本發(fā)明涉及一種超高分子量聚乙烯纖維的預(yù)處理分散方法，屬于造紙技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纖維是繼芳綸纖維和碳纖維之后的世界第三代高性能特種纖維，外觀為白色，具有模量高、強度高、質(zhì)量輕、耐光性好、耐低溫、化學(xué)穩(wěn)定性好、使用壽命長等優(yōu)異的性能，還具有良好的耐化學(xué)腐蝕、比能量吸收高、電磁波透射率高、摩擦系數(shù)低、優(yōu)良的耐沖擊和抗切割性能，以及不吸水、與生物相容性好等特點，并且是所有高強高模纖維中密度最小的纖維，公稱值只有0.97g/cm^-3，是唯一能夠漂浮在水面上的高性能纖維。纖維的高分子量、高取向度、分子鏈的高度纏結(jié)以及高結(jié)晶度等特點，使其擁有極好的綜合性能。其比強度是目前在使用的纖維中最高的，比對位芳綸還高40％，是優(yōu)質(zhì)鋼絲的15倍以上，是普通化學(xué)纖維和優(yōu)質(zhì)鋼纖維的10倍，僅次于碳纖維，使用溫度可低至零下150℃。其綜合性能已經(jīng)超過了芳綸。

UHMWPE纖維多種優(yōu)良的特性，使它在高性能纖維的市場上表現(xiàn)出極大的優(yōu)勢。目前已在航空航天、海洋開發(fā)、軍事、體育用品、建筑工程加固增強材料、過濾材料、生物材料、增強復(fù)合材料等產(chǎn)業(yè)取得不同程度的研究應(yīng)用進(jìn)展。

利用濕法成型工藝制備UHMWPE纖維紙，是一種新的制備UHHMWPE材料的方法，這種方法技術(shù)操作相對簡單、生產(chǎn)工藝能耗低，制得的紙頁勻度好，孔隙率大，孔徑均勻，厚度范圍大，絕緣性好，在工藝上具有很大的成本和技術(shù)優(yōu)勢。利用濕法成型技術(shù)制備植物纖維或者其它化纖的紙基材料的技術(shù)比較成熟，而UHMWPE材料本身的高強高模性、化學(xué)穩(wěn)定性、密度低等優(yōu)良性能相比于植物纖維和其他化纖都是非?？扇〉摹?/p>

專利公開號為CN104343041A的中國發(fā)明專利提供了一種間位芳綸紙的制備方法，其分散工藝主要是機械分散，將芳綸短切纖維經(jīng)水力碎漿機疏解后經(jīng)高頻疏解機疏解，將芳綸沉析纖維加入水力射流分散裝置分散成芳綸沉析纖維漿料，再經(jīng)過水力碎漿機疏解，離心式篩漿機進(jìn)行篩漿，將通過篩網(wǎng)的漿料與疏解后的芳綸短切纖維漿料混合，將混合漿料不添加助劑，直接經(jīng)上網(wǎng)抄造、壓榨脫水、干燥，得到原紙。對于UHMWPE纖維來說，該工藝所述的機械作用不僅不利于纖維的分散而且會導(dǎo)致纖維的纏卷打結(jié)，使得最后的紙張勻度更差，對于高強高模的超高分子量聚乙烯纖維來說，機械分散是不適合的。

專利公開號為CN102268832A的中國發(fā)明專利提供了使用落葉松化機漿生產(chǎn)中高檔文化用紙的制漿造紙工藝，該工藝依照傳統(tǒng)的制漿造紙工藝制備文化紙，經(jīng)過打漿分散纖維并將纖維打漿到合理的打漿度范圍內(nèi)，在制漿工藝后上網(wǎng)成型，但是對于UHMWPE纖維來說，傳統(tǒng)的打漿工藝將導(dǎo)致纖維的纏卷，且纖維密度輕無法形成均勻的纖維懸浮液，植物纖維的分散方法不適用于UHMWPE纖維，必須經(jīng)過更多的預(yù)處理。

