CN103147355A - 一种生物质纳米纤维导电纸的制备方法 - Google Patents
一种生物质纳米纤维导电纸的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103147355A CN103147355A CN2013100594522A CN201310059452A CN103147355A CN 103147355 A CN103147355 A CN 103147355A CN 2013100594522 A CN2013100594522 A CN 2013100594522A CN 201310059452 A CN201310059452 A CN 201310059452A CN 103147355 A CN103147355 A CN 103147355A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- nano fiber
- preparation
- conductive paper
- cellulose
- mixed solution
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Abstract
本发明公开了一种生物质纳米纤维导电纸的制备方法，它将高导电性碳纳米管加入粘性纳米纤维/纤维素增稠剂混合溶液中，利用高速均质化机械剪切坏碳纳米管的外层结构，使其呈现极性，与纤维素纳米纤丝纤维表面羟基结合。同时借助纳米纤维/纤维素增稠剂溶液的高粘性阻滞碳纳米管的团聚，使其均匀稳定分散。通过这种方法获得的生物质纤维素导电纸生产过程简单易控、绿色环保、成本合适。同时，大比表面积、天然网状结构的纤维素纳米纤丝能吸附、结合更多的碳纳米管，复合导电纸阻抗低、导电性稳定、力学强度高、热稳定性好，能广泛用于多维导电材料、非常规导电材料、多功能储能材料、新型电磁屏蔽及电磁传感材料等众多领域。
Description
技术领域
本发明涉及生物质纳米纤维导电材料的制备方法，具体为一种生物质纳米纤维导电纸的制备方法。
背景技术
植物纤维导电纸不仅拥有良好的导电和电磁屏蔽效果，还具有资源丰富，生态环保，成本低廉等优势，近年来在作为一种新型导电材料倍受青睐。然而，植物纤维本身并不能导电，需要引入导电聚合物或无机导电材料等与其复合，构建电荷传导通径，实现植物纤维的导电功能。碳纳米管（单壁或多壁）具有优异的导电性能及天然网状结构，能创造高效导电通径，已成为制备植物纤维导电纸的最佳材料。而在这种植物纤维导电纸的制备过程中，植物纤维与无机碳纳米管的互溶及有效结合，是决定材料性能的关键因素。采用室温离子液体溶解的纤维素，可以与碳纳米管互配混合，但其多余离子液体及其残余物的清除仍然复杂繁琐，利用借助烷基磺酸钠盐、甲基***等表面活性剂可以在水中有效分散碳纳米管，但是分散过程程序复杂、可控性差，同时有些分散剂对环境和生态有害。
纤维素纳米纤丝作为一类重要的生物质纳米纤维材料，常利用高速机械剪切或化学氧化的方法，将植物纤维中的纤维素微纤丝分离拆解成直径在纳米级（低于100nm）的细长纤维。它不仅力学性能强、长径比高，在水溶液中还能呈稳定的胶体状。利用合适的方法均匀分散碳纳米管于纳米纤维溶液中，不仅能获得力学强度高，导电性好的纳米导电纸材料，材料的纳米小尺寸及量子效应还能赋予材料新的电磁特性。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种生物质纳米纤维导电纸的制备方法，以解决上述背景技术中的缺点。
本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
一种生物质纳米纤维导电纸的制备方法，区别于其它工艺的显著特点是利用高速均质化机械剪切破坏碳纳米管的外层结构，使其呈现极性，与纤维素纳米纤丝纤维表面羟基结合。同时利用纳米纤维混合溶液的高粘性阻滞碳纳米管的团聚，使其均匀稳定分散。然后采用类似于传统造纸的方法滤去混合溶液中多余水分，获得性能优异的生物质纳米纤维导电纸复合材料，包括以下步骤：
第1步：将增稠剂羟丙基甲基纤维素溶入纤维素纳米纤丝溶液中，增稠剂质量占混合物料（干态）的3-5%。在高速搅拌条件下加入去离子水将上述混合溶液稀释至0.2-0.3wt%。
第2步：将一定量的碳纳米管加入稀释状态纤维素纳米纤丝与增稠剂的混合溶液中，机械搅拌10min初步分散碳纳米管。
第3步：高速均质化机械剪切处理。经初步分散的混合溶液在微射流高压均质机内进行剪切分散处理，其中200μm和87μm的反应腔联合使用，循环剪切处理5-8次。
第4步：经充分分散的碳纳米管/纳米纤维混合溶液在加压（或真空）过滤***中滤去部分水分，形成胶体状湿膜。湿膜在外加载荷条件下经滤纸吸附多余水分、加热干燥至绝干。
本发明中，所述第1步中增稠剂可以是羟丙基甲基纤维素，羟乙基纤维素，羧基甲基纤维素，或者它们的混合物，但是增稠剂的添加量需控制在3-5wt%，根据原料纤维素纳米纤丝溶液的粘度调节。
本发明中，所述第1步中加入增稠剂后的纤维素纳米纤丝混合溶液需调节固含量至0.2-0.3%，以避免后续高速剪切过程中物料在反应腔内堵塞。
本发明中，所述第2步中碳纳米管的添加量视目标材料要求而定，一般添加量为3-6wt%即可，最多不能超过15wt%。
