專利名稱：一種碳納米纖維紙及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及納米級(jí)碳纖維領(lǐng)域，特別涉及一種碳納米纖維紙及其制備方法。
背景技術(shù)：
廣義的碳納米纖維是一種相對(duì)于普通微米級(jí)碳纖維的納米尺度的碳纖維，依結(jié)構(gòu)可分為碳納米管(空心碳納米纖維)和實(shí)心碳納米纖維，碳納米管分為單壁碳納米管和多壁碳納米管，而實(shí)心碳納米纖維是由多層石墨片卷曲而成的纖維狀納米碳材料，它的直徑一般在10nm-500nm，是介于普通微米級(jí)的碳纖維和碳納米管的準(zhǔn)一維材料。目前，碳納米纖維制備主要有3種方式1.石墨電弧法，1991年日本科學(xué)家Iijima首次觀察到利用石墨電弧法制備的碳納米管；2.激光蒸發(fā)法，此法重要是用來(lái)合成單壁碳納米管，此法產(chǎn)量低，成本高；3. 催化裂解法，也叫化學(xué)氣相沉積法(CVD)，此方法成本低，可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)碳納米管。碳納米纖維因其極高的電學(xué)特性、優(yōu)良的力學(xué)性質(zhì)以及高比表面積，具有良好的應(yīng)用前景例如，1997年Nature雜志報(bào)道了單壁碳納米管儲(chǔ)氫氣可達(dá)10wt%，中國(guó)專利CN1398782，美國(guó)專利US2005118091以及日本專利JP2001146408都公開(kāi)了不同形式的利用碳納米管儲(chǔ)氫的方法；2012年，J. Power
Sources雜志報(bào)導(dǎo)了將4nm厚的MnO2包覆于實(shí)心碳納米纖維,配合硫酸鈉電解質(zhì)制成了高性能超級(jí)電容器；2010年，Nature報(bào)到利用碳納米管作鋰電池陽(yáng)極將電化學(xué)電容和法拉第反應(yīng)電池結(jié)合,獲得了高性能的鋰電池，中國(guó)專利CN101346834公開(kāi)一種碳納米管表面包裹納米級(jí)娃顆粒用于鋰電池負(fù)電極；中國(guó)專利CN101817518利用碳納米纖維制備燃料電池的電極基材；2010年Composites雜志報(bào)道了利用碳納米纖維制成復(fù)合紙用于防雷擊?？偠灾技{米纖維在儲(chǔ)氫材料、高性能鋰電池、超級(jí)電容器、燃料電池電極、電磁屏蔽材料上有良好的應(yīng)用前景。然而，分散的孤立的碳納米纖維是很難直接應(yīng)用，必須將其制成宏觀的基材，同時(shí)不失其納米材料的性能，才能便于應(yīng)用。碳納米纖維紙就是這樣一種良好的基材。碳納米纖維紙是將碳納米纖維(包括單壁碳納米管、多壁碳納米管和實(shí)心的碳納米纖維中的一種或混合)制成紙狀成為一個(gè)宏觀便于應(yīng)用的基材，碳納米纖維疏松交聯(lián)在一起，保持了碳納米纖維高比表面積，高導(dǎo)電性的特性。由于碳納米纖維納米級(jí)的尺寸，分散十分困難，而且過(guò)小的尺寸對(duì)濾網(wǎng)的要求較高，大規(guī)模生產(chǎn)困難，因此國(guó)內(nèi)在大規(guī)模生產(chǎn)方面，只要集中于微米級(jí)碳纖維紙制造。例如，中國(guó)專利CN1643213公開(kāi)了一種利用利用微米級(jí)碳纖維制備碳纖維紙，并用于燃料電池的多孔電極；中國(guó)專利CN101798774公開(kāi)了一種利用PAN基石墨纖維經(jīng)樹(shù)脂炭粘結(jié)成碳纖維紙；專利CN102561099公開(kāi)了一種采用微米級(jí)碳纖維復(fù)合粘合劑制成適用于2000攝氏度高溫的碳纖維紙。然而，微米級(jí)碳纖維紙是無(wú)法替代碳納米纖維紙的，碳納米纖維在比表面積、導(dǎo)電性以及力學(xué)特性都是普通微米級(jí)碳纖維無(wú)法比擬的。