碳纳米复合导电纸及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种碳纳米复合导电纸及其制备方法。该制备方法包括如下步骤：(1)于微米级纤维中加入溶剂，疏解分散制成微米纤维分散液；(2)将碳纳米材料粉体加入至所述微米纤维分散液中，搅拌，得碳纳米复合液；(3)将交联剂加入至所述碳纳米复合液中，得预混合液；(4)对所述预混合液进行超声波处理，得混合液；(5)过滤所述混合液，成型得到湿纸幅，干燥，即可。该制备方法通过在碳纳米材料与微米级纤维的碳纳米复合液中加入交联剂，并配合超声波处理进行导电纸的制备，无需特别对碳纳米材料进行预分散，整个过程工艺简单，效率高，且碳纳米材料与微米级纤维材料结合紧密，抽滤成型过程也无需高精度的滤膜或者滤布。

Carbon nanocomposite conductive paper and preparation method thereof

The invention relates to a carbon nano composite conductive paper and a preparation method thereof. The preparation method comprises the following steps: (1) adding a solvent into a micron-sized fiber and dispersing it into a micron-sized fiber dispersion solution; (2) adding a carbon nano-material powder into the micron-sized fiber dispersion solution, stirring, and obtaining a carbon nano-composite solution; (3) adding a crosslinking agent to the carbon nano-composite solution to obtain a premixed solution; (4) pairing the carbon nano-composite solution. The pre-mixed liquid is processed by ultrasonic wave to obtain the mixed liquid; (5) the mixed liquid is filtered, and the wet paper sheet is formed and dried. The preparation method of conductive paper by adding cross-linking agent into the carbon nano-composite solution of carbon nano-materials and micron-sized fibers, and cooperating with ultrasonic treatment, does not need to pre-disperse the carbon nano-materials. The whole process is simple and efficient, and the carbon nano-materials and micron-sized fibers are tightly bonded and pumped. There is no need for high precision filter or filter cloth in the filtration process.

【技术实现步骤摘要】
碳纳米复合导电纸及其制备方法
本专利技术涉及碳纳米材料，特别是涉及碳纳米复合导电纸及其制备方法。
技术介绍