本发明中，所述第3步中微射流高压均质机剪切处理时，200-87μm联合反应腔内压强为140-160MPa。
本发明中，所述第3步中微射流高压均质机剪切处理时，循环剪切次数为4-8次。
本发明中，所述第4步中碳纳米管/纳米纤维混合溶液需经过纤维素渗透膜过滤，其中过滤膜的孔径为0.2-0.7μm。
本发明中，所述第4步中湿膜干燥过程需施加外部压力防止其收缩变形。为了保证导电纸内水分完全去除，可在100-105℃加热条件下进一步干燥1h。
有益效果：本发明所述的生物质纳米纤维导电纸的制备方法利用高速均质化机械剪切破坏碳纳米管的外层结构，使其呈现极性，能与纤维素纳米纤丝纤维表面羟基结合。同时借助纳米纤维/纤维素增稠剂溶液的高粘性阻滞碳纳米管的团聚，使其均匀稳定分散。通过这种方法获得的纤维素导电纸生产过程简单易控、绿色环保、成本合适。同时，大比表面积、天然网状结构的纤维素纳米纤丝能吸附、结合更多的碳纳米管，复合导电纸整体性能优于传统的微米级植物纤维导电纸，可应用于非常规导电材料、储能材料、新型电磁屏蔽及传感材料等领域。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
实施例1
第1步：将增稠剂羟丙基甲基纤维素溶入纤维素纳米纤丝溶液中，增稠剂质量占混合物料（干态）的3%。为避免后续高速剪切过程中物料在反应腔内堵塞，在搅拌条件下加入去离子水将上述混合溶液稀释至0.2wt%。
第2步：将5wt%的碳纳米管加入稀释状态的纤维素纳米纤丝/羟丙基甲基纤维素混合溶液中，机械搅拌10min初步分散碳纳米管。
第3步：高速均质化机械剪切处理。经初步分散的混合溶液在微射流高压均质机内进行剪切分散处理，其中200μm和87μm的反应腔联合使用，反应压强为150MPa，循环剪切处理6次。
第4步：经充分分散的碳纳米管/纳米纤维混合溶液在加压过滤***中经0.2 μm孔径的纤维素滤纸滤去部分水分，形成胶体状湿膜。湿膜固含量20%，在500N外加载荷下经滤纸吸附干燥，再在100-105℃加热条件下进一步干燥1h。
实施例2
第1步：将增稠剂羟丙基甲基纤维素溶入纤维素纳米纤丝溶液中，增稠剂质量占混合物料（干态）的4%。为避免后续高速剪切过程中物料在反应腔内堵塞，在搅拌条件下加入去离子水将上述混合溶液稀释至0.3wt%。
第2步：将6wt%的碳纳米管加入稀释状态的纤维素纳米纤丝/羟丙基甲基纤维素混合溶液中，机械搅拌10min初步分散碳纳米管。
第3步：高速均质化机械剪切处理。经初步分散的混合溶液在微射流高压均质机内进行剪切分散处理，其中200μm和87μm的反应腔联合使用，反应压强为150MPa，循环剪切处理8次。
第4步：经充分分散的碳纳米管/纳米纤维混合溶液在加压过滤***中经0.4 μm孔径的纤维素滤纸滤去部分水分，形成胶体状湿膜。湿膜固含量20%，在500N外加载荷下经滤纸吸附干燥，再在100-105℃加热条件下进一步干燥1h。
实施例3
第1步：将增稠剂羟丙基甲基纤维素溶入纤维素纳米纤丝溶液中，增稠剂质量占混合物料（干态）的5%。为避免后续高速剪切过程中物料在反应腔内堵塞，在搅拌条件下加入去离子水将上述混合溶液稀释至0.2wt%。
第2步：将7wt%的碳纳米管加入稀释状态的纤维素纳米纤丝/羟丙基甲基纤维素混合溶液中，机械搅拌10min初步分散碳纳米管。
第3步：高速均质化机械剪切处理。经初步分散的混合溶液在微射流高压均质机内进行剪切分散处理，其中200μm和87μm的反应腔联合使用，反应压强为150MPa，循环剪切处理8次。
第4步：经充分分散的碳纳米管/纳米纤维混合溶液在加压过滤***中经0.5 μm孔径的纤维素滤纸滤去部分水分，形成胶体状湿膜。湿膜固含量20%，在500N外加载荷下经滤纸吸附干燥，再在100-105℃加热条件下进一步干燥1h。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (8)
1.一种生物质纳米纤维导电纸的制备方法，其特点在于，包括以下步骤：
第1步：将增稠剂羟丙基甲基纤维素溶入纤维素纳米纤丝溶液中，增稠剂质量占干态的混合物料的3-5%，在高速搅拌条件下加入去离子水将上述混合溶液稀释至0.2-0.3wt%；
第2步：将一定量的碳纳米管加入稀释状态纤维素纳米纤丝与增稠剂的混合溶液中，机械搅拌10min初步分散碳纳米管；
第3步：高速均质化机械剪切处理，经初步分散的混合溶液在微射流高压均质机内进行剪切分散处理，其中200μm和87μm的反应腔联合使用，循环剪切处理5-8次；
第4步：经充分分散的碳纳米管/纳米纤维混合溶液在加压（或真空）过滤***中滤去部分水分，形成胶体状湿膜，湿膜在外加载荷条件下经滤纸吸附多余水分、加热干燥至绝干。
2.根据权利要求1所述的一种生物质纳米纤维导电纸的制备方法，其特征在于，所述第1步中增稠剂可以是羟丙基甲基纤维素，羟乙基纤维素，羧基甲基纤维素，或者它们的混合物，但是增稠剂的添加量需控制在3-5wt%，根据原料纤维素纳米纤丝溶液的粘度调节。
3.根据权利要求1所述的一种生物质纳米纤维导电纸的制备方法，其特征在于，所述第1步中加入增稠剂后的纤维素纳米纤丝混合溶液需调节固含量至0.2-0.3%，以避免后续高速剪切过程中物料在反应腔内堵塞。
4.根据权利要求1所述的一种生物质纳米纤维导电纸的制备方法，其特征在于，所述第2步中碳纳米管的添加量视目标材料要求而定，一般添加量为3-6wt%即可，最多不能超过15wt%。
