專(zhuān)利名稱(chēng)：包含衍生自二氨基二苯砜的纖條體的紙材的制作方法
包含衍生自二氨基二苯砜的纖條體的紙材
背景技術(shù)：
1.發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及用包含聚合物或共聚物的纖條體制得的紙材，所述聚合物或共聚物衍 生自單體，所述單體選自4，4’ - 二氨基二苯砜、3，3’ - 二氨基二苯砜、以及它們的混合物。 此類(lèi)紙材具有高度的熱穩(wěn)定性，并且比僅用芳族聚酰胺纖條體制得的紙材更易于吸墨。2.
背景技術(shù)：
已研發(fā)出由高性能材料制得的紙材以提供具有改善的強(qiáng)度和/或熱穩(wěn)定性的紙 材。例如，芳族聚酰胺紙材是由芳香族聚酰胺構(gòu)成的合成紙材。由于其耐熱性和阻燃性、電 絕緣性、韌度和柔韌性，所述紙材已被用作電絕緣材料和飛行器蜂窩結(jié)構(gòu)的基材。在這些材 料中，Nomex (DuPont,U. S. Α.)是通過(guò)將聚(間苯二甲酰間苯二胺)絮狀物與纖條體在水 中混合，然后使所述混合漿料經(jīng)歷造紙工藝以制得成形紙材，然后將所述成形紙材熱壓光 而制得的。已知此紙材具有優(yōu)異的電絕緣性能以及強(qiáng)度和韌性，甚至在高溫下也保持高性 能。此類(lèi)芳族聚酰胺紙材一般難以著色和印刷。就某些應(yīng)用而言，將芳族聚酰胺紙材 涂覆以提供更好的表面以供印刷條形碼和其它標(biāo)記。這需要造紙后額外的步驟，并且額外 的制造步驟產(chǎn)生了所得的廢料。因此，持續(xù)需要具有改善的特性的高性能紙材，尤其是比高 性能紙材如已知的芳族聚酰胺紙材更易于吸墨或著色的紙材。發(fā)明簡(jiǎn)述本發(fā)明涉及高度可印刷的熱穩(wěn)定的紙材，所述紙材包含含有聚合物或共聚物的非 粒狀、纖維或薄膜狀聚合物纖條體，所述聚合物或共聚物衍生自胺單體，所述胺單體選自4， 4’ _ 二氨基二苯砜、3，3’ - 二氨基二苯砜、以及它們的混合物，所述聚合物纖條體具有0. 1 至Imm的平均最大尺寸，5 1至10 1的最大尺寸與最小尺寸的比率，以及不超過(guò)2微米 的厚度；和至少一種高性能絮狀物，所述高性能絮狀物選自對(duì)位芳族聚酰胺、間位芳族聚酰 胺、碳、玻璃、以及它們的混合物，所述絮狀物具有2至25mm的長(zhǎng)度。在各個(gè)實(shí)施方案中，本 發(fā)明還涉及包含此高度可印刷的熱穩(wěn)定的紙材的耐熱標(biāo)牌和標(biāo)簽、包裹線(xiàn)和導(dǎo)體、層壓體 結(jié)構(gòu)、蜂窩結(jié)構(gòu)、和電氣器件。(如本文所用，“薄膜狀”是指“薄膜”)。本發(fā)明還涉及用于制備熱穩(wěn)定紙材的方法，所述方法包括以下步驟a)形成按絮狀物和纖條體的總重量計(jì)10至95重量份的聚合物纖條體和90至5 重量份的至少一種高性能絮狀物的含水分散體，所述聚合物纖條體包含衍生自胺單體的聚 合物或共聚物，所述胺單體選自4，4’ - 二氨基二苯砜、3，3’ - 二氨基二苯砜、以及它們的混 合物，所述高性能絮狀物選自對(duì)位芳族聚酰胺、間位芳族聚酰胺、碳、玻璃、液晶聚酯、聚苯 硫醚、聚醚-酮-酮、聚醚-醚-酮、聚U惡二唑、聚苯并唑(polybenzazole)、以及它們的混 合物；b)將所述分散體共混以形成漿液；c)將所述含水液體從所述漿液中排出以獲得濕紙組合物，和d)將所述濕紙組合物干燥以制得成形紙材。
如果需要，所述方法包括通過(guò)加熱和施壓強(qiáng)化所述成形紙材以制得壓光紙的附加步驟。發(fā)明詳述本發(fā)明涉及在紙材中使用聚合物纖條體來(lái)改善印刷適性而不降低紙材的熱穩(wěn)定 性，所述聚合物纖條體包含衍生自單體的聚合物或共聚物，所述單體選自4，4’ - 二氨基二 苯砜、3，3’-二氨基二苯砜、以及它們的混合物。此類(lèi)聚合物具有有助于提高紙材印刷適性 的[SO2]連接基。如本文所用，術(shù)語(yǔ)“纖條體”是指由薄膜狀或不規(guī)則纖維狀細(xì)小顆粒構(gòu)成的極其細(xì) 分的聚合物產(chǎn)物?；旧洗嬖趦深?lèi)纖條體；“薄膜狀”纖條體和“纖維狀”或“絲狀”纖條體。 薄膜狀纖條體基本上是二維顆粒，所述顆粒具有約100至1000微米的長(zhǎng)度和寬度，和0. 1 至1微米的厚度。纖維狀或絲狀纖條體一般具有最多2-3mm的長(zhǎng)度，10至50微米的寬度， 和0. 1至1微米的厚度。纖條體通過(guò)使聚合物溶液流動(dòng)至與該溶液的溶劑不混溶的液體的 凝固浴中來(lái)制得。聚合物溶液流在聚合物凝固時(shí)受到劇烈剪切力和紊流的影響。