專利名稱：一種添加表面活性劑制備蓬松對位芳綸漿粕的方法
技術領域：
本發(fā)明屬于高分子材料領域，具體涉及一種制備蓬松對位芳綸漿柏的方法。
背景技術：
對位芳綸(PPTA)是一種具有高強度高模量和耐熱性的高分子纖維，20世紀60年代由美國杜邦公司發(fā)明并投入產(chǎn)業(yè)化。對位芳綸漿柏(PPTA-Pulp)是近30年來新開發(fā)的PPTA纖維差別化產(chǎn)品，它是20世紀80年代初美國杜邦公司首先開發(fā)出的一種高度分散性的原纖化的PPTA產(chǎn)品，它在保留了 PPTA纖維優(yōu)良機械性能的同時，具有更強的復合效果。作為石棉替代品廣泛應用于無石棉摩擦材料、密封材料、增強塑料以及高性能工程紙(紙蜂窩結構材料)等高科技產(chǎn)業(yè)領域。 目前國內市場上出售的對位芳綸漿柏的生產(chǎn)方法之一是采用芳綸聚合物液晶紡絲成形的對位芳綸纖維絲束或者芳綸廢絲纖維為原料，再將其切斷成短切纖維，然后采用打漿或盤磨機磨漿方法制備芳綸漿柏。經(jīng)過打漿或磨漿處理后，對位芳綸短切纖維發(fā)生潤脹、原纖化，產(chǎn)生分絲帚化，比表面積增加，同時使更多的酰胺鍵暴露。由于酰胺鍵易于形成氫鍵，在制備對位芳綸漿柏過程中，經(jīng)過打漿的對位芳綸纖維有更多的酰胺鍵暴露，在脫水干燥的情況下，易于形成氫鍵結合，使纖維之間產(chǎn)生很強的結合力，干燥后的漿柏產(chǎn)品結塊、變硬，即產(chǎn)生所謂的“角質化”現(xiàn)象，如不進行進一步的開松和解離處理，則得不到能用于摩擦材料、密封材料、增強塑料、復合材料等領域的具有蓬松、柔軟、絨毛化外觀和易于分散的對位芳綸漿柏產(chǎn)品。而且漿柏的打漿度越高，纖維的分絲帚化程度則越高，干燥脫水過程形成的氫鍵也越多，干燥后產(chǎn)品結塊、硬化就越嚴重。為了解決這一問題，目前國內普遍采用的技術是在對位芳綸漿柏干燥后再加一段開松工序。如中國專利公開號CN101550613，報道一種無污染芳綸廢料制造漿柏工藝，采用的工藝是芳綸廢料經(jīng)切斷、叩解、研磨、脫水、干燥、開松等工序制成漿柏；中國專利公開號CN101457405，報道一種對位芳綸漿柏的制備方法及產(chǎn)品，其方法是對位芳綸短切纖維經(jīng)盤磨機疏解、切斷、帚化、脫水、干燥、開纖機疏松等工序制成漿柏；中國專利公開號CN101250771，報道一種由芳綸廢料生產(chǎn)芳綸漿柏的方法，芳綸廢料經(jīng)切碎、打漿、研磨、叩解、帚化、脫水、干燥、開松等工序制成漿柏。上述專利中均在干燥工序后采用了開松工序來制備對位芳綸漿柏。開松時需要專用的開松設備，不僅增加了設備投資，而且開松過程易于產(chǎn)生飛花和粉塵污染等問題。目前國內有以對位芳綸短切纖維或對位芳綸廢料為原料經(jīng)打漿或磨漿工藝制備漿柏的文獻報道(中國專利公開號CN101550613 ；CN101457405 ；CN101250771 ；CN101058895 ;紙和造紙，2008, (3) :45-47 ；3rd International symposium on emergingtechnologies of pulping and papermaking. Research progress in pulping andpapermaking,8-10 Oct.廣州，2006 :570-574.),但未提到在打衆(zhòng)或磨衆(zhòng)后期添加表面活性劑。