[发明专利]形成各向异性导电纸的方法和由此形成的纸

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于处理或制备纸以为至少部分该纸提供各向异性导电性的方法及由此制备的纸。

发明背景

包含导电纤维素的材料可以是基于包含纤维素的基体和嵌入该基体中的导电颗粒(填充剂)的混合物。在前一种情况中，该基体也可包含有机或无机添加剂，并且该导电颗粒可以是碳颗粒、金属颗粒或金属氧化物颗粒。该材料也可以是定向导电的。

已提出导电纸在能量存储中的应用。

在PNAS200910621490中描述了如何通过使用商购可获得的纸及导电碳和银颗粒制备导电纸。该纸用作具有非常高电容(200F/g)和比能量(7.5Wh/kg)的电容器。这源于该材料显著轻于具有金属框架的对应电容器的事实。

已提出导电纸在电磁干扰(EMI)屏蔽中的应用。

在Compos.Sci.Tech.2010701564中描述了如何将碳纳米管/纤维素复合材料掺入纸制备从而得到具有EMI屏蔽性能的纸。典型地需要10wt％的碳含量以获得具有足够的20dB远场EMI屏蔽有效性的复合纸。

导电纸典型地包含大量的导电颗粒。

在US Pat.No3，3367，851中描述了可如何从导电碳质纤维和木浆制备导电纸。导电组分分数在2—35wt％变化。

在Us Pat.NO4，347，104中描述了具有导电碳质组分分数为1-35wt％的导电纸。

在US Pat.NO3，998，689中描述了其中碳纤维的比落入40-90wt％范围的碳纤维纸。

这些技术的一个问题是需使用很多导电填充剂例如碳。由于许多原因，导电填充剂的相对高的分数是有问题的。另一个问题是导电纤维的尺寸受到限制。在企图减少电磁干扰的应用方面，长的导电碳纤维会是有益的。然而，如果纤维太长，使纤维分散可成为问题。

目的

本发明的目的是提供具有显著低的填充剂分数的导电纸。

本发明的又一目的也是提供其至少部分呈现各向异性导电性的纸。

此外，本发明的目的是提供处理纸以为至少部分该纸提供各向异性导电性的方法和/或形成具有各向异性导电性的纸的方法。

又另一目的是提供这样的纸，其使用在工业规模的生产或制备中便宜和可靠的设备(means)。

发明内容

通过本发明达到上述目的，在第一个方面，本发明具有如下的形成方法，以权利要求1中公开的方法处理已制成纸的方法。

根据第二个方面，本发明涉及如权利要求2中所限定的由纤维素分散体形成各向异性导电性纸的方法。

根据第三个方面，本发明涉及如权利要求15中所限定的纸。

从属权利要求公开了本发明的优选实施方案。

应当强调的是，本文使用的术语“纸”关于其厚度不进行限制，而仅仅限制该原样材料。

在实施如权利要求2中所限定的由纤维素分散体制备纸的方法中，本领域技术人员将会理解，纤维素分散体在这样的方法中通常经历的任何机械的或其它的处理也可以包括在本发明的方法中，而没有在本文特别地提及。

权利要求1和2中提及的步骤通常按顺序进行，但是也可发生一些变化。例如，施加电场的步骤在下一个步骤开始之时通常还不会终止，并且该步骤也可能但不需要继续直到获得基本上干燥的纸产品。

在本发明第一个方面的优选实施方案中，作为第一个特征步骤，该纸在非水性液体分散体中浸透。

在本发明第二个方面的一个优选实施方案中，纤维素分散体是工业纸浆，并且该纤维素分散体可以包含造纸工业中通用的有机或无机添加剂。

虽然通常为经处理的或制成的整个纸提供各向异性导电性，但是在一些情况下，将该各向异性导电性限制为一个或多个比经处理或制成的纸小的区域。

液体分散体中的导电颗粒浓度可以相对较低，并且对于很多应用，远低于对应的各向同性分散体的渗滤阈值，这是重要的。

这使得纸不那么昂贵，并且在一些情况下，纸的制备更容易。

当将电场施加到液体分散体上，无论将它施加到制成纸或到纤维素分散体上时，该导电颗粒开始随电场排列(align)。如果使用的是AC源，该颗粒通常从其中颗粒受限的“基体”的两面对称地排列，从而形成与该电场平行的长线。根据一个实施方案，这些基本上互相平行的导电通路的方向与该纸的两个最大的尺寸垂直。然而，在另一实施方案中，取决于应用和电极的设置，该基本上互相平行的导电通路与由该纸的两个最大尺寸形成的平面平行。