一种亲水性对位芳纶纸基材料的制备方法与流程

本发明属于造纸工业技术领域，具体涉及一种亲水性对位芳纶纸基材料的制备方法。

背景技术：

对位芳纶纸(也称对位芳纶纸基材料)是以对位芳纶短切纤维和对位芳纶沉析纤维为原料，经过现代湿法造纸工艺和热压成型技术得到的一种高性能片状复合材料。其中，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；沉析纤维作为填充剂和粘结材料，在热压过程中受热软化，通过粘结短切纤维及自身在纤维之间形成较强的结合力，赋予纸张高强度和高模量等优异性能。对位芳纶纸因其具有强韧的机械性能、优良的介电性能、稳定的化学性能以及灵活的可设计性，可用作高强化、轻量化的蜂窝结构材料，耐高温的绝缘材料和高性能电子通讯器材，广泛应用于航空航天、交通电力、国防军事等众多领域，在现代工业中占有举足轻重的地位。

虽然对位芳纶纸有很多优异的机械、化学等性能，但是由于原料中短切纤维表面分子链排列取向度高，结晶度高，苯环的大位阻作用使得酰胺基团上的氢很难与其他原子反应；此外，纤维表面光滑，比表面积小，缺少化学活性基团，与基体无物理啮合点等，致使所得到的对位芳纶纸表面惰性较强，亲水性差，难于与树脂等其它基体结合，极大地影响了其在复合材料领域的应用。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种亲水性对位芳纶纸基材料的制备方法，解决了现有对位芳纶纸基材料表面惰性较强，亲水性差的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种亲水性对位芳纶纸基材料的制备方法，将湿法成形得到的对位芳纶纸浸于多巴胺-正硅酸乙酯复合涂层溶液中进行处理，然后用去离子水和乙醇反复清洗、真空干燥，得到亲水性对位芳纶纸基材料。

本发明的特点还在于：

多巴胺-正硅酸乙酯复合涂层溶液是通过将多巴胺溶液和正硅酸乙酯的乙醇溶液按照体积比为2-4:1混合得到。

多巴胺溶液的浓度为1.0-2.0g/l，采用三羟甲基氨基甲烷溶液调节多巴胺溶液的ph值8-10。

正硅酸乙酯的乙醇溶液的浓度为24-36g/l。

对位芳纶纸在多巴胺-正硅酸乙酯复合涂层溶液中于室温下处理24-36h。

真空干燥是在真空干燥箱中40-60℃下干燥8-10h。

本发明的有益效果是，本发明亲水性对位芳纶纸基材料的制备方法，采用复合涂层(da/teos)法，将湿法成形得到的对位芳纶纸浸渍于多巴胺-正硅酸乙酯复合涂层溶液中，多巴胺(da)会在溶解氧的条件下发生自聚合形成聚多巴胺，而聚多巴胺会在纸页表面形成一层膜，这种膜表面含有大量的活性基团，为纸页表面二次功能化提供良好的平台，之后再引入正硅酸乙酯(teos)，不仅改善了对位芳纶纸表面惰性的问题，而且显著提高了纸页的亲水性能，拓宽了对位芳纶纸在复合材料领域的应用，整个处理过程操作简单、无毒、可控。

附图说明

图1是现有方法制备得到的对位芳纶纸的扫描电子显微镜图；

图2是本发明方法制备得到的对位芳纶纸的扫描电子显微镜图；

图3是现有方法制备得到的对位芳纶纸的动态吸收接触角图；

图4是本发明方法制备得到的对位芳纶纸的动态吸收接触角图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明亲水性对位芳纶纸基材料的制备方法，具体按照以下步骤得到：

步骤1，将浓度为1.0-2.0g/l的多巴胺溶液，采用三羟甲基氨基甲烷溶液调节ph值至8-10，然后与浓度为24-36g/l的正硅酸乙酯的乙醇溶液按照体积比为2-4:1混合，得到多巴胺-正硅酸乙酯复合涂层溶液；

步骤2，将湿法成形得到的对位芳纶纸浸于多巴胺-正硅酸乙酯复合涂层溶液中于室温下处理24-36h，然后用去离子水和乙醇反复清洗、在真空干燥箱中40-60℃下干燥8-10h，得到亲水性对位芳纶纸基材料。