纖條體的 主要形狀由聚合物類(lèi)型以及它們凝結(jié)期間的具體加工條件來(lái)決定。纖條體優(yōu)選具有高于320°C的熔點(diǎn)或分解點(diǎn)。纖條體不是纖維，但是它們是纖維 狀的，因?yàn)樗鼈兙哂杏衫w維網(wǎng)連接的纖維狀區(qū)域。在一個(gè)實(shí)施方案中，纖條體具有5 1至 10 1的縱橫比。在另一個(gè)實(shí)施方案中，纖條體以從未干燥過(guò)的狀態(tài)潤(rùn)濕使用，并且可沉積 成為物理纏繞在紙材其它成分或組分上的基料。纖條體可由任何方法制得，包括使用美國(guó) 專(zhuān)利3，018，091中所公開(kāi)類(lèi)型的纖條化設(shè)備，其中在一步中將聚合物溶液沉淀并且剪切。 纖條體還可經(jīng)由美國(guó)專(zhuān)利2，988，782和2，999，788中所公開(kāi)的方法制得。所述纖條體包含衍生自胺單體的聚合物或共聚物，所述胺單體選自4，4’ _ 二氨基 二苯砜、3，3’ - 二氨基二苯砜、以及它們的混合物。此類(lèi)聚合物和共聚物一般具有下列結(jié) 構(gòu)NH2-Arl-S02-Ar2-NH2其中Arl和Ar2是任何未取代或取代的六元碳原子芳基，并且Arl和Ar2可以相 同或不同。在一些優(yōu)選的實(shí)施方案中，Arl和Ar2是相同的。六元碳原子芳基還更優(yōu)選具 有相對(duì)于S02基團(tuán)的間位或?qū)ξ蝗∠虻倪B接基。具有該一般結(jié)構(gòu)的這一單體或多個(gè)單體在 相容溶劑中與酸性單體反應(yīng)生成聚合物。可用的酸性單體一般具有下列結(jié)構(gòu)Cl-C0-Ar3-C0-Cl其中Ar3是任何未取代或取代的芳環(huán)結(jié)構(gòu)，并且可與Arl和/或Ar2相同或不同。 在一些優(yōu)選的實(shí)施方案中，Ar 3為六元碳原子芳基。所述六元碳原子芳基還更優(yōu)選具有間 位或?qū)ξ蝗∠虻倪B接基。在一些優(yōu)選的實(shí)施方案中，Arl和Ar2相同，而Ar3不同于Arl和 Ar2。例如，Arl和Ar2可以均為具有間位取向連接基的苯環(huán)，而Ar3可為具有對(duì)位取向連 接基的苯環(huán)?？捎玫膯误w的實(shí)例包括對(duì)苯二甲酰氯、間苯二甲酰氯等等。在一些優(yōu)選的實(shí) 施方案中，所述酸為對(duì)苯二甲酰氯或它與間苯二甲酰氯的混合物，而胺單體為4，4’ - 二氨 基二苯砜。在一些其它優(yōu)選的實(shí)施方案中，胺單體為重量比為3 1的4，4’_ 二氨基二苯 砜和3，3’ - 二氨基二苯砜的混合物，其形成由均具有砜單體的共聚物制得的纖條體。在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述纖條體還包含共聚物，所述共聚物具有衍生自 砜胺單體和胺單體的重復(fù)單元，所述胺單體衍生自對(duì)苯二胺和/或間苯二胺。在一些優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述砜酰胺重復(fù)單元與其他酰胺重復(fù)單元的含量重量比為3 1。在一些實(shí) 施方案中，至少80摩爾％的胺單體為砜胺單體或砜胺單體的混合物。為方便起見(jiàn)，本文將 使用縮寫(xiě)“PSA”來(lái)代表所有整個(gè)類(lèi)別的由得自如前所述砜單體的聚合物或共聚物制得的纖 維。在一個(gè)實(shí)施方案中，得自砜單體的聚合物和共聚物優(yōu)選經(jīng)由一種或多種類(lèi)型二胺 單體與一種或多種類(lèi)型氯化物單體在二烷基酰胺溶劑諸如N-甲基吡咯烷酮、二甲基乙酰 胺或它們混合物中的縮聚反應(yīng)制得。在此類(lèi)縮聚反應(yīng)的一些實(shí)施方案中，還可存在無(wú)機(jī)鹽 諸如氯化鋰或氯化鈣。如果需要，可通過(guò)與非溶劑諸如水形成沉淀、中和、洗滌和干燥來(lái)分 離出所述聚合物。所述聚合物還可經(jīng)由界面聚合反應(yīng)制得，所述界面聚合反應(yīng)可直接制得 聚合物粉末，然后將所述粉末溶解在用于制備纖維的溶劑中。制備PSA纖維或包含砜胺單體的共聚物的具體方法公開(kāi)于授予Wang等人的中國(guó) 專(zhuān)利公開(kāi)1389604A中。該參考文獻(xiàn)公開(kāi)了被稱(chēng)為聚磺酰胺纖維(PSA)的纖維，其可通過(guò)將 50至95重量％的4，4’ - 二氨基二苯砜和5至50重量％的3，3’ - 二氨基二苯砜混合物與 等摩爾量的對(duì)苯二甲酰氯的二甲基乙酰胺溶液共聚形成的共聚物溶液紡絲制得。