對于濕法抄造工藝來說，纖維能否均勻的分散是決定制得的產(chǎn)品質(zhì)量是否合格的的重要因素，換句話說，纖維分散不好，意味著整個濕法抄造工藝無法完成。在傳統(tǒng)的濕法抄造工藝中，打漿是纖維分散的重要步驟，包括現(xiàn)有的一些其他高性能化纖的濕法抄造過程，打漿也是必不可少的環(huán)節(jié)，而UHMWPE纖維具有高強高模性，傳統(tǒng)的打漿作用無法切斷纖維，卻使得纖維纏結(jié)，這不利于纖維的分散，反而給后續(xù)的其他工藝帶來負(fù)面影響。另外，UHMWPE纖維沒有親水基團(tuán)，使得纖維具有疏水性，且纖維密度比水小，這既是優(yōu)點也是阻礙纖維在水中良好分散的因素，本身疏水的纖維密度小，會導(dǎo)致纖維上浮，這些都是不利于纖維分散的因素。導(dǎo)致后期制備的產(chǎn)品勻度不夠，性能也將受到負(fù)面影響。本發(fā)明通過提高纖維的親水性，降低界面張力輔以適當(dāng)?shù)臋C械分散來促進(jìn)纖維的分散。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種適用于濕法抄造的UHMWPE纖維的預(yù)處理分散方法。本發(fā)明的側(cè)重點是解決UHMWPE纖維分散難的問題，主要經(jīng)過纖維洗滌-超聲預(yù)處理-疏解分散-分散劑分散。

按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，一種超高分子量聚乙烯纖維的預(yù)處理分散方法，步驟為：

(1)洗滌：取超高分子量聚乙烯纖維，采用濃度為0.1×l0^-3-5.0×l0^-3mol/L溶劑對其進(jìn)行洗滌，去除纖維表面雜質(zhì)；

(2)滲透：取步驟(1)所得超高分子量聚乙烯纖維，按照絕干漿用量的2％-20％加入滲透劑，按照水纖比為100-10:1加水，然后在溫度為30-60℃、20-100kHz超聲條件下處理2min-48h，得到纖維懸浮液；

(3)機械分散：取步驟(2)所得纖維懸浮液，將纖維濃度調(diào)節(jié)至0.15‰-2.5‰，用纖維疏解設(shè)備疏解纖維，在1500-4000r/min轉(zhuǎn)速下疏解2-15min；

(4)分散劑分散：在步驟(3)所得疏解后混合液中加入相對于絕干漿用量的0.01％-1.5％的分散劑，100-1200r/min速度對混合液進(jìn)行分散30s-3min，即得處理后的超高分子量聚乙烯纖維。

上述步驟中，纖維的洗滌去除了纖維表面的油污等雜質(zhì)，這些雜質(zhì)多數(shù)是不親水的，附在纖維表面不利于纖維的分散，超聲處理使得化學(xué)助劑能夠更加充分的作用于纖維，從而界面張力降低，增加纖維與水的親和性，促進(jìn)纖維的分散。疏解是通過機械作用將處理過的纖維進(jìn)一步的分散，機械分散與化學(xué)助劑的作用相輔相成。

優(yōu)選的，步驟(1)所述溶劑是十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉、丙酮或乙醇。

優(yōu)選的，步驟(2)所述滲透劑是脂肪醇聚氧烷基醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、磺化琥珀酸二辛酯鈉鹽或烷基酚聚氧乙烯醚中的一種或幾種。

優(yōu)選的，步驟(3)所述分散劑是聚氧化乙烯、脂肪醇聚氧乙烯醚甲基硅烷、油酸聚氧乙烯脂、羧甲基纖維素鈉、烷基二苯醚磺酸鈉、烷基酚聚氧乙烯醚磷酸酯鹽、十八烷基胺、甲基纖維素、吐溫-80、吐溫-60、焦磷酸鈉、六甲基磷酸鈉等中的一種或幾種。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明提供的UHMWPE纖維預(yù)處理方法使得界面張力降低，為后續(xù)UHMWPE纖維紙的濕法成型過程做好準(zhǔn)備，保證了制備的UHMWPE纖維紙具有良好的勻度。

具體實施方式

為了能夠更清楚地理解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，特舉以下實施例詳細(xì)說明，實施例僅提供部分?jǐn)?shù)據(jù)，不代表全部UHMWPE纖維的分散效果。

