[发明专利]一种高性能芳纶复合纸基材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种高性能芳纶复合纸基材料及其制备方法与应用。该方法包括如下步骤：(1)芳纶纤维的表面改性：将芳纶沉析纤维和芳纶短切纤维混合后加入到碱性溶液中，然后用氨基改性剂进行表面改性，得到氨基化芳纶纤维；(2)纤维素纳米纤丝的表面改性：将纤维素纳米纤丝用氧化剂进行表面醛基化改性，得到醛基化纤维素纳米纤丝；(3)将氨基化芳纶纤维与醛基化纤维素纳米纤丝混合到水中，使原料中的氨基与醛基发生席夫碱反应而充分交联，再经湿法抄造得到芳纶湿纸页，干燥成型后得到高性能芳纶复合纸基材料。本发明的方法获得的纸基材料具有优异机械性能和电绝缘性能，可以广泛应用到绝缘材料、防护材料、内饰材料和电子产品基材等领域。

技术领域

本发明属于造纸工业和高分子材料交叉领域，特别涉及一种高性能芳纶复合纸基材料及其制备方法与应用。

背景技术

芳纶纤维全称为“芳香族聚酰胺纤维”，是一种新型高科技合成纤维，主要分为两种，对位芳酰胺纤维(PPTA)和间位芳酰胺纤维(PMIA)，具有超高强度、高模量和耐高温、耐酸耐碱、重量轻等优良性能，其强度是钢丝的5～6倍，模量为钢丝或玻璃纤维的2～3倍，韧性是钢丝的2倍，而重量仅为钢丝的1/5左右，在560℃的温度下，不分解，不融化。它具有良好的绝缘性和抗老化性能，具有很长的生命周期。传统的间位芳纶纸材料是由芳纶沉析纤维和短切纤维按照一定的配比混合湿法抄造而成原纸，接着进行高温高压的压光技术对原纸进行热处理而制备的。但是，由于芳纶纤维较高的结晶度及苯环空间位阻作用，使得纤维表面光滑，活性官能团较少，从而导致其与基体材料的界面相容性较差，难以起到高性能增强体的作用。因此，通过合适的方法改善芳纶纸内纤维结合强度是获得高性能芳纶复合材料的关键。

纤维素纳米纤丝作为一种新型绿色纳米材料，在具有纳米效应的同时，还延续了纤维素优良的理化特性，近年来日益受到人们的广泛关注。纤维素纳米纤丝的来源包括植物、动物和微生物，是将纤维素经过物理、化学、生物或几种方法相结合的处理过程将纤维素的尺寸降低至100nm以下，单根呈线性的纳米级别的纤维，具有优异的机械性能、巨大的比表面积、高结晶度、良好的亲水性、高透明度、低密度、良好的生物可降解性与生物相容性以及稳定的化学性质，纤维素纳米纤丝功能化材料的制备以及高值化的利用的研究已经成为了国内外学者们关注的焦点，其应用涉及到增强材料、电子工业、轻工食品、生物医药等诸多领域。

目前，通常采用化学处理方法来增加芳纶纤维表面的活性官能团，或者添加反应性增容剂等方法来增强复合材料的界面相容性。然而，一般的改性方法会极大地破坏纤维的结构，或者会使用有毒溶剂，且操作比较复杂，聚多巴胺因其优良的粘附性而成为新近发展起来的表面改性剂。研究表明，聚多巴胺可以通过极强的物理粘附性而轻易地涂在各种材料的表面，并提供丰富的反应性基团。但通过在碱性条件下芳纶纤维表面进行自聚合反应，赋予其粗糙的表面和化学活性的氨基，作为芳纶纤维和醛基化纤维素纳米纤维交联桥梁，实现二者优势互补，改善芳纶复合纸基的界面性能和力学性能，这一点尚未见报道。

发明内容

本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种高性能芳纶复合纸基材料的制备方法。

本发明的另一目的在于提供所述方法制备得到的高性能芳纶复合纸基材料。

本发明的再一目的在于提供所述高性能芳纶复合纸基材料的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种高性能芳纶复合纸基材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)芳纶纤维的表面改性：将芳纶沉析纤维和芳纶短切纤维混合后加入到碱性溶液中，然后加入氨基改性剂，在20～80℃、保护性气体氛围下使芳纶纤维表面发生自聚合反应，待反应结束后抽滤，得到氨基化芳纶纤维；

(2)纤维素纳米纤丝的表面改性：将纤维素纳米纤丝和氧化剂加入到水中，混合均匀后，在0～80℃条件下使其发生改性反应(纤维素纳米纤丝的表面醛基化改性)，待反应结束后，离心，得到醛基化纤维素纳米纤丝；