國外也有以對位芳綸纖維或對位芳綸聚合物紡絲制成的纖維為原料，經(jīng)打漿或磨漿工藝制備漿柏的專利文獻報道(US20070137818A1，US20050287344A1, US20050284595A1,W02002070796A1, EP392559A2, US4836507, JP08337920A)，但也未提到在打漿或磨漿后期添加非離子或含硅的陽離子表面活性劑。因此目前國內外均未見以對位芳綸短切纖維或對位芳綸廢絲短切纖維為原料，在打漿或磨漿后期添加非離子型聚氧乙烯醚類或陽離子型有機硅表面活性劑，漿料脫水后干燥，不需經(jīng)過開松或疏解操作直接制備蓬松對位芳綸漿柏的文獻報道。對于漿柏性能的表征可以采用打漿度、比表面積、保水值、帚化率等指標，但這些指標無法對開松程度進行表征。在本發(fā)明中，對于對位芳綸漿柏產(chǎn)品的開松程度和蓬松效果，我們引入了纖維松散堆積密度(又稱纖維松散系數(shù)，以下簡稱堆積密度)來進行評價。纖維堆積密度系指未 經(jīng)壓實、纖維呈松散狀、自由填充于某一容器中，在剛填充完后未經(jīng)振實所測得的單位體積質量。該值可以間接反映纖維的三維空間及纖維的分離程度，可以定量地表征對位芳綸漿柏的蓬松性及開松效果堆積密度越小，開松效果越好，漿柏越蓬松。目前國內市場上以進口或國產(chǎn)對位芳綸各類短切纖維原料制備的對位芳纟侖衆(zhòng)柏產(chǎn)品的堆積密度小于50kg/m3，如某進口摩擦材料用對位芳綸漿柏的打漿度為25° SR，水分含量為8 %，堆積密度為33. 9kg/m3 ;國內某市售對位芳綸漿柏產(chǎn)品的打漿度為18° SR，水分含量為7. 5%，堆積密度為44. 5kg/m3。

發(fā)明內容
本發(fā)明為了解決對位芳綸漿柏在脫水干燥過程中產(chǎn)生“角質化”和硬塊的技術問題，提供一種添加表面活性劑制備蓬松對位芳綸漿柏的方法，該方法無需開松工序，使得制備的對位芳綸漿柏蓬松、柔軟，同時可改善漿柏界面性能。該對位芳綸漿柏可用于摩擦材料、密封材料、復合材料等領域。本發(fā)明采用不同于一般采用機械開松設備通過開松、疏解工序來制備蓬松、柔軟、分散對位芳綸漿柏的方法，而是利用表面活性劑的活性基團和疏水作用，在打漿或磨漿的后期通過添加非離子型聚氧乙烯醚類或陽離子型有機硅表面活性劑，使對位芳綸漿柏的酰胺鍵在干燥過程無法形成氫鍵，同時使疏水基團排列于纖維表面，增加纖維的平滑性，從而解決對位芳綸漿柏干燥脫水過程中的結塊、硬化問題，漿料經(jīng)脫水干燥后無需開松處理即可直接制備得到蓬松、柔軟、完全無結塊的對位芳綸漿柏產(chǎn)品。本發(fā)明的目的可以通過以下措施達到一種添加表面活性劑制備蓬松對位芳綸漿柏的方法，包括以對位芳綸短切纖維或/和對位芳綸廢絲短切纖維為原料，采用打漿機直接打漿或用磨漿機磨漿處理制備芳綸漿柏，其中在所述打漿或磨漿的后期，向漿料中添加漿料質量O. 5 20%的表面活性劑并混合反應I 30min，漿料脫水后干燥(干燥后不需經(jīng)過開松或疏解操作)，直接得到堆積密度小于50kg/m3的超蓬松、柔軟并易分散的對位芳綸漿柏。本發(fā)明中打漿或磨漿的打漿度控制在15 45° SR。本發(fā)明所指的打漿或磨漿的后期是指打漿或磨漿的打漿度至要求的15 45° SR時。 向漿料中添加表面活性劑后，將打漿機的刀位調至疏解位置，利用打漿機的疏解及混合作用使表面活性劑與漿料混合均勻并反應作用完全。其中表面活性劑的加入量是漿料質量的O. 50 20%，優(yōu)選I 10%，加入后的反應時間是I 30min。本發(fā)明的表面活性劑優(yōu)選為非離子型聚氧乙烯醚類或陽離子型有機硅表面活性齊U，而其他表面活性劑難以達到本發(fā)明的效果。其中非離子型聚氧乙烯醚類表面活性劑的親油基選自高級脂肪醇、異構醇、烷基酚或多元醇酯中的一種或幾種，其親水基是環(huán)氧乙烯基；非離子型聚氧乙烯醚類表面活性劑優(yōu)選為脂肪醇聚氧乙烯醚。其中陽離子型有機硅表面活性劑為含硅季銨鹽的陽離子型有機硅表面活性劑，其結構如下