然而，國(guó)內(nèi)在大規(guī)模、低成本生產(chǎn)碳納米纖維紙方面尚屬空白，很多工藝技術(shù)并不適于大規(guī)模低成本生產(chǎn)。例如，中國(guó)專利CN102351165、CN102561109和CN1475437均公開(kāi)了一種通過(guò)分散抽濾得到的碳納米管紙的制備方法，此制備方法選用的是價(jià)格昂貴的碳納米管，并且由于碳納米管的納米級(jí)尺寸，要保證碳納米管在濾網(wǎng)上的留著，對(duì)濾網(wǎng)要求過(guò)高，并不適合大規(guī)模低成本生產(chǎn)。中國(guó)專利CN101284662公開(kāi)了一種經(jīng)絮化處理和分離定型過(guò)程制備碳納米管薄膜的制備方法，此種方法由于添加絮化處理過(guò)程對(duì)濾網(wǎng)要求不高，但仍然只選用價(jià)格昂貴的碳納米管，并且添加分離定型過(guò)程，因此并不適于大規(guī)模低成本生產(chǎn)。中國(guó)專利CN102627847公開(kāi)的一種無(wú)支撐碳納米管氣敏膜，同樣選用昂貴的碳納米管，并且要求O. 22微米的微孔濾膜。因此，開(kāi)發(fā)一種低生產(chǎn)成本的碳納米纖維紙以及其適用于工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)的制備方法是十分必要的。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一目的是提供一種采用納米級(jí)碳纖維制備的、厚度可調(diào)、親水性可調(diào)的、體密度可控、透氣性導(dǎo)電性優(yōu)秀的碳納米纖維紙；另一目的在于提供一種適用于工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)碳納米纖維紙的方法。本發(fā)明第一目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，包括納米級(jí)碳纖維，納米碳纖維表面背接枝羥基和羧基官能團(tuán)，碳納米纖維之間依靠氫鍵和范德瓦耳斯力結(jié)合。所述納米級(jí)碳纖維可以是單壁碳納米管、多壁碳納米管和是實(shí)心碳納米纖維中的一種或者混合。在碳納米纖維紙中加入粘合劑，可以增加其力學(xué)強(qiáng)度，所述粘合劑是聚二甲基硅氧烷(PDMS)、環(huán)氧樹(shù)脂、聚醋酸乙烯酯(PVAc)、聚乙烯醇(PVA)、酚醛樹(shù)脂、陽(yáng)離子淀粉、聚丙烯酰胺(PAM)、聚酰胺環(huán)氧氯丙烷樹(shù)脂(PAE)中的一種。本發(fā)明另一目的是這樣實(shí)現(xiàn)的碳納米纖維首先經(jīng)過(guò)表面官能團(tuán)修飾；然后置于水中，配合分散劑，充分分散；接著加入絮凝劑絮凝；最后過(guò)濾、壓榨、烘干。本發(fā)明碳納米纖維紙通過(guò)讓表面修飾的官能團(tuán)形成氫鍵自然結(jié)合，未成鍵部分依靠范德瓦耳斯力結(jié)合，無(wú)需粘合劑即可自然成紙。本發(fā)明自然成型的碳納米纖維紙由于表面具有親水性基團(tuán)(羥基和羧基)，所以制成的碳納米纖維紙表現(xiàn)為親水性，通過(guò)控制表面親水性基團(tuán)的密度可方便的控制親水性強(qiáng)弱。因此，可方便應(yīng)用于超級(jí)電容器、鋰電池、電化學(xué)功能化等水相領(lǐng)域。本發(fā)明中自然成型的碳納米纖維紙也可配合粘合劑，以增強(qiáng)其力學(xué)強(qiáng)度，適用于要求強(qiáng)度高的領(lǐng)域。本發(fā)明制備碳納米纖維方法中，絮凝過(guò)程可保證成紙過(guò)程的結(jié)合力和表面光滑度，可保證碳納米纖維在過(guò)濾過(guò)程中的留著度，降低對(duì)過(guò)濾網(wǎng)的孔徑要求，便于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的低成本生產(chǎn)。
