一种超高分子量聚乙烯纤维纸的制备方法

IPC分类号 : D21H13/14,D21H17/46,D21H21/10,D21H21/18,D21H21/08,D21F11/00,D21H25/00,D21H27/08

申请号

CN201610921059.3

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专利摘要

本发明涉及一种超高分子量聚乙烯纤维纸的制备方法，具体属于造纸技术领域。其通过预处理、添加助剂、成型和原纸的增强制得超高分子量聚乙烯纤维纸。本发明的制备工艺可以得到质轻，匀度好，孔径分布集中，厚度范围大，强度好，耐化学性能以及耐低温性能优异的UHMWPE纤维纸。制备的UHMWPE纤维纸可以用于电池隔膜纸，食品、化工等行业的过滤材料等。

权利要求

1.一种超高分子量聚乙烯纤维纸的制备方法，其特征是步骤如下：

（1）预处理：对超高分子量聚乙烯UHMWPE纤维进行预处理；

（2）添加助剂：以绝干纤维质量计，在疏解过的浆料中加入0-5%助留助滤剂，0-15%增强剂，0.01-1.5%分散剂，依次搅拌分散均匀；

（3）成型：对步骤（2）所得浆料进行上网抄造、压榨脱水、干燥，得到纤维原纸；

（4）原纸的增强：对步骤（3）所得纤维原纸采用浸渍树脂法、直接热压或首先浸渍树脂然后热压的办法增强超高分子量聚乙烯纤维纸；

其中，热压条件为：50-150℃、3-30MPa下进行热压3min-6h；

树脂浸渍时采用的浸渍液为树脂溶液，其中树脂浓度为0.1%-10%，溶剂为挥发性溶剂，所得浸渍后纸张的上胶量为0.5%-45%。

2.如权利要求1所述超高分子量聚乙烯纤维纸的制备方法，其特征是步骤（1）中所述预处理步骤如下：

a、去污：采用有机溶剂对超高分子量聚乙烯纤维进行洗涤去污，用清水洗净；

b、浸泡：调节步骤a所得纤维在水中的含量为0.15‰-7‰，加入以绝干纤维质量计，质量比例为0.01%-5%的分散剂浸泡纤维，浸泡时间为2-48h；

c、分散：向步骤b所得混合溶液中加入以绝干纤维质量计，质量比例为0.01%-5%的消泡剂，随后用纤维疏解设备疏解纤维来进行机械分散。

3.如权利要求2所述超高分子量聚乙烯纤维纸的制备方法，其特征是：步骤c中消泡剂为甘油聚氧丙烯醚、有机硅复配物、脂肪醇与环氧乙烷环氧丙烷的缩合物或丙二醇聚氧丙烯醚。

4.如权利要求1所述超高分子量聚乙烯纤维纸的制备方法，其特征是：步骤（2）中所述助留助滤剂是阳离子聚丙烯酰胺、阴离子聚丙烯酰胺、聚乙烯亚胺、阳离子淀粉、阴离子淀粉、两性淀粉、非离子淀粉、淀粉的接枝共聚物、壳聚糖、纤维素、半纤维素中的一种或几种。

5.如权利要求1或2所述超高分子量聚乙烯纤维纸的制备方法，其特征是：所述分散剂是聚氧化乙烯、脂肪醇聚氧乙烯醚甲基硅烷、油酸聚氧乙烯脂、羧甲基纤维素钠、烷基二苯醚磺酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚磷酸酯盐、十八烷基胺、甲基纤维素、吐温-80、吐温-60、焦磷酸钠或六甲基磷酸钠中的一种或几种。

6.如权利要求1所述超高分子量聚乙烯纤维纸的制备方法，其特征是：步骤（4）所述浸渍树脂中的树脂为醋酸乙烯共聚物，丙烯酸甲酯共聚物，环氧树脂，酚醛树脂，超高分子量聚乙烯树脂，聚酰亚胺树脂或丙烯酸树脂中的一种或几种。

7.如权利要求1所述超高分子量聚乙烯纤维纸的制备方法，其特征是：所述超高分子量聚乙烯纤维纸的定量为8-500g·m^-2，孔径范围在10-1000um，孔隙率在5%-75%，抗张指数在10-150N·m·g^-1。

说明书

技术领域

本发明涉及一种超高分子量聚乙烯纤维纸的制备方法，具体属于造纸技术领域。

背景技术

超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维外观为白色，具有强度高、模量高、质量轻、化学稳定性好、耐光性好、耐低温、使用寿命长等许多优异的性能，还具有良好的耐化学腐蚀、比能量吸收高、电磁波透射率高、摩擦系数低、优良的耐冲击和抗切割性能，以及不吸水、与生物相容性好等特点，并且是所有高强高模纤维中密度最小的纤维，也是唯一一种能够在水面上漂浮的高性能纤维，具有优秀的物理机械性能。其比强度是目前在使用的纤维中最高的，比对位芳纶还高40％，是优质钢丝的15倍以上，是普通化学纤维和优质钢纤维的10倍，仅次于碳纤维，使用温度可低至零下150℃。其综合性能已经超过了芳纶，且密度比芳纶更小。

