本發(fā)明涉及一種纖維和顆粒的水相濕法分散與成型方法，該分散方法可用于制備纖維噴涂系統(tǒng)的用料，還可用于濕法成型，生產(chǎn)不同厚度、疏松度、形狀、柔韌性的復(fù)合纖維產(chǎn)品，如纖維毯、板、塊、襯墊；本發(fā)明屬于功能材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
纖維包括有機纖維和無機纖維兩種，有機纖維是指纖維材質(zhì)為有機物的纖維，包括滌綸、腈綸、錦綸、丙綸以及高性能纖維包括芳綸、超高分子量聚乙烯纖維(UHMWPE纖維)、聚對苯撐苯并雙噁唑纖維(PBO纖維)、聚對苯并咪唑纖維(PBI纖維)、聚苯撐吡啶并二咪唑纖維(M5纖維)、聚酰亞胺纖維(PI纖維)等，有機纖維具有密度低、強度高的特點，廣泛用于面料、地毯、漁網(wǎng)、帆布、水龍帶等民用領(lǐng)域，在過濾、航空航天、國防軍工、海洋開發(fā)、高速交通、環(huán)境保護和新型建材等工業(yè)領(lǐng)域也有廣泛應(yīng)用。無機纖維是以礦物質(zhì)為原料制成的化學(xué)纖維，主要品種有玻璃纖維、石英玻璃纖維、硼纖維、陶瓷纖維和金屬纖維等。無機纖維噴涂形成的涂層，以及無機纖維經(jīng)過成型加工制備的材料，具有卓越的絕熱性能、吸聲隔音性能和抗腐蝕性能，因此主要應(yīng)用于工業(yè)建材窯爐、加熱裝置、高溫管道壁襯、電力鍋爐、氣輪機及核電隔熱、化工工業(yè)高溫反應(yīng)設(shè)備及加熱設(shè)備的壁襯、建筑保溫防火等。
纖維產(chǎn)品的加工分為干法和濕法兩類，干法主要用于纖維毯的生產(chǎn)，濕法的用途較廣，不僅可以制作噴涂料，還可以經(jīng)過成型制作不同形狀的產(chǎn)品，另外，濕法過程還可以加入一些顆粒狀物質(zhì)、膠黏劑和彈性樹脂來彌補纖維本身的缺陷。如中國專利文件CN105153515A(申請?zhí)枺?01510543859.1)公開了一種礦物纖維石頭紙的制備方法，通過將制備石頭紙所需的原粉倒入粘流態(tài)的樹脂中，得到液態(tài)混合物，通過噴漿裝置將液態(tài)混合物噴出，獲得樹脂粉末包覆原粉的微球粉體，再將微粉球配制成石頭紙原漿，使得原粉和樹脂粉末能分散性提高，再經(jīng)過涂布、烘烤、壓延制備成分布均勻的石頭紙。另有中國專利文件CN1148506C(申請?zhí)枺?7117689.2)公開了一種制造礦物纖維板的方法，該方法包括將礦物纖維(60wt％至90wt％、有機粘接劑(2wt％至19wt％)、無機微纖維(1wt％至20wt％)、絮凝劑(0.5wt％至3wt％)、熱膨脹樹脂細(xì)顆粒(0.5wt％至10wt％)作為配方的組分均勻地分散在水中，制備成淤漿，然后淤漿用濕法成形并干燥。其中，熱膨脹樹脂細(xì)顆粒膨脹后的顆粒直徑不小于0.03mm但小于3.0mm，上述直徑的膨脹度至少是3倍，而且該熱膨脹樹脂細(xì)顆粒的膨脹溫度介于50℃至105℃之間。但是，上述兩個專利文件分別在粘流態(tài)的樹脂和高濃度的淤漿中分散無機纖維和其他物質(zhì)，體系濃度高，攪拌能耗高，且分散效果不理想。
對于纖維和顆粒的濕法加工而言，纖維和顆粒的分散技術(shù)非常重要，這種分散不僅包含纖維自身相互獨立排列，保證纖維不團聚，還包括纖維與其他添加劑的均勻混合，也就是說顆粒在分散過程中不能沉降，也不能漂浮，需要懸浮在分散介質(zhì)中。當(dāng)纖維與具有不同密度的顆粒物混合進行復(fù)合材料加工的時候，顆粒很容易沉淀或漂浮，實現(xiàn)均勻分散的難度變高，如纖維和礦物顆粒、金屬顆粒的分散，顆粒很容易沉淀，纖維和樹脂顆粒、植物粉末顆粒的分散，顆粒很容易漂浮等。類似與固體顆粒，有些化學(xué)合成纖密度較低，而礦物纖維和金屬纖維密度較高，分散時候同樣面臨沉淀或漂浮的問題，這些是濕法加工必須解決的問題。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中纖維與固體顆粒在液體中分散難的問題，提供一種在水相中濕法分散的方法，分散后的漿料可進一步濕法成型，生產(chǎn)不同厚度、疏松度、形狀、柔韌性的復(fù)合無機纖維板材，如纖維毯、板、塊、襯墊，分散的漿料也可以進行噴涂，得到均一的具有特殊功能的涂層。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