圖1為本發(fā)明工藝流程框圖。圖2為HN03/H2S04 (體積比1:3)對(duì)碳納米纖維進(jìn)行2小時(shí)處理的紅外傅里葉透射譜圖。圖3為HN03/H2S04 (體積比1:3)對(duì)碳納米纖維進(jìn)行4小時(shí)處理的紅外傅里葉透射譜圖。圖4為HN03/H2S04 (體積比1:3)對(duì)碳納米纖維進(jìn)行6小時(shí)處理的紅外傅里葉透射譜圖。圖5為HN03/H2S04 (體積比1:3)對(duì)碳納米纖維2小時(shí)處理和H2O2M2SO4 (體積比1:4)混合液處理O. 5小時(shí)處理的紅外傅里葉透射譜圖。圖6為Fenton試劑在254納米紫外光輔助下修飾碳納米纖維2小時(shí)的紅外傅里葉透射譜圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明碳納米纖維紙結(jié)合力形成原理是碳納米纖維表面被接上一些羥基和羧基 官能團(tuán)，這些官能團(tuán)之間在壓榨烘干過(guò)程中形成氫鍵，氫鍵和范德瓦耳斯力一起形成碳納米纖維紙的結(jié)合力。所述碳納米纖維可以是單壁碳納米管、多壁碳納米管和是實(shí)心碳納米纖維中的一種或者混合。本發(fā)明自然成型的碳納米纖維紙由于表面具有親水性基團(tuán)(羥基和羧基)，所以制成的碳納米纖維紙表現(xiàn)為親水性，通過(guò)控制表面親水性基團(tuán)的密度可方便的控制親水性強(qiáng)尋層。在碳納米纖維紙中加入粘合劑，可以增加其力學(xué)強(qiáng)度，所述粘合劑是聚二甲基硅氧烷(PDMS)、環(huán)氧樹(shù)脂、聚醋酸乙烯酯(PVAc)、聚乙烯醇(PVA)、酚醛樹(shù)脂、陽(yáng)離子淀粉、聚丙烯酰胺(PAM)、聚酰胺環(huán)氧氯丙烷樹(shù)脂(PAE)中的一種。下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步對(duì)碳納米纖維紙制備方法說(shuō)明，但不以任何方式對(duì)本發(fā)明加以限制，依據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)所作的任何變更或替換，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。圖1顯示出了本發(fā)明碳納米纖維的制造方法的工藝流程圖
A.表面修飾，將碳納米纖維至于表面修飾劑中反應(yīng)2-6小時(shí)，使碳纖維表面接枝上羧基和羥基官能團(tuán)，清洗備用；
B.分散，將表面修飾官能團(tuán)的碳納米纖維至于水中，加入分散劑，充分?jǐn)嚢?，使碳納米纖維均勻分散于水中，制成碳納米纖維分散液；
C.絮凝，向碳納米纖維分散液中加入絮凝劑；
D.過(guò)濾；將絮凝后的碳納米纖維至于過(guò)濾網(wǎng)上過(guò)濾；
E.壓榨烘干。所述表面修飾劑是體積比1: 3的HN03/H2S04混合液、體積比為1:4的H202/H2S04混合液和Fenton試劑中一種或配合使用。所述Fenton試劑為FeSO4與H2O2摩爾比為1:20 1:100的混合試劑，F(xiàn)enton試劑可配合紫外光使用。所述分散劑是十二烷基硫酸鈉(SDS)、十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)、十六烷基三甲基溴化銨(CTAB )、油酸鈉、月桂醇硫酸鈉。所述分散劑濃度為O. 005mol/L^0. lmol/L。所述絮凝劑為硫酸鐵、三氯化鐵、硫酸鋁、三氯化鋁、明礬、氯化鈣、丙酮、正丙醇和異丙醇中的一種或混合。所述過(guò)濾過(guò)程為自然過(guò)濾或真空負(fù)壓過(guò)濾。所述烘干條件可以是常用烘干也可以是低壓快速烘干，烘干溫度4(T120°C。