權利要求
1.一種添加表面活性劑制備蓬松對位芳綸漿柏的方法，包括以對位芳綸短切纖維或/和對位芳綸廢絲短切纖維為原料，采用打漿機直接打漿或用磨漿機磨漿處理制備芳綸漿柏，其特征在于在所述打漿或磨漿的后期，向漿料中添加漿料質量O. 5 20%的表面活性劑并混合反應I 30min，漿料脫水后干燥，直接得到纖維松散堆積密度小于50kg/m3的對位芳綸漿柏。
2.根據(jù)權利要求I所述的添加表面活性劑制備蓬松對位芳綸漿柏的方法，其特征在于所述打漿或磨漿的打漿度控制在15 45° SR。
3.根據(jù)權利要求I所述的添加表面活性劑制備蓬松對位芳綸漿柏的方法，其特征在于所述打漿或磨漿的后期是指打漿或磨漿的打漿度至要求的15 45° SR時。
4.根據(jù)權利要求I所述的添加表面活性劑制備蓬松對位芳綸漿柏的方法，其特征在于漿料中添加表面活性劑后，將打漿機的刀位調至疏解位置，利用打漿機的疏解及混合作用使表面活性劑與漿料混合均勻并反應作用完全。
5.根據(jù)權利要求I或4所述的添加表面活性劑制備蓬松對位芳綸漿柏的方法，其特征在于所述表面活性劑為非離子型聚氧乙烯醚類或陽離子型有機硅表面活性劑。
6.根據(jù)權利要求5所述的添加表面活性劑制備蓬松對位芳綸漿柏的方法，其特征在于所述非離子型聚氧乙烯醚類表面活性劑的親油基選自高級脂肪醇、異構醇、烷基酚或多元醇酯中的一種或幾種，其親水基是環(huán)氧乙烯基。
7.根據(jù)權利要求5所述的添加表面活性劑制備蓬松對位芳綸漿柏的方法，其特征在于所述陽離子型有機硅表面活性劑為含硅季銨鹽的陽離子型有機硅表面活性劑，其結構如下
8.根據(jù)權利要求6所述的添加表面活性劑制備蓬松對位芳綸漿柏的方法，其特征在于所述芳基為苯基、甲苯基或鹵代苯基。
9.根據(jù)權利要求I所述的添加表面活性劑制備蓬松對位芳綸漿柏的方法，其特征在于所述表面活性劑的添加量為衆(zhòng)料質量I 10%。
10.根據(jù)權利要求I所述的添加表面活性劑制備蓬松對位芳綸漿柏的方法，其特征在于所述干燥方式為真空干燥或常壓干燥，真空干燥的條件是真空度為-O. 02MPa -O. IMPa，溫度40 60°C ;常壓干燥的條件是常壓，溫度80°C 110°C。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種添加表面活性劑制備蓬松對位芳綸漿粕的方法，包括以對位芳綸短切纖維或/和對位芳綸廢絲短切纖維為原料，采用打漿機直接打漿或用磨漿機磨漿處理制備芳綸漿粕，其中在所述打漿或磨漿的后期，向漿料中添加漿料質量0.5～20％的表面活性劑并混合反應1～30min，漿料脫水后干燥，直接得到纖維松散堆積密度小于50kg/m3的性能優(yōu)良、超蓬松、柔軟、易分散、具有良好的界面結合性能和加工性能的對位芳綸漿粕。本發(fā)明具有減少操作步驟和設備投資，提高生產(chǎn)效率，降低能耗和粉塵污染的特點。
文檔編號D21H21/24GK102953292SQ2011102370
公開日2013年3月6日 申請日期2011年8月17日 優(yōu)先權日2011年8月17日
發(fā)明者魏家瑞, 唐愛民, 賈超鋒, 王芳, 孫智華 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石化儀征化纖股份有限公司, 華南理工大學