一种吡咯接枝纳米纤维素制备导电复合材料的方法技术

本发明专利技术涉及一种吡咯接枝纳米纤维素制备导电复合材料的方法，将纳米纤维素作为基体材料与聚吡咯复合成型，首先对吡咯进行化学改性制备溴代吡咯，随后在碱性条件下与纳米纤维素上的羟基反应制备吡咯接枝的纳米纤维素，再将吡咯接枝纳米纤维素在酸性的Fe

Preparation of conductive composite by grafting nanocellulose onto pyrrole

The invention relates to a method for preparing conductive composite material by grafting pyrrole onto nano cellulose. The nano cellulose is used as a matrix material and is compounded with polypyrrole. First, pyrrole is chemically modified to prepare bromopyrrole, then the nano cellulose grafted with pyrrole is prepared by reacting with hydroxyl groups on the nano cellulose under alkaline conditions, and then the nano cellulose grafted with pyrrole is grafted into acidic Fe

【技术实现步骤摘要】
一种吡咯接枝纳米纤维素制备导电复合材料的方法
本专利技术涉及生物质功能高分子复合材料领域，具体涉及一种吡咯接枝纳米纤维素制备导电复合材料的方法。
技术介绍
纳米纤维素是经一定的物理或化学法从植物纤维中获得的一种表面含有大量的羟基、高强度、高比表面积，并可通过氢键作用力自组装形成具有一定的力学性能兼一定柔性的三维网络结构的新型纳米材料。聚吡咯具有导电率高，良好的环境稳定性、无毒，易于掺杂及特殊的光、电、声等特性，但成型问题一直是制约聚吡咯进一步运用的瓶颈。将纳米纤维素作为基体材料与聚吡咯复合成型，可以解决导电高分子成型困难的问题。目前的方法主要是通过原位聚合法，将聚吡咯直接附着在纳米纤维素表面形成导电复合材料，该法制备的导电复合材料中聚吡咯和纳米纤维素之间仅通过氢键，范德华力等物理作用相结合，因此，导电材料在运用过程中容易导致聚吡咯脱落从而影响其导电性。由此，我们提出一种吡咯接枝纳米纤维素制备导电复合材料的方法，首先对吡咯进行化学改性制备溴代吡咯，随后在碱性条件下与纳米纤维素上的羟基反应制备吡咯接枝的纳米纤维素，再将吡咯接枝纳米纤维素在酸性的Fe3+溶液中引发聚合，从而制备聚吡咯纳米纤维素导电复合材料。该法制备的导电复合材料中聚吡咯和纳米纤维素之间通过化学键结合，使导电高分子牢固附着在纳米纤维素表面，从而制备得到导电性能稳定的复合材料。本专利技术绿色环保，安全性高，可以成为纳米纤维素导电复合材料制备的一种新技术。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种吡咯接枝纳米纤维素制备导电复合材料的方法，可以解决导电高分子成型困难的问题为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种吡咯接枝纳米纤维素制备导电复合材料的方法,其特征在于：包括以下步骤：步骤S1:将纤维原料加入到硫酸溶液中，在一定温度和超声条件下制备得到纳米纤维素，经冷冻干燥后得到纳米纤维素粉末;步骤S2:将溴代烷烃和NaOH溶于N,N-二甲基甲酰胺溶液中，然后加入吡咯，在室温下搅拌反应24h后经柱层析纯化得到溴代吡咯；步骤S3:将纳米纤维素粉末于N,N-二甲基甲酰胺溶液，按比例加入溴代吡咯，同时加入NaOH，随后在室温下反应20h后离心纯化得到吡咯接枝纳米纤维素；步骤S4:将吡咯接枝纳米纤维素分散于去离子水中配置得到一定质量分数的改性纳米纤维素水溶液；步骤S5:将吡咯和0.1mol/L的Fe3+水溶液加入到改性纳米纤维素水溶液，室温下反应6h后，使溶液中的吡咯和纤维素表面的吡咯在Fe3+催化氧化下形成聚吡咯导电网络，将混合溶液抽滤成膜，干燥后即可得到纳米纤维素导电复合材料。进一步的，所述纤维原料包括但不限于人纤浆、回收废纸浆、竹浆、微晶纤维素、草浆、棉纤维和农林废弃物纤维原料。进一步的，所述纤维原料和硫酸溶液的质量比为1：65，硫酸溶液的质量浓度为50%-75%，超声处理时间为3.5h，超声温度为65℃。