一種木質素增強石墨導電紙的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于功能材料領域，公開了一種木質素增強石墨導電紙的制備方法。該制備方法包括以下步驟：將石墨加入到羧甲基纖維素鈉的水溶液中，充分攪拌，得石墨分散液；再將紙漿加入水中，充分攪拌分散均勻后，將木質素引入紙漿分散液中，得引入木質素的紙漿分散液；最后，將石墨分散液與引入木質素的紙漿分散液混合均勻，抄紙，干燥，即得木質素增強石墨導電紙。該方法原料來源豐富、價格低廉，操作簡單、加工方便；同時，在石墨紙體系中引進木質素，通過利用木質素與纖維素、石墨之間強烈的相互作用使木質素在石墨紙體系中起到粘結增強作用，改善了材料的性能。
【專利說明】一種木質素增強石墨導電紙的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于功能材料領域，具體涉及一種木質素增強石墨導電紙的制備方法。
【背景技術】
[0002]導電紙是一種具有導電功能的功能紙，同時具有導熱、電磁屏蔽、吸收電磁波等功能，可廣泛應用于防靜電包裝材料、電磁屏蔽材料、面狀發(fā)熱材料、傳感和致動材料、新能源和電化學材料等領域。
[0003]目前導電紙的制備方法主要有以下五種:(I)導電材料與紙漿纖維混抄法(濕法)。該方法是將紙衆(zhòng)纖維與導電材料進行混合抄造(CALGON Corporation.1mprovements inthe making of a paper having an electroconductive layer:US, 462742.1965)。這種導電紙的特點是可以通過選擇紙漿纖維與導電材料的配比隨意改變導電性能，且制備方法操作簡單、加工方便。(2)導電纖維用膠粘劑粘合或與熱熔性纖維熔合法(干法)。該法與干法成形紙的生產(chǎn)工藝類似(KIMBERLYARK Corporation.Electrically conductive paperand method of making it:US, 8343961.1963)。膠粘型干法成形導電紙是以水溶性乳膠作為膠粘劑對導電材料進行粘合成紙，而熱粘型干法成形導電紙則是采用導電材料與熱熔性化學短纖維(如PE、PET、PP等)為原料，以熱熔纖維本身在加熱過程中產(chǎn)生的表面熔化和流動形成與導電材料之間的熱粘合點，從而粘合成紙。(3)紙基用導電涂料涂布法。日本專利11-96103將導電無機粉末分散相涂布于紙基上，然后涂布固化劑和交聯(lián)劑成功制備了導電紙，該類導電紙透氣性不好。(4)化學鍍法。美國專利US834396采用玻璃纖維和水的懸浮液中加入銀氨溶液，利用化學還原的方法使銀析出沉淀在玻璃纖維上，已鍍銀的玻璃纖維再與各種類型的紙張結合制造導電紙。Vaurio等人(Vaurio, Fird.ElectricallyConductive Paper for Nonimpact Printing.Tappi J, 1964，47 (12): 163-165)米用金屬離子型化合物通過電化學的方法直接在紙的表面鍍上一層導電金屬物質使之變成導電紙。
(5)聚合物包覆紙漿纖維法。錢學仁等(錢學仁，聚合物包覆型導電紙研究概述，中華紙業(yè)，2010, 31 (23):58-61)利用苯胺和吡咯在水溶液電解質中原位化學聚合及吡咯的氣相聚合制備了一系列導電聚合物包覆紙漿纖維導電紙。此方法目前仍處于研究階段，在導電性能及力學性能方面仍需進一步優(yōu)化。
