[发明专利]包含纳米颗粒的纤维浆料

说明书

相关申请

本发明要求2009年4月10日提交的美国临时申请第61/168,502的优先权权益，其全部内容通过引用合并入本文。

关于联邦资助的研究或开发的声明

不适用。

发明领域

本发明涉及上浆组合物，具体地涉及用于纤维的上浆组合物。

发明背景

上浆剂是纤维上的涂层，能控制纤维的多种特征，例如纤维在加工期间如何处理，以及纤维如何作为复合材料的部分表现。人们已经开发出了纤维上浆剂以便例如在用于复合材料中时提供更好的界面强度，改善润滑性以防止纤维磨损，和提供抗静电性质。

纳米颗粒具有相同元素的大块材料没有的独特性质。尽管在纤维上浆制剂中掺入纳米颗粒几乎没有探索，著名的实例是使用含纳米颗粒的基于硅烷的上浆剂来增强复合材料强度。该上浆制剂被应用于玻璃纤维，上浆后的纤维掺入复合材料中。开发含纳米颗粒的上浆制剂以赋予上浆的纤维和掺入该纤维的复合材料其它特征将是有用的。

此外，提供掺入能在上浆层分散的纳米颗粒结构的纤维上浆制剂，并提供用该纤维作为基础制备分层结构的平台是有用的。相对于上浆层不掺入纳米颗粒的上浆的纤维，这种浸渍纳米颗粒的上浆的纤维能减少纤维处理所需要的纤维处理步骤，包括功能化处理。本发明满足这些需求并提供相关优势。

附图简述

图1显示了在市场上现货供应的纤维在制造和涂布浆料之后，在该纤维上的涂布纳米颗粒的结果。

图2显示了根据本发明的说明性实施方式，在纤维生产期间涂布纳米颗粒的结果。

图3显示了根据本发明的说明性实施方式，在纤维生产期间涂布纳米颗粒，包括第二上浆剂。

发明简述

在一些方面，本文公开的实施方式涉及纤维上浆制剂，所述纤维上浆制剂包含(1)纳米颗粒(NP)溶液，所述纳米颗粒溶液包含在溶剂中的过渡金属纳米颗粒(NP)分散体和(2)第一上浆剂。在所述纤维上浆制剂涂布到纤维上并除去溶剂后，所述NP分散于所述第一纤维上浆剂中。所述NP起到选自第二上浆剂、在该纤维上进一步生长纳米结构的催化剂及其组合的功能。

在其它方面，本文公开的实施方式涉及包含位于纤维周围的浆料的纤维。所述浆料包含分散于该浆料的过渡金属纳米颗粒。

在还有其它方面，本文公开的实施方式涉及包括在纤维制造期间将包含NP的上浆制剂涂布到该纤维，并从涂布的制剂中除去溶剂方法。

在还有进一步的方面，本文公开的实施方式涉及包括向浆料涂覆的纤维加入过渡金属NP溶液并烘烤该浆料的方法。在这些实施方式中，在烘烤浆料之前加入NP溶液。

发明详述

本发明部分涉及掺入纳米颗粒(NP)和常规上浆剂的纤维上浆制剂。当用于纤维的制造时，所述制剂提供包含分散于常规上浆剂中的NP的上浆的纤维产品，如图2所示例。如图1所示，在已上浆的纤维上放置NP导致只在该上浆剂的表面放置该纳米颗粒。相反，在本发明的上浆制剂中的NP可以分散于纤维上浆层中，包括与纤维本身表面接触的NP上。NP本身可用作，例如，第二上浆剂，作为在纤维上产生进一步的纳米结构的催化剂，以及赋予纤维导电和导热性质。在一些实施方式中，可以在最初的含NP的上浆层上附加进一步的上浆层。此配置示例于图3中，图3显示了在含有NP的第一上浆层上涂覆的第二上浆层。其它配置也是可能的，例如第一层中第一NP，第二层中第二种NP。也可以有交替的含有或不含纳米颗粒的上浆层。例如，可以有含有第一NP的第一上浆层，不含NP的第二上浆层和含有相同或不同的NP的第三上浆层。

用本发明的上浆制剂制造的纤维可用于丝、纤维束、复合材料和其它分层结构。在一些实施方式中，在上浆的纤维中的NP用于在纤维上合成进一步的纳米结构例如碳纳米管、纳米棒(纳米线)以及类似结构。纳米结构也可以作为纤维的上浆材料，和/或在掺入复合材料中时赋予所需的性质，例如增强的复合材料强度、导电或导热性质、辐射吸收以及类似性质。

用本发明的上浆制剂制造的上浆的纤维可以缠绕和/或整理成纤维束(纱)和类似结构并打包运输，使得能够在下游应用的其它设备进一步处理该纤维。因此，例如，具有处于浆料中的过渡金属纳米颗粒的上浆的纤维产品可以作为可立即用于碳纳米管合成的上浆的纤维产品运送/出售。正如常规上浆层能保护纤维免受环境条件影响，并维持纤维的完整性，NP也可以受益于环绕其周围的常规上浆层的存在。因此，例如，根据使用的其它上浆剂，封装于常规上浆剂中的NP也在不同程度上被保护免于环境暴露。