授予Chen 等人的中國(guó)專(zhuān)利公布1631941A也公開(kāi)了制備PSA共聚物紡絲溶液的方法，所述溶液由質(zhì)量 比率為10 90至90 10的4，4，- 二氨基二苯砜和3，3，- 二氨基二苯砜的混合物與等 摩爾量的對(duì)苯二甲酰氯的二甲基乙酰胺溶液共聚而形成。另一種制備共聚物的方法還公開(kāi) 于授予Sokolov等人的美國(guó)專(zhuān)利4，169,932中。該參考文獻(xiàn)公開(kāi)了使用叔胺以增加縮聚反 應(yīng)速率來(lái)制備聚(對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺)(PPD-T)共聚物。該專(zhuān)利還公開(kāi)了通過(guò)用另一種 芳族二胺諸如4，4’ - 二氨基二苯砜替代5至50摩爾％的對(duì)苯二胺(PPD)來(lái)制備PPD-T共 聚物。在一個(gè)實(shí)施方案中，PSA纖條體的一部分可被另一種第二非粒狀、纖維或薄膜狀聚 合物基料替代。此類(lèi)基料包括由另一種聚合物或共聚物制得的纖條體。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施 方案中，所述聚合物基料選自間位芳族聚酰胺纖條體、對(duì)位芳族聚酰胺纖條體、以及它們的 混合物。優(yōu)選的間位芳族聚酰胺纖條體是聚(間苯二甲酰間苯二胺)纖條體。在一個(gè)實(shí)施方案中，據(jù)信最多約80重量％的PSA纖條體可被MPD-I纖條體替代， 同時(shí)獲得良好的結(jié)果。然而，在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，20至50重量％ WPSA纖條體被 MPD-I纖條體替代。據(jù)信即使在紙材中僅有20重量％的PSA纖條體，由于由PSA纖條體提 供的附加聚砜基團(tuán)，所述紙材的改善的可染性和印刷適性也可保留下來(lái)。如果需要，可用不同的填料填充紙材中的纖條體，所述填料包括炭黑、石墨和礦物 質(zhì)粉末。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，填充的纖條體為PSA纖條體。用炭黑或石墨填充纖條 體的方法描述于例如授予Bair的美國(guó)專(zhuān)利5，482，773中。PSA纖條體可與至少一種高性能絮狀物組合，所述絮狀物選自對(duì)位芳族聚酰胺、間 位芳族聚酰胺、碳、玻璃、液晶聚酯、聚苯硫醚、聚醚-酮-酮、聚醚-醚-酮、聚H惡二唑、聚苯 并唑、以及它們的混合物。所謂“絮狀物”是指具有2至25毫米、優(yōu)選3至7毫米的長(zhǎng)度以及3至20微米、 優(yōu)選5至14微米的直徑的纖維。如果絮狀物長(zhǎng)度小于3毫米，則紙材強(qiáng)度被嚴(yán)重削弱，而 如果絮狀物長(zhǎng)度大于25毫米，則難以通過(guò)典型的濕法成網(wǎng)方法形成均勻的紙幅。如果絮狀 物直徑小于5微米，則難以以足夠的一致性和可重復(fù)性進(jìn)行商業(yè)化生產(chǎn)，而如果絮狀物直徑大于20微米，則難以形成輕至中等基重的均勻紙材。一般通過(guò)將連續(xù)的卷繞絲切割成特 定長(zhǎng)度的段來(lái)制備絮狀物。所述高性能絮狀物包括對(duì)位芳族聚酰胺、間位芳族聚酰胺、碳、玻璃、液晶聚酯、聚 苯硫醚、聚醚-酮-酮、聚醚-醚-酮、聚Pi二唑、聚苯并唑、以及它們混合物的絮凝物。芳族聚酰胺是指其中至少85%的酰胺(-C0NH-)連接基直接與兩個(gè)芳環(huán)相連的 聚酰胺。對(duì)位芳族聚酰胺是在聚合物鏈中包含對(duì)位構(gòu)型或?qū)ξ蝗∠虻倪B接基的聚酰胺， 而間位芳族聚酰胺是在聚合物鏈中包含間位構(gòu)型或間位取向的連接基的聚酰胺。可將添 加劑與芳族聚酰胺一起使用，并且實(shí)際上已發(fā)現(xiàn)，可將多達(dá)10重量％的其他聚合材料與 芳族聚酰胺共混，或者可使用共聚物，所述共聚物具有多達(dá)10%的替代芳族聚酰胺二胺的 其他二胺，或多達(dá)10%的替代芳族聚酰胺二酰氯的其他二酰氯。在一些實(shí)施方案中，優(yōu)選 的對(duì)位芳族聚酰胺是聚(對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺)。制備可用的對(duì)位芳族聚酰胺纖維的方 法一般公開(kāi)于例如美國(guó)專(zhuān)利3，869，430 ；3，869，429 ；和3，767，756中。