[发明专利]一种导电纸及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种导电纸及其制备方法与应用。本发明的方法包括：步骤一：准备碳系导电材料；步骤二：准备水溶性聚合物，所述水溶性聚合物带有氢键基团，将所述水溶性聚合物溶解在水中形成溶液水溶聚合物；步骤三：将所述碳系导电材料与水溶性聚合物按比例混合获得相应导电浆料；步骤四：将由步骤三获得的导电浆料涂布于纸上。

技术领域：

本发明属于新材料领域，具体涉及一种导电纸及其制备方法与应用。

背景技术：

随着科学技术的发展和社会的进步，导电性功能膜日益受到人们的重视，在通讯设备、仪器仪表、电器设备、计算机等精密仪器的防静电包装领域得到广泛应用。导电膜除具有导电性能外，还具有电磁屏蔽、吸收电磁波、导热等特殊功能。导电填料赋予导电纸以导电性能。导电填料可分为碳系、金属系、金属氧化物系等三类，其中金属系导电填料主要包括银粉、铝粉、镍粉、铜粉等，但其价格比较昂贵及抗氧化性差，导电网络的形成需要高温烧结处理，极大的限制其应用与发展。金属氧化物系导电填料主要包括杂氧化锡、氧化锌、三氧化二锑等，但在导电浆料的制备和储存过程中易凝聚，目前仅限于实验室研究阶段。碳系导电填料主要有碳黑、石墨、碳纤维、石墨烯、碳纳米管、高温煅烧石油焦以及碳化硅等。碳系导电填料本身具有电阻率随温度升高而电阻不断增大的特点，且当达到一定温度时电阻处于稳定状态，电流相对稳定，温度恒定。其中石墨、石墨烯、碳纳米管具有优良的导电性、耐高温、抗腐蚀、抗振、膨胀系数低、可塑性强的特性以及能产生远红外线、牢固粘附在固体表面的能力。通电之后可产生波长为2-18μm的远红外辐射。但局限于制备工艺的限制，经调研发现，市场上出售的碳系导电薄膜的方块电阻值多在百欧至千欧以上。

目前导电纸的制备方法主要有以下几种：(1)湿法，利用传统造纸工艺，在纸机湿部将导电材料(例如碳纤维、石墨粉等)与纸浆纤维混合抄纸。但是由于这些导电材料与纤维之间没有化学键，且在纤维中分散性差，导致纸张力学强度低，匀度差。(2)粘合或熔合法，即将碳纤维等导电纤维在粘结剂的作用下成型，或是与某些热熔性纤维均匀混合，高温下熔合成型，此方法操作工序复杂、成本高昂。(3)涂布法，即将导电涂料涂覆在纸张上，直接赋予其导电性能。该方法的缺陷是纸张表面的导电涂层易剥落，导电性能不稳定。(4)沉积法，通过原位聚合将聚吡咯、聚苯胺等导电聚合物沉积包覆在纤维表面，制得复合型导电纤维，然后抄造成纸，目前仍处于研究开发阶段。

发明内容：

针对上述导电膜制备及应用中遇到的问题，申请人进行了大量实验，终于找到一种低成本、综合性能优异、适于市场推广的导电纸(或称导电膜)。

具体而言，申请人在研发过程中注意到，纸张之所以韧性较好是由于纸张的制备过程是先把纤维素原料制成浆液，再用多种化学药品除去非纤维素成分后制成纸浆，然后经过打浆，把植物纤维素外壳打碎，让其纤维素高分子舒展开来，再经沉淀、压平、烘干而成为纸。由于纤维素高分子长链上的羟基之间有一种较强的吸引力叫做氢键，纤维素纸浆经拍打之后，高分子展延，依靠这种吸引力而交织在一起，使纸有较大的韧性。

但是，导电纸都是由导电的石墨、碳纳米管等材料构成的，这种材料不易与纤维素之间形成氢键，所以现有导电纸要么通过强行粘接的方式，要么需要高温融合。而本发明则这两种方式都不需要。

具体而言，纸张是由随机散乱的纤维排列而成，具有三维结构的网状及多孔性，如图1所示。三维网络及微孔的存在为导电填料的添加及形成导电网络提供了优异的物理空间。但如果纸张中氢键被削弱，则纸会失去韧性。因此本发明在导电浆料中引入易于与纸张形成氢键的基团并通过工艺条件控制，使得导电添料添加至纸张网络结构中并形成氢键，进而大大提高了导电纸的强度和综合性能。

本发明的具体制备方法如下：

一种导电纸的制备方法，包括：

步骤一：准备碳系导电材料；

步骤二：准备水溶性聚合物，所述水溶性聚合物带有氢键基团，将所述水溶性聚合物溶解在水中形成溶液水溶聚合物；