一種納米紙材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種納米紙材料及其制備方法，所述的納米紙是由聚合物和粘土經(jīng)水溶液共混、冷凍干燥后再機械壓制而成，其中聚合物以納米紙重量計為5-95%，粘土以納米紙重量計為95-5%。由于本發(fā)明提供的納米紙材料以聚合物和粘土為原料，制備過程僅采用水作溶劑，采用冷凍干燥和機械壓制的方法，使得制備過程綠色環(huán)保，生產(chǎn)效率高。本發(fā)明提供的納米紙材料采用的凍干方法及機械壓制的方法更為高效，所得材料表面平整，強度更高，阻燃性能好，產(chǎn)品質(zhì)量重現(xiàn)性好。工藝操作簡單，成本低，易于推廣。
【專利說明】一種納米紙材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于納米紙材料【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及納米紙材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]納米紙是一種新型環(huán)保材料，主要由聚合物和納米粒子復(fù)合而成。傳統(tǒng)的石頭紙以碳酸鈣和常見聚合物復(fù)合而成，綠色環(huán)保，在傳統(tǒng)書寫用紙、裝飾材料等領(lǐng)域顯示出極大的應(yīng)用前景。但該方法使用的聚合物常為熱塑性的通用聚合物聚乙烯、聚丙烯等，這些聚合物來源于化石原料，屬于不可再生資源。
[0003]瑞典皇家技術(shù)研究所的Liu Andong等人采用納米微晶纖維素和蒙脫土進行水溶液共混后，再抽濾干燥制得了纖維素增強的納米黏土紙，由于含有較高的黏土含量，該紙張具有很好的阻燃性能及氣體阻隔性能。該方法利用完全環(huán)保的原料及工藝制備出有巨大應(yīng)用前景的納米紙材料，在紙材料領(lǐng)域有革命性的意義。但是，該方法采用抽濾后將濾餅晾干制備納米紙的方法效率極低，很難實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，所得納米紙的厚度、密度及表面形貌均難以控制，因此該方法存在一定的缺點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種納米紙材料。
[0005]本發(fā)明要解決的另一技術(shù)問題是提供一種納米紙材料的制備方法。
[0006]本發(fā)明的納米紙材料該材料由聚合物和粘土經(jīng)水溶液共混、冷凍干燥后經(jīng)壓制而成，其中聚合物以納米紙重量計為5-95%，粘土以納米紙重量計為95-5%。
[0007]其中聚合物為聚乙烯醇、聚氧化乙烯、天然橡膠、聚丙烯酸、聚乙烯基吡咯烷酮、羥甲基甲殼素、羥甲基殼聚糖、羥甲基淀粉、羥甲基纖維素、卡拉膠中的至少一種。
[0008]粘土為蒙脫土、累脫石、合成鋰皂石、合成云母、高嶺土、蛭石、海泡石、凹凸棒、埃洛石、層狀雙氫氧化物、硅藻土、硅灰石、羥基磷灰石中的至少一種。
[0009]本發(fā)明的納米紙材料的制備方法，依次包括如下步驟:
O將聚合物溶解于去離子水中并和粘土攪拌至均勻分布的懸濁液，其中聚合物以納米紙重量計為5-95%，粘土以納米紙重量計為95-5%。
[0010]2)將I)所得產(chǎn)物冷凍后凍干，
3)將2)所得產(chǎn)物在平板上壓制得到納米紙。
[0011]上述方法所用的聚合物原料為聚乙烯醇、聚氧化乙烯、天然橡膠、聚丙烯酸、聚乙烯基吡咯烷酮、羥甲基甲殼素、羥甲基殼聚糖、羥甲基淀粉、羥甲基纖維素、卡拉膠中的至少一種。
[0012]上述方法所用的納米紙材料的方法，該方法所用的粘土為蒙脫土、累脫石、合成鋰皂石、合成云母、高嶺土、蛭石、海泡石、凹凸棒、埃洛石、層狀雙氫氧化物、硅藻土、硅灰石、羥基磷灰石中的至少一種。
[0013]上述方法所用的壓制方法為機械壓制法，將凍干的材料置于平板或雙輥間壓制，壓力大小以趕走材料中所有空氣為準(zhǔn)。
[0014]另外，本發(fā)明還可在制備納米紙材料時根據(jù)需要加入纖維增強、表面涂層防水等處理。
[0015]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點:
1、由于本發(fā)明提供的納米紙材料以聚合物和粘土為原料，制備過程僅采用水作溶劑，采用冷凍干燥和機械壓制的方法，使得制備過程綠色環(huán)保，生產(chǎn)效率高。