各種形式的此類(lèi) 芳族聚酰胺有機(jī)纖維分別以商標(biāo)Kevlar 和Twaron 由E. I.du Pont de Nemours and Company (Wilmington, Delaware)；和 Tei jin，Ltd. (Japan)出售。而且，基于共聚(對(duì)亞苯 基/3，4’ - 二苯醚對(duì)苯二酰胺)的纖維被定義為如本文所用的對(duì)位芳族聚酰胺纖維。一種 可商購(gòu)獲得的此類(lèi)纖維被稱(chēng)為T(mén)echnora 纖維，同樣得自Tei jin，Ltd。在一些實(shí)施方案中，優(yōu)選的間位芳族聚酰胺是聚(間苯二甲酰間苯二胺)(MPD-I) 及其共聚物。一種此類(lèi)間位芳族聚酰胺絮狀物是得自E. I.duPont de Nemours and Company (Wilmington, DE)的Nomex 芳族聚酰胺纖維，然而間位芳族聚酰胺纖維還可以 多種形式獲得，以商品名Conex 得自Teijin Ltd. (Tokyo, Japan)；以商品名Apyei 1 得 自 Unitika, Ltd.，Osaka, Japan ；以商品名Star 間位芳族聚酰胺得自 Yantai Spandex Co. Ltd, Shandong Province, China ；以及以商品名Chinfunex 芳族聚酰胺 1313 得自 Guangdong Charming Chemical Co. Ltd. (Xinhui,Guangdong,China)。間位芳方矣聚酉先胺纖維 本性阻燃并且可利用任何數(shù)目的工藝由干紡絲或濕紡絲紡成；然而，美國(guó)專(zhuān)利3，063，966、 3，227，793,3, 287，324,3, 414，645及5，667，743示例出了可采用的用于制備芳族聚酰胺纖 維的有用方法?？蓪⑻砑觿┡c芳族聚酰胺一起使用，并且實(shí)際上已發(fā)現(xiàn)，可將多達(dá)10重量％的其 他聚合材料與芳族聚酰胺共混，或者可使用共聚物，所述共聚物具有多達(dá)10 %的替代芳族 聚酰胺的二胺的其他二胺，或多達(dá)10%的替代芳族聚酰胺的二酰氯的其他二酰氯?？缮藤?gòu)獲得的碳纖維包括得自Toho Tenax America, Inc的Tenax 纖維，并且可 商購(gòu)獲得的玻璃纖維包括由Johns Manville Co.出售的253型硼硅酸鹽玻璃微纖維?？捎?的可商購(gòu)獲得的液晶聚酯纖維包括得自Swicofil AG Textile Services的Vect ran HS 纖維。聚苯硫醚纖維具有良好的耐熱性、耐化學(xué)品性和耐水解性。這些纖維中至少90%的組 分單元為具有-(C6H4-S)-亞苯硫基結(jié)構(gòu)單元的聚合物或共聚物。聚苯硫醚纖維以商品名 Ryton 由 Am erican Fibers and Fabrics 出售，以商品名 Toray ppg 由 Toray Industries Inc.出售，以商品名Fortr on 由KurehaChemical Industry Co.出售，以及以商品名 Procon 由Toyobo Co出售。聚醚-酮-酮和聚醚-醚-酮纖維包括得自Zyex Ltd. (UK) 的Zyex PEEK和Zyex PEK纖維。聚卩惡二唑纖維也具有良好的耐熱性，并且公開(kāi)于例如授予 Bach 白勺美國(guó)專(zhuān)禾U 4，202，962，禾口"Encyclopedia of Polymer Science andEngineering" 第12卷第322-339頁(yè)(John ffiley&Sons, New York, 1988)中。在一些實(shí)施方案中，所述 聚P惡二唑纖維包含聚亞芳基-1，3，4-Ι 惡二唑聚合物、聚亞芳基-1，2，4-睡二唑聚合物、 或它們的混合物。在一些優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述聚_二唑纖維包含聚對(duì)亞苯基_1，3， 4-H惡二唑聚合物。適宜的聚U惡二唑纖維在商業(yè)上以各種商品名為人所知，諸如Oxalon 、 八^61011@、41^1011-(^和41^1011-3@纖維?？捎玫目缮藤?gòu)獲得的聚苯并唑纖維包括得 自 T0y0b0(japan)的ZyIon PB0-AS(聚(對(duì)亞苯基-2，6-苯并雙Ii惡唑))纖維、Zylon PBO-HM(聚(對(duì)亞苯基-2，6-苯并雙U惡唑))纖維。在一些優(yōu)選的實(shí)施方案中，高性能絮狀物具有高模量。