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一種超高分子量聚乙烯纖維紙的制備方法與流程

文檔序號:12348712閱讀:738來源:國知局
本發(fā)明涉及一種超高分子量聚乙烯纖維紙的制備方法,具體屬于造紙
技術(shù)領(lǐng)域
。
背景技術(shù)
:超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纖維外觀為白色,具有強度高、模量高、質(zhì)量輕、化學(xué)穩(wěn)定性好、耐光性好、耐低溫、使用壽命長等許多優(yōu)異的性能,還具有良好的耐化學(xué)腐蝕、比能量吸收高、電磁波透射率高、摩擦系數(shù)低、優(yōu)良的耐沖擊和抗切割性能,以及不吸水、與生物相容性好等特點,并且是所有高強高模纖維中密度最小的纖維,也是唯一一種能夠在水面上漂浮的高性能纖維,具有優(yōu)秀的物理機械性能。其比強度是目前在使用的纖維中最高的,比對位芳綸還高40%,是優(yōu)質(zhì)鋼絲的15倍以上,是普通化學(xué)纖維和優(yōu)質(zhì)鋼纖維的10倍,僅次于碳纖維,使用溫度可低至零下150℃。其綜合性能已經(jīng)超過了芳綸,且密度比芳綸更小。UHMWPE材料的性能優(yōu)良,在軍事、過濾材料、繩索、包覆材料、復(fù)合材料等領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。其中,UHMWPE材料制備的膜材料已經(jīng)在一定范圍內(nèi)取得了進展。作為過濾材料,UHMWPE多孔薄膜可以對金屬離子、空氣、固體顆粒等過濾??捎米骰?、科研、冷凍等行業(yè)的吸、濾等材料。在重金屬工業(yè)廢水過濾中,多種金屬離子經(jīng)過濾后含量降低顯著,雜質(zhì)含量得到有效控制。在油田地下注水過濾中,UHMWPE制備的過濾材料過濾精度高,濾后水中固體顆粒粒徑小,懸浮物含量低,使用壽命長,質(zhì)量穩(wěn)定,能夠滿足低滲透油田的多種需要。此外,在食品和飲料行業(yè),生物領(lǐng)域,醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域中,微濾膜都會用到。如生物領(lǐng)域?qū)γ阜磻?yīng)液的精密過濾,食品行業(yè)中對食醋的過濾,醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域中對注射藥劑的過濾等。另外,電池中微孔隔板、微孔隔膜都是超高微孔材料的應(yīng)用。專利公開號為CN101164677的中國發(fā)明專利提供了一種熱致相分離法制備UHMWPE微孔膜的方法,使用UHMWPE樹脂作為膜材料,在稀釋劑的作用下,經(jīng)過溶液制備、擠出,拉伸,冷卻萃取,回收萃取劑,最后制得UHMWPE多孔膜。但是此法局限于制備厚度不大的微孔濾材,如膜材、片材等,限制了UHMWPE微孔膜的應(yīng)用。專利公開號為CN103085211A的中國發(fā)明專利提供了一種超高分子量聚乙烯薄膜材料的加工方法,包括一般燒結(jié)、自由燒結(jié)及高速混合成型,其特征在于:所述的一般燒結(jié)中壓制成型步驟如下:在模具中投入UHMWPE粉末一常溫下壓制成型-燒結(jié)-冷卻-取出制品。期間冷料需加熱到190-230℃后保溫4.0h進行燒結(jié),能耗大是較大缺陷。專利公開號為CN103572640A的中國發(fā)明專利提供了一種用對位芳綸沉析纖維制備對位芳綸紙的方法,將芳綸沉析纖維打漿后與芳綸短切纖維混合,加入分散劑后在斜網(wǎng)成型器上成型,對于UHMWPE纖維,不能打漿,故也不能添加UHMWPE漿粕,不能通過漿粕來增加紙頁的勻度,在保證懸浮液濃度較低的條件下有利于提高勻度性能,但是纖維密度輕,濃度小,更容易在水中上浮,不能形成均勻的纖維懸浮液。