一种纳米纸材料及其制备方法
【专利摘要】本发明提供了一种纳米纸材料及其制备方法，所述的纳米纸是由聚合物和粘土经水溶液共混、冷冻干燥后再机械压制而成，其中聚合物以纳米纸重量计为5-95%，粘土以纳米纸重量计为95-5%。由于本发明提供的纳米纸材料以聚合物和粘土为原料，制备过程仅采用水作溶剂，采用冷冻干燥和机械压制的方法，使得制备过程绿色环保，生产效率高。本发明提供的纳米纸材料采用的冻干方法及机械压制的方法更为高效，所得材料表面平整，强度更高，阻燃性能好，产品质量重现性好。工艺操作简单，成本低，易于推广。
【专利说明】一种纳米纸材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于纳米纸材料【技术领域】，具体涉及纳米纸材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]纳米纸是一种新型环保材料，主要由聚合物和纳米粒子复合而成。传统的石头纸以碳酸钙和常见聚合物复合而成，绿色环保，在传统书写用纸、装饰材料等领域显示出极大的应用前景。但该方法使用的聚合物常为热塑性的通用聚合物聚乙烯、聚丙烯等，这些聚合物来源于化石原料，属于不可再生资源。
[0003]瑞典皇家技术研究所的Liu Andong等人采用纳米微晶纤维素和蒙脱土进行水溶液共混后，再抽滤干燥制得了纤维素增强的纳米黏土纸，由于含有较高的黏土含量，该纸张具有很好的阻燃性能及气体阻隔性能。该方法利用完全环保的原料及工艺制备出有巨大应用前景的纳米纸材料，在纸材料领域有革命性的意义。但是，该方法采用抽滤后将滤饼晾干制备纳米纸的方法效率极低，很难实现规模化生产，所得纳米纸的厚度、密度及表面形貌均难以控制，因此该方法存在一定的缺点。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是提供一种纳米纸材料。
[0005]本发明要解决的另一技术问题是提供一种纳米纸材料的制备方法。
[0006]本发明的纳米纸材料该材料由聚合物和粘土经水溶液共混、冷冻干燥后经压制而成，其中聚合物以纳米纸重量计为5-95%，粘土以纳米纸重量计为95-5%。
[0007]其中聚合物为聚乙烯醇、聚氧化乙烯、天然橡胶、聚丙烯酸、聚乙烯基吡咯烷酮、羟甲基甲壳素、羟甲基壳聚糖、羟甲基淀粉、羟甲基纤维素、卡拉胶中的至少一种。
[0008]粘土为蒙脱土、累脱石、合成锂皂石、合成云母、高岭土、蛭石、海泡石、凹凸棒、埃洛石、层状双氢氧化物、硅藻土、硅灰石、羟基磷灰石中的至少一种。
[0009]本发明的纳米纸材料的制备方法，依次包括如下步骤:
O将聚合物溶解于去离子水中并和粘土搅拌至均匀分布的悬浊液，其中聚合物以纳米纸重量计为5-95%，粘土以纳米纸重量计为95-5%。
[0010]2)将I)所得产物冷冻后冻干，
3)将2)所得产物在平板上压制得到纳米纸。
[0011]上述方法所用的聚合物原料为聚乙烯醇、聚氧化乙烯、天然橡胶、聚丙烯酸、聚乙烯基吡咯烷酮、羟甲基甲壳素、羟甲基壳聚糖、羟甲基淀粉、羟甲基纤维素、卡拉胶中的至少一种。
[0012]上述方法所用的纳米纸材料的方法，该方法所用的粘土为蒙脱土、累脱石、合成锂皂石、合成云母、高岭土、蛭石、海泡石、凹凸棒、埃洛石、层状双氢氧化物、硅藻土、硅灰石、羟基磷灰石中的至少一种。
[0013]上述方法所用的压制方法为机械压制法，将冻干的材料置于平板或双辊间压制，压力大小以赶走材料中所有空气为准。
[0014]另外，本发明还可在制备纳米纸材料时根据需要加入纤维增强、表面涂层防水等处理。
[0015]本发明与现有技术相比，具有如下优点:
1、由于本发明提供的纳米纸材料以聚合物和粘土为原料，制备过程仅采用水作溶剂，采用冷冻干燥和机械压制的方法，使得制备过程绿色环保，生产效率高。
[0016]2、本发明提供的纳米纸材料采用的冻干方法及机械压制的方法更为高效，所得材料表面平整，强度更高，阻燃性能好，产品质量重现性好。
[0017]3、本发明工艺操作简单，成本低，易于推广。