如本文所用，高模量纖維是 具有600克/旦尼爾(550克/分特)或更高拉伸模量或楊氏模量的纖維。絮狀物的高模 量提供硬度，并且還可向紙材提供改善的外形穩(wěn)定性，其可轉(zhuǎn)變成最終的紙材應(yīng)用。在一個(gè) 優(yōu)選的實(shí)施方案中，纖維的楊氏模量為900克/旦尼爾(820克/分特)或更高。在優(yōu)選的 實(shí)施方案中，纖維強(qiáng)度為至少21克/旦尼爾(19克/分特)，并且其伸長(zhǎng)率為至少2%，以 為最終的紙材應(yīng)用提供更高水平的機(jī)械特性。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，高模量絮狀物為耐熱纖維。所謂“耐熱纖維”是指當(dāng)在 空氣中以20°C /分鐘的速率加熱至500°C時(shí)，所述纖維優(yōu)選保留纖維重量的90%。此類(lèi)纖 維通常具有阻燃性，這意味著該纖維或由該纖維制成的織物具有的極限氧指數(shù)(LOI)使得 纖維或織物不支持空氣中的燃燒，優(yōu)選的LOI范圍為約26及更高。優(yōu)選的耐熱纖維是對(duì)位 芳族聚酰胺纖維，尤其是聚(對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺)纖維。在一個(gè)實(shí)施方案中，使纖條體與至少一種高性能絮狀物和至少一種其它絮狀物組 合。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述至少一種其它絮狀物是包含聚合物或共聚物的絮狀物， 所述聚合物或共聚物衍生自單體，所述單體選自4，4’ - 二氨基二苯砜、3，3’ - 二氨基二苯 砜、以及它們的混合物。所述纖條體和絮狀物組合形成熱穩(wěn)定紙材。如本文所用，術(shù)語(yǔ)紙材以其標(biāo)準(zhǔn)含義 使用，并且它可通過(guò)采用常規(guī)的造紙工藝和設(shè)備以及方法制得。纖維材料即纖條體和絮狀 物可以在一起漿化形成混合物，在如長(zhǎng)網(wǎng)造紙機(jī)上，或在包含成型網(wǎng)簾的手抄紙模具上手 動(dòng)將所述混合物轉(zhuǎn)變成紙材。纖維形成紙材的方法，可參見(jiàn)Gross的USP 3，756，908和 Hesler等人的USP5，026，456。如果需要，在紙材形成后，可將其在兩個(gè)熱壓光輥間壓光。 在所述輥的高溫和高壓下，所述紙材的粘結(jié)強(qiáng)度增加。壓光還使紙材具有供印刷的光滑表 面。在成形和/或壓光期間，可將具有相同或不同組成的若干層片組合成最終紙材結(jié)構(gòu)。 在一個(gè)實(shí)施方案中，所述紙材具有的纖條體與絮狀物在紙材組合物中的重量比為95 5至 10 90。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述紙材具有的纖條體與絮狀物在紙材組合物中的重 量比為60 40至10 90。在一個(gè)實(shí)施方案中，成形紙材具有約0.1至0.5克/立方厘米的密度。在一些實(shí) 施方案中，成形紙材的厚度在約0. 002至0. 015英寸的范圍內(nèi)。壓光紙的厚度取決于最終 用途或所需的特性，并且在一些實(shí)施方案中，所述厚度通常為0. 001至0. 005密耳(25至 130微米)。在一些實(shí)施方案中，紙材的基重為0. 5至6盎司/平方碼(15至200克/平方 米)。
可將粉末或纖維形式的附加成分如調(diào)節(jié)紙材傳導(dǎo)性和其它特性的填料、顏料、抗 氧化劑等加入到本發(fā)明的紙材組合物中。如果需要，可將抑制劑加入到紙材中以提供對(duì)高 溫下氧化性降解的抗性。優(yōu)選的抑制劑是鉍的氧化物、氫氧化物和硝酸鹽。尤其有效的抑 制劑是鉍的氫氧化物和硝酸鹽。將此類(lèi)填料摻入到紙材中的一個(gè)適宜方法是首先在纖條體 形成期間將所述填料摻入到纖條體中。將附加成分摻入到紙材中的其它方法包括在紙材形 成期間將此類(lèi)組分加入到漿液中，用所述成分噴霧成形紙材表面，以及其它常規(guī)技術(shù)。當(dāng)將PSA纖條體作為基料摻入到紙材中時(shí)，與僅具有例如MPD-I纖條體作為基料 的紙材相比，PSA纖條體中的砜基提供改善的可吸收紙材表面上的印刷油墨的位點(diǎn)。