[0016]2、本發(fā)明提供的納米紙材料采用的凍干方法及機械壓制的方法更為高效，所得材料表面平整，強度更高，阻燃性能好，產(chǎn)品質(zhì)量重現(xiàn)性好。
[0017]3、本發(fā)明工藝操作簡單，成本低，易于推廣。
【具體實施方式】
[0018]下面給出的實施例以對本發(fā)明作進一步說明。有必要在此指出的是以下實施例不能理解為對本發(fā)明保護范圍的限制，如果該領(lǐng)域的技術(shù)熟練人員根據(jù)上述本
【發(fā)明內(nèi)容】
對本發(fā)明作出一些非本質(zhì)的改進和調(diào)整，仍屬于本發(fā)明保護范圍。
[0019]所制得的納米紙材料性能見附表。值得說明的是，以下各實施例性能中，拉伸強度由SANS萬能材料試驗機測試，氧指數(shù)按照IS04589-1984測得，總熱釋放由微型量熱儀測得。
[0020]實施例1` 先將0.8 g聚乙烯醇(Mw 31，000~50，000，醇解度99%)加熱溶于100 mL去離子水中，加入15 g蒙脫土后高速攪拌至均勻膠體，將產(chǎn)物在-78 ° C (干冰的乙醇浴)快速冷凍至冰晶生長完全，在室溫下真空凍干至完全干燥，最后用40 MPa壓力將所得低密度材料壓制成納米紙。
[0021]實施例2
先將I g蒙脫土加入100 mL去離子水中，高速攪拌至均勻懸濁液，再將20 g聚乙烯醇(Mw 31，000^50, 000,醇解度99%)加熱溶于上述懸濁液，將產(chǎn)物在-78 ° C (干冰的乙醇浴)快速冷凍至冰晶生長完全，在室溫下真空凍干至完全干燥，最后用40 MPa壓力將所得低密度材料壓制成納米紙。
[0022]實施例3
先將10 g聚乙烯醇(Mw 31，000~50，000，醇解度99%)加熱溶于100 mL去離子水中，加入5 g累脫土后高速攪拌至均勻膠體，將產(chǎn)物在-78 ° C (干冰的乙醇浴)快速冷凍至冰晶生長完全，在室溫下真空凍干至完全干燥，最后用40 MPa壓力將所得低密度材料壓制成納米紙。。
[0023]實施例4
先將2 g聚乙烯醇(Mw31，00(T50，000，醇解度78%)加熱溶于100 mL去離子水中，加入
Ig合成鋰皂石后高速攪拌至均勻膠體，將產(chǎn)物在-196 ° C (液氮浴)快速冷凍至冰晶生長完全，在室溫下真空凍干至完全干燥，最后用45 MPa壓力將所得低密度材料壓制成納米紙。
[0024]實施例5
先將3 g聚乙烯醇(Mw 31，000~50，000醇解度99%)加熱溶于100 mL去離子水中，加入4 g蒙脫土和4 g合成云母后高速攪拌至均勻膠體，將產(chǎn)物在-196 ° C (液氮浴)快速冷凍至冰晶生長完全，在室溫下真空凍干至完全干燥，最后用40 MPa壓力將所得低密度材料壓制成納米紙。
[0025]實施例6
先將5 g聚乙烯醇(Mw 31，000?50，000醇解度99%)加熱溶于100 mL去離子水中，力口入9 g高嶺土后高速攪拌至均勻膠體，將產(chǎn)物在-196 ° C (液氮浴)快速冷凍至冰晶生長完全，在室溫下真空凍干至完全干燥，最后用50 MPa壓力將所得低密度材料壓制成納米紙。
[0026]實施例7
先將5 g聚氧化乙烯加熱溶于100 mL去離子水中，加入5 g蛭石后高速攪拌至均勻膠體，將產(chǎn)物在-78 ° C (干冰的乙醇浴)快速冷凍至冰晶生長完全，在室溫下真空凍干至完全干燥，最后用60 MPa壓力將所得低密度材料壓制成納米紙。
[0027]實施例8
先將2 g天然橡膠溶于100 mL去離子水中，加入10 g海泡石后高速攪拌至均勻膠體，在室溫下真空凍干至完全干燥，最后用40 MPa壓力將所得低密度材料壓制成納米紙。
[0028]實施例9
先將3 g聚丙烯酸溶于100 mL去離子水中，加入4 g蒙脫土、4 g凹凸棒和4 g埃洛石后高速攪拌至均勻膠體，將產(chǎn)物在-10 ° C (冰箱)冷凍至冰晶生長完全，在室溫下真空凍干至完全干燥，最后用80 MPa壓力將所得低密度材料壓制成納米紙。。
[0029]實施例10
先將2 g聚乙烯醇和2 g卡拉膠溶于100 mL去離子水中，加入I g埃洛石后高速攪拌至均勻膠體，將產(chǎn)物在-30 ° C (冰箱)冷凍至冰晶生長完全，在室溫下真空凍干至完全干燥，最后用40 MPa壓力將所得低密度材料壓制成納米紙。
[0030]實施例11
先將3 g天然橡膠乳液分散于100 mL去離子水中，加入5 g層狀雙氫氧化物后高速攪拌至均勻膠體，將產(chǎn)物在-30 ° C (冰箱)冷凍至冰晶生長完全，在室溫下真空凍干至完全干燥，最后用100 MPa壓力將所得低密度材料壓制成納米紙。
