一种新型聚合物/石墨烯柔性导电复合膜及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种新型聚合物/石墨烯柔性导电复合膜及其制备方法。该柔性导电复合膜包括以下重量份的组分：石墨烯1‑5份，纳米纤维素1份，聚吡咯1份，聚乳酸93‑97份。本发明专利技术所述柔性导电复合膜是以聚乳酸为基体，掺杂石墨烯制备而成，并向其中加入适量的纳米纤维素，利用纳米纤维素中的‑OH，与聚乳酸中‑COO，形成氢键增强了石墨烯导电复合膜的强度，改善了以聚乳酸为基体，石墨烯导电膜的质地脆等缺点，石墨烯的添加使复合膜的热稳定性，及导电能力有所提高并在这基础上在膜表面原位聚合一层聚吡咯，使导电膜的表面平滑，增加其导电性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及聚合物/石墨烯功能材料领域。具体地说，涉及聚吡咯包覆以聚乳酸为基体的掺杂石墨烯和纳米纤维素的导电复合膜及其制备方法。
技术介绍
随着全球经济的发展，人类遇到了各种挑战，例如：人们对化石燃料的依赖和对环境的污染，这使得人们对于生态环境和绿色能源越来越关注。在能源紧缺的当今社会，人类迫切需要寻找一种清洁、高效、可持续的能源和储能装置来减轻当前能源的消耗和浪费，其中，能源储存是一个重要的
，使可再生资源得到应用并且极大的减少了能源浪费。聚乳酸是一种具有生物可降解性与良好生物相容性的热塑性聚酯材料，又有着与聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚苯乙烯树脂等通用塑料类似的理化性能，在应用方面有着它独特的优势，但聚乳酸结晶速率慢、质地脆、亲水性差、耐热性差等不良性能限制了它在更宽广领域的应用。纳米纤维素作为天然聚合物其他纳米填充物相比的优点是易得、价廉、可再生、生物相容、制备简单等。而且纳米纤维素是一种棒状纤维晶须，由于比表面积大、小尺寸、表面有大量的活性羟基，与聚合物的相容性好，可作为一种性能优异的填充材料。石墨烯是由一层密集的、包裹在蜂巢晶体点阵上的碳原子组成，是世界上最薄的二维材料，其厚度仅为0.35nm。这种特殊结构蕴含了丰富而新奇的物理现象，使石墨烯表现出许多优异性质。例如，石墨烯的强度是已测试材料中最高的，达130GPa，是钢的100多倍；其载流子迁移率达15000cm2·V-1·s-1是目前已知的具有最高迁移率的锑化铟材料的两倍；其热导率可达5000W·m-1.K-1，是金刚石的3倍。目前研究最热的是以聚合物作为基体掺杂石墨烯，基于石墨烯大的比表面积、大的纵横比、高强度、高导电性及导热性等优良性能，使其成为一种理想的材料，并且随着可穿戴设备的问世，以聚合物为基体的石墨烯柔性材料的研究热点从原来的机械性能(拉升强度、断裂伸长、杨氏模量等)改性转而研究其电化学性能，例如：导电薄膜、柔性电极、柔性电容器，此类具有广泛引用前景的导电材料。
技术实现思路
针对现有已有石墨烯导电复合膜存在的问题，本专利技术的目的是在于提供一种新型聚合物/石墨烯柔性导电复合膜及其制备方法。本专利技术提出以聚乳酸为基体，掺杂石墨烯，制备一种新型石墨烯柔性导电复合膜，并在以聚乳酸为基体石墨烯导电膜中加入适量的纳米纤维素，使纳米纤维素与石墨烯共同作用以改善导电膜质地脆、亲水性差，耐热性差等缺点，同时又在复合膜表面原位聚合一层聚吡咯，以提柔性导电复合膜的导电性，使其可以作为柔性电极及柔性电容器。