實施例1

(1)洗滌：用1.2×10^-3mol/L的十二烷基苯磺酸鈉洗滌纖維，將纖維沖洗干凈后低溫烘干備用；

(2)滲透：用絕干漿用量的5％的脂肪醇聚氧乙烯醚預(yù)處理纖維，水纖比18:1，30-60℃、40kHz超聲處理時間2min；

(3)機械分散：將纖維濃度調(diào)節(jié)至0.78‰，用纖維疏解設(shè)備疏解纖維，在20℃、2500r/min轉(zhuǎn)速下疏解5min；

(4)分散劑分散：加入相對于絕干漿用量0.06％的聚氧化乙烯(PEO)，800r/min攪拌1min。

實施例2

(1)洗滌：同實施例1；

(2)滲透：用絕干漿用量5％的脂肪醇聚氧乙烯醚預(yù)處理纖維，水纖比18:1，30-60℃、40kHz超聲處理時間20min；

(3)機械分散：將纖維濃度調(diào)節(jié)至0.78‰，用纖維疏解設(shè)備疏解纖維，在2500r/min轉(zhuǎn)速下疏解10min；

(4)分散劑分散：加入相對于絕干漿用量0.10％的聚氧化乙烯(PEO)，800r/min攪拌1min。

實施例3

(1)洗滌：同實施例1；

(2)滲透：用絕干漿用量5％的脂肪醇聚氧乙烯醚預(yù)處理纖維，水纖比18:1，30-60℃、40kHz超聲處理時間100min；

(3)機械分散：將纖維濃度調(diào)節(jié)至0.78‰，用纖維疏解設(shè)備疏解纖維，在2500r/min轉(zhuǎn)速下疏解25min；

(4)分散劑分散：加入絕干漿用量0.14％的聚氧化乙烯(PEO)，800r/min攪拌1min

實施例4

(1)洗滌：同實施例1；

(2)滲透：用絕干漿用量10％的脂肪醇聚氧乙烯醚預(yù)處理纖維，水纖比18:1，30-60℃、40kHz超聲處理時間2min；

(3)機械分散：將纖維濃度調(diào)節(jié)至0.78‰，用纖維疏解設(shè)備疏解纖維，在2500r/min轉(zhuǎn)速下疏解10min；

(4)分散劑分散：加入絕干漿用量0.14％的聚氧化乙烯(PEO)，800r/min攪拌1min。

實施例5

(1)洗滌：同實施例1；

(2)滲透：用絕干漿用量10％的脂肪醇聚氧乙烯醚預(yù)處理纖維，水纖比18:1，30-60℃、40kHz超聲處理時間20min；

(3)機械分散：將纖維濃度調(diào)節(jié)至0.78‰，用纖維疏解設(shè)備疏解纖維，在2500r/min轉(zhuǎn)速下疏解25min；

(4)分散劑分散：加入絕干漿用量0.06％的聚氧化乙烯(PEO)，800r/min攪拌1min。

實施例6

(1)洗滌：同實施例1；

(2)滲透：用絕干漿用量10％的脂肪醇聚氧乙烯醚預(yù)處理纖維，水纖比18:1，30-60℃、40kHz超聲處理時間100min；

(3)機械分散：將纖維濃度調(diào)節(jié)至0.78‰，用纖維疏解設(shè)備疏解纖維，在2500r/min轉(zhuǎn)速下疏解5min；

(4)分散劑分散：加入絕干漿用量0.10％的聚氧化乙烯(PEO)，800r/min攪拌1min。

實施例7

(1)洗滌：同實施例1；

(2)滲透：用絕干漿用量15％的脂肪醇聚氧乙烯醚預(yù)處理纖維，水纖比18:1，30-60℃、40kHz超聲處理時間2min；

(3)機械分散：將纖維濃度調(diào)節(jié)至0.78‰，用纖維疏解設(shè)備疏解纖維，在2500r/min轉(zhuǎn)速下疏解25min；

(4)分散劑分散：加入絕干漿用量0.10％的聚氧化乙烯(PEO)，800r/min攪拌1min。

實施例8

(1)洗滌：同實施例1；