圖2、圖3、圖4、圖5和圖6為不同表面修飾方法對(duì)碳納米纖維修飾后的紅外傅里葉透射譜圖。通常,在1040 — 1150cm-1左右出現(xiàn)的是羥基的吸收峰，在1650 cnT1出現(xiàn)的是C=O的吸收峰，在3400 cnT1左右區(qū)域出現(xiàn)寬而鈍的峰是由締合羥基引起的。從圖2、圖
3、圖4、圖5和圖6可看出HN03/H2S04 (體積比1:3)對(duì)碳納米纖維進(jìn)行2、4、6小時(shí)，以及先后用HN03/H2S04 (體積比1:3)和H2O2M2SO4 (體積比1:4)對(duì)碳納米纖維處理和Fenton試劑對(duì)碳納米纖維處理均能給碳納米纖維表面接上羧基和羥基。實(shí)施例1 :
將實(shí)心碳納米纖維置于HN03/H2S04 (體積比1:3)混合酸中浸泡2小時(shí)，取出，洗酸，得到修飾官能團(tuán)的碳納米纖維。把O. 005mol/L的十二燒基硫酸鈉溶液加入修飾官能團(tuán)的碳納米纖維，充分?jǐn)嚢瑁欠稚⒕鶆?。加入絮凝劑硫酸鐵，自然過(guò)濾，壓榨，在40°C下低壓烘干，即制成碳納米纖維紙。實(shí)施例2
將多壁碳納米管置于HN03/H2S04 (體積比1:3)混合酸中浸泡4小時(shí)，取出，洗酸，得到修飾官能團(tuán)的碳納米纖維。把O. 01mol/L的十二燒基硫酸鈉溶液加入修飾官能團(tuán)的碳納米纖維，充分?jǐn)嚢?，是分散均勻。加入絮凝劑氯化鈣，自然過(guò)濾，壓榨，在40°C下低壓烘干，即制成碳納米纖維紙。實(shí)施例3
將單壁碳納米纖維置于HN03/H2S04 (體積比1:3)混合酸中浸泡2小時(shí)，然后置于H2O2/H2SO4 (體積比1:4)浸泡O. 5小時(shí)取出，洗酸，得到修飾官能團(tuán)的碳納米纖維。把0.05mol/L的十二烷基硫酸鈉溶液加入修飾官能團(tuán)的碳納米纖維，充分?jǐn)嚢?，是分散均勻。加入絮凝劑丙酮硫酸鐵，自然過(guò)濾，壓榨，在80°C下常壓烘干，即制成碳納米纖維紙。實(shí)施例4
將多壁碳納米管和實(shí)心碳納米纖維混合置于HN03/H2S04 (體積比1:3)混合酸中浸泡2小時(shí)，然后置于H202/H2S04 (體積比1:4)浸泡O. 5小時(shí)取出，洗酸，得到修飾官能團(tuán)的碳納米纖維。把O. 05mol/L的十二烷苯磺酸鈉溶液加入修飾官能團(tuán)的碳納米纖維，充分?jǐn)嚢?，是分散均勻。加入絮凝劑硫酸鋁，自然過(guò)濾，壓榨，在40°C下低壓烘干，即制成碳納米纖維紙。實(shí)施例5
將單壁碳納米管和實(shí)心碳納米纖維混合置于HN03/H2S04 (體積比1:3)混合酸中浸泡2小時(shí)，然后置于H202/H2S04 (體積比1:4)浸泡O. 5小時(shí)取出，洗酸，得到修飾官能團(tuán)的碳納米纖維。把O. 005mol/L的十六烷基三甲基溴化銨溶液加入修飾官能團(tuán)的碳納米纖維，充分?jǐn)嚢瑁欠稚⒕鶆?。加入絮凝劑三氯化鋁，自然過(guò)濾，壓榨，在60°C下低壓烘干，即制成碳納米纖維紙。實(shí)施例6
將單壁碳納米管和多壁碳納米管置于HN03/H2S04 (體積比1:3)混合酸中浸泡2小時(shí)，取出，洗酸，得到修飾官能團(tuán)的碳納米纖維。把O. 005mol/L的十六烷基三甲基溴化銨溶液加入修飾官能團(tuán)的碳納米纖維，充分?jǐn)嚢?，是分散均勻。加入絮凝劑三氯化鐵，自然過(guò)濾，壓榨，在120°C下常壓烘干，即制成碳納米纖維紙。實(shí)施例7
將實(shí)心碳納米纖維置于摩爾比為1:20的Fenton試劑浸泡2小時(shí)，取出，洗凈，得到修飾官能團(tuán)的碳納米纖維。把O. 005mol/L的十二燒基硫酸鈉溶液加入修飾官能團(tuán)的碳納米纖維，充分?jǐn)嚢瑁欠稚⒕鶆?。加入絮凝劑明礬，自然過(guò)濾，壓榨，在40°C下低壓烘干，即制成碳納米纖維紙。實(shí)施例8