5.根据权利要求1所述的一种生物质纳米纤维导电纸的制备方法，其特征在于，所述第3步中微射流高压均质机剪切处理时，200-87μm联合反应腔内压强为140-160MPa。
6.根据权利要求1所述的一种生物质纳米纤维导电纸的制备方法，其特征在于，所述第3步中微射流高压均质机剪切处理时，循环剪切次数为4-8次。
7.根据权利要求1所述的一种生物质纳米纤维导电纸的制备方法，其特征在于，所述第4步中碳纳米管/纳米纤维混合溶液需经过纤维素渗透膜过滤，其中过滤膜的孔径为0.2-0.7μm。
8.根据权利要求1所述的一种生物质纳米纤维导电纸的制备方法，其特征在于，所述第4步中湿膜干燥过程需施加外部压力防止其收缩变形，为了保证导电纸内水分完全去除，可在100-105℃加热条件下进一步干燥1h。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310059452.2A CN103147355B (zh) | 2013-02-26 | 2013-02-26 | 一种生物质纳米纤维导电纸的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310059452.2A CN103147355B (zh) | 2013-02-26 | 2013-02-26 | 一种生物质纳米纤维导电纸的制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103147355A true CN103147355A (zh) | 2013-06-12 |
| CN103147355B CN103147355B (zh) | 2015-12-23 |
Family
ID=48545651
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201310059452.2A Active CN103147355B (zh) | 2013-02-26 | 2013-02-26 | 一种生物质纳米纤维导电纸的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103147355B (zh) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103966907A (zh) * | 2014-04-02 | 2014-08-06 | 上海大学 | 一种基于纳米纤维素的柔性导电纸及其制备方法 |
| WO2015057168A1 (en) * | 2013-10-17 | 2015-04-23 | Nanyang Technological University | Conductive paper and method of forming the same |
| CN104674582A (zh) * | 2013-12-03 | 2015-06-03 | 金东纸业（江苏）股份有限公司 | 纸浆及其制备方法,应用该纸浆制得的纸张 |
| CN107201689A (zh) * | 2017-06-01 | 2017-09-26 | 大连理工大学 | 一种碳纳米管电磁屏蔽纸的制备方法 |
| CN109796007A (zh) * | 2019-02-19 | 2019-05-24 | 昆明理工大学 | 微纳尺寸生物质纤维和碳纳米管混合悬浮液的制备方法 |
| CN109799012A (zh) * | 2019-01-23 | 2019-05-24 | 河南工程学院 | 一种基于纤维素的类三明治结构压力传感器及其制备方法 |
| CN110157393A (zh) * | 2019-05-06 | 2019-08-23 | 滨州学院 | 钻井液用纳米纤维-黄原胶复合物提粘提切剂及制备方法 |
| US10435571B2 (en) | 2014-05-22 | 2019-10-08 | Lg Chem, Ltd. | Method for preparing carbon nanotube, and dispersion composition of carbon nanotube |
| CN110317441A (zh) * | 2019-06-26 | 2019-10-11 | 浙江理工大学 | 一种高强度高阻隔性聚乳酸基纳米复合薄膜的制备方法 |
| CN111945460A (zh) * | 2020-07-31 | 2020-11-17 | 齐鲁工业大学 | 一种短切碳纤维分散的方法及应用 |
| CN113881108A (zh) * | 2021-10-07 | 2022-01-04 | 华南理工大学 | 一种菠萝叶纤维增强的柔性电磁屏蔽膜及其制备方法 |
| CN115819848A (zh) * | 2022-11-28 | 2023-03-21 | 浙江大学 | 一种多功能纳米纤维素复合溶液及其制备方法与应用 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004023509A (ja) * | 2002-06-18 | 2004-01-22 | Foster Electric Co Ltd | 電気音響変換器用振動板 |
