一种丙烯酸复合碳纸及其制备方法技术

技术编号:19205503 阅读:56 留言:0更新日期:2018-10-20 03:23
本发明专利技术公开一种丙烯酸复合碳纸及其制备方法,属于造纸技术领域。该丙烯酸复合碳纸的结构为纤维网状结构,且碳纳米管表面均匀的包覆着丙烯酸树脂,通过碳纳米管的分散、碳纳米管分散液与丙烯酸乳液混合、絮凝丙烯酸乳液与碳纳米管、抽滤成型和干燥步骤制得丙烯酸复合碳纸。本发明专利技术简单易行、成本低廉、可以大规模化生产,制得的纸张为纤维网状结构、柔软、耐揉耐折、导电性能佳,丙烯酸树脂均匀地包覆在碳纳米管表面,既保证了导电性与力学性能,又保证了纸张不会分层。

Acrylic composite carbon paper and preparation method thereof

The invention discloses acrylic acid composite carbon paper and a preparation method thereof, which belongs to the technical field of papermaking. The structure of the acrylic composite carbon paper is made of fibrous net structure, and the surface of the carbon nanotube is evenly coated with acrylic resin. The acrylic carbon composite paper is prepared through dispersion of carbon nanotubes, mixing of carbon nanotubes dispersion with acrylic emulsion, flocculation of acrylic emulsion and carbon nanotubes, filtration and drying. The invention is simple and feasible, low cost and can be produced on a large scale. The paper is made of fiber network structure, soft, rubbing and folding resistance, and good conductivity. Acrylic resin is uniformly coated on the surface of carbon nanotubes, which not only ensures the conductivity and mechanical properties, but also ensures that the paper will not be delaminated.