进一步的，所述步骤S2中，NaOH的添加量为溴代烷烃的50-80%，溴代烷烃与吡咯的质量比为8:1-4:3。进一步的，所述溴代烷烃包括但不限于二溴甲烷，1,5-二溴戊烷，1,10-二溴癸烷1,4-二溴丁烷和1,12-二溴十二烷。进一步的，所述步骤S3中，NaOH的加量为溴代吡咯的50-80%，溴代吡咯与纳米纤维素的质量比为5：2-4：3。进一步的，所述步骤S4中的吡咯接枝纳米纤维素的溶度为5-10%，吡咯溶度为0.5-1.5%。进一步的，所述0.1mol/L的Fe3+水溶液添加量为改性纳米纤维素水溶液总体积的10-15%。本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：本专利技术制备的导电复合材料中聚吡咯和纳米纤维素之间是通过化学键结合，使导电高分子牢固附着在纳米纤维素表面，从而制备得到导电性能稳定的复合材料，可以有效缓解导电材料在运用过程中容易导致聚吡咯脱落从而影响其导电性的问题，本专利技术绿色环保，安全性高，可以成为纳米纤维素导电复合材料制备的一种新技术。附图说明图1为本专利技术制备技术流程图。具体实施方式下面结合附图及实施例对本专利技术做进一步说明。本专利技术提供一种吡咯接枝纳米纤维素制备导电复合材料的方法,其特征在于：包括以下步骤：步骤S1:将纤维原料加入到硫酸溶液中，在一定温度和超声条件下制备得到纳米纤维素，经冷冻干燥后得到纳米纤维素粉末;步骤S2:将溴代烷烃和NaOH溶于N,N-二甲基甲酰胺溶液中，然后加入吡咯，在室温下搅拌反应24h后经柱层析纯化得到溴代吡咯；步骤S3:将纳米纤维素粉末于N,N-二甲基甲酰胺溶液，按比例加入溴代吡咯，同时加入NaOH，随后在室温下反应20h后离心纯化得到吡咯接枝纳米纤维素；步骤S4:将吡咯接枝纳米纤维素分散于去离子水中配置得到一定质量分数的改性纳米纤维素水溶液；步骤S5:将吡咯和0.1mol/L的Fe3+水溶液加入到改性纳米纤维素水溶液，室温下反应6h后，使溶液中的吡咯和纤维素表面的吡咯在Fe3+催化氧化下形成聚吡咯导电网络，将混合溶液抽滤成膜，干燥后即可得到纳米纤维素导电复合材料。在本专利技术一实施例中，进一步的，所述纤维原料包括但不限于人纤浆、回收废纸浆、竹浆、微晶纤维素、草浆、棉纤维和农林废弃物纤维原料。在本专利技术一实施例中，进一步的，所述纤维原料和硫酸溶液的质量比为1：65，硫酸溶液的质量浓度为50%-75%，超声处理时间为3.5h，超声温度为65℃。在本专利技术一实施例中，进一步的，所述步骤S2中，NaOH的添加量为溴代烷烃的50-80%，溴代烷烃与吡咯的质量比为8:1-4:3。在本专利技术一实施例中，进一步的，所述溴代烷烃包括但不限于二溴甲烷，1,5-二溴戊烷，1,10-二溴癸烷1,4-二溴丁烷和1,12-二溴十二烷。在本专利技术一实施例中，进一步的，所述步骤S3中，NaOH的加量为溴代吡咯的50-80%，溴代吡咯与纳米纤维素的质量比为5：2-4：3。在本专利技术一实施例中，进一步的，所述步骤S4中的吡咯接枝纳米纤维素的溶度为5-10%，吡咯溶度为0.5-1.5%。在本专利技术一实施例中，进一步的，所述0.1mol/L的Fe3+水溶液添加量为改性纳米纤维素水溶液总体积的10-15%。实施例1：（1）按料液比为1：65，将竹浆纤维原料加入到70%硫酸溶液中，在65℃条件下超声3h制备得到纳米纤维素，经冷冻干燥后得到纳米纤维素粉末。（2）取10g的1,5-二溴戊烷和5gNaOH溶于N,N-二甲基甲酰胺溶液中，随后加入5g吡咯，在室温下搅拌反应24h后经柱层析纯化得到溴代吡咯。（3）取0.5g纳米纤维素粉末于N,N-二甲基甲酰胺溶液，加入1g步骤（2）合成的溴代吡咯，同时加入0.5gNaOH，随后在室温下反应20h后离心纯化得到吡咯接枝纳米纤维素。（4）将适量步骤（3）合成的吡咯接枝纳米纤维素分散于去离子水中配置得到质量分数为5%的改性纳米纤维素水溶液，随后加入本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种吡咯接枝纳米纤维素制备导电复合材料的方法,其特征在于：包括以下步骤：/n步骤S1:将纤维原料加入到硫酸溶液中，在一定温度和超声条件下制备得到纳米纤维素，经冷冻干燥后得到纳米纤维素粉末;/n步骤S2:将溴代烷烃和NaOH溶于N,N-二甲基甲酰胺溶液中，然后加入吡咯，在室温下搅拌反应24h后经柱层析纯化得到溴代吡咯；/n步骤S3:将纳米纤维素粉末于N,N-二甲基甲酰胺溶液，按比例加入溴代吡咯，同时加入NaOH，随后在室温下反应20h后离心纯化得到吡咯接枝纳米纤维素；/n步骤S4:将吡咯接枝纳米纤维素分散于去离子水中配置得到一定质量分数的改性纳米纤维素水溶液；/n步骤S5:将吡咯和0.1mol/L的Fe