在一個(gè)實(shí)施方案中，可采用方法制得熱穩(wěn)定的紙材，所述方法包括以下步驟a)形成按絮狀物和纖條體的總重量計(jì)10至95重量份的聚合物纖條體和90至5 重量份的至少一種高性能絮狀物的含水分散體，所述聚合物纖條體包含衍生自胺單體的聚 合物或共聚物，所述胺單體選自4，4’ - 二氨基二苯砜、3，3’ - 二氨基二苯砜、以及它們的混 合物，所述高性能絮狀物選自對(duì)位芳族聚酰胺、間位芳族聚酰胺、碳、玻璃、液晶聚酯、聚苯 硫醚、聚醚-酮-酮、聚醚-醚-酮、聚P惡二唑、聚苯并唑、以及它們的混合物；b)將所述分散體共混以形成漿液；c)將所述含水液體從所述漿液中排出以獲得濕紙組合物，和d)將所述濕紙組合物干燥以制得成形紙材。在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述絮狀物為絮凝物的混合物，所述混合物還包含至少 一種包含聚合物或共聚物的絮狀物，所述聚合物或共聚物衍生自單體，所述單體選自4， 4’ - 二氨基二苯砜、3，3’ - 二氨基二苯砜、以及它們的混合物。所述紙材可在從實(shí)驗(yàn)室用篩分儀至商業(yè)規(guī)模造紙機(jī)的任何規(guī)模的設(shè)備上形成，如 長(zhǎng)網(wǎng)造紙機(jī)或斜網(wǎng)紙機(jī)。一般的方法涉及在含水液體中制備纖條體和絮狀物以及任選附加 成分如填料的分散體，將液體從所述分散體中排出以獲得濕組合物，并且干燥所述濕紙組 合物。所述分散體可通過(guò)將絮狀物分散于含水液體中，然后加入纖條體來(lái)制得，或通過(guò) 將纖條體分散于液體中，然后加入纖維來(lái)制得。所述分散體還可通過(guò)將包含絮狀物的分散 體與包含纖維的分散體混合來(lái)制得。絮狀物在所述分散體中的濃度可在按所述分散體的總 重量計(jì)0. 01至1. 0重量％范圍內(nèi)。纖條體在所述分散體中的濃度按固體的總重量計(jì)為最
多20重量％。在一些實(shí)施方案中，含水分散體中的一部分PSA纖條體可被被另一種第二非粒 狀、纖維或薄膜狀聚合物基料替代。此類(lèi)基料包括由另一種聚合物或共聚物制得的纖條體。 在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述聚合物基料選自間位芳族聚酰胺纖條體、對(duì)位芳族聚酰胺 纖條體、以及它們的混合物。優(yōu)選的間位芳族聚酰胺纖條體是聚(間苯二甲酰間苯二胺) 纖條體。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，在所述含水分散體中包含染料或顏料以制得有色紙 材。可使用與紙材最終應(yīng)用相容并且與紙材中的砜基充分結(jié)合的任何染料或顏料。在一個(gè) 優(yōu)選的實(shí)施方案中，以在最終紙材中形成所需著色的量加入染料或顏料。優(yōu)選的染料或顏 料能夠經(jīng)受壓光處理，即能夠經(jīng)受250攝氏度或更高的溫度；在一些尤其優(yōu)選的實(shí)施方案 中，所述染料和顏料能夠經(jīng)受310攝氏度或更高的溫度。
分散體中的含水液體一般為水，但是可包括各種其它物質(zhì)，如pH調(diào)節(jié)物質(zhì)、成型 助劑、表面活性劑、消泡劑等。含水液體通常以如下方式從分散體中排出將分散體引導(dǎo)至 篩網(wǎng)或其他有孔支撐件上，保留分散的固體，然后使液體流過(guò)，從而得到濕紙組合物。濕組 合物在支撐件上形成之后，通常通過(guò)真空或其他壓力進(jìn)一步脫水，并且通過(guò)蒸發(fā)剩余液體
進(jìn)一步干燥。如果需要更高的密度和強(qiáng)度，則可實(shí)施的下一步是在金屬-金屬、金屬_復(fù)合材 料、或復(fù)合材料-復(fù)合材料輥的輥隙中將一層或多層紙材壓光。作為另外一種選擇，可在對(duì) 于具體組合物和最終應(yīng)用而言最佳的壓力、溫度和時(shí)間下，在平壓機(jī)中壓制一層或多層紙 材。此外，如果不進(jìn)行壓實(shí)或除壓實(shí)之外還需要強(qiáng)化或?qū)δ承┢渌匦缘母男裕瑒t可在壓光 或壓制之前、之后或替代壓光或壓制，以單獨(dú)的步驟實(shí)施熱處理。所述紙材可用作高溫標(biāo)牌、標(biāo)簽和證券紙的印刷材料。所述紙材還可用作材料如 印刷線(xiàn)路板中的組分；或在介電特性有效的情況下，可用作如用于馬達(dá)、變壓器以及其它電 力設(shè)備中的電絕緣材料。在這些應(yīng)用中，可按需要使用紙材自身，或以含或不含填充性樹(shù)脂 的層壓體結(jié)構(gòu)形式使用。在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述紙材可用作線(xiàn)材和導(dǎo)體的電絕緣包裹 物。