驱体质量的比为1ml:3.5mg，所需去离子水与芳纶纳米纤维前驱体的质量比为8:1，得到胶体状芳纶纳米纤维；
(7)将步骤(6)中得到的胶体状芳纶纳米纤维在1000rpm的搅拌作用下，搅拌90min分散于去离子水中，分散浓度控制在1.5mg/ml，得到均一透明的水分散的芳纶纳米纤维。
实施例4
本实施例的一种利用回用对位芳纶纸制备水分散芳纶纳米纤维的方法，具体制备步骤如下：
(1)将原料包含芳纶短切纤维和对位芳纶浆粕纤维，经过以下热压条件：线压力100kN/m、热压温度250℃、热压辊速4m/min、热压次数3次热压过的芳纶纸，利用水力碎浆机进行碎解，碎解时质量浓度4.0％，得到的芳纶损纸碎片规格长度为1～3cm；
(2)将步骤(1)中得到的芳纶损纸碎片置于25％的磷酸溶液，调整纸浆质量浓度为4.0％，利用超声波处理，超声条件为：功率800W、超声时间为50min，超声结束后利用去离子水洗净干燥；
(3)将步骤(2)中得到的磷酸超声协同处理后的芳纶损纸碎片1.0g、氢氧化钾(KOH)1.5g、二甲基亚砜(DMSO)500ml置于容器中，在密封条件下室温下搅拌5天，得到分散于KOH/DMSO体系下的芳纶纳米纤维；
(4)将步骤(3)中得到的分散于KOH/DMSO体系下的芳纶纳米纤维分散液，在转速为2000rpm搅拌作用下，向其高压注射去离子水，去离子水与芳纶损纸碎片的质量比为2.5:1，射流压力为8MPa，射流速度为1.0ml/s，得到分散于KOH/DMSO/H2O混合体系中的芳纶纳米纤维；
(5)将步骤(4)中得到的分散于KOH/DMSO/H2O混合体系中的芳纶纳米纤维通过400目的尼龙滤膜真空抽滤，得到芳纶纳米纤维前驱体；
(6)将步骤(5)中得到的芳纶纳米纤维前驱体通过无水乙醇和去离子水分别反复洗涤5次，每次洗涤所需无水乙醇的体积与芳纶纳米纤维前驱体质量的比为1ml:4mg，所需去离子水与芳纶纳米纤维前驱体的质量比为7:1，得到胶体状芳纶纳米纤维；
(7)将步骤(6)中得到的胶体状芳纶纳米纤维在1300rpm的搅拌作用下，搅拌70min分散于去离子水中，分散浓度控制在2.0mg/ml，得到均一透明的水分散的芳纶纳米纤维。
实施例5
本实施例的一种利用回用对位芳纶纸制备水分散芳纶纳米纤维的方法，具体制备步骤如下：
(1)将原料包含芳纶短切纤维和对位芳纶沉析纤维，经过以下热压条件：线压力120kN/m、热压温度260℃、热压辊速5m/min、热压次数3次热压过的芳纶纸，利用水力碎浆机进行碎解，碎解时质量浓度5.0％，得到的芳纶损纸碎片规格长度为1～3cm；
(2)将步骤(1)中得到的芳纶损纸碎片置于30％的磷酸溶液，调整纸浆质量浓度为5.0％，利用超声波处理，超声条件为：功率900W、超声时间为45min，超声结束后利用去离子水洗净干燥；
(3)将步骤(2)中得到的磷酸超声协同处理后的芳纶损纸碎片1.0g、氢氧化钾(KOH)1.5g、二甲基亚砜(DMSO)500ml置于容器中，在密封条件下室温下搅拌5天，得到分散于KOH/DMSO体系下的芳纶纳米纤维；
(4)将步骤(3)中得到的分散于KOH/DMSO体系下的芳纶纳米纤维分散液，在转速为2200rpm搅拌作用下，向其高压注射去离子水，去离子水与芳纶损纸碎片的质量比为3:1，射流压力为10MPa，射流速度为1.2ml/s，得到分散于KOH/DMSO/H2O混合体系中的芳纶纳米纤维；
(5)将步骤(4)中得到的分散于KOH/DMSO/H2O混合体系中的芳纶纳米纤维通过400目的尼龙滤膜真空抽滤，得到芳纶纳米纤维前驱体；
(6)将步骤(5)中得到的芳纶纳米纤维前驱体通过无水乙醇和去离子水分别反复洗涤4次，每次洗涤所需无水乙醇的体积与芳纶纳米纤维前驱体质量的比为1ml:3.5mg，所需去离子水与芳纶纳米纤维前驱体的质量比为6:1，得到胶体状芳纶纳米纤维；
(7)将步骤(6)中得到的胶体状芳纶纳米纤维在1800rpm的搅拌作用下，搅拌50min分散于去离子水中，分散浓度控制在2.5mg/ml，得到均一透明的水分散的芳纶纳米纤维。
实施例6
本实施例的一种利用回用对位芳纶纸制备水分散芳纶纳米纤维的方法，具体制备步骤如下：