【技术特征摘要】
1.一种吡咯接枝纳米纤维素制备导电复合材料的方法,其特征在于：包括以下步骤：
步骤S1:将纤维原料加入到硫酸溶液中，在一定温度和超声条件下制备得到纳米纤维素，经冷冻干燥后得到纳米纤维素粉末;
步骤S2:将溴代烷烃和NaOH溶于N,N-二甲基甲酰胺溶液中，然后加入吡咯，在室温下搅拌反应24h后经柱层析纯化得到溴代吡咯；
步骤S3:将纳米纤维素粉末于N,N-二甲基甲酰胺溶液，按比例加入溴代吡咯，同时加入NaOH，随后在室温下反应20h后离心纯化得到吡咯接枝纳米纤维素；
步骤S4:将吡咯接枝纳米纤维素分散于去离子水中配置得到一定质量分数的改性纳米纤维素水溶液；
步骤S5:将吡咯和0.1mol/L的Fe3+水溶液加入到改性纳米纤维素水溶液，室温下反应6h后，使溶液中的吡咯和纤维素表面的吡咯在Fe3+催化氧化下形成聚吡咯导电网络，将混合溶液抽滤成膜，干燥后即可得到纳米纤维素导电复合材料。


2.根据权利要求1所述的一种吡咯接枝纳米纤维素制备导电复合材料的方法,其特征在于：所述纤维原料包括但不限于人纤浆、回收废纸浆、竹浆、微晶纤维素、草浆、棉纤维和农林废弃物纤维原料。


3.根据权利要求1所述的一种吡咯接枝纳米纤维素制备导电复合材料的方法,其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢贝丽，林凤采，黄彪，陈学榕，向兴会，王悦明，
申请(专利权)人：福建农林大学，
类型：发明
国别省市：福建;35