所述線(xiàn)材或?qū)w可被完全包裹，如線(xiàn)材或?qū)w的螺旋式重疊包裹，或就方形導(dǎo)體而言， 可僅包裹導(dǎo)體的一部分或一個(gè)或多個(gè)面。包裹物的量由應(yīng)用來(lái)決定，并且如果需要，可在包 裹時(shí)使用多層紙材。在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述紙材還可用作結(jié)構(gòu)材料如芯結(jié)構(gòu)或蜂窩結(jié) 構(gòu)中的組分。例如，一層或多層紙材可用作形成蜂窩結(jié)構(gòu)單元的主要材料。作為另外一種 選擇，一層或多層紙材可用于遮蓋或覆蓋蜂窩結(jié)構(gòu)單元或其它芯材料的片材中。優(yōu)選用樹(shù) 脂如酚醛樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、聚酰亞胺樹(shù)脂或其它樹(shù)脂浸漬這些紙材和/或結(jié)構(gòu)。然而，在某 些情況下，可使用所述紙材，而無(wú)需任何樹(shù)脂浸漬。測(cè)試方法根據(jù)ASTM D 374和ASTM D 646，相應(yīng)地測(cè)定本發(fā)明紙材的厚度和基重(克重)。 在厚度測(cè)定時(shí)，采用方法E，樣本上的壓力為約172kPa。根據(jù)ASTM D 202，測(cè)定紙材的密度(表觀密度)。根據(jù)ASTM D 828，在Instron型測(cè)試儀上，使用寬2. 54cm并且隔距18cm的測(cè)試樣 本，測(cè)定本發(fā)明紙材的拉伸強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率。實(shí)施例1如下由4，4’ - 二氨基二苯砜和3，3’ - 二氨基二苯砜的共聚物制備纖條體。在水 浴中，使用瓦林混碎機(jī)，在高剪切應(yīng)力下使10%的4，4’ - 二氨基二苯砜和3，3’ - 二氨基二 苯砜共聚物的DMAC溶液沉淀。然后用水洗滌沉淀，并且在同一混碎機(jī)中用水分散10分鐘 以形成纖條體。所述纖條體具有約450mL的Shopper-Riegler游離度。將包含2.0克(干重)固體的這些纖條體水漿液與2克聚(間苯二甲酰間苯二 胺)絮狀物一起放置于含有約1600g水的實(shí)驗(yàn)室攪拌器(英國(guó)紙漿質(zhì)量鑒定設(shè)備)中，并 且攪拌3分鐘，形成50/50重量％的纖條體與絮狀物的混合物。聚(間苯二甲酰間苯二胺) 絮狀物具有0. 22特(2. 0旦尼爾)的線(xiàn)密度和0. 64cm的長(zhǎng)度。然后將所述分散體與8升水一起倒入到約21 X 21cm的手抄紙模具中，并且形成濕 鋪紙片。將所述紙片放置于兩片吸墨紙之間，用搟棒以手橫壓，并且在190°C的手抄紙干燥 器中干燥，制得成形紙材。干燥后，在300°C溫度和約3000N/cm線(xiàn)壓力下，使成形紙材在金屬-金屬輥隙間壓光。最終壓光紙具有83. 4g/m2的基重，0. 094mm的厚度，0. 89g/cm3的密度，26. ON/cm的 拉伸強(qiáng)度，和3. 22%的伸長(zhǎng)率。無(wú)需預(yù)先涂布即可將此紙材印刷以提供印制的標(biāo)簽或標(biāo)牌。實(shí)施例2重復(fù)實(shí)施例1以制得首先成形然后壓光的紙材，然而50/50的纖條體和絮狀物的 漿液共混物包含1. 7克(干重)纖條體和1. 7克聚(對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺)絮狀物。所述 聚(對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺)絮狀物具有0.17特(1.5旦尼爾)的線(xiàn)密度和0.64cm的長(zhǎng)度。 最終壓光紙具有71. 9g/m2的基重，0. 079mm的厚度，0. 91g/cm3的密度，23. 3N/cm的拉伸強(qiáng) 度，和1. 90%的伸長(zhǎng)率。無(wú)需預(yù)先涂布即可將此紙材印刷，以提供印制的標(biāo)簽或標(biāo)牌。實(shí)施例3重復(fù)實(shí)施例1的方法以制得首先成形然后壓光的紙材，此外將2克得自BASF Wyandotte Corp. (Charlotte, N. C.)的 Basacryl Red GL 染料加入到 1600 克水菜液中。纖 條體吸收紅色染料，并且制得有色紙材。