导电纸可广泛应用于电子、电磁屏蔽、电阻发热、抗静电等领域。导电纸通常采用在现有纸浆抄造过程中加入导电调料制成，常见的导电填料有：碳纤维、金属纤维、石墨粉、碳粉、石墨烯、碳纳米管(CNT)等。碳纳米管和石墨烯等纳米碳材料，具有优异的导电、导热和力学强度，是绝佳的纸张导电填料。纳米碳材料通常与其他材料复合制备导电纸，且要获得较好的性能，通常需要对纳米碳材料进行充分的分散。例如，现有技术公开了一种碳纳米管-凯夫拉纳米纤维复合薄膜的制备方法，其将凯夫拉纤维和碳纳米管分别制成分散液，然后一层凯夫拉，一层碳纳米管分散在滤纸上逐层滴加抽滤，清洗除杂，干燥，形成凯夫拉-碳纳米管薄复合膜；另有现有技术公开碳纳米管导电纸的制备及改性研究，具体报道了一种可用于电磁屏蔽的导电纸，其将处理过的碳纳米管经过超声作用2h制成分散液，然后加入到疏解好的纸纤维中，高速剪切2h，经过真空抽滤，轧制干燥，制得碳纳米管导电纸。目前湿法制备碳纳米材料的复合纤维材料，通常都需要对碳纳米材料进行预先的分散处理，然后再和其它材料进行混匀，处理，由此导致制备材料的过程通常工艺复杂，碳纳米材料和其它材料结合并不紧密，且耗时、耗能多。另外对于湿法纤维成型，考虑到碳纳米材料细小的问题，要保证较高的留着率，需要足够过滤精度的滤膜或滤纸进行过滤。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种工艺简单、高效节能，且碳纳米材料与其它材料结合紧密的碳纳米复合导电纸的制备方法。一种碳纳米复合导电纸的制备方法，包括如下步骤：(1)于微米级纤维中加入溶剂，疏解分散制成微米纤维分散液；(2)将碳纳米材料粉体加入至所述微米纤维分散液中，搅拌，得碳纳米复合液；(3)将交联剂加入至所述碳纳米复合液中，得预混合液；(4)对所述预混合液进行超声波处理，得混合液；(5)过滤所述混合液，成型得到湿纸幅，干燥，即可。超声波处理主要是利用超声波的空化作用对纳米材料进行分散。本专利技术通过研究发现，碳纳米材料在超声空化能量作用下，不停的有碳纳米材料分散开来，同时也有一些碳纳米材料重新在空化作用下碰撞到一起而发生团聚，因此通过合理控制超声过程最终能够实现碳纳米材料的分散，不过由于分散与团聚不停竞争的过程，分散效率并不高。而鉴于制备碳纳米纤维复合材料的最终目的是使得不同材料实现均匀和混合，并且相互之间结合紧密，另外还考虑到现有技术中导电纸制备工艺复杂，影响碳纳米材料和其它材料间的结合紧密度，且耗时耗能。本专利技术通过研究发现，在超声波作用之前加入交联剂，在超声空化作用时，可使的碳纳米材料之间相互打开，而碰撞团聚的过程由于有了交联剂和其它微米级纤维的参与，正好实现了碳纳米材料与微米级纤维的紧密结合，无需特别对碳纳米材料进行预分散，整个过程工艺简单，效率高，且最终做出的碳纳米复合导电纸中，碳纳米材料不易脱落，抽滤成型过程也无需高精度的滤膜或者滤布，碳纳米材料留着率高，滤水性能好。在本专利技术的碳纳米复合导电纸的制备方法中，所述微米级是指“纤维的直径为1-100微米”；所述微米级纤维是指除碳纳米材料之外的其它用于导电纸制备的微米级纤维材料，具体可为纸浆纤维、天丝纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、涤纶短纤、芳纶纤维中的一种或多种混合，优选为纸浆纤维和/或芳纶浆粕纤维。相应的，所述溶剂为导电纸制备的常规溶剂，具体可如水。制备得到的微米纤维分散液的浓度可根据实际生产需要进行确定。所述碳纳米材料粉体具体可为碳纳米管、碳纳米纤维、石墨烯中的一种或多种混合，优选为纤维状碳纳米管和/或碳纳米纤维。所述碳纳米材料粉体与微米级纤维的用量比可根据实际生产需要进行确定。在其中一个实施例中，步骤(3)所述交联剂为聚酰胺环氧氯丙烷、壳聚糖、聚乙烯亚胺、三价铝盐、聚氧化乙烯、聚丙烯酰胺中的至少一种。优选为三价铝盐、聚氧化乙烯、聚酰胺环氧氯丙烷中的至少一种。在其中一个实施例中，步骤(3)所述交联剂的加入量为所述碳纳米材料粉体重量的10～50％。优选为15～30％。在其中一个实施例中，步骤(4)所述超声波处理的方法为：于功率超声下处理3～10min。优选为3～8min。在其中一个实施例中，所述功率超声的工具头振幅≥20微米。在其中一个实施例中，步骤(2)中，将所述碳纳米材料粉体加入至所述微米纤维分散液中后，加入所述碳纳米材料粉体重量30～50％的分散剂，然后再进行所述搅拌，得所述碳纳米复合液。进一步在加入碳纳米材料粉体后，加入分散剂进行分散，可促使碳纳米材料与微米级纤维之间混合均匀，提高后续超声波处理时二者结合的紧密度。在其中一个实施例中，所述分散剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、聚丙烯酸钠、聚苯乙烯磺酸钠、亚甲基二萘磺酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、苯乙烯-丙烯酸共聚超分散剂、海藻酸、茶皂素中的至少一种。