實(shí)心碳納米纖維置于摩爾比為1:40的Fenton試劑浸泡2小時(shí)，取出，洗凈，得到修飾官能團(tuán)的碳納米纖維。把O. Olmol/L的油酸鈉溶液加入修飾官能團(tuán)的碳納米纖維，充分?jǐn)嚢?，是分散均勻。加入絮凝劑硫酸鐵，自然過(guò)濾，壓榨，在100°C下低壓烘干，即制成碳納米纖維紙。實(shí)施例9
實(shí)心碳納米纖維置于摩爾比為1:100的Fenton試劑浸泡2小時(shí)，取出，洗凈，得到修飾官能團(tuán)的碳納米纖維。把O. Olmol/L的十二燒基硫酸鈉溶液加入修飾官能團(tuán)的碳納米纖維，充分?jǐn)嚢?，是分散均勻。加入絮凝劑硫酸鐵，自然過(guò)濾，壓榨，在10(TC下低壓烘干，即制成碳納米纖維紙。實(shí)施例10
實(shí)心碳納米纖維置于摩爾比為1:40的Fenton試劑浸泡2小時(shí)，并加入紫外燈照射取出，洗凈，得到修飾官能團(tuán)的碳納米纖維。把O. lmol/L的十二烷基硫酸鈉溶液加入修飾官能團(tuán)的碳納米纖維，充分?jǐn)嚢?，是分散均勻。加入絮凝劑硫酸鐵，自然過(guò)濾，壓榨，在100°C下常壓烘干，即制成碳納米纖維紙。實(shí)施例11
將實(shí)心碳納米纖維置于HN03/H2S04 (體積比1:3)混合酸中浸泡2小時(shí)，取出，洗酸，得到修飾官能團(tuán)的碳納米纖維。把O. Olmol/L的十二燒基硫酸鈉溶液加入修飾官能團(tuán)的碳納米纖維，充分?jǐn)嚢?，是分散均勻。加入絮凝劑硫酸鐵，自然過(guò)濾，壓榨，在60°C下低壓烘干，即制成碳納米纖維紙。將碳納米纖維紙?jiān)谡和橄♂尩木鄱谆柩跬橹姓合?，?00°C固化24小時(shí)，得高力學(xué)強(qiáng)度的碳納米纖維紙。實(shí)施例12
將多壁碳納米管置于摩爾比為1:40的Fenton試劑浸泡2小時(shí)，取出，洗凈，得到修飾官能團(tuán)的碳納米纖維。把O. Olmol/L的油酸鈉溶液加入修飾官能團(tuán)的碳納米纖維，充分?jǐn)嚢瑁欠稚⒕鶆?。加入絮凝劑正丙醇，自然過(guò)濾，壓榨，在100°C下低壓烘干，即制成碳納米纖維紙。將碳納米纖維紙?jiān)诒♂尩沫h(huán)氧樹(shù)脂中蘸下，在50°C固化12小時(shí)，得高力學(xué)強(qiáng)度的碳納米纖維紙。實(shí)施例13
將實(shí)心碳納米纖維置于HN03/H2S04 (體積比1:3)混合酸中浸泡2小時(shí)，然后置于H2O2/H2SO4 (體積比1:4)浸泡O. 5小時(shí)取出，洗酸，得到修飾官能團(tuán)的碳納米纖維。把O. 005mol/L的十六烷基三甲基溴化銨溶液加入修飾官能團(tuán)的碳納米纖維，充分?jǐn)嚢瑁欠稚⒕鶆?。加入絮凝劑異丙醇，自然過(guò)濾，壓榨，在60°C下低壓烘干，即制成碳納米纖維紙。將碳納米纖維紙?jiān)谒♂尩木垡宜嵋蚁ブ姓合拢诔毓袒?2小時(shí)，得高力學(xué)強(qiáng)度的碳納米纖維紙。實(shí)施例14
將實(shí)心碳納米纖維置于HN03/H2S04 (體積比1:3)混合酸中浸泡2小時(shí)，然后置于H2O2/H2SO4 (體積比1:4)浸泡O. 5小時(shí)取出，洗酸，得到修飾官能團(tuán)的碳納米纖維。把0.05mol/L的十二烷苯磺酸鈉溶液加入修飾官能團(tuán)的碳納米纖維，充分?jǐn)嚢?，是分散均勻。加入絮凝劑硫酸鋁，自然過(guò)濾，壓榨，在40°C下低壓烘干，即制成碳納米纖維紙。碳納米纖維紙?jiān)谒♂尩木垡蚁┐贾姓合?，在常溫固?2小時(shí)，得高力學(xué)強(qiáng)度的碳納米纖維紙。實(shí)施例15