(2)滲透：用絕干漿用量15％的脂肪醇聚氧乙烯醚預(yù)處理纖維，水纖比18:1，30-60℃、40kHz超聲處理時間20min；

(3)機械分散：將纖維濃度調(diào)節(jié)至0.78‰，用纖維疏解設(shè)備疏解纖維，在2500r/min轉(zhuǎn)速下疏解5min；

(4)分散劑分散：加入絕干漿用量0.14％的聚氧化乙烯(PEO)，800r/min攪拌1min。

實施例9

(1)洗滌：同實施例1；

(2)滲透：用絕干漿用量15％的脂肪醇聚氧乙烯醚預(yù)處理纖維，水纖比18:1，30-60℃、40kHz超聲處理時間100min；

(3)機械分散：將纖維濃度調(diào)節(jié)至0.78‰，用纖維疏解設(shè)備疏解纖維，在2500r/min轉(zhuǎn)速下疏解10min；

(4)分散劑分散：加入絕干漿用量0.06％的聚氧化乙烯(PEO)，800r/min攪拌1min。

表1不同預(yù)處理工藝制備的紙張的抗張指數(shù)

實施例9一種超高分子量聚乙烯纖維的預(yù)處理分散方法，步驟為：

(1)洗滌：取超高分子量聚乙烯纖維，采用濃度為5.0×l0^-3mol/L丙酮溶劑對其進(jìn)行洗滌，去除纖維表面雜質(zhì)；

(2)滲透：取步驟(1)所得超高分子量聚乙烯纖維，按照絕干漿用量的20％加入滲透劑磺化琥珀酸二辛酯鈉鹽和脂肪醇聚氧乙烯醚，按照水纖比為100:1加水，然后在溫度為30-60℃、20kHz超聲條件下處理48h，得到纖維懸浮液；

(3)機械分散：取步驟(2)所得纖維懸浮液，將纖維濃度調(diào)節(jié)至2.5‰，用纖維疏解設(shè)備疏解纖維，在1500r/min轉(zhuǎn)速下疏解15min；

(4)分散劑分散：在步驟(3)所得疏解后混合液中加入相對于絕干漿用量的1.5％的分散劑，100r/min速度對混合液進(jìn)行分散3min。

實施例10一種超高分子量聚乙烯纖維的預(yù)處理分散方法，步驟為：

(1)洗滌：取超高分子量聚乙烯纖維，采用濃度為3.0×l0^-3mol/L溶劑十二烷基硫酸鈉對其進(jìn)行洗滌，去除纖維表面雜質(zhì)；

(2)滲透：取步驟(1)所得超高分子量聚乙烯纖維，按照絕干漿用量的20％加入滲透劑烷基酚聚氧乙烯醚，按照水纖比為10:1加水，然后在溫度為30-60℃、100kHz超聲條件下處理2h，得到纖維懸浮液；

(3)機械分散：取步驟(2)所得纖維懸浮液，將纖維濃度調(diào)節(jié)至0.15‰，用纖維疏解設(shè)備疏解纖維，在4000r/min轉(zhuǎn)速下疏解2min；

(4)分散劑分散：在步驟(3)所得疏解后混合液中加入相對于絕干漿用量的0.01％的分散劑吐溫-80和吐溫-60，1200r/min速度對混合液進(jìn)行分散30smin，即得處理后的超高分子量聚乙烯纖維。

實施例11一種超高分子量聚乙烯纖維的預(yù)處理分散方法，步驟為：

(1)洗滌：取超高分子量聚乙烯纖維，采用濃度為4.0×l0^-3mol/L溶劑乙醇對其進(jìn)行洗滌，去除纖維表面雜質(zhì)；

(2)滲透：取步驟(1)所得超高分子量聚乙烯纖維，按照絕干漿用量的2％加入滲透劑烷基酚聚氧乙烯醚，按照水纖比為70:1加水，然后在溫度為30-60℃、80kHz超聲條件下處理36h，得到纖維懸浮液；

(3)機械分散：取步驟(2)所得纖維懸浮液，將纖維濃度調(diào)節(jié)至2‰，用纖維疏解設(shè)備疏解纖維，在3000r/min轉(zhuǎn)速下疏解9min；

(4)分散劑分散：在步驟(3)所得疏解后混合液中加入相對于絕干漿用量的1.2％的分散劑十八烷基胺，300r/min速度對混合液進(jìn)行分散2min，即得處理后的超高分子量聚乙烯纖維。