【具体实施方式】
[0018]下面给出的实施例以对本发明作进一步说明。有必要在此指出的是以下实施例不能理解为对本发明保护范围的限制，如果该领域的技术熟练人员根据上述本
【发明内容】
对本发明作出一些非本质的改进和调整，仍属于本发明保护范围。
[0019]所制得的纳米纸材料性能见附表。值得说明的是，以下各实施例性能中，拉伸强度由SANS万能材料试验机测试，氧指数按照IS04589-1984测得，总热释放由微型量热仪测得。
[0020]实施例1` 先将0.8 g聚乙烯醇(Mw 31，000~50，000，醇解度99%)加热溶于100 mL去离子水中，加入15 g蒙脱土后高速搅拌至均匀胶体，将产物在-78 ° C (干冰的乙醇浴)快速冷冻至冰晶生长完全，在室温下真空冻干至完全干燥，最后用40 MPa压力将所得低密度材料压制成纳米纸。
[0021]实施例2
先将I g蒙脱土加入100 mL去离子水中，高速搅拌至均匀悬浊液，再将20 g聚乙烯醇(Mw 31，000^50, 000,醇解度99%)加热溶于上述悬浊液，将产物在-78 ° C (干冰的乙醇浴)快速冷冻至冰晶生长完全，在室温下真空冻干至完全干燥，最后用40 MPa压力将所得低密度材料压制成纳米纸。
[0022]实施例3
先将10 g聚乙烯醇(Mw 31，000~50，000，醇解度99%)加热溶于100 mL去离子水中，加入5 g累脱土后高速搅拌至均匀胶体，将产物在-78 ° C (干冰的乙醇浴)快速冷冻至冰晶生长完全，在室温下真空冻干至完全干燥，最后用40 MPa压力将所得低密度材料压制成纳米纸。。
[0023]实施例4
先将2 g聚乙烯醇(Mw31，00(T50，000，醇解度78%)加热溶于100 mL去离子水中，加入
Ig合成锂皂石后高速搅拌至均匀胶体，将产物在-196 ° C (液氮浴)快速冷冻至冰晶生长完全，在室温下真空冻干至完全干燥，最后用45 MPa压力将所得低密度材料压制成纳米纸。
[0024]实施例5
先将3 g聚乙烯醇(Mw 31，000~50，000醇解度99%)加热溶于100 mL去离子水中，加入4 g蒙脱土和4 g合成云母后高速搅拌至均匀胶体，将产物在-196 ° C (液氮浴)快速冷冻至冰晶生长完全，在室温下真空冻干至完全干燥，最后用40 MPa压力将所得低密度材料压制成纳米纸。
[0025]实施例6
先将5 g聚乙烯醇(Mw 31，000?50，000醇解度99%)加热溶于100 mL去离子水中，力口入9 g高岭土后高速搅拌至均匀胶体，将产物在-196 ° C (液氮浴)快速冷冻至冰晶生长完全，在室温下真空冻干至完全干燥，最后用50 MPa压力将所得低密度材料压制成纳米纸。
[0026]实施例7
先将5 g聚氧化乙烯加热溶于100 mL去离子水中，加入5 g蛭石后高速搅拌至均勻胶体，将产物在-78 ° C (干冰的乙醇浴)快速冷冻至冰晶生长完全，在室温下真空冻干至完全干燥，最后用60 MPa压力将所得低密度材料压制成纳米纸。
[0027]实施例8
先将2 g天然橡胶溶于100 mL去离子水中，加入10 g海泡石后高速搅拌至均匀胶体，在室温下真空冻干至完全干燥，最后用40 MPa压力将所得低密度材料压制成纳米纸。
[0028]实施例9
先将3 g聚丙烯酸溶于100 mL去离子水中，加入4 g蒙脱土、4 g凹凸棒和4 g埃洛石后高速搅拌至均匀胶体，将产物在-10 ° C (冰箱)冷冻至冰晶生长完全，在室温下真空冻干至完全干燥，最后用80 MPa压力将所得低密度材料压制成纳米纸。。
[0029]实施例10
先将2 g聚乙烯醇和2 g卡拉胶溶于100 mL去离子水中，加入I g埃洛石后高速搅拌至均匀胶体，将产物在-30 ° C (冰箱)冷冻至冰晶生长完全，在室温下真空冻干至完全干燥，最后用40 MPa压力将所得低密度材料压制成纳米纸。
[0030]实施例11