优选为十二烷基硫酸钠与聚丙烯酸钠的混合，或，十二烷基苯磺酸钠与聚乙烯吡咯烷酮的混合，或，十二烷基苯磺酸钠与聚丙烯酸钠的混合，十二烷基硫酸钠与聚乙烯吡咯烷酮的混合。本专利技术还提供所述的碳纳米复合导电纸的制备方法制备得到的碳纳米复合导电纸。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术碳纳米复合导电纸的制备方法，通过在碳纳米材料与微米级纤维的碳纳米复合液中加入特定的交联剂，并配合超声波处理进行导电纸的制备，无需特别对碳纳米材料进行预分散，整个过程工艺简单，效率高，且碳纳米材料与微米级纤维材料结合紧密，抽滤成型过程也无需高精度的滤膜或者滤布。本专利技术的碳纳米复合导电纸中，碳纳米材料留着率高，不易脱落，滤水性能好，且导电性能优异。附图说明图1为实施例1中步骤(3)超声后所得混合液液体滴在玻璃板上照片；图2为实施例1制得的碳纳米纸浆复合纸低放大倍数(100×)的SEM照片；图3为实施例1制得的碳纳米纸浆复合纸高放大倍数(10000×)的SEM照片；图4为实施例2制得的碳纳米管-芳纶复合纸低放大倍数(100×)的SEM照片；图5为实施例3制得的碳纳米纸浆复合纸低放大倍数(100×)的SEM照片；图6为对比例1中步骤(3)将碳纳米管分散液与纸浆混合后滴在玻璃板上照片；图7为对比例1与实施例1制得的碳纳米纸浆复合纸的电阻率比较图。具体实施方式以下结合具体实施例对本专利技术的碳纳米复合导电纸及其制备方法作进一步详细的说明。实施例1本实施例一种碳纳米复合导电纸的制备方法，包括如下步骤：(1)将纸浆板在疏解机中疏解10min，制成纸浆分散液，溶剂为水，纸浆纤维的质量浓度为0.3％，纸浆纤维直径为2-20微米；(2)加入碳纳米管粉(购自中国科学院成都有机化学有限公司，表面修饰有含氧亲水基团的碳纳米管)，纸浆板与碳纳米管粉的质量比3:1，并加入对于碳纳米管质量30％的十二烷基硫酸钠和20％的聚丙烯酸钠作为分散剂，搅拌分散均匀；(3)加入相对于碳纳米管质量的23％的硫酸铝(加入时配成溶液，溶剂为水)和2％的聚乙烯亚胺，搅拌均匀，分成5个样品进行超声处理(功率超声，工具头振幅≥20微米)，处理时间分别为1min，2min，3min，4min，5min，8min，其中，经过3min超声之后的液体滴在玻璃板上照片如图1所示，碳纳米管已经较完全的吸附于微米级纤维上，溶液则为无色透明状；(4)在聚本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳纳米复合导电纸的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)于微米级纤维中加入溶剂，疏解分散制成微米纤维分散液；(2)将碳纳米材料粉体加入至所述微米纤维分散液中，得碳纳米复合液；(3)将交联剂加入至所述碳纳米复合液中，得预混合液；(4)对所述预混合液进行超声波处理，得混合液；(5)过滤所述混合液，成型得到湿纸幅，干燥，即可。

【技术特征摘要】
1.一种碳纳米复合导电纸的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)于微米级纤维中加入溶剂，疏解分散制成微米纤维分散液；(2)将碳纳米材料粉体加入至所述微米纤维分散液中，得碳纳米复合液；(3)将交联剂加入至所述碳纳米复合液中，得预混合液；(4)对所述预混合液进行超声波处理，得混合液；(5)过滤所述混合液，成型得到湿纸幅，干燥，即可。2.根据权利要求1所述的碳纳米复合导电纸的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述交联剂为聚酰胺环氧氯丙烷、壳聚糖、聚乙烯亚胺、三价铝盐、聚氧化乙烯、聚丙烯酰胺中的至少一种。3.根据权利要求1所述的碳纳米复合导电纸的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述交联剂的加入量为所述碳纳米材料粉体重量的10～50％。4.根据权利要求1所述的碳纳米复合导电纸的制备方法，其特征在于，步...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖辉，
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