[发明专利]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

说明书

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。

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；