[发明专利]用于卷对卷纳米材料分散造纸的旋转过滤器装置

说明书

一种用于卷对卷纳米材料分散造纸的装置，所述装置包括吸入压力和反向压力区，所述吸入压力用于将流体可渗透的过滤器上的纳米材料固结在所述过滤器的一个区中，所述反向压力区用于分离固结的所述纳米材料的垫并将所述垫转移至转移辊。所述转移辊可以例如具有位于所述转移辊内的吸入压力，以便帮助将所述垫从所述过滤器转移至所述转移辊。进入端口使用例如行入口和区域入口分配纳米材料。

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年10月14日递交的临时申请号为62/408,434的美国临时申请的递交日的权益，该临时申请的全部内容通过引用并入。

技术领域

本领域涉及造纸，特别是涉及由纳米结构(例如纳米管或其它纳米材料)制成的“巴基纸(bucky paper)”。

背景技术

专利号为7,459,121的美国专利公开了一种用于连续制备纳米管垫的已知方法。然而，已公开的装置和方法难以从转鼓上移除纳米管垫而不损坏纳米管垫，例如撕裂或弯折纳米管垫。公布号为US2011/0111279的美国专利申请公开了使用纳米管(例如碳纳米管)的无粘合剂的纳米复合材料。该公布公开了一种使用声波处理和表面活性剂或其它方法来悬浮纳米管的方法。特别地，公开了流动池声波处理方法，其中添加附加的颗粒以便产生稳定的或半稳定的悬浮液。该参考文献公开了通过将悬浮液经由微孔膜过滤而制备垫。该公布公开了使用多种悬浮液以便提供逐层的(layer-by-layer)复合结构。然而，该公布没有公开可以制备连续垫的方法或者可以以其它方式改变垫的组分的方法。相反，该方法是用于形成片材的分批方法。

公布号为2013/0270180的美国专利申请公开了一种用于制备包括纳米线的连续膜的方法。该方法使用皮带和辊，类似于利用纤维素纤维来造纸的方法(该方法被称为脱水)。然而，该公布公开了一种“刀”(在施加涂层时使用的)以将分散体扩散和分散在多孔基底表面上，或者可替选地，该公布提及但未公开以下的方法：根据该参考文献，本领域已知的挤出、狭缝涂布、帘式涂布或凹面(gravure)涂布方法。该参考文献公开了已知的粘合剂和调节剂，例如络合剂和反应性粘合材料。该公布公开了粘合剂使用其特定的化学作用制备其多孔陶瓷膜以形成无机聚合物状交联的重要性。尽管该公布公开了一种可修改为连续制造片材的方法，但其没有公开任何能够引导悬浮液和/或添加剂局部地改变连续垫的组成的转鼓或入口。相反，整个陶瓷厚度一次地从刀(或其它分配器)分散。

发明内容

形成了纳米材料的悬浮液，该悬浮液使纳米材料分散，所述纳米材料例如剥离的石墨烯、氧化石墨烯片、单壁和多壁的纳米管、纳米纤维、微纤化纤维素或纳米纤化纤维素、纳米晶体纤维素、金属颗粒、量子点、陶瓷颗粒、生物材料颗粒、几丁质(例如壳聚糖)、纳米线(例如硅、碳、锗和其它纳米线)、纳米粘土(例如蒙脱石、膨润土、高岭石、锂蒙脱石和埃洛石)、蛋白质、酶、抗体、细胞材料、血红蛋白、DNA、RNA、脂质体、核糖体、病毒、细菌、标记剂(marking and tagging agent)、以及(如果允许团聚(agglomeration)，在控制团聚的同时)在整个悬浮液中的这些材料的组合。所选纳米材料的组合和排列取决于所期望的“巴基纸”的每种特定应用和类型。在一个示例中，纳米材料主要包括纳米管以及用于将纳米管分散在悬浮液中的材料以及用于在纳米管固结成垫之后粘合纳米管的材料。例如，可以加入表面活性剂、溶剂、单体和聚合物以便帮助防止纳米材料的团聚。在一个示例中，纳米管是碳纳米管，但是可以使用其它类型的纳米管，例如碳、硼、钼、以及能够形成纳米管的其它元素单独形成的纳米管或者作为硼化物、氮化物、碳化物等形式形成的纳米管。

在一个示例中，分批方法将纳米管的悬浮液引入包括旋转过滤器的装置中。替选地，由于连续方法持续在旋转过滤器的表面上沉积纳米管，该连续方法引入具有额外纳米管的额外悬浮液。使旋转过滤器机械地或流体地旋转。旋转过滤器中的孔允许来自悬浮液的流体通过这些孔，而悬浮在流体内的至少一些纳米管聚集在旋转过滤器的表面上。优选地，一旦在旋转过滤器上形成垫层，所有纳米材料都沉积在旋转过滤器上。