[0004]上述制備方法中所用的導電材料主要有石墨、碳纖維、碳納米管、導電聚合物、金屬纖維、金屬粉末等。石墨價格便宜，但與天然纖維或化學纖維的結合力不強，所以致使導電紙容易出現(xiàn)掉粉現(xiàn)象，導電性能不夠穩(wěn)定；碳纖維、碳納米管同樣存在此問題且價格不菲；導電聚合物目前仍處于研究階段，在材料性能及制備方法上仍需進一步的研究；添加一次性的金屬物質也存在一定的缺陷，因為金屬的導電性能會隨空氣中濕度的變化而變化，若金屬纖維不能良好的接觸則會導致導電性能不穩(wěn)定甚至是不導電。
[0005]由此可見，現(xiàn)有的制備導電紙的方法在實際應用中均存在一定的缺陷和局限性，因此研究開發(fā)出一種操作簡單、經(jīng)濟可行、性能良好穩(wěn)定的導電紙的制備方法具有十分重要的意義。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足之處，提供一種木質素增強石墨導電紙的制備方法。
[0007]本發(fā)明方法是在普通的石墨導電紙體系中引進木質素，由于木質素與紙漿纖維在自然界中是兩種相互生長在一起的物質，兩者之間存在強烈的相互作用，而另一方面，木質素分子中存在的苯環(huán)結構與石墨間存在η — η相互作用，這樣木質素就可以作為粘結媒介，加強石墨與纖維之間的結合力，得到木質素增強石墨導電紙。
[0008]本發(fā)明的目的通過如下技術方案實現(xiàn):
[0009]一種木質素增強石墨導電紙的制備方法，包括以下步驟:
[0010](I)將羧甲基纖維素鈉加入水中，溶解后加入石墨，充分攪拌，得到石墨分散液；
[0011](2)將紙漿加入水中，攪拌分散均勻后，得紙漿分散液；將木質素引入紙漿分散液中，得到引入木質素的紙漿分散液；
[0012](3)將石墨分散液與引入木質素的紙漿分散液混合均勻，抄紙，干燥，即得木質素增強石墨導電紙。
[0013]步驟(I)所述石墨分散液中的石墨、羧甲基纖維素鈉與水的重量比為(20?180):(4?36):10000 ;步驟(2)所述紙漿、木質素與水的重量比為(20?180): (O?25):100000 ;步驟(I)中石墨與步驟(2)中紙漿重量比為(20?180): (20?180)。
[0014]步驟(I)所述石墨、步驟(2)所述紙漿與木質素的重量比為1:1:(0?0.25)。
[0015]步驟(2)所述木質素為木漿堿木質素、竹漿堿木質素、麥草漿堿木質素、蘆葦漿堿木質素、蔗渣漿堿木質素、龍須草漿堿木質素中的一種或多種的混合物。
[0016]步驟(2 )所述紙漿為漂白的化學漿、漂白的溶解漿、未經(jīng)漂白的化學漿和未經(jīng)漂白的溶解漿的一種或多種的混合物；優(yōu)選未經(jīng)漂白的溶解漿、未經(jīng)漂白的化學漿。
[0017]步驟(2)所述紙漿中木質素的質量百分比為2%?6%。
[0018]步驟(2)所述引入木質素的方法包括以下步驟:將木質素溶于pH > 7的堿性溶液，然后加入到紙漿分散液中，充分混合均勻后再使用酸性溶液調節(jié)紙漿分散液PH < 7使木質素析出包裹于纖維上面。
[0019]所述的堿性溶液為pH=12的氫氧化鈉溶液；所述的酸性溶液為lmol/L的硫酸。
[0020]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有以下優(yōu)點和效果:
[0021](I)本發(fā)明使用的方法為導電材料與紙漿纖維混抄法，與導電纖維用膠粘劑粘合或熱熔性纖維熔合法、紙基用導電涂料涂布法、化學鍍法、聚合物包覆紙漿纖維法相比，操作簡單、加工方便；