本发明采用复合涂层(da/teos)法，将通过湿法成形所得到的对位芳纶纸浸渍于多巴胺-正硅酸乙酯复合涂层溶液中，da会在纸页表面形成一层含有大量活性基团的聚多巴胺薄层，随后teos再附于膜上。整个实验过程操作简单、无毒、可控。通过这种新技术处理的对位芳纶纸，不仅改善了纸页表面惰性的问题，而且显著提高了纸页的亲水性能，拓宽了对位芳纶纸在复合材料领域的应用，对推动其相关产业发展具有重大的现实意义。

图1是现有方法制备得到的对位芳纶纸的扫描电子显微镜图；图2是本发明方法制备得到的对位芳纶纸的扫描电子显微镜图；图1中可以看出，现有方法制备得到的对位芳纶纸，纸页比较蓬松，表面的短切及沉析纤维清晰可见，而从图2中可以看出，经过本发明复合涂层处理后的对位芳纶纸，纸页表面被一层薄膜笼罩，致使表面的纤维模糊不清，猜测该层薄膜是多巴胺自聚合在纸页表面形成的聚多巴胺薄层，同时在纸页表面还产生了大量的细小微粒，这应该是复合涂层中的teos所产生的。由此可以证明复合涂层已经成功的涂覆于纸页上面。

图3是现有方法制备得到的对位芳纶纸的动态吸收接触角图；图4是本发明方法制备得到的对位芳纶纸的动态吸收接触角图。图3中可以看出，由于对位芳纶原纸表面活性基团少，呈惰性，致使其亲水性很差，水的接触角为96.8°，而从图4可以看出，经过本发明复合涂层处理后的对位芳纶纸，水接触角低至39.9°，亲水性能显著提高，同时从侧面也反映出纸页表面呈现出更多的活性基团，证明本发明方法所制备的对位芳纶纸基材料具有良好的亲水性能。

实施例1

步骤1，将浓度为2.0g/l的多巴胺溶液，采用三羟甲基氨基甲烷溶液调节ph值至8.5，然后与浓度为36g/l的正硅酸乙酯的乙醇溶液按照体积比为2:1混合，得到多巴胺-正硅酸乙酯复合涂层溶液；

步骤2，将湿法成形得到的对位芳纶纸浸于多巴胺-正硅酸乙酯复合涂层溶液中于室温下处理24h，然后用去离子水和乙醇反复清洗、在真空干燥箱中50℃下干燥9h，得到亲水性对位芳纶纸基材料。

实施例2

步骤1，将浓度为1.0g/l的多巴胺溶液，采用三羟甲基氨基甲烷溶液调节ph值至10，然后与浓度为24g/l的正硅酸乙酯的乙醇溶液按照体积比为3:1混合，得到多巴胺-正硅酸乙酯复合涂层溶液；

步骤2，将湿法成形得到的对位芳纶纸浸于多巴胺-正硅酸乙酯复合涂层溶液中于室温下处理36h，然后用去离子水和乙醇反复清洗、在真空干燥箱中40℃下干燥8h，得到亲水性对位芳纶纸基材料。

实施例3

步骤1，将浓度为1.5g/l的多巴胺溶液，采用三羟甲基氨基甲烷溶液调节ph值至8，然后与浓度为30g/l的正硅酸乙酯的乙醇溶液按照体积比为4:1混合，得到多巴胺-正硅酸乙酯复合涂层溶液；

步骤2，将湿法成形得到的对位芳纶纸浸于多巴胺-正硅酸乙酯复合涂层溶液中于室温下处理30h，然后用去离子水和乙醇反复清洗、在真空干燥箱中60℃下干燥10h，得到亲水性对位芳纶纸基材料。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种亲水性对位芳纶纸基材料的制备方法，将湿法成形得到的对位芳纶纸浸于多巴胺‑正硅酸乙酯复合涂层溶液中进行处理，然后用去离子水和乙醇反复清洗、真空干燥，得到亲水性对位芳纶纸基材料。本发明采用复合涂层法，将湿法成形得到的对位芳纶纸浸渍于多巴胺‑正硅酸乙酯复合涂层溶液中，多巴胺会在溶解氧的条件下发生自聚合形成聚多巴胺，而聚多巴胺会在纸页表面形成一层膜，这种膜表面含有大量的活性基团，为纸页表面二次功能化提供良好的平台，之后再引入正硅酸乙酯，不仅改善了对位芳纶纸表面惰性的问题，而且显著提高了纸页的亲水性能，拓宽了对位芳纶纸在复合材料领域的应用，整个处理过程操作简单、无毒、可控。

技术研发人员：陆赵情;司联蒙;张美云;花莉;谢璠;赵永生;杨斌;宋顺喜
受保护的技术使用者：陕西科技大学
技术研发日：2017.05.25
技术公布日：2017.08.18