(1)将原料包含芳纶短切纤维、对位芳纶浆粕纤维和对位芳纶沉析纤维，经过以下热压条件：线压力140kN/m、热压温度270℃、热压辊速6m/min、热压次数2次热压过的芳纶纸，利用水力碎浆机进行碎解，碎解时质量浓度6.0％，得到的芳纶损纸碎片规格长度为1～3cm；
(2)将步骤(1)中得到的芳纶损纸碎片置于30％的磷酸溶液，调整纸浆质量浓度为6％，利用超声波处理，超声条件为：功率1000W、超声时间为40min，超声结束后利用去离子水洗净干燥；
(3)将步骤(2)中得到的磷酸超声协同处理后的芳纶损纸碎片1.0g、氢氧化钾(KOH)1.5g、二甲基亚砜(DMSO)500ml置于容器中，在密封条件下室温下搅拌5天，得到分散于KOH/DMSO体系下的芳纶纳米纤维；
(4)将步骤(3)中得到的分散于KOH/DMSO体系下的芳纶纳米纤维分散液，在转速为2500rpm搅拌作用下，向其高压注射去离子水，去离子水与芳纶损纸碎片的质量比为3.5:1，射流压力为12MPa，射流速度为1.5ml/s，得到分散于KOH/DMSO/H2O混合体系中的芳纶纳米纤维；
(5)将步骤(4)中得到的分散于KOH/DMSO/H2O混合体系中的芳纶纳米纤维通过450目的尼龙滤膜真空抽滤，得到芳纶纳米纤维前驱体；
(6)将步骤(5)中得到的芳纶纳米纤维前驱体通过无水乙醇和去离子水分别反复洗涤5次，每次洗涤所需无水乙醇的体积与芳纶纳米纤维前驱体质量的比为1ml:2.5mg，所需去离子水与芳纶纳米纤维前驱体的质量比为7:1，得到胶体状芳纶纳米纤维；
(7)将步骤(6)中得到的胶体状芳纶纳米纤维在2000rpm的搅拌作用下，搅拌45min分散于去离子水中，分散浓度控制在3.0mg/ml，得到均一透明的水分散的芳纶纳米纤维。
实施例7
本实施例的一种利用回用对位芳纶纸制备水分散芳纶纳米纤维的方法，具体制备步骤如下：
(1)将原料包含芳纶短切纤维和对位芳纶浆粕纤维，经过以下热压条件：线压力150kN/m、热压温度280℃、热压辊速8m/min、热压次数4次热压过的芳纶纸，利用水力碎浆机进行碎解，碎解质量浓度6.0％，得到的芳纶损纸碎片规格长度为1～3cm；
(2)将步骤(1)中得到的芳纶损纸碎片置于30％的磷酸溶液，调整纸浆质量浓度为8％，利用超声波处理，超声条件为：功率1500W、超声时间为20min，超声结束后利用去离子水洗净干燥；
(3)将步骤(2)中得到的磷酸超声协同处理后的芳纶损纸碎片1.0g、氢氧化钾(KOH)1.5g、二甲基亚砜(DMSO)500ml置于容器中，在密封条件下室温下搅拌6天，得到分散于KOH/DMSO体系下的芳纶纳米纤维；
(4)将步骤(3)中得到的分散于KOH/DMSO体系下的芳纶纳米纤维分散液，在转速为2800rpm搅拌作用下，向其高压注射去离子水，去离子水与芳纶损纸碎片的质量比为4:1，射流压力为13MPa，射流速度为1.7ml/s，得到分散于KOH/DMSO/H2O混合体系中的芳纶纳米纤维；
(5)将步骤(4)中得到的分散于KOH/DMSO/H2O混合体系中的芳纶纳米纤维通过500目的尼龙滤膜真空抽滤，得到芳纶纳米纤维前驱体；
(6)将步骤(5)中得到的芳纶纳米纤维前驱体通过无水乙醇和去离子水分别反复洗涤4次，每次洗涤所需无水乙醇的体积与芳纶纳米纤维前驱体质量的比为1ml:2mg，所需去离子水与芳纶纳米纤维前驱体的质量比为6:1，得到胶体状芳纶纳米纤维；
(7)将步骤(6)中得到的芳纶纳米纤维在2300rpm的搅拌作用下，搅拌40min分散于去离子水中，分散浓度控制在4.0mg/ml，得到均一透明的水分散的芳纶纳米纤维。
实施例8
本实施例的一种利用回用对位芳纶纸制备水分散芳纶纳米纤维的方法，具体制备步骤如下：
(1)将原料包含芳纶短切纤维和对位芳纶浆粕纤维，经过以下热压条件：线压力180kN/m、热压温度300℃、热压辊速10m/min、热压次数5次热压过的芳纶纸，利用水力碎浆机进行碎解，碎解时质量浓度8.0％，得到的芳纶损纸碎片规格长度为1～3cm；