UHMWPE材料的性能优良，在军事、过滤材料、绳索、包覆材料、复合材料等领域获得了广泛应用。其中，UHMWPE材料制备的膜材料已经在一定范围内取得了进展。作为过滤材料，UHMWPE多孔薄膜可以对金属离子、空气、固体颗粒等过滤。可用作化工、科研、冷冻等行业的吸、滤等材料。在重金属工业废水过滤中，多种金属离子经过滤后含量降低显著，杂质含量得到有效控制。在油田地下注水过滤中，UHMWPE制备的过滤材料过滤精度高，滤后水中固体颗粒粒径小，悬浮物含量低，使用寿命长，质量稳定，能够满足低渗透油田的多种需要。此外，在食品和饮料行业，生物领域，医药卫生领域中，微滤膜都会用到。如生物领域对酶反应液的精密过滤，食品行业中对食醋的过滤，医药卫生领域中对注射药剂的过滤等。另外，电池中微孔隔板、微孔隔膜都是超高微孔材料的应用。

专利公开号为CN 101164677的中国发明专利提供了一种热致相分离法制备UHMWPE微孔膜的方法，使用UHMWPE树脂作为膜材料，在稀释剂的作用下，经过溶液制备、挤出，拉伸，冷却萃取，回收萃取剂，最后制得UHMWPE多孔膜。但是此法局限于制备厚度不大的微孔滤材，如膜材、片材等，限制了UHMWPE微孔膜的应用。

专利公开号为CN103085211A的中国发明专利提供了一种超高分子量聚乙烯薄膜材料的加工方法，包括一般烧结、自由烧结及高速混合成型，其特征在于：所述的一般烧结中压制成型步骤如下：在模具中投入UHMWPE粉末一常温下压制成型-烧结-冷却-取出制品。期间冷料需加热到190-230℃后保温4.0h进行烧结，能耗大是较大缺陷。

专利公开号为CN103572640A的中国发明专利提供了一种用对位芳纶沉析纤维制备对位芳纶纸的方法，将芳纶沉析纤维打浆后与芳纶短切纤维混合，加入分散剂后在斜网成型器上成型，对于UHMWPE纤维，不能打浆，故也不能添加UHMWPE浆粕，不能通过浆粕来增加纸页的匀度，在保证悬浮液浓度较低的条件下有利于提高匀度性能，但是纤维密度轻，浓度小，更容易在水中上浮，不能形成均匀的纤维悬浮液。

在本专利之前，未出现利用湿法成型工艺制备UHMWPE纤维纸的先例。湿法成型工艺本身具有不可取代的优势，利用湿法成型工艺制备纸页，生产工艺能耗低、技术操作相对简单，制得的纸页匀度好，孔径均匀，孔隙率大，厚度范围大，在工艺上具有很大的技术和成本优势。利用湿法成型技术制备植物纤维或者其它化纤的电池隔膜纸和其它滤材的技术比较成熟，而UHMWPE材料本身的高强高模性、化学稳定性、密度低等优良性能相比于植物纤维和其他化纤都是非常可取的。

湿法成型要求纤维能够在水中形成均匀的纤维悬浮液，但是UHMWPE纤维相对于植物纤维和其他化纤来说，密度更轻，它是高性能纤维里唯一密度比水小的纤维，在水中呈现上浮状态。且UHMWPE纤维表面没有活性基团，具有疏水性，这些特性对纸页成型造成不利影响，使得纸页成型困难，成型后纸页匀度差。另外，纤维本身之间没有结合力，使得制备的纸页几乎没有强度。在UHMWPE纤维纸的制备过程中，纸页匀度和强度的提高是湿法抄造UHMWPE纤维纸需要突破的重点。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足之处，提供一种超高分子量聚乙烯纤维纸的制备方法，优选出合理的化学助剂，以及合理的湿法成型工艺。