在本專利之前,未出現(xiàn)利用濕法成型工藝制備UHMWPE纖維紙的先例。濕法成型工藝本身具有不可取代的優(yōu)勢,利用濕法成型工藝制備紙頁,生產(chǎn)工藝能耗低、技術(shù)操作相對簡單,制得的紙頁勻度好,孔徑均勻,孔隙率大,厚度范圍大,在工藝上具有很大的技術(shù)和成本優(yōu)勢。利用濕法成型技術(shù)制備植物纖維或者其它化纖的電池隔膜紙和其它濾材的技術(shù)比較成熟,而UHMWPE材料本身的高強高模性、化學(xué)穩(wěn)定性、密度低等優(yōu)良性能相比于植物纖維和其他化纖都是非常可取的。濕法成型要求纖維能夠在水中形成均勻的纖維懸浮液,但是UHMWPE纖維相對于植物纖維和其他化纖來說,密度更輕,它是高性能纖維里唯一密度比水小的纖維,在水中呈現(xiàn)上浮狀態(tài)。且UHMWPE纖維表面沒有活性基團,具有疏水性,這些特性對紙頁成型造成不利影響,使得紙頁成型困難,成型后紙頁勻度差。另外,纖維本身之間沒有結(jié)合力,使得制備的紙頁幾乎沒有強度。在UHMWPE纖維紙的制備過程中,紙頁勻度和強度的提高是濕法抄造UHMWPE纖維紙需要突破的重點。技術(shù)實現(xiàn)要素:本發(fā)明的目的在于克服上述不足之處,提供一種超高分子量聚乙烯纖維紙的制備方法,優(yōu)選出合理的化學(xué)助劑,以及合理的濕法成型工藝。按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案,一種超高分子量聚乙烯纖維紙的制備方法,步驟如下:1)預(yù)處理:對超高分子量聚乙烯UHMWPE纖維進行預(yù)處理;(2)添加助劑:以絕干纖維質(zhì)量計,在疏解過的漿料中加入0-5%助留助濾劑,0-15%增強劑,0.01-1.5%分散劑,依次攪拌分散均勻;(3)成型:對步驟(2)所得漿料進行上網(wǎng)抄造、壓榨脫水、干燥,得到纖維原紙;(4)原紙的增強:對步驟(3)所得纖維原紙采用浸漬樹脂法、直接熱壓或首先浸漬樹脂然后熱壓的辦法制得超高分子量聚乙烯纖維紙;其中,熱壓條件為:50-150℃、3-30MPa下進行熱壓3min-6h;樹脂浸漬時采用的浸漬液為樹脂溶液,其中樹脂濃度為0.1%-10%,溶劑為揮發(fā)性溶劑,所得浸漬后紙張的上膠量為0.5%-45%。步驟(1)中所述預(yù)處理步驟如下:a、去污:采用有機溶劑對超高分子量聚乙烯纖維進行洗滌去污,用清水洗凈;所述有機溶劑是十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉、丙酮或乙醇。b、浸泡:調(diào)節(jié)步驟a所得纖維在水中的含量為0.15‰-7‰,加入以絕干纖維質(zhì)量計,質(zhì)量比例為0.01%-5%的分散劑浸泡纖維,浸泡時間為2-48h;c、分散:向步驟b所得混合溶液中加入以絕干纖維質(zhì)量計,質(zhì)量比例為0.01%-5%的消泡劑,隨后用纖維疏解設(shè)備疏解纖維來進行機械分散。所述消泡劑為甘油聚氧丙烯醚、有機硅復(fù)配物、脂肪醇與環(huán)氧乙烷環(huán)氧丙烷的縮合物或丙二醇聚氧丙烯醚。步驟(2)中所述助留助濾劑是陽離子聚丙烯酰胺、陰離子聚丙烯酰胺、聚乙烯亞胺、陽離子淀粉、陰離子淀粉、兩性淀粉、非離子淀粉、淀粉的接枝共聚物、殼聚糖、纖維素、半纖維素中的一種或幾種。所述分散劑是聚氧化乙烯、脂肪醇聚氧乙烯醚甲基硅烷、油酸聚氧乙烯脂、羧甲基纖維素鈉、烷基二苯醚磺酸鈉、烷基酚聚氧乙烯醚磷酸酯鹽、十八烷基胺、甲基纖維素、吐溫-80、吐溫-60、焦磷酸鈉或六甲基磷酸鈉中的一種或幾種。步驟(4)中所述浸漬樹脂中的樹脂為醋酸乙烯共聚物,丙烯酸甲酯共聚物,環(huán)氧樹脂,酚醛樹脂,超高分子量聚乙烯樹脂,聚酰亞胺樹脂或丙烯酸樹脂中的一種或幾種。