【技术实现步骤摘要】
一种丙烯酸复合碳纸及其制备方法
本专利技术属于造纸
,具体涉及一种丙烯酸复合碳纸及其制备方法。
技术介绍
碳纳米材料由于其优异的电学、力学性质,以及呈纳米尺度、质量轻,在能源存储电极、催化载体、增强复合材料、吸波与电磁屏蔽材料、阻燃材料、加热膜材料、微电子和过滤等领域具有广泛的用途。由碳纳米管和碳纳米纤维通过范德华力结合成的自支撑的巴基纸虽具有一定的韧性和其力学强度,但由于它们的有限柔性,在使用过程中极易发生破坏,使其应用受到限制。现今碳纳米材料的应用通常以复合材料的形式进行应用。即通过在纳米水平将纳米物质与其他的多种材料复合化,使巴基纸力学性能提高的同时保持其良好的电化学性能。制备聚合物/碳纳米管复合材料的关键问题是解决碳纳米管的分散与基体的界面结合以及碳纳米管在基体中的网络结构控制。目前的制备方法主要有三种:熔融共混法、溶液共混法、原位共混法。熔融共混是将碳纳米管与聚合物基体材料加热至基体材料的熔点以上并均匀混合得到聚合物/碳纳米管复合材料。如专利CN104727134A、CN101480858A、CN104943326A和CN106671451A,不同的是它们的预制体制备方式与加热方式有差别。该方法最大的优点在于方法简便易于工业化生产,最大的缺点在于碳纳米管在基体材料中的分散效果差。溶液共混法是先将碳纳米管在合适的溶剂中分散,再与聚合物在同一种溶液中或在混合溶剂中混合,最后除去溶剂后模压或浇注即得到复合材料。不足的地方在于,这种方法制备的复合材料量非常少,不易实现大规模的工业化生产。原位共混法是指先将填料与聚合物树脂混合,完成聚合后得到复合材料。该方法的预混合过程有效地解决了纳米粒子的分散问题,对于那些无法采用熔融共混法(易于热分解)和溶液共混法(不溶)的聚合物来说意义重大。但工艺过程较直接共混法复杂,所以一般应用在有液态树脂、合成工艺不是很复杂、合成条件不苛刻,不会对改性碳纳米管造成破坏的聚合物体系中。为了改善碳纳米管在与树脂或溶液进行复合化时的分散问题,许多研究者对碳纳米管进行物理性处理,或者进行化学性修饰,尝试均匀地将碳纳米管分散或溶解于溶剂或树脂中。但对碳纳米管的处理会损伤其石墨层结构,进而影响其自身特性的发挥。专利技术专利CN103280338A公开了一种在碳纳米管巴基纸上利用电化学脉冲聚合和真空抽滤实现在原有碳纳米纸上包覆一层导电聚合物和热固性树脂,制成超容电极,此种通过浸渍涂覆的复合方式抽滤时间长且不能保证两面都均匀涂覆上热固性树脂,需要利用电化学脉冲聚合导电聚合物保持该碳纸的导电性能,工艺复杂,难以大规模化。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是针对现有技术的不足,提出一种丙烯酸复合碳纸及其制备方法,制备方法简单、易于实现、成本低廉、可以大规模化生产。为解决上述技术问题,本专利技术提供一种丙烯酸复合碳纸,所述丙烯酸复合碳纸的结构为纤维网状结构,碳纳米管相互搭接,表面、内部及碳纳米管表面均匀包覆着丙烯酸树脂。所述丙烯酸碳纸中丙烯酸树脂的质量为碳纳米管质量的0.5~6倍,对应的电阻率为30-60mΩ.cm。丙烯酸复合碳纸的制备方法,具体制备步骤如下:(1)碳纳米管的分散:通过超声将0.5-2g的碳纳米管分散到浓度为0.5-2.5‰表面活性剂的水溶液中,得到均匀分散的碳纳米管分散液。(2)碳纳米管分散液与丙烯酸乳液混合:在步骤(1)得到的碳纳米管分散液中,加入丙烯酸乳液,加入量为碳纳米管质量的0.5~6倍,边搅拌边加入,搅拌时间为3~7min,确保碳纳米管与丙烯酸乳液混合均匀,得到混合液。(3)絮凝丙烯酸乳液与碳纳米管:在步骤(1)得到的混合液中,加入浓度为0.5-5‰的无机絮凝剂,加入量为碳纳米管质量的30~240倍,将碳纳米管与丙烯酸乳液颗粒一同絮凝成大颗粒,再加入浓度为0.1-5‰的纸张增强剂,加入量为碳纳米管质量的0~40倍;该步骤保证了丙烯酸树脂与碳纳米管的完美结合,使得碳纳米管表面均匀的包覆着丙烯酸树脂,使复合碳纸保持了巴基纸的纤维网状结构,即使碳纳米管的含量较少,该碳纸的导电性能也很好,而且力学性能还成倍的提高。(4)抽滤成型:采用300~1000目丝网或铁网进行真空抽滤成型,负压0.005~0.040MPa,抽滤时间0.5~5min,制得纸张;在抽滤时,利用碳纳米管相互间的搭接孔隙,使絮凝浆料在极小的真空负压下也能快速抽干,纸张大小与厚度可根据实际需求而定。(5)干燥:将步骤(4)制得的纸张,利用1~3KW的红外灯照射0.5~2min进行预脱水后,再在加热设备中干燥5~15min,干燥温度95-120℃,即得到丙烯酸复合碳纸。整个过程干燥时间短,效率高,既保证了丙烯酸树脂的快速成膜,又不影响该复合碳纸的性能。所述碳纳米管是单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、功能化碳纳米管、碳纳米管束中的任一种或几种的任意混合,可以根据实际需要具体选择使用。所述步骤(1)中,碳纳米管与表面活性剂水溶液的重量比为1:300~900,具体根据实际需要确定。所述步骤(1)中的表面活性剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯吡络烷酮中的任一种或几种的任意混合,可以根据实际需要具体选择使用。所述步骤(2)中的丙烯酸乳液的固含量为47~50%,粒径范围为220~250nm。所述步骤(3)中的无机絮凝剂为明矾、硫酸铝铁、铝酸钠、氯化铝、氯化铁、硫酸铁、硫酸铜、硫酸镁、氯化镁、聚合氟化铝、聚合硫酸铝中的任一种,可以根据实际需要具体选择使用。所述步骤(3)中的纸张增强剂为聚乙二醇、聚乙烯亚胺、聚丙烯酰胺中的任一种或几种的任意混合物。本专利技术中,各工艺参数可以根据实际需要具体确定。本专利技术方法简单、易于实现、成本低廉、可以大规模化生产,该专利技术制得的纸张为纤维网状结构、柔软、耐揉耐折、导电性能佳,丙烯酸树脂均匀地包覆在碳纳米管表面,既保证了导电性与力学性能,又保证了纸张不会分层;丙烯酸复合碳纸的电阻率为30-60mΩ.cm;力学性能优异,其抗拉强度为25-50MPa,相比只含碳纳米管的巴基纸强度提升了2-3倍;断裂伸长率提升了4-6倍,为50-100%。附图说明图1为本专利技术制得的丙烯酸复合碳纸的电镜正面示意图。图2为本专利技术制得的丙烯酸复合碳纸的电镜截面示意图。具体实施方式下面对本专利技术的具体实施方式作进一步详尽描述。实施例中未注明的技术或产品,均为现有技术或可以通过购买获得的常规产品。实施例1:如图1-2所示,本丙烯酸复合碳纸的制备方法,丙烯酸复合碳纸的结构为纤维网状结构,且碳纳米管表面均匀包覆有丙烯酸树脂;具体制备步骤如下:(1)碳纳米管的分散:通过超声将0.25g单壁碳纳米管分散到浓度为5‰十二烷基硫酸钠的水溶液中,得到均匀分散的碳纳米管分散液,碳纳米管与表面活性剂水溶液的重量比为1:300。(2)碳纳米管分散液与丙烯酸乳液混合:在步骤(1)得到的碳纳米管分散液中,加入粒径为220nm的丙烯酸乳液(固含量47%),加入量为碳纳米管质量的6倍,边搅拌边加入,搅拌时间为7min,确保碳纳米管与丙烯酸乳液混合均匀,得到混合液。(3)絮凝丙烯酸乳液与碳纳米管:在步骤(1)得到的混合液中,加入浓度为2.5‰的明矾,加入量为碳纳米管质量的240倍,将碳纳米管与丙烯酸乳液颗粒一同絮凝成大颗粒,再加入浓度1.5‰聚乙烯亚胺,本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种丙烯酸复合碳纸,其特征在于: 所述丙烯酸复合碳纸的结构为纤维网状结构, 碳纳米管相互搭接,表面、内部及碳纳米管表面均匀包覆着丙烯酸树脂。