按照本发明提供的技术方案，一种超高分子量聚乙烯纤维纸的制备方法，步骤如下：

1)预处理：对超高分子量聚乙烯UHMWPE纤维进行预处理；

(2)添加助剂：以绝干纤维质量计，在疏解过的浆料中加入0-5％助留助滤剂，0-15％增强剂，0.01-1.5％分散剂，依次搅拌分散均匀；

(3)成型：对步骤(2)所得浆料进行上网抄造、压榨脱水、干燥，得到纤维原纸；

(4)原纸的增强：对步骤(3)所得纤维原纸采用浸渍树脂法、直接热压或首先浸渍树脂然后热压的办法制得超高分子量聚乙烯纤维纸；

其中，热压条件为：50-150℃、3-30MPa下进行热压3min-6h；

树脂浸渍时采用的浸渍液为树脂溶液，其中树脂浓度为0.1％-10％，溶剂为挥发性溶剂，所得浸渍后纸张的上胶量为0.5％-45％。

步骤(1)中所述预处理步骤如下：

a、去污：采用有机溶剂对超高分子量聚乙烯纤维进行洗涤去污，用清水洗净；所述有机溶剂是十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、丙酮或乙醇。

b、浸泡：调节步骤a所得纤维在水中的含量为0.15‰-7‰，加入以绝干纤维质量计，质量比例为0.01％-5％的分散剂浸泡纤维，浸泡时间为2-48h；

c、分散：向步骤b所得混合溶液中加入以绝干纤维质量计，质量比例为0.01％-5％的消泡剂，随后用纤维疏解设备疏解纤维来进行机械分散。

所述消泡剂为甘油聚氧丙烯醚、有机硅复配物、脂肪醇与环氧乙烷环氧丙烷的缩合物或丙二醇聚氧丙烯醚。

步骤(2)中所述助留助滤剂是阳离子聚丙烯酰胺、阴离子聚丙烯酰胺、聚乙烯亚胺、阳离子淀粉、阴离子淀粉、两性淀粉、非离子淀粉、淀粉的接枝共聚物、壳聚糖、纤维素、半纤维素中的一种或几种。

所述分散剂是聚氧化乙烯、脂肪醇聚氧乙烯醚甲基硅烷、油酸聚氧乙烯脂、羧甲基纤维素钠、烷基二苯醚磺酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚磷酸酯盐、十八烷基胺、甲基纤维素、吐温-80、吐温-60、焦磷酸钠或六甲基磷酸钠中的一种或几种。

步骤(4)中所述浸渍树脂中的树脂为醋酸乙烯共聚物，丙烯酸甲酯共聚物，环氧树脂，酚醛树脂，超高分子量聚乙烯树脂，聚酰亚胺树脂或丙烯酸树脂中的一种或几种。

所述超高分子量聚乙烯纤维纸的定量为8-500g·m^-2，孔径范围在10-1000um，孔隙率在5％-75％，抗张指数在10-150N·m·g^-1。

本发明经过机械分散-助留助滤-分散剂分散后成型，再通过热压和树脂浸渍来增强纸页。疏解是通过机械作用将纤维分散，分散剂使得纤维与水的界面张力降低，从而使得纤维分散均匀，纸页匀度提高。不添加增强剂可以制备匀度良好的纸，但是制备的纸强度差，适当的增强剂有利于纸页强度的提高，也有利于成型和后处理。在经过树脂浸渍，或者树脂浸渍后再热压，或者直接热压之后，纸页的强度提高量非常大。

本发明的有益效果：本发明的制备工艺可以得到轻质，匀度好，孔径分布集中，厚度范围大，强度好，耐化学性能以及耐低温性能优异的UHMWPE纤维纸。制备的UHMWPE纤维纸可以用于电池隔膜纸，食品、化工等行业的过滤材料等。

附图说明

图1是本发明制备的UHMWPE纤维纸。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明，实施例仅提供部分数据，不代表制备的全部UHMWPE纤维纸的性能范围。

实施例1

(1)预处理：用1.2×10^-3mol/L的十二烷基苯磺酸钠洗涤纤维，并用清水冲洗干净，设定纸张定量50g·m^-2，将纤维浓度调节至0.78‰后加入以绝干纤维质量计0.05％的分散剂浸泡12h，随后加入以绝干纤维质量计0.5％的消泡剂后直接经过纤维解离器进行疏解，疏解时间是10min，转速是2500r/min；

(2)添加助剂：在疏解过的浆料中分别加入以绝干纤维质量计，0.9％的助留助滤剂阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)、8％的增强剂羧基丁苯胶乳、0.06％的聚氧化乙烯(PEO)，每个助剂加入之后分别以800r/min的速度搅拌60s；

(3)成型：将步骤(2)所得浆料按照上网浓度0.17‰直接上网抄造、4公斤压力下压榨脱水30s、105℃干燥，得到原纸；

(4)原纸的增强：在150℃，15MPa热压压力下热压15min，热压后得到UHMWPE纤维纸。

具体参数如表1所示。

实施例2

(1)预处理：同实施例1；

(2)添加助剂：在疏解过的浆料中分别加入以绝干纤维质量计，0.9％的助留助滤剂CPAM、8％的增强剂羧基丁苯胶乳、0.10％的分散剂PEO；