一種纖維和顆粒的濕法分散方法，包括步驟如下：
向含有纖維和顆粒的水體系中加入水溶性支鏈高分子，攪拌混合均勻，得到纖維和顆粒分散均勻的漿料。水溶性支鏈高分子具有空間支鏈，在液體中形成了立體網(wǎng)絡(luò)，對于密度大于水的固體顆粒，由于高分子支鏈網(wǎng)的有效支撐而懸浮，密度小于1的顆粒被分子支鏈包覆而懸浮，進而實現(xiàn)了顆粒的均勻分散。
根據(jù)本發(fā)明的濕法分散方法，優(yōu)選的，加入水溶性支鏈高分子后還加入環(huán)糊精，進一步優(yōu)選β-環(huán)糊精或γ-環(huán)糊精。環(huán)糊精分子具有略呈錐形的中空圓筒立體環(huán)狀結(jié)構(gòu)，整體具有‘外親水，內(nèi)疏水’的特殊性，具有包合顆粒的能力，同時其中空圓筒結(jié)構(gòu)能夠包合纖維，而這種包合能力與溫度有關(guān)，因此，環(huán)糊精的加入有助于固體顆粒與纖維的分散穩(wěn)定。環(huán)糊精和水溶性支鏈高分子協(xié)同作用，即水溶性支鏈高分子的每個鏈端連接上一個環(huán)糊精，該結(jié)構(gòu)能夠提供更為強大的支架結(jié)構(gòu)或包合空間，能夠使不同密度的纖維和顆粒懸浮在水體中。
根據(jù)本發(fā)明的濕法分散方法，優(yōu)選的，加入環(huán)糊精后還加入粘彈性物質(zhì)。粘彈性物質(zhì)可使得漿料具有粘連性和彈性。
根據(jù)本發(fā)明的濕法分散方法，優(yōu)選的，所述的水溶性支鏈高分子的重均分子量為2萬-2000萬，且支鏈上含有羥基、羧酸基、磺酸基、磷酸基、伯胺基、仲胺基、叔胺基或季銨基；
進一步優(yōu)選的，所述的水溶性支鏈高分子為支鏈淀粉、木素磺酸鹽、纖維素衍生物、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚丙烯酰胺或聚乙烯胺，更優(yōu)選的，所述的纖維素衍生物甲基纖維素、羧甲基纖維素、羥乙基纖維素、羥丙基纖維素；以及聚苯乙烯磺酸、聚乙烯磷酸、聚乙烯亞胺及這些物質(zhì)的衍生物和共聚物。
根據(jù)本發(fā)明的濕法分散方法，優(yōu)選的，所述的粘彈性物質(zhì)為水玻璃、水泥、石膏、橡膠、瀝青、松香、明膠、纖維素、淀粉膠、聚氨酯膠、環(huán)氧膠、飽和聚酯膠、聚乙烯醇縮醛膠、白乳膠、脲醛膠、酚醛膠或氰基丙烯酸酯膠。
根據(jù)本發(fā)明的濕法分散方法，優(yōu)選的，體系中水溶性支鏈高分子的質(zhì)量含量為0.1-5％。
根據(jù)本發(fā)明的濕法分散方法，優(yōu)選的，體系中環(huán)糊精的質(zhì)量含量為0.1-5％。
根據(jù)本發(fā)明的濕法分散方法，優(yōu)選的，體系中粘彈性物質(zhì)的質(zhì)量含量為1-20％。
根據(jù)本發(fā)明的濕法分散方法，優(yōu)選的，攪拌速度為20-1500rmp，攪拌時間為5-60min，攪拌溫度為10-95℃。
根據(jù)本發(fā)明的濕法分散方法，優(yōu)選的，所述的纖維為植物纖維(紙漿)、再生纖維素纖維(粘膠纖維)、滌綸、腈綸、維綸、氯綸、氨綸、芳綸、金屬纖維、石棉纖維、玻璃纖維、陶瓷纖維或氧化鋁纖維。
根據(jù)本發(fā)明的濕法分散方法，優(yōu)選的，所述的顆粒為金屬顆粒、合金顆粒、炭或石墨顆粒、石墨烯顆粒、礦物顆粒、有機合成塑料顆?；蛴袡C合成樹脂顆粒，進一步優(yōu)選的，顆粒的粒度為20nm-5mm。顆粒粒度涵蓋納米至毫米范圍，顆粒的比重范圍從鉛的11.3g/cm3至木頭的0.5g/cm3。
