一种木质素增强石墨导电纸的制备方法

摘要

本发明属于功能材料领域，公开了一种木质素增强石墨导电纸的制备方法。该制备方法包括以下步骤：将石墨加入到羧甲基纤维素钠的水溶液中，充分搅拌，得石墨分散液；再将纸浆加入水中，充分搅拌分散均匀后，将木质素引入纸浆分散液中，得引入木质素的纸浆分散液；最后，将石墨分散液与引入木质素的纸浆分散液混合均匀，抄纸，干燥，即得木质素增强石墨导电纸。该方法原料来源丰富、价格低廉，操作简单、加工方便；同时，在石墨纸体系中引进木质素，通过利用木质素与纤维素、石墨之间强烈的相互作用使木质素在石墨纸体系中起到粘结增强作用，改善了材料的性能。

权利要求

1.一种木质素增强石墨导电纸的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)将羧甲基纤维素钠加入水中，溶解后加入石墨，充分搅拌，得到石墨分散液；

(2)将纸浆加入水中，搅拌分散均匀后，得纸浆分散液；将木质素引入纸浆分散液中，得到引入木质素的纸浆分散液；

(3)将石墨分散液与引入木质素的纸浆分散液混合均匀，抄纸，干燥，即得木质素增强石墨导电纸；

步骤(1)所述石墨分散液中的石墨、羧甲基纤维素钠与水重量比为(20～180)：(4～

36)：10000；步骤(2)所述纸浆、木质素与水的重量比为(20～180)：(0～25)：100000；步骤(1)中石墨和步骤(2)中纸浆的重量比为(20～180)：(20～180)；

步骤(2)所述纸浆为漂白的化学浆、漂白的溶解浆、未经漂白的化学浆和未经漂白的溶解浆的一种或多种的混合物；所述木质素为木浆碱木质素、竹浆碱木质素、麦草浆碱木质素、芦苇浆碱木质素、蔗渣浆碱木质素、龙须草浆碱木质素中的一种或多种的混合物；所述引入木质素的方法包括以下步骤：将木质素溶于pH>7的碱性溶液中，溶解后加入到纸浆分散液中，充分混合均匀后再使用酸性溶液调节纸浆分散液pH≤7使木质素析出包裹于纤维上面。

2.根据权利要求1所述的木质素增强石墨导电纸的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述石墨、步骤(2)所述纸浆与木质素的重量比为1：1：(0～0.25)。

3.根据权利要求1所述的木质素增强石墨导电纸的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述纸浆为未经漂白的溶解浆、未经漂白的化学浆。

4.根据权利要求1所述的木质素增强石墨导电纸的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述纸浆中木质素的质量百分比为2％～6％。

5.根据权利要求1所述的木质素增强石墨导电纸的制备方法，其特征在于：所述的碱性溶液为pH＝12的氢氧化钠溶液；所述的酸性溶液为1mol/L的硫酸。

说明书

一种木质素增强石墨导电纸的制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于功能材料领域，具体涉及一种木质素增强石墨导电纸的制备方法。

背景技术

[0002] 导电纸是一种具有导电功能的功能纸，同时具有导热、电磁屏蔽、吸收电磁波等功能，可广泛应用于防静电包装材料、电磁屏蔽材料、面状发热材料、传感和致动材料、新能源和电化学材料等领域。

[0003] 目前导电纸的制备方法主要有以下五种：（1）导电材料与纸浆纤维混抄法（湿法）。该方法是将纸浆纤维与导电材料进行混合抄造（CALGON Corporation.Improvements in the making of a paper having an electroconductive layer:US,462742.1965）。这种导电纸的特点是可以通过选择纸浆纤维与导电材料的配比随意改变导电性能，且制备方法操作简单、加工方便。（2）导电纤维用胶粘剂粘合或与热熔性纤维熔合法（干法）。该法与干法成形纸的生产工艺类似（KIMBERLYARK Corporation.Electrically conductive paper and method of making it:US,8343961.1963）。胶粘型干法成形导电纸是以水溶性乳胶作为胶粘剂对导电材料进行粘合成纸，而热粘型干法成形导电纸则是采用导电材料与热熔性化学短纤维（如PE、PET、PP等）为原料，以热熔纤维本身在加热过程中产生的表面熔化和流动形成与导电材料之间的热粘合点，从而粘合成纸。（3）纸基用导电涂料涂布法。日本专利11-96103将导电无机粉末分散相涂布于纸基上，然后涂布固化剂和交联剂成功制备了导电纸，该类导电纸透气性不好。（4）化学镀法。美国专利US834396采用玻璃纤维和水的悬浮液中加入银氨溶液，利用化学还原的方法使银析出沉淀在玻璃纤维上，已镀银的玻璃纤维再与各种类型的纸张结合制造导电纸。Vaurio等人（Vaurio,Fird.Electrically Conductive Paper for Nonimpact Printing.Tappi J,1964,47(12):163-165）采用金属离子型化合物通过电化学的方法直接在纸的表面镀上一层导电金属物质使之变成导电纸。
（5）聚合物包覆纸浆纤维法。钱学仁等（钱学仁,聚合物包覆型导电纸研究概述,中华纸业,2010,31(23):58-61）利用苯胺和吡咯在水溶液电解质中原位化学聚合及吡咯的气相聚合制备了一系列导电聚合物包覆纸浆纤维导电纸。此方法目前仍处于研究阶段，在导电性能及力学性能方面仍需进一步优化。