所述超高分子量聚乙烯纖維紙的定量為8-500g·m-2,孔徑范圍在10-1000um,孔隙率在5%-75%,抗張指數(shù)在10-150N·m·g-1。本發(fā)明經(jīng)過機械分散-助留助濾-分散劑分散后成型,再通過熱壓和樹脂浸漬來增強紙頁。疏解是通過機械作用將纖維分散,分散劑使得纖維與水的界面張力降低,從而使得纖維分散均勻,紙頁勻度提高。不添加增強劑可以制備勻度良好的紙,但是制備的紙強度差,適當(dāng)?shù)脑鰪妱┯欣诩堩搹姸鹊奶岣?,也有利于成型和后處理。在?jīng)過樹脂浸漬,或者樹脂浸漬后再熱壓,或者直接熱壓之后,紙頁的強度提高量非常大。本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明的制備工藝可以得到輕質(zhì),勻度好,孔徑分布集中,厚度范圍大,強度好,耐化學(xué)性能以及耐低溫性能優(yōu)異的UHMWPE纖維紙。制備的UHMWPE纖維紙可以用于電池隔膜紙,食品、化工等行業(yè)的過濾材料等。附圖說明圖1是本發(fā)明制備的UHMWPE纖維紙。具體實施方式為了能夠更清楚地理解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容,特舉以下實施例詳細(xì)說明,實施例僅提供部分?jǐn)?shù)據(jù),不代表制備的全部UHMWPE纖維紙的性能范圍。實施例1(1)預(yù)處理:用1.2×10-3mol/L的十二烷基苯磺酸鈉洗滌纖維,并用清水沖洗干凈,設(shè)定紙張定量50g·m-2,將纖維濃度調(diào)節(jié)至0.78‰后加入以絕干纖維質(zhì)量計0.05%的分散劑浸泡12h,隨后加入以絕干纖維質(zhì)量計0.5%的消泡劑后直接經(jīng)過纖維解離器進行疏解,疏解時間是10min,轉(zhuǎn)速是2500r/min;(2)添加助劑:在疏解過的漿料中分別加入以絕干纖維質(zhì)量計,0.9%的助留助濾劑陽離子聚丙烯酰胺(CPAM)、8%的增強劑羧基丁苯膠乳、0.06%的聚氧化乙烯(PEO),每個助劑加入之后分別以800r/min的速度攪拌60s;(3)成型:將步驟(2)所得漿料按照上網(wǎng)濃度0.17‰直接上網(wǎng)抄造、4公斤壓力下壓榨脫水30s、105℃干燥,得到原紙;(4)原紙的增強:在150℃,15MPa熱壓壓力下熱壓15min,熱壓后得到UHMWPE纖維紙。具體參數(shù)如表1所示。實施例2(1)預(yù)處理:同實施例1;(2)添加助劑:在疏解過的漿料中分別加入以絕干纖維質(zhì)量計,0.9%的助留助濾劑CPAM、8%的增強劑羧基丁苯膠乳、0.10%的分散劑PEO;(3)成型:將步驟(2)所得漿料同實施例1直接上網(wǎng)抄造、壓榨脫水、干燥,得到原紙;(4)原紙的增強:在150℃,15MPa熱壓壓力下熱壓15min,熱壓后得到UHMWPE纖維紙。具體參數(shù)如表1所示。實施例3(1)預(yù)處理:同實施例1;(2)添加助劑:在疏解過的漿料中分別加入以絕干纖維質(zhì)量計,0.9%的助留助濾劑CPAM、8%的增強劑羧基丁苯膠乳、0.14%的分散劑PEO;(3)成型:將步驟(2)所得漿料同實施例1直接上網(wǎng)抄造、壓榨脫水、干燥,得到原紙;(4)原紙的增強:在150℃,10MPa熱壓壓力下熱壓15min,熱壓后得到UHMWPE纖維紙。具體參數(shù)如表1所示。實施例4(1)預(yù)處理:同實施例1;(2)添加助劑:在疏解過的漿料中分別加入以絕干纖維質(zhì)量計,0.9%的助留助濾劑CPAM、8%的增強劑羧基丁苯膠乳、0.06%的分散劑PEO;(3)成型:將步驟(2)所得漿料同實施例1直接上網(wǎng)抄造、壓榨脫水、干燥,得到原紙;(4)原紙的增強:在150℃,10MPa熱壓壓力下熱壓15min,熱壓后得到UHMWPE纖維紙。