CN107419607B - 一种高强度碳纳米管导电纸及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明一种高强度碳纳米管导电纸及其制备方法，其特点是将碳纳米管利用金属锡活化，然后在静电作用下将活化的碳纳米管覆载在滑石粉上，通过滑石粉的分散将碳纳米管均匀分散于纸浆中，在和纸浆搅拌混合、成形制得碳纳米管导电纸，通过覆载在滑石粉上，提高了碳纳米管在溶液中的分散性，使得其更易于分散于纸纤维之间，使碳纳米管的导电性和增强性得以充分发挥。

Description

一种高强度碳纳米管导电纸及制备方法
技术领域
本发明具体涉及特种纸技术领域，特别是涉及一种高强度碳纳米管导电纸及制备方法。
背景技术
造纸工业是发达国家国民经济十大支柱性产业之一。激光产业的出现推动了光电产业的发展，是信息产业的支柱产业。经过多年快速增长，我国造纸行业2012年后也逐渐步入成熟阶段，生产量、消费量增长率逐渐放缓，2015年总生产量已达10,710万吨，年增长率仅为2.29%，远低于2006年至2015年期间5.71%的年均增长水平。我国目前造纸企业有6000家以上。近年来我国造纸工业的发展进入成熟期。
碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能。在纳米技术、电子、光学及材料科学和技术领域具有 重要应用价值。特别是优异的的电传导、热传导和机械性能，使碳纳米管在许多领域有广泛 的应用空间。碳纳米管的导电性能接近超导体，理论最大电流承载能力达到4 × 109 A/cm 2 ，电流通过密度是铜导线的 1,000 倍。在现在的生产和科研中具有重要的研究价值。导电纸是一种具有导电特性的功能纸,广泛应用于防静电材料、传感器、电极、电容器、电化学材料等领域。
导电纸是一种具有良好导电性能的纸。其导电性对外界环境的湿度变化不敏感，具有较高的抗张和撕裂强度。使用化学木浆抄造。纸浆中加入一些导电物质，如导电炭黑或乙炔炭黑等。也可以加入少量导电性能良好的金属粉末或金属化纤维，或者在原纸表面喷涂金属、金属氧化物等。
可用作热电照相纸、电敏纸和电印刷纸等。碳纤维导电纸是将碳纤维和其他纤维或者粉末材料在溶剂中充分分散，抄成纸张烘干而得到。为了使纤维之间交织得更充分，通常要加入有机化合物，如聚乙烯醇、聚亚酰胺等粘合剂和阳离子补强剂，以增加纤维之间的结合力；同时碳纤维的含量也可以在很宽的范围内调节。具有化学稳定性好，热稳定性好，耐腐蚀，有多孔质通透性好，能保障燃料气体供给和副产物的顺利排出，并且具有制作成本低的特点。
目前碳纳米管复合导电纸的制备方法有：溶液共混法、原位复合法、熔融共混法三种常用方法。但最终这些方法制备的导电纸其导电性能并不像金属导电材料那样具有很低的电阻率，当碳纳米管加入的量增多时，还会影响聚合物混合体系的粘度以及力学和机械性能。同时由于碳纳米管极易团聚，进行混合时分散性不好，导致纳米材料很难在复合材料中形成有效的导电通路。因此上述制备方式，很难获得理想的碳纳米管导电复合材料。
发明内容
针对目前碳纳米管导电纸中碳纳米管存在分散困难的缺陷,本发明的目的是提供一种高强度碳纳米管导电纸的制备方法，解决了现有技术中碳纳米管导电纸混合时的分散性不高的问题。
为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：
一种高强度碳纳米管导电纸的制备方法，操作步骤如下所示：
1）将碳纳米管与锡粉以质量比100:0.1-0.5置于石墨坩埚，在抽真空状态下，缓慢升温至250-300℃，保温1-2h使锡浸润碳纳米管活化，然后降温至室温；
2）将步骤1）活化的碳纳米管取出，与滑石粉以质量比100:5-10送入静电场中进行静电处理,使活化的碳纳米管粘附于滑石粉表面,得到碳纳米管-滑石粉负载体系;
3)将步骤2）得到的碳纳米管-滑石粉负载体系与碳黑、碳纤维加入纸浆中分散，抄造得到高强度碳纳米管导电纸。