实现本专利技术目的技术方案如下：一种新型聚合物/石墨烯柔性导电复合膜，其包括以下重量份的组分：石墨烯1-5份，纳米纤维素1份，聚吡咯1份，聚乳酸93-97份。优选地，所述新型聚合物/石墨烯柔性导电复合膜，其包括以下重量份的组分：石墨烯1份，纳米纤维素1份，聚吡咯1份，聚乳酸97份。优选地，所述新型聚合物/石墨烯柔性导电复合膜，其组分总重量为100份。优选地，所述新型聚合物/石墨烯柔性导电复合膜，其厚度约50-100μm。本专利技术所述纳米纤维素是指纤维直径小于1000纳米的超微细纤维。优选地，所述聚乳酸分子量为1×105。本专利技术还提供上述新型聚合物/石墨烯柔性导电复合膜的制备方法，包括以下步骤：制备分散纳米纤维素的N，N-二甲基乙酰胺溶液；向其中加入配方量的石墨烯粉末和适量的十二烷基苯磺酸钠，于50-80℃搅拌超声使其分散均匀；再加入配方量的聚乳酸，于50-80℃的水浴搅拌超声，至聚乳酸完全溶解；真空脱泡，静止；然后刮膜，干燥，至溶剂全部除去；将所得膜浸泡在FeCl3乙醇溶液中；然后将浸泡好的膜与吡咯(液体)在温度0-4℃、真空度-0.1Mpa的条件下进行反应；再将所得膜重复所述浸泡和与吡咯反应的操作，直到膜表面均匀包覆聚吡咯，即得所述新型聚合物/石墨烯柔性导电复合膜。上述制备方法，其中：优选地，所述制备分散纳米纤维素的N，N-二甲基乙酰胺溶液的方法包括：将浆板在稀硫酸中预处理2-4h，处理温度70-90℃，稀硫酸的用量为浆板重量的20-25倍；用去离子水洗去酸处理后纤维素表面的H+和SO42-；然后采用溶液置换的方法，用N，N-二甲基乙酰胺除去其中的水，再将纤维素全部转移至N，N-二甲基乙酰胺中；高压均质；即得所述分散纳米纤维素的N，N-二甲基乙酰胺溶液(或分散在N，N-二甲基乙酰胺中的纳米纤维素)。本专利技术所述浆板是纸浆经过脱水压榨后形成的一种半成品，例如厚纸板。纸浆是以植物纤维为原料，经不同加工方法制得的纤维状物质。根据所用纤维原料分为木浆、草浆、麻浆、苇浆、蔗浆、竹浆、破布浆等。本专利技术所述稀硫酸是指溶质质量分数小于或等于70％的硫酸的水溶液。优选地，所述高压均质的压力为800MPa。优选地，所述FeCl3乙醇溶液的浓度为2mol/L。优选地，所述FeCl3乙醇溶液中还含有适量的十二烷基苯磺酸钠。优选地，十二烷基苯磺酸钠在所述FeCl3乙醇溶液中的质量浓度为0.2mg/mL。优选地，将浸泡好的膜，在负压条件下放在可以抽真空、底部放有一定量的吡咯(液体)的干燥器(玻璃)中进行反应。本专利技术所述重量份可以是μg、mg、g、kg等本领域公知的重量单位，也可以是其倍数，如1/10、1/100、10倍、100倍等。进一步地，上述制备方法具体包括如下步骤：1)制备分散纳米纤维素的N，N-二甲基乙酰胺溶液：将浆板在稀硫酸中预处理2-4h，处理温度70-90℃，稀硫酸的用量为浆板重量的20-25倍；用去离子水洗去酸处理后纤维素表面的H+和SO42-；然后采用溶液置换的方法，用N，N-二甲基乙酰胺除去其中的水，再将纤维素全部转移至N，N-二甲基乙酰胺中；高压均质1-3次，均质压力为800MPa；即得；2)称取配方量的石墨烯粉末，加入到所述分散纳米纤维素的N，N-二甲基乙酰胺溶液中；并加入适量的十二烷基苯磺酸钠，于50-80℃搅拌超声使其分散均匀；优选地，所得混合溶液中十二烷基苯磺酸钠的用量为0.2mg/mL；3)在步骤2)所得混合溶液中加入配方量的聚乳酸，于50-80℃的水浴搅拌超声，至聚乳酸完全溶解，采用真空脱泡处理，静止一段时间；4)用刮刀在玻