| CN101327415A (zh) * | 2008-07-24 | 2008-12-24 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一维碳纳米材料的聚合物分散剂分散方法 |
| CN101827975A (zh) * | 2007-10-23 | 2010-09-08 | 特种制纸株式会社 | 薄片状物及其制造方法 |
| JP2012126912A (ja) * | 2004-08-30 | 2012-07-05 | Nihon Univ | バクテリアセルロース有機ゲルを利用したリチウムイオン導電性材料 |
-
2013
- 2013-02-26 CN CN201310059452.2A patent/CN103147355B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004023509A (ja) * | 2002-06-18 | 2004-01-22 | Foster Electric Co Ltd | 電気音響変換器用振動板 |
| JP2012126912A (ja) * | 2004-08-30 | 2012-07-05 | Nihon Univ | バクテリアセルロース有機ゲルを利用したリチウムイオン導電性材料 |
| CN101827975A (zh) * | 2007-10-23 | 2010-09-08 | 特种制纸株式会社 | 薄片状物及其制造方法 |
| CN101327415A (zh) * | 2008-07-24 | 2008-12-24 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一维碳纳米材料的聚合物分散剂分散方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| F. TOOMADJ ET.AL: "Strain Sensitivity of Carbon Nanotubes Modified Cellulose", 《PROCEDIA ENGINEERING》 * |
| HIROTAKA KOGA ET.AL: "Transparent, Conductive, and Printable Composites Consisting of TEMPO-Oxidized Nanocellulose and Carbon Nanotube", 《BIOMACROMOLECULES》 * |
| ROBIN E. ANDERSON ET.AL: "Multifunctional single-walled carbon nanotube-cellulose composite paper", 《JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY》 * |
Cited By (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015057168A1 (en) * | 2013-10-17 | 2015-04-23 | Nanyang Technological University | Conductive paper and method of forming the same |
| CN104674582A (zh) * | 2013-12-03 | 2015-06-03 | 金东纸业（江苏）股份有限公司 | 纸浆及其制备方法,应用该纸浆制得的纸张 |
| CN104674582B (zh) * | 2013-12-03 | 2017-10-17 | 金东纸业（江苏）股份有限公司 | 纸浆及其制备方法，应用该纸浆制得的纸张 |
| CN103966907A (zh) * | 2014-04-02 | 2014-08-06 | 上海大学 | 一种基于纳米纤维素的柔性导电纸及其制备方法 |
| CN103966907B (zh) * | 2014-04-02 | 2016-08-10 | 上海大学 | 一种基于纳米纤维素的柔性导电纸及其制备方法 |
| US10435571B2 (en) | 2014-05-22 | 2019-10-08 | Lg Chem, Ltd. | Method for preparing carbon nanotube, and dispersion composition of carbon nanotube |
| CN107201689A (zh) * | 2017-06-01 | 2017-09-26 | 大连理工大学 | 一种碳纳米管电磁屏蔽纸的制备方法 |
| CN107201689B (zh) * | 2017-06-01 | 2019-03-26 | 大连理工大学 | 一种碳纳米管电磁屏蔽纸的制备方法 |
| CN109799012A (zh) * | 2019-01-23 | 2019-05-24 | 河南工程学院 | 一种基于纤维素的类三明治结构压力传感器及其制备方法 |
| CN109799012B (zh) * | 2019-01-23 | 2021-01-22 | 河南工程学院 | 一种基于纤维素的类三明治结构压力传感器及其制备方法 |