先将3 g天然橡胶乳液分散于100 mL去离子水中，加入5 g层状双氢氧化物后高速搅拌至均匀胶体，将产物在-30 ° C (冰箱)冷冻至冰晶生长完全，在室温下真空冻干至完全干燥，最后用100 MPa压力将所得低密度材料压制成纳米纸。
[0031]实施例12
先将10 g聚乙烯醇和5 g聚氧化乙烯溶于100 mL去离子水中，加入3 g硅藻土后高速搅拌至均匀胶体，将产物在-78 ° C (干冰的乙醇浴)快速冷冻至冰晶生长完全，在室温下真空冻干至完全干燥，最后用40 MPa压力将所得低密度材料压制成纳米纸。
[0032]实施例13
先将4 g羟甲基壳聚糖、4 g羟甲基淀粉和4 g羟甲基纤维素溶于100 mL去离子水中，加入2 g硅灰石后高速搅拌至均匀悬浊液，将产物在-78 ° C (干冰的乙醇浴)快速冷冻至冰晶生长完全，在室温下真空冻干至完全干燥，最后用40 MPa压力将所得低密度材料压制成纳米纸。
[0033]实施例14
先将2 g羟甲基甲壳素溶于100 mL去离子水中，加入8 g羟基磷灰石后高速搅拌至均匀胶体，将产物在-78 ° C (干冰的乙醇浴)快速冷冻至冰晶生长完全，在室温下真空冻干至完全干燥，最后用80 MPa压力将所得低密度材料压制成纳米纸。
[0034]实施例15先将2 g聚乙烯基吡咯烷酮溶于100 mL去离子水中，加入8 g羟基磷灰石后高速搅拌至均匀胶体，将产物在-78 ° C (干冰的乙醇浴)快速冷冻至冰晶生长完全，在室温下真空干燥至完全冻干，最后用120 MPa压力将所得低密度材料压制成纳米纸。
[0035]实施例16
本实施例其他条件同实施例1，略。所不同的是加入的聚乙烯醇为6 g，蒙脱土为4 g。
[0036]实施例17
本实施例其他条件同实施例1，略。所不同的是加入的聚乙烯醇为2 g，蒙脱土为8 g。
[0037]附表:
【权利要求】
1.一种纳米纸材料，其特征在于:所述材料由聚合物和粘土经水溶液共混、冷冻干燥后压制而成，其中聚合物以纳米纸重量计为5-95%，粘土以纳米纸重量计为95-5%。
2.根据权利要求1所述的纳米纸材料，其特征在于:所述的材料所采用的聚合物为聚乙烯醇、聚氧化乙烯、天然橡胶、聚丙烯酸、聚乙烯基吡咯烷酮、羟甲基甲壳素、羟甲基壳聚糖、羟甲基淀粉、羟甲基纤维素、卡拉胶中的至少一种。
3.根据权利要求1或2所述的纳米纸材料，其特征在于:所述的材料所用的粘土为蒙脱土、累脱石、合成锂皂石、合成云母、高岭土、蛭石、海泡石、凹凸棒、埃洛石、层状双氢氧化物、娃藻土、娃灰石、羟基磷灰石中的至少一种。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的纳米纸材料，其特征在于:所述的材料制备所用的压制方法为机械压制法，将冻干的材料置于平板或双辊间压制，压力大小以赶走材料中空气为准。
5.—种权利要求1~4中任一项所述的纳米纸材料的制备方法，其特征在于，所述的方法依次包括如下步骤: 0.将聚合物溶解于去离子水中并和粘土搅拌至均匀分布的悬浊液，其中聚合物以纳米纸重量计为5-95%，粘土以纳米纸重量计为95-5% ； 2).将I)所得产物冷冻后冻干； 3).将2)所得产物在平板上压制得到纳米纸材料。
6.根据权利要求5所述的纳米纸材料的制备方法，其特征在于:所述的方法所用的聚合物原料为聚乙烯醇、聚氧化乙烯、天然橡胶、聚丙烯酸、聚乙烯基吡咯烷酮、羟甲基甲壳素、羟甲基壳聚糖、羟甲基淀粉、羟甲基纤维素、卡拉胶中的至少一种。
7.根据权利要求5所述的制备纳米纸材料的方法，其特征在于:所述的方法所用的粘土为蒙脱土、累脱石、合成锂皂石、合成云母、高岭土、蛭石、海泡石、凹凸棒、埃洛石、层状双氢氧化物、娃藻土、娃灰石、羟基磷灰石中的至少一种。
【文档编号】D21H17/36GK103850152SQ201410099516
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2014年3月18日 优先权日:2014年3月18日
【发明者】陈洪兵, 宋宏涛, 黄玮, 曾光, 高小玲, 吴文昊 申请人:中国工程物理研究院核物理与化学研究所