璃板上刮膜，将玻璃板放在通风处自然干燥10-12h，揭膜，50-80℃真空干燥，直至溶剂全部除去；放到干燥器中，备用；5)配制浓度为2mol/L的FeCl3乙醇溶液，所述FeCl3乙醇溶液中还含有适量的十二烷基苯磺酸钠；6)将步骤4)制备好的膜浸泡在所述FeCl3乙醇溶液中；7)将步骤6)浸泡好的膜，在负压条件下放在可以抽真空、底部放有吡咯(液体)的玻璃干燥器中，在温度0-4℃、真空度-0.1Mpa的条件下反应4h；8)将膜取出，重复步骤6)、步骤7)1-2次，直到膜表面均匀包覆聚吡咯，即得所述新型聚合物/石墨烯柔性导电复合膜。本专利技术所述的新型聚合物/石墨烯柔性导电复合膜是以聚乳酸为基体，掺杂石墨烯制备而成，并向其中加入适量的纳米纤维素，利用纳米纤维素中的-OH，与聚乳酸中-COO，形成氢键增强了石墨烯导电复合膜的强度，改善了以聚乳酸为基体，石墨烯导电膜的质地脆等缺点，石墨烯的添加使复合膜的热稳定性，及导电能力有所提高并在这基础上在膜表面原位聚合一层聚吡咯，使导电膜的表面平滑，增加其导电性本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型聚合物/石墨烯柔性导电复合膜，其特征在于，包括以下重量份的组分：石墨烯1‑5份，纳米纤维素1份，聚吡咯1份，聚乳酸93‑97份。

【技术特征摘要】
1.一种新型聚合物/石墨烯柔性导电复合膜，其特征在于，包括以下重量份的组分：石墨烯1-5份，纳米纤维素1份，聚吡咯1份，聚乳酸93-97份。2.根据权利要求1所述的新型聚合物/石墨烯柔性导电复合膜，其特征在于，包括以下重量份的组分：石墨烯1份，纳米纤维素1份，聚吡咯1份，聚乳酸97份。3.根据权利要求1或2所述的新型聚合物/石墨烯柔性导电复合膜，其特征在于，其厚度为50-100μm。4.根据权利要求1或2所述的新型聚合物/石墨烯柔性导电复合膜，其特征在于，其组分总重量为100份。5.权利要求1-4任一项所述新型聚合物/石墨烯柔性导电复合膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：制备分散纳米纤维素的N，N-二甲基乙酰胺溶液；向其中加入配方量的石墨烯粉末和适量的十二烷基苯磺酸钠，于50-80℃搅拌超声使其分散均匀；再加入配方量的聚乳酸，于50-80℃的水浴搅拌超声，至聚乳酸完全溶解；真空脱泡，静止；然后刮膜，干燥，至溶剂全部除去；将所得膜浸泡在FeCl3乙醇溶液中；然后将浸泡好的膜与吡咯在温度0-4℃、真空度-0.1Mpa的条件下进行反应；再将所得膜重复所述浸泡和与吡咯反应的操作，直到膜表面均匀包覆聚吡咯，即得。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述制备分散纳米纤维素的N，N-二甲基乙酰胺溶液的方法包括：将浆板在稀硫酸中预处理2-4h，处理温度70-90℃，稀硫酸的用量为浆板重量的20-25倍；用去离子水洗去酸处理后纤维素表面的H+和SO42-；然后采用溶液置换的方法，用N，N-二甲基乙酰胺除去其中的水，再将纤维素全部转移至N，N-二甲基乙酰胺中；高压均质；即得。7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：张力平，刘雪娇，丁召东，高鑫，
申请(专利权)人：北京林业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11