进一步地，所述步骤2）中的滑石粉，片径大于50μm，径厚比大于10。
进一步地，所述步骤3）中碳纳米管-滑石粉负载体系加入量为纸浆质量的15-25%。
进一步地，所述步骤3）中炭黑加入量为纸浆质量的3-5%。
进一步地，所述步骤3）中碳纤维加入量为纸浆质量的3-5%。
一种高强度碳纳米管导电纸，其特征是由上述方法制备得到。具有优异的强度和导电性。
本发明一种高强度碳纳米管导电纸及其制备方法，其特点是将碳纳米管利用金属锡活化，然后在静电作用下将活化的碳纳米管覆载在滑石粉上，通过滑石粉的分散将碳纳米管均匀分散于纸浆中，在和纸浆搅拌混合、成形制得碳纳米管导电纸，通过覆载在滑石粉上，提高了碳纳米管在溶液中的分散性，使得其更易于分散于纸纤维之间，使碳纳米管的导电性和增强性得以充分发挥。
本发明一种高强度碳纳米管导电纸及制备方法，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：
（1）通过覆载在滑石粉上，提高了碳纳米管在溶液中的分散性，使得其更易于分散于纸纤维之间，提高了碳纳米管导电纸的强度。
（2）制备方法采用的工艺成本较低，更加适用于工业上的规模化生产。
（3）制备方法中有效增强碳纳米管与滑石粉的结合强度和致密度，提高碳纳米管的导电性。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包含在本发明的范围内。
实施例1
1）将碳纳米管与锡粉以质量比100:0.1置于石墨坩埚，在抽真空状态下，缓慢升温至250℃，保温1h使锡浸润碳纳米管活化，然后降温至室温；
2）将步骤1）活化的碳纳米管取出，与片径大于50μm，径厚比大于10的滑石粉以质量比100: 10送入静电场中在场强为2KV/cm，处理10min，使活化的碳纳米管粘附于滑石粉表面,得到碳纳米管-滑石粉负载体系；
3)将步骤2）得到的碳纳米管-滑石粉负载体系与碳黑、碳纤维加入竹纤维纸浆中分散，抄造得到高强度碳纳米管导电纸。其中，碳纳米管-滑石粉负载体系加入量为竹纤维纸浆质量的15%；炭黑加入量为竹纤维纸浆质量的5%；碳纤维加入量为竹纤维纸浆质量的5%。
实施例2
1）将碳纳米管与锡粉以质量比100:0.4置于石墨坩埚，在抽真空状态下，缓慢升温至300℃，保温2h使锡浸润碳纳米管活化，然后降温至室温；
2）将步骤1）活化的碳纳米管取出，与片径大于50μm，径厚比大于10的滑石粉以质量比100:8送入静电场中在场强为2KV/cm，处理5min，使活化的碳纳米管粘附于滑石粉表面,得到碳纳米管-滑石粉负载体系；
3)将步骤2）得到的碳纳米管-滑石粉负载体系与碳黑、碳纤维加入纸浆中分散，抄造得到高强度碳纳米管导电纸。其中，碳纳米管-滑石粉负载体系加入量为纸浆质量的20%；炭黑加入量为纸浆质量的4%；碳纤维加入量为纸浆质量的3%。
实施例3
1）将碳纳米管与锡粉以质量比100:0.5置于石墨坩埚，在抽真空状态下，缓慢升温至250℃，保温1h使锡浸润碳纳米管活化，然后降温至室温；
2）将步骤1）活化的碳纳米管取出，与片径大于50μm，径厚比大于10的滑石粉以质量比100:10送入静电场中在场强为2KV/cm，处理15min，使活化的碳纳米管粘附于滑石粉表面,得到碳纳米管-滑石粉负载体系；
3)将步骤2）得到的碳纳米管-滑石粉负载体系与碳黑、碳纤维加入纸浆中分散，抄造得到高强度碳纳米管导电纸。其中，碳纳米管-滑石粉负载体系加入量为纸浆质量的25%；炭黑加入量为纸浆质量的3%；碳纤维加入量为纸浆质量的3%。
实施例4
1）将碳纳米管与锡粉以质量比100:0.2置于石墨坩埚，在抽真空状态下，缓慢升温至260℃，保温1h使锡浸润碳纳米管活化，然后降温至室温；
2）将步骤1）活化的碳纳米管取出，与片径大于50μm，径厚比大于10的滑石粉以质量比100:10送入静电场中在场强为2KV/cm，处理15min，使活化的碳纳米管粘附于滑石粉表面,得到碳纳米管-滑石粉负载体系；