[0004] 上述制备方法中所用的导电材料主要有石墨、碳纤维、碳纳米管、导电聚合物、金属纤维、金属粉末等。石墨价格便宜，但与天然纤维或化学纤维的结合力不强，所以致使导电纸容易出现掉粉现象，导电性能不够稳定；碳纤维、碳纳米管同样存在此问题且价格不菲；导电聚合物目前仍处于研究阶段，在材料性能及制备方法上仍需进一步的研究；添加一次性的金属物质也存在一定的缺陷，因为金属的导电性能会随空气中湿度的变化而变化，若金属纤维不能良好的接触则会导致导电性能不稳定甚至是不导电。

[0005] 由此可见，现有的制备导电纸的方法在实际应用中均存在一定的缺陷和局限性，因此研究开发出一种操作简单、经济可行、性能良好稳定的导电纸的制备方法具有十分重要的意义。

发明内容

[0006] 本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种木质素增强石墨导电纸的制备方法。

[0007] 本发明方法是在普通的石墨导电纸体系中引进木质素，由于木质素与纸浆纤维在自然界中是两种相互生长在一起的物质，两者之间存在强烈的相互作用，而另一方面，木质素分子中存在的苯环结构与石墨间存在π－π相互作用，这样木质素就可以作为粘结媒介，加强石墨与纤维之间的结合力，得到木质素增强石墨导电纸。

[0008] 本发明的目的通过如下技术方案实现：

[0009] 一种木质素增强石墨导电纸的制备方法，包括以下步骤：

[0010] （1）将羧甲基纤维素钠加入水中，溶解后加入石墨，充分搅拌，得到石墨分散液；

[0011] （2）将纸浆加入水中，搅拌分散均匀后，得纸浆分散液；将木质素引入纸浆分散液中，得到引入木质素的纸浆分散液；

[0012] （3）将石墨分散液与引入木质素的纸浆分散液混合均匀，抄纸，干燥，即得木质素增强石墨导电纸。

[0013] 步骤（1）所述石墨分散液中的石墨、羧甲基纤维素钠与水的重量比为(20～180)：（4～36）：10000；步骤（2）所述纸浆、木质素与水的重量比为(20～180)：(0～25)：
100000；步骤（1）中石墨与步骤（2）中纸浆重量比为(20～180)：(20～180)。

[0014] 步骤（1）所述石墨、步骤（2）所述纸浆与木质素的重量比为1：1：（0～0.25）。

[0015] 步骤（2）所述木质素为木浆碱木质素、竹浆碱木质素、麦草浆碱木质素、芦苇浆碱木质素、蔗渣浆碱木质素、龙须草浆碱木质素中的一种或多种的混合物。

[0016] 步骤（2）所述纸浆为漂白的化学浆、漂白的溶解浆、未经漂白的化学浆和未经漂白的溶解浆的一种或多种的混合物；优选未经漂白的溶解浆、未经漂白的化学浆。

[0017] 步骤（2）所述纸浆中木质素的质量百分比为2％～6％。

[0018] 步骤（2）所述引入木质素的方法包括以下步骤：将木质素溶于pH＞7的碱性溶液，然后加入到纸浆分散液中，充分混合均匀后再使用酸性溶液调节纸浆分散液pH≤7使木质素析出包裹于纤维上面。

[0019] 所述的碱性溶液为pH=12的氢氧化钠溶液；所述的酸性溶液为1mol/L的硫酸。

[0020] 本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：

[0021] （1）本发明使用的方法为导电材料与纸浆纤维混抄法，与导电纤维用胶粘剂粘合或热熔性纤维熔合法、纸基用导电涂料涂布法、化学镀法、聚合物包覆纸浆纤维法相比，操作简单、加工方便；

[0022] （2）本发明使用的导电材料为来源丰富、价格低廉石墨，而其它类型导电材料如碳纤维、碳纳米管、导电聚合物、金属纤维、金属粉末存在价格昂贵、导电性能不稳定的缺点；

[0023] （3）本发明通过木质素的增强作用，制备的石墨导电纸力学性能良好，导电性能稳定，不存在“掉粉”现象。

具体实施方式

[0024] 下面结合实施例对本发明作进一步描述，需要说明的是，实施例并不构成对本发明要求保护范围的限制。

[0025] 实施例1：

[0026] 称取0.36g羧甲基纤维素钠加入到100g水中，搅拌溶解后加入1.8g石墨，以1000转/分钟的速度充分搅拌使其分散得到石墨分散液；称取0.2g未经漂白的纸浆（针叶木溶解浆）加入到1000g水中，以1000转/分钟的速度充分搅拌30分钟使其分散得到纸浆分散液；将石墨分散液和纸浆分散液混合后在400转/分钟下充分搅拌10分钟后经800目滤布过滤成纸，60℃下烘干即得木质素增强石墨导电纸。