[0022](2)本發(fā)明使用的導電材料為來源豐富、價格低廉石墨，而其它類型導電材料如碳纖維、碳納米管、導電聚合物、金屬纖維、金屬粉末存在價格昂貴、導電性能不穩(wěn)定的缺點；
[0023](3)本發(fā)明通過木質素的增強作用，制備的石墨導電紙力學性能良好，導電性能穩(wěn)定，不存在“掉粉”現(xiàn)象。
【具體實施方式】
[0024]下面結合實施例對本發(fā)明作進一步描述，需要說明的是，實施例并不構成對本發(fā)明要求保護范圍的限制。
[0025]實施例1:
[0026]稱取0.36g羧甲基纖維素鈉加入到IOOg水中，攪拌溶解后加入1.8g石墨，以1000轉/分鐘的速度充分攪拌使其分散得到石墨分散液；稱取0.2g未經(jīng)漂白的紙漿(針葉木溶解漿)加入到IOOOg水中，以1000轉/分鐘的速度充分攪拌30分鐘使其分散得到紙漿分散液；將石墨分散液和紙漿分散液混合后在400轉/分鐘下充分攪拌10分鐘后經(jīng)800目濾布過濾成紙，60°C下烘干即得木質素增強石墨導電紙。
[0027]實施例2:
[0028]稱取0.36g羧甲基纖維素鈉加入到IOOg水中，攪拌溶解后加入1.8g石墨，以1000轉/分鐘的速度充分攪拌使其分散得到石墨分散液；稱取0.2g未經(jīng)漂白的紙漿(竹溶解漿)加入到IOOOg水中，以1000轉/分鐘的速度充分攪拌30分鐘使其分散得到紙漿分散液，往紙漿分散液中加入PH為12的0.05g/mL麥草漿堿木質素溶液5mL，然后在400轉/分鐘的速度下使用lmol/L硫酸溶液調節(jié)紙漿分散液體系pH至7使木質素析出包裹于纖維上面；將石墨分散液和引入木質素的紙漿分散液混合后在400轉/分鐘下充分攪拌10分鐘后經(jīng)800目濾布過濾成紙，60°C下烘干即得木質素增強石墨導電紙。
[0029]實施例3:
[0030]稱取0.04g羧甲基纖維素鈉加入到IOOg水中，攪拌溶解后加入0.2g石墨，以1000轉/分鐘的速度充分攪拌使其分散得到石墨分散液；稱取1.Sg未經(jīng)漂白的紙漿(麥草溶解漿)加入到IOOOg水中，以1000轉/分鐘的速度充分攪拌30分鐘使其分散得到紙漿分散液，往紙漿分散液中加入PH為12的0.05g/mL木漿堿木質素溶液5mL，然后在400轉/分鐘的速度下使用lmol/L硫酸溶液調節(jié)紙漿分散液體系pH至7使木質素析出包裹于纖維上面；將石墨分散液和引入木質素的紙漿分散液混合后在400轉/分鐘下充分攪拌10分鐘后經(jīng)800目濾布過濾成紙，60°C下烘干即得木質素增強石墨導電紙。
[0031]實施例4:
[0032]稱取0.2g羧甲基纖維素鈉加入到IOOg水中，攪拌溶解后加入Ig石墨，以1000轉/分鐘的速度充分攪拌使其分散得到石墨分散液；稱取Ig未經(jīng)漂白的紙漿(闊葉木化學漿)加入到IOOOg水中，以1000轉/分鐘的速度充分攪拌30分鐘使其分散得到紙漿分散液；將石墨分散液和紙漿分散液混合后在400轉/分鐘下充分攪拌10分鐘后經(jīng)800目濾布過濾成紙，60°C下烘干即得木質素增強石墨導電紙。
[0033]實施例5:
[0034]稱取0.2g羧甲基纖維素鈉加入到IOOg水中，攪拌溶解后加入Ig石墨，以1000轉/分鐘的速度充分攪拌使其分散得到石墨分散液；稱取Ig漂白紙漿(竹溶解漿)加入到IOOOg水中，以1000轉/分鐘的速度充分攪拌30分鐘使其分散得到紙漿分散液，往紙漿分散液中加入PH為12的0.05g/mL蔗渣漿堿木質素溶液2mL，然后在400轉/分鐘的速度下使用lmol/L硫酸溶液調節(jié)紙漿分散液體系pH至2使木質素析出包裹于纖維上面；將石墨分散液和引入木質素的紙漿分散液混合后在400轉/分鐘下充分攪拌10分鐘后經(jīng)800目濾布過濾成紙，60°C下烘干即得木質素增強石墨導電紙。