(2)将步骤(1)中得到的芳纶损纸碎片置于40％的磷酸溶液，调整纸浆质量浓度为10.0％，利用超声波处理，超声条件为：功率1800W、超声时间为10min，超声结束后利用去离子水洗净干燥；
(3)将步骤(2)中得到的磷酸超声协同处理后的芳纶损纸碎片1.0g、氢氧化钾(KOH)1.5g、二甲基亚砜(DMSO)500ml置于容器中，在密封条件下室温下搅拌5天，得到分散于KOH/DMSO体系下的芳纶纳米纤维；
(4)将步骤(3)中得到的分散于KOH/DMSO体系下的芳纶纳米纤维分散液，在转速为3000rpm搅拌作用下，向其高压注射去离子水，去离子水与芳纶损纸碎片的质量比为5:1，射流压力为15MPa，射流速度为2ml/s，得到分散于KOH/DMSO/H2O混合体系中的芳纶纳米纤维；
(5)将步骤(4)中得到的分散于KOH/DMSO/H2O混合体系中的芳纶纳米纤维通过500目的尼龙滤膜真空抽滤，得到芳纶纳米纤维前驱体；
(6)将步骤(5)中得到的芳纶纳米纤维前驱体通过无水乙醇和去离子水分别反复洗涤5次，每次洗涤所需无水乙醇的体积与芳纶纳米纤维前驱体质量的比为1ml:2mg，所需去离子水与芳纶纳米纤维前驱体的质量比为5:1，得到胶体状芳纶纳米纤维；
(7)将步骤(6)中得到的芳纶纳米纤维在2500rpm的搅拌作用下，搅拌30min分散于去离子水中，分散浓度控制在5.0mg/ml，得到均一透明的水分散的芳纶纳米纤维。
对本发明实施例6制得的芳纶纳米纤维进行检测表征，直径为19.0±2.1nm，结晶度80％，TG10％520℃。本发明利用磷酸溶液协同超声处理热压过后具有高强高模的芳纶损纸，再通过DMSO/KOH体系制备芳纶纳米纤维，制得的芳纶纳米纤维直径小、长径比大、表面活性高、耐热性能优异、成膜强度高，且可以均匀分散于水相体系中，极大地拓展了其应用领域。本发明解决了目前对位芳纶纸生产过程中产生的热压损纸只能当作废弃物通过填埋处理，造成资源浪费；或者单纯采用机械处理芳纶损纸能耗大、纤维均一性较差、体系中仍然残留大量未完全解离的芳纶损纸片或纤维束，不利于回用处理等问题。

Claims (9)

1.一种利用回用对位芳纶纸制备水分散芳纶纳米纤维的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将对位芳纶损纸碎解成芳纶损纸碎片；
(2)将步骤(1)中得到的芳纶损纸碎片置于磷酸溶液中通过超声波处理，利用去离子水洗净烘干，得到磷酸超声协同处理后的芳纶损纸碎片；所述的磷酸溶液浓度为10～40％，芳纶损纸碎片置于磷酸溶液中后，纸浆浓度为1.5～10％；所述超声波处理具体为：功率300～1500W、超声时间为10～80min；
(3)将步骤(2)中得到的磷酸超声协同处理后的芳纶损纸碎片、氢氧化钾、二甲基亚砜置于容器中，搅拌分散，得到分散于KOH/DMSO体系下的芳纶纳米纤维分散液；磷酸超声协同处理后的芳纶损纸碎片、氢氧化钾和二甲基亚砜比例为(0.5～1.0g)：1.5g：500mL；
(4)将步骤(3)中得到的分散于KOH/DMSO体系下的芳纶纳米纤维分散液，在搅拌作用下，向其高压注射去离子水，得到分散于KOH/DMSO/H2O混合体系中的芳纶纳米纤维；
(5)将步骤(4)中得到的分散于KOH/DMSO/H2O混合体系中的芳纶纳米纤维通过真空抽滤，得到芳纶纳米纤维前驱体；
(6)将步骤(5)中得到的芳纶纳米纤维前驱体通过无水乙醇和去离子水反复洗涤，得到胶体状芳纶纳米纤维；
(7)将步骤(6)中得到的胶体状芳纶纳米纤维在搅拌作用下分散于去离子水中，得到水分散的芳纶纳米纤维。
2.根据权利要求1所述的一种利用回用对位芳纶纸制备水分散芳纶纳米纤维的方法，其特征在于，步骤(1)中的对位芳纶损纸原料包括对位芳纶短切纤维和对位芳纶浆粕纤维，或对位芳纶短切纤维和对位芳纶沉析纤维，或对位芳纶短切纤维、对位芳纶沉析纤维和对位芳纶浆粕纤维。
3.根据权利要求1所述的一种利用回用对位芳纶纸制备水分散芳纶纳米纤维的方法，其特征在于，步骤(1)中的对位芳纶损纸是经过热压机热压过的损纸，热压条件为：热压线压力30～180kN/m，热压温度220～300℃；热压辊速1.5～10m/min，热压次数1～5次；步骤(1)中碎解时质量浓度为1.5～8.0％，得到的芳纶损纸碎片规格长度不超过5cm。