將實(shí)心碳納米纖維置于HN03/H2S04 (體積比1:3)混合酸中浸泡2小時(shí)，取出，洗酸，得到修飾官能團(tuán)的碳納米纖維。把O. lmol/L的十二烷基硫酸鈉溶液加入修飾官能團(tuán)的碳納米纖維，充分?jǐn)嚢瑁欠稚⒕鶆?。加入絮凝劑硫酸鐵，自然過(guò)濾，壓榨，在40°C下低壓烘干，即制成碳納米纖維紙。碳納米纖維紙?jiān)谒♂尩年?yáng)離子淀粉中蘸下，在常溫固化8小時(shí)，得高力學(xué)強(qiáng)度的碳納米纖維紙。實(shí)施例16
將實(shí)心碳納米纖維置于HN03/H2S04 (體積比1:3)混合酸中浸泡2小時(shí)，然后置于H2O2/H2SO4 (體積比1:4)浸泡O. 5小時(shí)取出，洗酸，得到修飾官能團(tuán)的碳納米纖維。把0.05mol/L的十二烷苯磺酸鈉溶液加入修飾官能團(tuán)的碳納米纖維，充分?jǐn)嚢?，是分散均勻。加入絮凝劑硫酸鋁，自然過(guò)濾，壓榨，在40°C下低壓烘干，即制成碳納米纖維紙。實(shí)施例17
將實(shí)心碳納米纖維置于HN03/H2S04 (體積比1:3)混合酸中浸泡2小時(shí)，然后置于H2O2/H2SO4 (體積比1:4)浸泡O. 5小時(shí)取出，洗酸，得到修飾官能團(tuán)的碳納米纖維。把0.05mol/L的月桂醇硫酸鈉溶液加入修飾官能團(tuán)的碳納米纖維，充分?jǐn)嚢?，是分散均勻。加入絮凝劑硫酸鋁和陽(yáng)離子淀粉，自然過(guò)濾，壓榨，在110°c下常壓烘干，即制成碳納米纖維紙。實(shí)施例18
將實(shí)心碳納米纖維置于HN03/H2S04 (體積比1:3)混合酸中浸泡2小時(shí)，然后置于H2O2/&504(體積比1:4)浸泡0. 5小時(shí)取出，洗酸，得到修飾官能團(tuán)的碳納米纖維。把O. 005mol/L的十二烷基硫酸鈉溶液加入修飾官能團(tuán)的碳納米纖維，充分?jǐn)嚢?，是分散均勻。加入絮凝劑硫酸鋁和聚丙烯酰胺(PAM)，自然過(guò)濾，壓榨，在100°C下常壓烘干，即制成碳納米纖維紙。實(shí)施例19
實(shí)心碳納米纖維置于摩爾比為1:40的Fenton試劑浸泡2小時(shí)，取出，洗凈，得到修飾官能團(tuán)的碳納米纖維。把O. 005mol/L的十二燒基硫酸鈉溶液加入修飾官能團(tuán)的碳納米纖維，充分?jǐn)嚢?，是分散均勻。加入絮凝劑硫酸鋁和聚酰胺環(huán)氧氯丙烷樹(shù)脂，自然過(guò)濾，壓榨，在120°C下常壓烘干，即制成碳納米纖維紙。實(shí)施例20
實(shí)心碳納米纖維置于摩爾比為1:20的Fenton試劑浸泡2小時(shí)，取出，洗凈，得到修飾官能團(tuán)的碳納米纖維。把O. 005mol/L的十二燒基硫酸鈉溶液加入修飾官能團(tuán)的碳納米纖維，充分?jǐn)嚢?，是分散均勻。加入絮凝劑硫酸鋁和酚醛樹(shù)脂，自然過(guò)濾，壓榨，在120°C下常壓烘干，即制成碳納米纖維紙。實(shí)施例21:
實(shí)心碳納米纖維置于摩爾比為1:20的Fenton試劑浸泡2小時(shí)，取出，洗凈，得到修飾官能團(tuán)的碳納米纖維。把O. 005mol/L的十二燒基硫酸鈉溶液加入修飾官能團(tuán)的碳納米纖維，充分?jǐn)嚢?，是分散均勻。加入絮凝劑硫酸鋁和聚醋酸乙烯酯，自然過(guò)濾，壓榨，在40°C下常壓烘干，即制成碳納米纖維紙。
權(quán)利要求
1.一種采用納米級(jí)碳纖維制備的碳納米纖維紙，碳納米纖維之間依靠氫鍵和范德瓦耳斯力結(jié)合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳納米纖維，其特征是包括單壁碳納米管、多壁碳納米管和實(shí)心碳納米纖維中的一種或混合；碳納米纖維表面接上親水性基團(tuán)，親水性可調(diào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳納米纖維紙，其特征是可以添加粘合劑增加力學(xué)特性；所述粘合劑是聚二甲基硅氧烷(PDMS)、環(huán)氧樹(shù)脂、聚醋酸乙烯酯(PVAc)、聚乙烯醇(PVA)、酚醛樹(shù)脂、陽(yáng)離子淀粉、聚丙烯酰胺(PAM)、聚酰胺環(huán)氧氯丙烷樹(shù)脂(PAE)中的一種。