[0035]實施例6:
[0036]稱取0.2g羧甲基纖維素鈉加入到IOOg水中，攪拌溶解后加入Ig石墨，以1000轉/分鐘的速度充分攪拌使其分散得到石墨分散液；稱取Ig漂白紙漿(闊葉木化學漿)加入到IOOOg水中，以1000轉/分鐘的速度充分攪拌30分鐘使其分散得到紙漿分散液，往紙漿分散液中加入PH為12的0.05g/mL竹漿堿木質素溶液5mL，然后在400轉/分鐘的速度下使用lmol/L硫酸溶液調節(jié)紙漿分散液體系pH至2使木質素析出包裹于纖維上面；將石墨分散液和引入木質素的紙漿分散液混合后在400轉/分鐘下充分攪拌10分鐘后經(jīng)800目濾布過濾成紙，60 V下烘干即得木質素增強石墨導電紙。
[0037]實施例效果說明:
[0038]實驗測定了上述實施例制備的木質素增強石墨導電紙的力學性能和導電性能，結果見表I。
[0039]表I不同種類石墨導電紙的力學性能和導電性能
[0040]
【權利要求】
1.一種木質素增強石墨導電紙的制備方法，其特征在于包括以下步驟: (1)將羧甲基纖維素鈉加入水中，溶解后加入石墨，充分攪拌，得到石墨分散液； (2)將紙漿加入水中，攪拌分散均勻后，得紙漿分散液；將木質素引入紙漿分散液中，得到引入木質素的紙漿分散液； (3)將石墨分散液與引入木質素的紙漿分散液混合均勻，抄紙，干燥，即得木質素增強石墨導電紙； 步驟(I)所述石墨分散液中的石墨、羧甲基纖維素鈉與水重量比為(20?180):(4?36):10000 ;步驟(2)所述紙漿、木質素與水的重量比為(20?180): (O?25) =100000 ;步驟(I)中石墨和步驟(2)中紙漿的重量比為(20?180):(20?180)； 步驟(2)所述紙漿為漂白的化學漿、漂白的溶解漿、未經(jīng)漂白的化學漿和未經(jīng)漂白的溶解漿的一種或多種的混合物；所述木質素為木漿堿木質素、竹漿堿木質素、麥草漿堿木質素、蘆葦漿堿木質素、蔗渣漿堿木質素、龍須草漿堿木質素中的一種或多種的混合物；所述引入木質素的方法包括以下步驟:將木質素溶于PH>7的堿性溶液中，溶解后加入到紙漿分散液中，充分混合均勻后再使用酸性溶液調節(jié)紙漿分散液PH < 7使木質素析出包裹于纖維上面。
2.根據(jù)權利要求1所述的木質素增強石墨導電紙的制備方法，其特征在于:步驟(I)所述石墨、步驟(2)所述紙漿與木質素的重量比為1:1:(0?0.25)。
3.根據(jù)權利要求1所述的木質素增強石墨導電紙的制備方法，其特征在于:步驟(2)所述所述紙漿為未經(jīng)漂白的溶解漿、未經(jīng)漂白的化學漿。
4.根據(jù)權利要求1所述的木質素增強石墨導電紙的制備方法，其特征在于:步驟(2)所述所述紙漿中木質素的質量百分比為2%?6%。
5.根據(jù)權利要求1所述的木質素增強石墨導電紙的制備方法，其特征在于:所述的堿性溶液為pH=12的氫氧化鈉溶液；所述的酸性溶液為lmol/L的硫酸。
【文檔編號】D21H17/29GK103451991SQ201310389722
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年8月30日 優(yōu)先權日:2013年8月30日
【發(fā)明者】邱學青, 樓宏銘, 林吼坑, 楊東杰, 龐煜霞, 鄧永紅, 黃錦浩 申請人:華南理工大學