[发明专利]离子化BC/PANI柔性双导电复合材料及其制备方法和用途

说明书

本发明属于纳米细菌纤维素的化学改性及改性纳米细菌纤维素与导电高分子的复合技术领域，具体一种离子化BC/PANI柔性双导电复合材料及其制备方法和用途。所述方法首先将原生态的纳米细菌纤维素进行预处理及提纯；随后对预处理及提纯后的纳米细菌纤维素进行化学改性以引入功能基团；在化学改性后纳米细菌纤维素上原位合成聚苯胺，得到离子化纳米细菌纤维素/聚苯胺柔性双导电复合材料；对预处理及提纯后的纳米细菌纤维素进行化学改性引入的功能基团包括羧甲基、羧酸根离子和磺酸根离子中的任意一种。本发明制备获得的复合材料既具有聚苯胺优良的电子电导率，又通过改性引入的化学基团，具有较好的离子电导率。

技术领域

本发明属于纳米细菌纤维素的化学改性及改性纳米细菌纤维素与导电高分子的复合技术领域，具体涉及离子化BC/PANI柔性双导电复合材料及其制备方法和用途。

背景技术

聚苯胺是一种优良的导电高分子，聚苯胺合成方法简便，反应条件温和，经过质子酸掺杂后的聚苯胺具有优良的电子导电性，因此，聚苯胺目前被广泛应用于涂料、电池、传感器等领域。但聚苯胺通过普通的化学合成后成颗粒状，不能很好的成型，因此限制了其应用范围。

纳米细菌纤维素是一种由微生物发酵产生的、具有超精细网络结构的天然纤维材料，因其超精细的纳米网状结构、大量羟基间形成的氢键所构成的有效反应活性位点、优异的热稳定性和机械强度、低气体渗透性等优点从而有着作为基体材料得天独厚的优势。许多研究将纳米细菌纤维素作为一种模板材料，将其他不同的材料与纳米细菌纤维素进行复合。细菌纤维素/聚苯胺复合材料也是研究较多的一种，将聚苯胺通过物理化学方法结合在细菌纤维素的纤维表面，形成聚苯胺包裹的细菌纤维素复合材料，这样就一定程度解决了聚苯胺难以成型的问题，也使细菌纤维素具有一定的电子导电性。

细菌纤维素/聚苯胺(BC/PANI)复合材料，SEM照片如图1所示。在已有的细菌纤维素/聚苯胺复合材料研究中，复合材料具备良好的电子导电性，在电解质、离子交换膜、传感器等领域要求材料具有质子导电率，而单纯的BC/PANI的质子电导率十分低，此外，原生的纳米细菌纤维素化学活性低，功能性不足，这限制了纳米细菌纤维素作为相关复合材料的应用。

基于上述问题，本发明提供了一种经过功能化改性的纳米细菌纤维素/聚苯胺复合材料，这种经过改性后的复合材料既具有聚苯胺优良的电子电导率，又通过改性引入的化学基团，具有较好的离子电导率，扩展了此种复合材料的应用。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种离子化BC/PANI柔性双导电复合材料及其制备方法和用途。本发明所述制备方法对预处理及提纯后的纳米细菌纤维素进行化学改性，以引入羧甲基、羧酸根离子和磺酸根离子中的任意一种功能基团，然后在化学改性后纳米细菌纤维素上原位合成聚苯胺，得到离子化纳米细菌纤维素/聚苯胺柔性双导电复合材料；本发明制备的柔性复合材料在保持原基体材料(原生态的纳米细菌纤维素)优异保水性、持水性和力学性能的同时，具有较高的电导率、良好的热稳定性及生物相容性，能够用于新型多孔凝胶聚电解质、离子交换膜、柔性可穿戴电子制品、可植入燃料电池、生物传感器以及染料敏化太阳能电池等高端领域。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种离子化BC/PANI柔性双导电复合材料的制备方法，所述方法首先将原生态的纳米细菌纤维素进行预处理及提纯；随后对预处理及提纯后的纳米细菌纤维素进行化学改性以引入功能基团；在化学改性后纳米细菌纤维素上原位合成聚苯胺，得到离子化纳米细菌纤维素/聚苯胺柔性双导电复合材料；

其中，对预处理及提纯后的纳米细菌纤维素进行化学改性引入的功能基团包括羧甲基、羧酸根离子和磺酸根离子中的任意一种。

进一步地，所述方法对预处理及提纯后的纳米细菌纤维素进行化学改性，引入羧甲基、羧酸根离子和磺酸根离子中的任意一种功能基团的方法，分别为：