4.一種權(quán)利要求1所述碳納米纖維紙的制造方法，包括碳纖維表面修飾、分散、絮凝、 過(guò)濾、壓榨烘干工序，具體包括A.表面修飾，通過(guò)表面修飾劑使碳纖維表面接枝上羧基和羥基官能團(tuán)；B.分散，將表面修飾官能團(tuán)的碳納米纖維置于水中，加入分散劑，使碳納米纖維均勻分散于水中，制成碳納米纖維分散液；C.絮凝，向碳納米纖維分散液中加入絮凝劑；D.過(guò)濾，將絮凝后的碳納米纖維置于過(guò)濾網(wǎng)上過(guò)濾；E.壓榨烘干。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述碳納米纖維紙的制造方法，其特征是可增加添加粘合劑步驟， 所述粘合劑步驟可以添加在絮凝之后，或者在過(guò)濾步驟以后。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述碳納米纖維紙的制造方法，其特征是所述表面修飾劑是體積比1:3的HN03/H2S04混合液、體積比為1:4的H202/H2S04混合液和Fenton試劑中一種或配合使用；所述Fenton試劑為FeSO4與H2O2摩爾比為1:20 1:100的混合試劑，F(xiàn)enton試劑可配合紫外光使用。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述碳納米纖維紙的制造方法，其特征是所述分散劑是十二烷基硫酸鈉(SDS)、十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)、十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)、油酸鈉、月桂醇硫酸鈉；所述分散劑濃度為O. 005mol/L O. lmol/L。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述碳納米纖維紙的制造方法，其特征是所述絮凝劑為硫酸鐵、三氯化鐵、硫酸鋁、三氯化鋁、明礬、氯化鈣、丙酮、正丙醇和異丙醇中的一種或混合。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述碳納米纖維紙的制造方法，其特征是所述過(guò)濾過(guò)程為自然過(guò)濾或真空負(fù)壓過(guò)濾。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述碳納米纖維紙的制造方法，其特征是所述烘干條件可以是常用烘干也可以是低壓快速烘干，烘干溫度4(T120°C。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種碳納米纖維紙及其制備方法。本發(fā)明的碳納米纖維紙是采用納米級(jí)碳纖維制備，碳納米纖維之間依靠氫鍵和范德瓦耳斯力結(jié)合。本發(fā)明的碳納米纖維紙制備方法包括碳纖維表面修飾、分散、絮凝、過(guò)濾、壓榨烘干工序。本發(fā)明公開(kāi)的碳納米纖維紙，具有比表面積大，導(dǎo)電性和透氣性優(yōu)勢(shì)，親水的優(yōu)點(diǎn)，其制備方法是用于低成本大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。
文檔編號(hào)D21H21/14GK103015256SQ2012105311
公開(kāi)日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月11日
發(fā)明者肖輝, 劉超, 劉鑄, 孫力 申請(qǐng)人:肖輝