實(shí)施例4重復(fù)實(shí)施例1以制得首先成形然后壓光的紙材，不同的是，用由共聚物制得的絮 狀物替代10重量％的聚(間苯二甲酰間苯二胺)MPD-I絮狀物，所述共聚物衍生自4，4’- 二 氨基二苯砜和3，3’ - 二氨基二苯砜胺單體(約70 30比率)PSA。所述PSA絮狀物具有 與MPD-I絮狀物相同的切割長(zhǎng)度。最終絮狀物的混合物具有80% MPD-I絮狀物、10% PET 絮狀物、和10% PSA絮狀物的組成。無(wú)需預(yù)先涂布即可將此最終壓光紙印刷以提供印制的 標(biāo)簽或標(biāo)牌。實(shí)施例5重復(fù)實(shí)施例1以制得首先成形然后壓光的紙材，不同的是，在含水分散體中，20重 量％的PSA纖條體被MPD-I纖條體替代。無(wú)需預(yù)先涂布即可將此最終壓光紙印刷，以提供 印制的標(biāo)簽或標(biāo)牌。
權(quán)利要求
高度可印刷的熱穩(wěn)定紙材，所述紙材包含a)包含聚合物或共聚物的非粒狀、纖維或薄膜狀的聚合物纖條體，所述聚合物或共聚物衍生自胺單體，所述胺單體選自4，4’ 二氨基二苯砜、3，3’ 二氨基二苯砜以及它們的混合物，所述纖條體具有0.1至1mm的平均最大尺寸、5∶1至10∶1的最大尺寸與最小尺寸的比率、和不超過(guò)2微米的厚度；和b)至少一種高性能絮狀物，所述絮狀物選自對(duì)位芳族聚酰胺、間位芳族聚酰胺、碳、玻璃、液晶聚酯、聚苯硫醚、聚醚 酮 酮、聚醚 醚 酮、聚二唑、聚苯并唑、以及它們的混合物，所述絮狀物具有2至25mm的長(zhǎng)度；其中纖條體與絮狀物在所述紙材組合物中的重量比為95∶5至10∶90。FPA00001206352200011.tif
2.權(quán)利要求1的紙材，所述紙材還包含c)至少一種包含聚合物或共聚物的絮狀物，所述聚合物或共聚物衍生自單體，所述單 體選自4，4’ - 二氨基二苯砜、3，3’ - 二氨基二苯砜以及它們的混合物。
3.權(quán)利要求1的紙材，其中所述間位芳族聚酰胺纖維為聚(間苯二甲酰間苯二胺)纖維。
4.權(quán)利要求1的紙材，所述紙材還包含非粒狀、纖維或薄膜狀的第二聚合物基料。
5.權(quán)利要求4的紙材，其中所述聚合物基料選自間位芳族聚酰胺纖條體、對(duì)位芳族聚 酰胺纖條體、以及它們的混合物。
6.權(quán)利要求5的紙材，其中所述間位芳族聚酰胺為聚(間苯二甲酰間苯二胺)。
7.包含權(quán)利要求1的紙材的耐熱的標(biāo)牌或標(biāo)簽或證券紙。
8.用權(quán)利要求1的紙材包裹的線(xiàn)材或?qū)w。
9.包含權(quán)利要求1的紙材的層壓體結(jié)構(gòu)。
10.包含權(quán)利要求1的紙材的蜂窩結(jié)構(gòu)。
11.包含權(quán)利要求1的紙材的電氣器件。
12.用于制備熱穩(wěn)定的成形紙材的方法，所述方法包括以下步驟a)形成按所述絮狀物和纖條體的總重量計(jì)10至95重量份的聚合物纖條體和90至5 重量份的至少一種高性能絮狀物的含水分散體，所述聚合物纖條體包含衍生自胺單體的聚 合物或共聚物，所述胺單體選自4，4’ - 二氨基二苯砜、3，3’ - 二氨基二苯砜、以及它們的混 合物，所述高性能絮狀物選自對(duì)位芳族聚酰胺、間位芳族聚酰胺、碳、玻璃、液晶聚酯、聚苯 硫醚、聚醚-酮-酮、聚醚-醚-酮、聚嘟二唑、聚苯并唑、以及它們的混合物；b)將所述分散體共混以形成漿液；c)將所述含水液體從所述漿液中排出以獲得濕紙組合物，和d)將所述濕紙組合物干燥以制得成形紙材。
13.權(quán)利要求12的方法，其中經(jīng)由篩網(wǎng)或網(wǎng)帶，將所述水從所述漿液中排出。
14.權(quán)利要求12的方法，所述方法還包含至少一種含有聚合物或共聚物的絮狀物，所 述聚合物或共聚物衍生自單體，所述單體選自4，4’ - 二氨基二苯砜、3，3’ - 二氨基二苯砜、 以及它們的混合物。
15.權(quán)利要求12的方法，所述方法還包括通過(guò)加熱和加壓來(lái)壓光所述成形紙材。
全文摘要
本發(fā)明涉及用包含聚合物或共聚物的纖條體制得的紙材，所述聚合物或共聚物衍生自單體，所述單體選自4，4’-二氨基二苯砜、3，3’-二氨基二苯砜、以及它們的混合物。此類(lèi)紙材具有高度的熱穩(wěn)定性，并且比僅用芳族聚酰胺纖條體制得的紙材更易于吸墨。
文檔編號(hào)D21H13/10GK101952510SQ200880127307
公開(kāi)日2011年1月19日 申請(qǐng)日期2008年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月21日
發(fā)明者G·L·亨德倫, M·R·列維特, V·加巴拉 申請(qǐng)人:納幕爾杜邦公司