[0027] 实施例2：

[0028] 称取0.36g羧甲基纤维素钠加入到100g水中，搅拌溶解后加入1.8g石墨，以1000转/分钟的速度充分搅拌使其分散得到石墨分散液；称取0.2g未经漂白的纸浆（竹溶解浆）加入到1000g水中，以1000转/分钟的速度充分搅拌30分钟使其分散得到纸浆分散液，往纸浆分散液中加入pH为12的0.05g/mL麦草浆碱木质素溶液5mL，然后在400转/分钟的速度下使用1mol/L硫酸溶液调节纸浆分散液体系pH至7使木质素析出包裹于纤维上面；将石墨分散液和引入木质素的纸浆分散液混合后在400转/分钟下充分搅拌10分钟后经
800目滤布过滤成纸，60℃下烘干即得木质素增强石墨导电纸。

[0029] 实施例3：

[0030] 称取0.04g羧甲基纤维素钠加入到100g水中，搅拌溶解后加入0.2g石墨，以1000转/分钟的速度充分搅拌使其分散得到石墨分散液；称取1.8g未经漂白的纸浆（麦草溶解浆）加入到1000g水中，以1000转/分钟的速度充分搅拌30分钟使其分散得到纸浆分散液，往纸浆分散液中加入pH为12的0.05g/mL木浆碱木质素溶液5mL，然后在400转/分钟的速度下使用1mol/L硫酸溶液调节纸浆分散液体系pH至7使木质素析出包裹于纤维上面；将石墨分散液和引入木质素的纸浆分散液混合后在400转/分钟下充分搅拌10分钟后经800目滤布过滤成纸，60℃下烘干即得木质素增强石墨导电纸。

[0031] 实施例4：

[0032] 称取0.2g羧甲基纤维素钠加入到100g水中，搅拌溶解后加入1g石墨，以1000转/分钟的速度充分搅拌使其分散得到石墨分散液；称取1g未经漂白的纸浆（阔叶木化学浆）加入到1000g水中，以1000转/分钟的速度充分搅拌30分钟使其分散得到纸浆分散液；将石墨分散液和纸浆分散液混合后在400转/分钟下充分搅拌10分钟后经800目滤布过滤成纸，60℃下烘干即得木质素增强石墨导电纸。

[0033] 实施例5：

[0034] 称取0.2g羧甲基纤维素钠加入到100g水中，搅拌溶解后加入1g石墨，以1000转/分钟的速度充分搅拌使其分散得到石墨分散液；称取1g漂白纸浆（竹溶解浆）加入到1000g水中，以1000转/分钟的速度充分搅拌30分钟使其分散得到纸浆分散液，往纸浆分散液中加入pH为12的0.05g/mL蔗渣浆碱木质素溶液2mL，然后在400转/分钟的速度下使用1mol/L硫酸溶液调节纸浆分散液体系pH至2使木质素析出包裹于纤维上面；将石墨分散液和引入木质素的纸浆分散液混合后在400转/分钟下充分搅拌10分钟后经800目滤布过滤成纸，60℃下烘干即得木质素增强石墨导电纸。

[0035] 实施例6：

[0036] 称取0.2g羧甲基纤维素钠加入到100g水中，搅拌溶解后加入1g石墨，以1000转/分钟的速度充分搅拌使其分散得到石墨分散液；称取1g漂白纸浆（阔叶木化学浆）加入到1000g水中，以1000转/分钟的速度充分搅拌30分钟使其分散得到纸浆分散液，往纸浆分散液中加入pH为12的0.05g/mL竹浆碱木质素溶液5mL，然后在400转/分钟的速度下使用1mol/L硫酸溶液调节纸浆分散液体系pH至2使木质素析出包裹于纤维上面；将石墨分散液和引入木质素的纸浆分散液混合后在400转/分钟下充分搅拌10分钟后经800目滤布过滤成纸，60℃下烘干即得木质素增强石墨导电纸。

[0037] 实施例效果说明：

[0038] 实验测定了上述实施例制备的木质素增强石墨导电纸的力学性能和导电性能，结果见表1。

[0039] 表1不同种类石墨导电纸的力学性能和导电性能

[0040]

[0041] 表1说明：

[0042] （1）抗拉强度的测定采用拉伸压缩材料试验机，测试前将石墨导电纸在相对湿度50%、温度23℃的条件下平衡水分24小时，然后将样品裁剪为15mm宽、10cm长的样品条，在
100N的载荷下以1mm/min的拉伸速度测定样品的抗拉强度；

[0043] （2）电导率的测定采用万能表。测试前将石墨导电纸在相对湿度50%、温度23℃的条件下平衡水分24小时，然后将样品裁剪为15mm宽、7cm长的样品条，使用万能表测试样品电阻；

[0044] （3）漂白浆石墨纸是使用漂白溶解浆、漂白的化学浆与石墨作为原料采用导电材料与纸浆纤维混抄法进行石墨导电纸的制备。

[0045] 从表1可见，在相同石墨含量下，本发明制备的木质素增强石墨导电纸的抗拉强