| CN109796007A (zh) * | 2019-02-19 | 2019-05-24 | 昆明理工大学 | 微纳尺寸生物质纤维和碳纳米管混合悬浮液的制备方法 |
| CN109796007B (zh) * | 2019-02-19 | 2022-03-15 | 昆明理工大学 | 微纳尺寸生物质纤维和碳纳米管混合悬浮液的制备方法 |
| CN110157393A (zh) * | 2019-05-06 | 2019-08-23 | 滨州学院 | 钻井液用纳米纤维-黄原胶复合物提粘提切剂及制备方法 |
| CN110317441A (zh) * | 2019-06-26 | 2019-10-11 | 浙江理工大学 | 一种高强度高阻隔性聚乳酸基纳米复合薄膜的制备方法 |
| CN111945460A (zh) * | 2020-07-31 | 2020-11-17 | 齐鲁工业大学 | 一种短切碳纤维分散的方法及应用 |
| CN113881108A (zh) * | 2021-10-07 | 2022-01-04 | 华南理工大学 | 一种菠萝叶纤维增强的柔性电磁屏蔽膜及其制备方法 |
| CN115819848A (zh) * | 2022-11-28 | 2023-03-21 | 浙江大学 | 一种多功能纳米纤维素复合溶液及其制备方法与应用 |
| CN115819848B (zh) * | 2022-11-28 | 2024-04-30 | 浙江大学 | 一种多功能纳米纤维素复合溶液及其制备方法与应用 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103147355B (zh) | 2015-12-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103147355B (zh) | 一种生物质纳米纤维导电纸的制备方法 | |
| De France et al. | Functional materials from nanocellulose: utilizing structure–property relationships in bottom‐up fabrication | |
| CN102534869B (zh) | 由大尺寸氧化石墨烯片制备高强度导电石墨烯纤维的方法 | |
| CN105603582B (zh) | 一种高强度连续石墨烯纤维及其制备方法 | |
| CN104264260B (zh) | 一种石墨烯/纳米纤维素复合纤维及其制备方法 | |
| CN105754146B (zh) | 一种纳米纤维素/二维材料复合阻燃材料及其制备方法 | |
| CN103003493B (zh) | 制备包含纤维化纤维素的组合物的方法和组合物 | |
| CN102489259B (zh) | 氧化石墨烯/纤维素复合材料及其制备方法和应用 | |
| Miyauchi et al. | Conductive cable fibers with insulating surface prepared by coaxial electrospinning of multiwalled nanotubes and cellulose | |
| CN103061174B (zh) | 一种强酸预处理辅助制备纤维素纳米纤丝的方法 | |
| CN103866487B (zh) | 一种纳米微晶纤维素/壳聚糖/聚乙烯醇复合纳米膜的制备方法 | |
| CN104099687A (zh) | 一种石墨烯纤维及其制备方法 | |
| CN104627977B (zh) | 一种氧化石墨烯增强的复合纳米碳纸及其制备方法 | |
| CN110528314A (zh) | 一种含熔喷聚苯硫醚超细纤维的复合片材及其制备方法和应用 | |
| CN107799205B (zh) | 基于纳米纤丝纤维素基底的石墨烯/纳米银导电膜及其制备方法 | |
| CN105648579A (zh) | 一种超细石墨烯纤维及其制备方法 | |
| CN103015256B (zh) | 一种碳纳米纤维纸及其制备方法 | |
| CN103387686B (zh) | 利用回收瓦楞纸制备微纳米纤维石墨烯复合膜的制备方法 | |
| Mao et al. | Progress in nanocellulose preparation and application | |
| CN105668545A (zh) | 一种利用tempo氧化的超细纳米气凝胶制备的碳气凝胶及其制备方法 | |
| CN105694110B (zh) | 一种孔径可调的纤维素与蒙脱土纳米复合载体材料及其制备方法 | |
| CN105236391B (zh) | 木质素溶液制备石墨烯的方法 | |
| CN107840979B (zh) | 一种交联纳米纤维素/六方氮化硼纳米片复合膜的制备方法 | |
| CN102634869A (zh) | 一种高强度导电石墨烯纤维的干纺制备方法 | |
| CN109763210A (zh) | 离子液体制备纤维素基碳纤维或碳膜的方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |