一种高拉伸强度和高导电性的WPU-RCNs-PEDOT纳米复合薄膜制造技术

本发明专利技术涉及导电复合膜技术领域，公开了一种高拉伸强度和高导电性的WPU

【技术实现步骤摘要】
一种高拉伸强度和高导电性的WPU
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RCNs
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PEDOT纳米复合薄膜
[0001]

[0002]本专利技术涉及导电复合膜领域，尤其涉及一种高拉伸强度和高导电性的WPU
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RCNs
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PEDOT纳米复合薄膜。
[0003]
技术介绍

[0004]水性聚氨酯（WPU）是一类用途广泛的材料。涂料和粘合剂行业日益增长的环境问题迫使科学家们开发出在聚氨酯应用中使用水作为主要溶剂的方法。在这方面，WPU是一种合适的材料，因为它在合成过程中使用水作为主要溶剂，这是一系列弹性材料，是多嵌段共聚物，具有交替的聚醚或聚酯软段和更硬的聚氨酯硬段。由于硬段和软段的热力学不相容性，冷却时会发生微相分离。硬段结构域发挥物理交联的作用，在软段基质中充当高模量填料。网络分子结构具有良好的柔韧性和弹性。然而，WPU的生物相容性和力学性能仍有待提高。研究表明，随着世界环保趋势的发展，各种形式的纤维素生物质被用于改善WPU基质的强度。然而，虽然纤维素的高结晶度可改善WPU的模量，但同时也会导致WPU拉伸性降低。
[0005]再生纤维素纳米颗粒（RCN）可被用作聚酯的扩链剂和增强填料，以提高机械和电气性能。因此将RCN加载到阴离子WPU中是一种环境友好的生物质利用方法。然而，若RCN的结晶度过高，可能会导致添加极硬的PEDOT时会影响所制备WPU纳米复合薄膜的拉伸性能。
[0006]聚（3,4
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亚乙基二氧噻吩）（PEDOT）通常与聚苯乙烯磺酸盐（PSS）络合以在水中保持稳定。PEDOT：PSS水悬浮液具有高导电性、环境稳定性、良好的加工性能和柔韧性，因此被用作传感器、导体等的电极材料。通常地，可采用不同的方法将PEDOT：PSS涂覆或印刷在包括薄膜、纺织品和塑料在内的基材上。然而，它们容易在表面摩擦和磨损，导致导电性随时间降低。
[0007]因此，若能利用环境稳定性和加工性能良好的材料为与原料开发出一种具有高拉伸性能和高导电性的WPU纳米复合薄膜，可获得极高的市场欢迎度。
[0008]
技术实现思路

[0009]本专利技术是为了克服目前由于提高WPU的生物相容性和力学性能，各种形式的纤维素生物质被增强为WPU基质，但纤维素的高结晶度导致模量增加会导致拉伸性降低；采用不同的方法将PEDOT：PSS涂覆或印刷在包括薄膜、纺织品和塑料在内的基材上时它们容易在表面摩擦和磨损，导致导电性降低等问题，提出了一种高拉伸强度和高导电性的WPU
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RCNs
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PEDOT纳米复合薄膜。
[0010]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种高拉伸强度和高导电性的WPU
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RCNs
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PEDOT纳米复合薄膜，制备方法包括以下步骤：1）再生纤维素纳米颗粒（RCN）悬浮液的制备：
（A）将NaOH和尿素添加至水中，在室温下搅拌，然后在
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25℃至
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15℃的环境中保持10
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15h，得到NaOH/尿素溶液；（B）向步骤（A）所得的NaOH/尿素溶液中添加蒸馏水和微晶纤维素（MCC），得到再生纤维素分散液；（C）将步骤（B）所得再生纤维素分散液离心，进行超声波处理；（D）调整溶液的pH值为8
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9，离心处理，用丙酮置换水作为溶剂；最后通过超声波处理获得稳定的RCNs悬浮液。
[0011]2）WPU/RCNs纳米复合溶液的制备：将聚己内酯二醇（Mn~2000，n=16）和2，2
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二羟甲基丙酸（DMPA）添加至反应容器中，加热直至聚己内酯二醇完全熔化；然后逐滴添加异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)，并在干燥氮气气氛中进行反应；然后加入RCNs悬浮液，冷却；将2，2
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二羟甲基丙酸（DMPA）的羧基与三乙胺（TEA）中和后，在剧烈搅拌下将产物分散在水中，室温搅拌，通过旋转真空蒸发将所得悬浮液浓缩，制得WPU/RCNs纳米复合溶液。
[0012]3）WPU/RCNs/PEDOT：PSS纳米复合溶液的制备：将乙二醇（EG）和二甲基亚砜（DMSO）添加到聚3,4
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亚乙基二氧噻吩（PEDOT）：聚苯乙烯磺酸盐（PSS）水分散液中；然后将所得分散液与WPU/RCNs纳米复合溶液混合；将所得混合液剧烈搅拌，期间添加三甲胺（TMA），获得均匀的WPU/RCNs/PEDOT：PSS纳米复合溶液；本专利技术中再生纤维素纳米颗粒（RCN）被制成RCNs悬浮液用来作扩链剂和增强填料。
[0013]4）纳米复合薄膜的制备：取WPU/RCNs/PEDOT：PSS纳米复合溶液，在干燥箱中采用滴注技术在玻璃基板上制备纳米复合薄膜，干燥；冷却固化，然后剥离薄膜，得到成品。
[0014]作为优选，步骤（A）中，NaOH/尿素溶液中NaOH的浓度为7
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10wt%，尿素的浓度为12
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15wt%；搅拌时间为1
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3h。
[0015]作为优选，步骤（B）中，NaOH/尿素溶液的用量为4
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7ml，微晶纤维素的添加量为5
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10g，蒸馏水的用量为50
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80ml。
[0016]作为优选，步骤（C）中，离心速率为4000
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6000 rpm，离心和超声时间均为5
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15min；超声波处理的振幅为70
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90%。
[0017]作为优选，步骤（D）中，离心条件为：5
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15℃，10000
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15000 rpm，10
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30 min；超声波处理时间为5
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15min。
[0018]作为优选，步骤2)中，聚己内酯二醇的用量为24.0
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60g；2，2
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二羟甲基丙酸的用量为1.6
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4.0g；异佛尔酮二异氰酸酯的用量为9.6
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24 g；三乙胺的用量为1.2
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3.0 g；RCNs悬浮液的用量为80
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120 mL。
[0019]作为优选，步骤2)中，加热至75
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90℃直至聚己内酯二醇完全熔化；在干燥氮气气氛中的反应时间为1
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3 h；加入RCNs悬浮液后冷却至55
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65℃；中和时间为20
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40min；旋转真空蒸发的温度为25
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35℃，浓缩至悬浮液中WPU的固体含量为20
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30wt%。
[0020]作为优选，步骤3)中，乙二醇的用量为0.3
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0.9ml，二甲基亚砜的用量为0.1
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0.7ml，PEDOT：PSS水分散液的用量为0.2
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1.0ml，WPU/本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高拉伸强度和高导电性的WPU
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RCNs
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PEDOT纳米复合薄膜，其特征在于：制备方法包括以下步骤：1）再生纤维素纳米颗粒悬浮液的制备：（A）将NaOH和尿素添加至水中，在室温下搅拌，然后在
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25℃至
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15℃的环境中保持10
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15h，得到NaOH/尿素溶液；（B）向步骤（A）所得的NaOH/尿素溶液中添加蒸馏水和微晶纤维素，得到再生纤维素分散液；（C）将步骤（B）所得再生纤维素分散液离心，进行超声波处理；（D）调整溶液的pH值为8
‑
9，离心处理，用丙酮置换水作为溶剂；最后通过超声波处理获得稳定的RCNs悬浮液；2）WPU/RCNs纳米复合溶液的制备：将聚己内酯二醇和2，2
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二羟甲基丙酸添加至反应容器中，加热直至聚己内酯二醇完全熔化；然后逐滴添加异佛尔酮二异氰酸酯，并在干燥氮气气氛中进行反应；然后加入RCNs悬浮液，冷却；将2，2
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二羟甲基丙酸的羧基与三乙胺中和后，在剧烈搅拌下将产物分散在水中，室温搅拌，通过旋转真空蒸发将所得悬浮液浓缩，制得WPU/RCNs纳米复合溶液；3）WPU/RCNs/PEDOT：PSS纳米复合溶液的制备：将乙二醇和二甲基亚砜添加到PEDOT：PSS水分散液中；然后将所得分散液与WPU/RCNs纳米复合溶液混合；将所得混合液剧烈搅拌，期间添加三甲胺，获得均匀的WPU/RCNs/PEDOT：PSS纳米复合溶液；4）纳米复合薄膜的制备：取WPU/RCNs/PEDOT：PSS纳米复合溶液，在干燥箱中采用滴注技术在玻璃基板上制备纳米复合薄膜，干燥；冷却固化，然后剥离薄膜，得到成品。2.如权利要求1所述的纳米复合薄膜，其特征在于：步骤（A）中，NaOH/尿素溶液中NaOH的浓度为7
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10wt%，尿素的浓度为12
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15wt%；搅拌时间为1
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3h。3.如权利要求1所述的纳米复合薄膜，其特征在于：步骤（B）中，NaOH/尿素溶液的用量为4
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7ml，微晶纤维素的添加量为5
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10g，蒸馏水的用量为50
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80ml。4.如权利要求1所述的纳米复合薄膜，其特征在于：步骤（C）中，离心速率为4000
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6000 rpm，离心和超声时间均为5
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【专利技术属性】
技术研发人员：万军民，张荣梅，石键，董辉，王秉，彭志勤，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：发明
国别省市：