[发明专利]一种NR-CNF-PANI导电复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于高分子复合导电材料领域，公开了一种NR‑CNF‑PANI导电复合材料及其制备方法和应用。该复合材料采用下列方法制备得到：a.CNF悬浮液的制备；b.CNF‑PANI导电复合物的制备；c.NR‑CNF‑PANI导电复合材料的制备。该复合材料可用于制备柔性导电材料，具有较好的应用前景。

技术领域

本发明属于高分子导电复合材料领域，涉及一种NR-CNF-PANI导电复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

相对于传统的导电材料，导电高分子复合材料结合了导电高分子和无机纳米粒子的特性，在电磁干扰屏蔽、超级电容、光伏设备、传感器和医疗器件等方面具有广阔的应用前景。天然橡胶(Natural Rubber，NR)作为一种综合性能优异的绿色可再生资源，具有弹性好、伸长率大、耐磨、耐酸碱等特性，被视为优良的导电高分子复合材料基体，不仅可以赋予复合材料良好的柔韧性和延展性甚至能自由弯曲折叠，还可以使材料结构灵活多样。拓宽了导电高分子材料在柔性电子元件领域的应用前景。

然而，NR本身是绝缘性材料，需要添加一定的导电填料才能使得复合材料具备导电性能。最近，将聚苯胺(Polyaniline，PANI)当作导电高分子复合材料的导电填料已经被广泛报道。作为一种具有共轭电子结构的本征型导电高分子，PANI兼具结构多样，原料廉价易得，导电率较高且容易调节，掺杂机制独特，物理性能优良，环境稳定性好，合成方法简单等优点，容易推广使用，有着深远的应用前景。但是在高分子基体中形成连续的导电网络需要添加大量的导电填料，且填料间易发生团聚现象，导致机械性能下降、加工性能差和成本提高。因此，如何在基体中实现填料的均匀分散，形成一个高效的导电网络，并且在减少填料添加量的同时使材料保持良好的力学性能和加工性能已经成为了目前的研究热点。

同时，NR分子间作用力较弱，所以强度和模量较低，机械性能差，经过补强后才具有更高的使用价值。传统的添加剂，如二氧化硅、碳酸钙、炭黑、黏土等都不可再生，易造成环境破坏。作为一种新型的橡胶补强填料，纤维素纳米纤丝(ColluloseNanofibril，CNF)因其较高的机械强度、独特的光学与电学、磁力学性能和流变性能等特性而获得广泛关注。CNF是纤维素通过化学法、机械法等方法而获得的直径低于100nm的纤维素，将其作为NR的补强填料，可以发挥其轻质、高纵横比、高比强度和高模量等优势，并且其可降解性和可再生性也是其他补强填料无法比拟的。

目前市场上还没有具有较好力学性能及导电性能的一种NR-CNF-PANI导电复合材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种NR-CNF-PANI导电复合材料。

本发明的另一个目的是提供上述导电复合材料的制备方法。

本发明还有一个目的是提供上述导电复合材料在制备柔性导电材料中的应用。

本发明的目的是通过下列技术方案实现的：

一种天然橡胶(NR)-纤维素纳米纤丝(CNF)-聚苯胺(PANI)导电复合材料，该复合材料采用下列方法制备得到：

a.CNF悬浮液的制备；

b.CNF-PANI导电复合物的制备；

c.NR-CNF-PANI导电复合材料的制备。

所述的导电复合材料，其中步骤a中CNF悬浮液的制备方法包括以下步骤：

(1)取质量分数40～70％的硫酸加热搅拌，使温度维持在45±1℃，然后取粉碎的脱脂棉10g～50g，缓慢加入硫酸中，持续搅拌30～50分钟；

不同的硫酸浓度所获得的CNF的尺寸和形貌不同。

(2)加入去离子水终止酸水解反应，将所得悬浮液用蒸馏水反复漂洗后转移至透析袋中透析1～5天至pH值为7，冷藏备用；