[0031]實施例12
先將10 g聚乙烯醇和5 g聚氧化乙烯溶于100 mL去離子水中，加入3 g硅藻土后高速攪拌至均勻膠體，將產(chǎn)物在-78 ° C (干冰的乙醇浴)快速冷凍至冰晶生長完全，在室溫下真空凍干至完全干燥，最后用40 MPa壓力將所得低密度材料壓制成納米紙。
[0032]實施例13
先將4 g羥甲基殼聚糖、4 g羥甲基淀粉和4 g羥甲基纖維素溶于100 mL去離子水中，加入2 g硅灰石后高速攪拌至均勻懸濁液，將產(chǎn)物在-78 ° C (干冰的乙醇浴)快速冷凍至冰晶生長完全，在室溫下真空凍干至完全干燥，最后用40 MPa壓力將所得低密度材料壓制成納米紙。
[0033]實施例14
先將2 g羥甲基甲殼素溶于100 mL去離子水中，加入8 g羥基磷灰石后高速攪拌至均勻膠體，將產(chǎn)物在-78 ° C (干冰的乙醇浴)快速冷凍至冰晶生長完全，在室溫下真空凍干至完全干燥，最后用80 MPa壓力將所得低密度材料壓制成納米紙。
[0034]實施例15先將2 g聚乙烯基吡咯烷酮溶于100 mL去離子水中，加入8 g羥基磷灰石后高速攪拌至均勻膠體，將產(chǎn)物在-78 ° C (干冰的乙醇浴)快速冷凍至冰晶生長完全，在室溫下真空干燥至完全凍干，最后用120 MPa壓力將所得低密度材料壓制成納米紙。
[0035]實施例16
本實施例其他條件同實施例1，略。所不同的是加入的聚乙烯醇為6 g，蒙脫土為4 g。
[0036]實施例17
本實施例其他條件同實施例1，略。所不同的是加入的聚乙烯醇為2 g，蒙脫土為8 g。
[0037]附表:
【權(quán)利要求】
1.一種納米紙材料，其特征在于:所述材料由聚合物和粘土經(jīng)水溶液共混、冷凍干燥后壓制而成，其中聚合物以納米紙重量計為5-95%，粘土以納米紙重量計為95-5%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米紙材料，其特征在于:所述的材料所采用的聚合物為聚乙烯醇、聚氧化乙烯、天然橡膠、聚丙烯酸、聚乙烯基吡咯烷酮、羥甲基甲殼素、羥甲基殼聚糖、羥甲基淀粉、羥甲基纖維素、卡拉膠中的至少一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的納米紙材料，其特征在于:所述的材料所用的粘土為蒙脫土、累脫石、合成鋰皂石、合成云母、高嶺土、蛭石、海泡石、凹凸棒、埃洛石、層狀雙氫氧化物、娃藻土、娃灰石、羥基磷灰石中的至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的納米紙材料，其特征在于:所述的材料制備所用的壓制方法為機械壓制法，將凍干的材料置于平板或雙輥間壓制，壓力大小以趕走材料中空氣為準(zhǔn)。
5.—種權(quán)利要求1~4中任一項所述的納米紙材料的制備方法，其特征在于，所述的方法依次包括如下步驟: 0.將聚合物溶解于去離子水中并和粘土攪拌至均勻分布的懸濁液，其中聚合物以納米紙重量計為5-95%，粘土以納米紙重量計為95-5% ； 2).將I)所得產(chǎn)物冷凍后凍干； 3).將2)所得產(chǎn)物在平板上壓制得到納米紙材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的納米紙材料的制備方法，其特征在于:所述的方法所用的聚合物原料為聚乙烯醇、聚氧化乙烯、天然橡膠、聚丙烯酸、聚乙烯基吡咯烷酮、羥甲基甲殼素、羥甲基殼聚糖、羥甲基淀粉、羥甲基纖維素、卡拉膠中的至少一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備納米紙材料的方法，其特征在于:所述的方法所用的粘土為蒙脫土、累脫石、合成鋰皂石、合成云母、高嶺土、蛭石、海泡石、凹凸棒、埃洛石、層狀雙氫氧化物、娃藻土、娃灰石、羥基磷灰石中的至少一種。
【文檔編號】D21H17/36GK103850152SQ201410099516
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2014年3月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月18日
【發(fā)明者】陳洪兵, 宋宏濤, 黃瑋, 曾光, 高小玲, 吳文昊 申請人:中國工程物理研究院核物理與化學(xué)研究所