具體參數(shù)如表1所示。實施例5(1)預(yù)處理:同實施例1;(2)添加助劑:在疏解過的漿料中分別加入以絕干纖維質(zhì)量計,0.9%的助留助濾劑CPAM、8%的增強劑羧基丁苯膠乳、0.10%的分散劑PEO;(3)成型:將步驟(2)所得漿料同實施例1直接上網(wǎng)抄造、壓榨脫水、干燥,得到原紙;(4)原紙的增強:在150℃,20MPa熱壓壓力下熱壓15min,熱壓后得到UHMWPE纖維紙。具體參數(shù)如表1所示。實施例6(1)預(yù)處理:同實施例1;(2)添加助劑:在疏解過的漿料中分別加入以絕干纖維質(zhì)量計,0.9%的助留助濾劑CPAM、8%的增強劑羧基丁苯膠乳、0.14%的分散劑PEO;(3)成型:將步驟(2)所得漿料同實施例1直接上網(wǎng)抄造、壓榨脫水、干燥,得到原紙;(4)原紙的增強:在150℃,15MPa熱壓壓力下熱壓15min,熱壓后得到UHMWPE纖維紙。具體參數(shù)如表1所示。實施例7(1)預(yù)處理:同實施例1;(2)添加助劑:在疏解過的漿料中分別加入以絕干纖維質(zhì)量計,0.9%的助留助濾劑CPAM、8%的增強劑羧基丁苯膠乳、0.06%的分散劑PEO;(3)成型:將步驟(2)所得漿料同實施例1直接上網(wǎng)抄造、壓榨脫水、干燥,得到原紙;(4)原紙的增強:在150℃,15MPa熱壓壓力下熱壓15min,熱壓后得到UHMWPE纖維紙。具體參數(shù)如表1所示。實施例8(1)預(yù)處理:同實施例1;(2)添加助劑:在疏解過的漿料中分別加入以絕干纖維質(zhì)量計,0.9%的助留助濾劑CPAM、8%的增強劑羧基丁苯膠乳、0.10%的分散劑PEO;(3)成型:將步驟(2)所得漿料同實施例1直接上網(wǎng)抄造、壓榨脫水、干燥,得到原紙;(4)原紙的增強:在150℃,10MPa熱壓壓力下熱壓15min,熱壓后得到UHMWPE纖維紙。具體參數(shù)如表1所示。實施例9(1)預(yù)處理:同實施例1;(2)添加助劑:在疏解過的漿料中分別加入以絕干纖維質(zhì)量計,0.9%的助留助濾劑CPAM、8%的增強劑羧基丁苯膠乳、0.14%的分散劑PEO;(3)成型:將步驟(2)所得漿料同實施例1直接上網(wǎng)抄造、壓榨脫水、干燥,得到原紙;(4)原紙的增強:在150℃,20MPa熱壓壓力下熱壓15min,熱壓后得到UHMWPE纖維紙。具體參數(shù)如表1所示。實施例10步驟(1)-(3)同實施例7。(4)原紙的增強:將步驟(3)制備所得成型原紙浸漬EVA樹脂,樹脂型號7A60H,樹脂濃度0.5%,紙張上膠量13.5%,最后得到超高分子量聚乙烯纖維紙。具體參數(shù)如表1所示。實施例11步驟(1)-(3)同實施例7。(4)原紙的增強:將步驟3制備的紙浸漬EVA樹脂,樹脂型號7A60H,樹脂濃度0.5%,紙張上膠量12.6%。將浸漬過的紙干燥后熱壓,熱壓壓力15MPa,熱壓時間15min,熱壓溫度80℃,最后得到超高分子量聚乙烯纖維紙。具體參數(shù)如表1所示。表1UHMWPE纖維紙抗張指數(shù)因素PEO用量/%熱壓壓力/MPa抗張指數(shù)/N·m·g-1實施例10.062045.72實施例20.101547.49實施例30.141042.41實施例40.061053.63實施例50.102054.70實施例60.141560.36實施例70.061561.80實施例80.101056.22實施例90.142053.83實施例1014.41實施例1126.5參照表1所示,不同PEO的添加量以及不同熱壓壓力下紙張的抗張指數(shù),其中,PEO用量0.12%,熱壓壓力15MPa時,紙的抗張強度最大。當(dāng)前第1頁1 2 3 
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