3)将步骤2）得到的碳纳米管-滑石粉负载体系与碳黑、碳纤维加入纸浆中分散，抄造得到高强度碳纳米管导电纸。其中，碳纳米管-滑石粉负载体系加入量为纸浆质量的25%；炭黑加入量为纸浆质量的5%；碳纤维加入量为纸浆质量的5%。
实施例5
1）将碳纳米管与锡粉以质量比100:0.5置于石墨坩埚，在抽真空状态下，缓慢升温至300℃，保温1h使锡浸润碳纳米管活化，然后降温至室温；
2）将步骤1）活化的碳纳米管取出，与片径大于50μm，径厚比大于10的滑石粉以质量比100:10送入静电场中在场强为2KV/cm，处理5min，使活化的碳纳米管粘附于滑石粉表面,得到碳纳米管-滑石粉负载体系；
3)将步骤2）得到的碳纳米管-滑石粉负载体系与碳黑、碳纤维加入竹纤维纸浆中分散，抄造得到高强度碳纳米管导电纸。其中，碳纳米管-滑石粉负载体系加入量为纸浆质量的15%；炭黑加入量为纸浆质量的5%；碳纤维加入量为纸浆质量的3%。
对比例1
1）将碳纳米管置于石墨坩埚，在抽真空状态下，缓慢升温至300℃，保温1h，然后降温至室温；
2）将步骤1）活化的碳纳米管取出，与片径大于50μm，径厚比大于10的滑石粉以质量比100:10送入静电场中在场强为2KV/cm，处理5min，使活化的碳纳米管粘附于滑石粉表面,得到碳纳米管-滑石粉负载体系；
3)将步骤2）得到的碳纳米管-滑石粉负载体系与碳黑、碳纤维加入竹纤维纸浆中分散，抄造得到高强度碳纳米管导电纸。其中，碳纳米管-滑石粉负载体系加入量为纸浆质量的15%；炭黑加入量为纸浆质量的5%；碳纤维加入量为纸浆质量的3%。
对比例2
1）将碳纳米管与锡粉以质量比100:0.5置于石墨坩埚，在抽真空状态下，缓慢升温至300℃，保温1h使锡浸润碳纳米管活化，然后降温至室温；
2）将步骤1）活化的碳纳米管取出，与片径大于50μm，径厚比大于10的滑石粉以质量比100:10送入混合,得到碳纳米管-滑石粉负载体系；
3)将步骤2）得到的碳纳米管-滑石粉负载体系与碳黑、碳纤维加入竹纤维纸浆中分散，抄造得到高强度碳纳米管导电纸。其中，碳纳米管-滑石粉负载体系加入量为纸浆质量的15%；炭黑加入量为纸浆质量的5%；碳纤维加入量为纸浆质量的3%。
将实施例1-5、对比例1-2制备的导电纸，测试其厚度在0.25mm时的剥离强度、导电性，如表1所示。
表1：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
由上表可得出结论，本发明提供的高强度碳纳米管导电纸的制备方法，实现碳纳米管导电纸在滑石粉内的有效分散并与纸基的良好结合，且具有优异的导电性。

Claims (6)

1.一种高强度碳纳米管导电纸的制备方法，操作步骤如下所示：
1）将碳纳米管与锡粉以质量比100:0.1-0.5置于石墨坩埚，在抽真空状态下，缓慢升温至250-300℃，保温1-2h使锡浸润碳纳米管活化，然后降温至室温；
2）将步骤1）活化的碳纳米管取出，与滑石粉以质量比100:5-10送入静电场中进行静电处理,使活化的碳纳米管粘附于滑石粉表面,得到碳纳米管-滑石粉负载体系;
3)将步骤2）得到的碳纳米管-滑石粉负载体系与碳黑、碳纤维加入纸浆中分散，抄造得到高强度碳纳米管导电纸。
2.根据权利要求1所述一种高强度碳纳米管导电纸的制备方法，其特征在于：所述步骤2）中的滑石粉，片径大于50μm，径厚比大于10。
3.根据权利要求1所述一种高强度碳纳米管导电纸的制备方法，其特征在于：所述步骤3）中碳纳米管-滑石粉负载体系加入量为纸浆质量的15-25%。
4.根据权利要求1所述一种高强度碳纳米管导电纸的制备方法，其特征在于：所述步骤3）中炭黑加入量为纸浆质量的3-5%。
5.根据权利要求1所述一种高强度碳纳米管导电纸的制备方法，其特征在于：所述步骤3）中碳纤维加入量为纸浆质量的3-5%。
6.一种高强度碳纳米管导电纸，其特征是，由权利要求1-5任一项所述方法制备得到。
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