【技术特征摘要】
1.一种丙烯酸复合碳纸,其特征在于:所述丙烯酸复合碳纸的结构为纤维网状结构,碳纳米管相互搭接,表面、内部及碳纳米管表面均匀包覆着丙烯酸树脂。2.根据权利要求1所述丙烯酸复合碳纸,其特征在于:所述丙烯酸碳纸中丙烯酸树脂的质量为碳纳米管质量的0.5~6倍,对应的电阻率为30-60mΩ.cm。3.一种权利要求1-2所述的丙烯酸复合碳纸的制备方法,其特征在于:具体制备步骤如下:碳纳米管的分散:通过超声将0.5-2g的碳纳米管分散到浓度为0.5-5‰表面活性剂的水溶液中,得到均匀分散的碳纳米管分散液;(2)碳纳米管分散液与丙烯酸乳液混合:在步骤(1)得到的碳纳米管分散液中,加入丙烯酸乳液,加入量为碳纳米管质量的0.5~6倍,边搅拌边加入,搅拌时间为3~7min,确保碳纳米管与丙烯酸乳液混合均匀,得到混合液;(3)絮凝丙烯酸乳液与碳纳米管:在步骤(1)得到的混合液中,加入浓度为0.5-5‰的无机絮凝剂,加入量为碳纳米管质量的30~240倍,将碳纳米管与丙烯酸乳液颗粒一同絮凝成大颗粒,再加入浓度为0.1-5‰的纸张增强剂,加入量为碳纳米管质量的0~40倍;(4)抽滤成型:采用300~1000目丝网或铁网进行真空抽滤成型,负压0.005~0.040MPa,抽滤时间0.5~5min,制得纸张;(5)干燥:将步骤(...

【专利技术属性】
技术研发人员:吕秀梅尹显密肖辉刘铸
申请(专利权)人:昆明纳太科技有限公司
类型:发明
国别省市:云南,53

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