一種上述濕法分散方法得到的漿料的成型方法，用于生產(chǎn)板材，漿料在均勻噴到成型網(wǎng)前的0.2-120秒，按加入量為0.02-5g/L加入絮凝劑，然后壓濾脫水、干燥，得到含有纖維和顆粒的板材。絮凝劑加入的目的是使支鏈高分子和環(huán)糊精構(gòu)成的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)失效，加速漿料的脫水。是在流送或泵送過程加入絮凝劑，而不是在混合階段加入，主要是因為絮凝劑如果在混合階段加入，會破會支鏈高分子的支鏈結(jié)構(gòu)，使?jié){料失去穩(wěn)定性，導(dǎo)致顆粒和纖維沉降或漂浮。
根據(jù)本發(fā)明的成型方法，優(yōu)選的，所述絮凝劑為聚合氯化鋁、聚合硫酸鋁、聚合氯化鐵、聚合硫酸鐵、聚硅酸絮凝劑、聚硅酸硫酸鐵、聚磷氯化鐵、聚磷氯化鋁、聚硅酸鐵。
一種上述濕法分散方法得到的漿料的成型方法，用于噴涂加工得到涂層。得到的涂層結(jié)構(gòu)疏松，可用于耐火、保溫、隔熱、隔音、電磁屏蔽、靜電屏蔽、交變電場屏蔽、交變磁場屏蔽、輻射屏蔽等。
本發(fā)明的有益效果：
本發(fā)明的分散方法簡單，分散效果優(yōu)良。本發(fā)明使用支鏈高分子和環(huán)糊精對顆粒和纖維進行分散，在成品加工前加入絮凝劑使支鏈高分子失效，便于后續(xù)脫水成型加工。
具體實施方式
下面通過具體實施例對本發(fā)明做進一步說明，但不限于此。
實施例中所用原料均為常規(guī)原料，市購產(chǎn)品。
實施例1
將425g陶瓷纖維，粒度范圍0.2-2mm的蛭石顆粒120g，甲基纖維素68g，β-環(huán)糊精5g,一起加入4L水中，在80℃攪拌60分鐘(500r/min)形成均一穩(wěn)定的漿料。纖維分散完全，沒有形成團聚，蛭石顆粒完全懸浮。
在漿料向成型網(wǎng)的輸送過程中利用管道混合器均勻加入聚合氯化鋁絮凝劑,漿料絮凝劑的濃度為0.3g/L，在成型網(wǎng)上壓濾脫水2min左右，然后滾壓形成平整的濕態(tài)型坯，進行105℃、4-6小時烘干，得到含有蛭石顆粒的陶瓷纖維隔熱板材。
實施例2
稱量25g滌綸中空纖維，100-500μm的碳酸鈣顆粒10g，支鏈淀粉5g，γ-環(huán)糊精2g,，水玻璃100g，一起加入1L水中，在60℃機械力的攪拌下40分鐘(500r/min)形成均一穩(wěn)定的漿料，滌綸中空纖維完全懸浮，沒有形成漂浮的絮團，碳酸鈣顆粒也沒有沉淀。
該漿料濕法噴涂到建筑外墻形成結(jié)構(gòu)疏松的保溫涂層。
實施例3
稱量15g芳綸(1414型)芳綸纖維，5-200μm的石墨粉100g，支鏈型羧甲基纖維素5g,γ-環(huán)糊精5g，丙烯酸乳液10g，一起加入2L水中，在50℃機械力的攪拌下20分鐘(500r/min)形成均一穩(wěn)定的漿料。
該漿料濕法噴涂得到具有電磁屏蔽作用的高強涂層。
實施例4
將425g植物纖維，粒度范圍0.2-2mm的金屬鋁顆粒120g，聚丙烯酸68g，β-環(huán)糊精5g,一起加入4L水中，在40℃攪拌60分鐘(500r/min)形成均一穩(wěn)定的漿料。纖維分散完全，沒有形成團聚，金屬鋁顆粒完全懸浮。
在漿料向成型網(wǎng)的輸送過程中利用管道混合器均勻加入聚合氯化鐵絮凝劑，漿料絮凝劑的濃度為0.3g/L，在成型網(wǎng)上壓濾脫水2min左右，然后滾壓形成平整的濕態(tài)型坯，進行105℃、4-6小時烘干，得到含有金屬鋁顆粒的植物纖維隔熱板材。
實施例5
稱量25g氧化鋁纖維，100-500μm的碳酸鈣顆粒10g，聚丙烯酰胺5g，γ-環(huán)糊精2g,，水玻璃100g，一起加入1L水中，在60℃機械力的攪拌下40分鐘(500r/min)形成均一穩(wěn)定的漿料，氧化鋁纖維完全懸浮，沒有形成漂浮的絮團，碳酸鈣顆粒也沒有沉淀。
該漿料濕法噴涂到建筑外墻形成結(jié)構(gòu)疏松的保溫涂層。
實施例6
稱量15g玻璃纖維，5-200μm的石墨粉100g，聚苯乙烯磺酸5g,γ-環(huán)糊精5g，丙烯酸乳液10g，一起加入2L水中，在30℃機械力的攪拌下20分鐘(500r/min)形成均一穩(wěn)定的漿料。
該漿料濕法噴涂得到具有電磁屏蔽作用的高強涂層。