4.根据权利要求1所述的一种利用回用对位芳纶纸制备水分散芳纶纳米纤维的方法，其特征在于，步骤(3)中搅拌分散具体为：在密封条件下室温下搅拌5～7天。
5.根据权利要求1所述的一种利用回用对位芳纶纸制备水分散芳纶纳米纤维的方法，其特征在于，步骤(4)中搅拌转速为600～3000rpm；所述的高压注射是利用不锈钢高压射流泵，射流压力为5～15MPa，射流速度为0.2～2.0mL/s；其中，射流去离子水与芳纶损纸碎片的质量比为1:1～5:1。
6.根据权利要求1所述的一种利用回用对位芳纶纸制备水分散芳纶纳米纤维的方法，其特征在于，步骤(5)中真空抽滤采用的滤膜为200～500目尼龙滤膜。
7.根据权利要求1所述的一种利用回用对位芳纶纸制备水分散芳纶纳米纤维的方法，其特征在于，步骤(6)中洗涤用无水乙醇的体积与芳纶纳米纤维前驱体质量的比为1mL:5mg～1mL:2mg；所述洗涤用去离子水与芳纶纳米纤维前驱体的质量比为10:1～5:1。
8.根据权利要求1所述的一种利用回用对位芳纶纸制备水分散芳纶纳米纤维的方法，其特征在于，步骤(7)中搅拌转数为500～2500rpm，搅拌时间30～180min。
9.根据权利要求1所述的一种利用回用对位芳纶纸制备水分散芳纶纳米纤维的方法，其特征在于，步骤(7)中分散浓度为0.5～5mg/mL。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN110004712B (zh) * 2019-04-08 2021-09-07 上海电力学院 一种基于凯夫拉纳米纤维的高强度导热膜的制备方法
CN110055797B (zh) * 2019-04-25 2021-08-10 陕西科技大学 一种制备芳纶纳米纤维的方法
CN110106737B (zh) * 2019-06-10 2022-01-14 陕西科技大学 一种芳纶纳米纤维/云母复合绝缘纸的制备方法
CN111235944B (zh) * 2020-02-17 2022-05-20 陕西科技大学 一种芳纶纳米纤维涂布芳纶纸及其制备方法
JP7373430B2 (ja) * 2020-02-21 2023-11-02 デュポン帝人アドバンスドペーパー株式会社 再生アラミド紙の製造方法
CN112227062A (zh) * 2020-10-14 2021-01-15 天津科技大学 一种超声辅助磷酸对对位芳纶纤维的亲水改性方法
CN113001821B (zh) * 2021-02-08 2023-10-13 中化高性能纤维材料有限公司 超滤膜中的芳纶支撑管的回收方法和再利用方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1191397C (zh) * 2003-06-05 2005-03-02 上海依极科技有限公司 一种芳纶浆粕的制造方法
CN100593594C (zh) * 2008-04-01 2010-03-10 上海依极科技有限公司 由芳纶废料生产芳纶浆粕的方法
CN102373639A (zh) * 2010-08-09 2012-03-14 烟台氨纶集团有限公司 废旧芳纶纸的回收利用方法
US10160833B2 (en) * 2012-04-26 2018-12-25 The Regents Of The University Of Michigan Synthesis and use of aramid nanofibers
JP6065315B2 (ja) * 2013-01-09 2017-01-25 デュポン帝人アドバンスドペーパー株式会社 抄紙用原料の製造方法、得られた抄紙用原料、及び該原料を使用した耐熱性電気絶縁シート材料
CN106977763B (zh) * 2017-04-20 2019-10-08 哈尔滨工业大学 一种芳纶纳米纤维气凝胶的制备方法

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