一种纳米纤维素复合导电润滑水凝胶及其制备方法技术

本发明专利技术涉及高分子导电复合材料领域，尤其涉及一种纳米纤维素复合导电润滑水凝胶及其制备方法。该水凝胶的制备方法包括：获得纳米纤维素，用水分散，加入吡咯单体和黑磷纳米材料搅拌均匀，加入氧化剂进行聚合反应，加入交联剂进行交联反应，加入消泡剂后，反复冻融，获得纳米纤维素复合导电润滑水凝胶。本发明专利技术采用聚吡咯和黑磷纳米材料为导电剂，获得兼具优异机械性能、导电润滑性能和稳定性能的纳米纤维素复合导电润滑水凝胶。素复合导电润滑水凝胶。素复合导电润滑水凝胶。

【技术实现步骤摘要】
一种纳米纤维素复合导电润滑水凝胶及其制备方法


[0001]本专利技术涉及高分子导电复合材料领域，尤其涉及一种纳米纤维素复合导电润滑水凝胶及其制备方法。

技术介绍

[0002]纳米纤维素是天然纤维素纤维经物理法处理与化学改性制得，其至少一维尺寸达到1～100nm，是一种高强度、高弹性模量、高比表面积且具有良好的生物可降解性的纳米材料。此外，纳米纤维素无毒、无害、质轻，而且还具有丰富的表面羟基，在水介质中容易分散，常被用做填料制备各种复合水凝胶，能与水凝胶基质形成均相稳定的混合物，是一种优良的水凝胶增强材料。纳米纤维素具有良好的力学性能，其表面富含大量的羟基官能团，可以自组装形成轻质、柔韧、具有网状结构的凝胶材料。但是纳米纤维素凝胶不导电，限制了其在电化学领域中的应用。
[0003]目前，制备纳米纤维素常见的方法有物理法、化学法、生物法等。其中，物理法制备纳米纤维素主要包括研磨法、高乳化剪切法、高压均质法、超声破碎法等，但物理法能量消耗大，成品的结晶度低，粒径分布范围广，物料浓度过高可能造成机器孔隙堵塞。化学法主要为酸解法和TEMPO氧化法。硫酸水解法会导致过程产物容易降解，使得产量下降，需要提前终止反应，且较高浓度的硫酸水解制备出的产物易因炭化而变黑，对其表观具有一定的影响，并且，过量硫酸废液排放环境污染严重，后续处理成本较高。TEMPO试剂较贵，成本高，反应不完全使其选择性较小。生物法利用酶或细菌来处理纤维素溶液，但对pH、温度等制备条件要求高，且制备周期较长。
[0004]随着电子设备的发展，具备柔性的导电水凝胶具有很大的应用前景。如柔性电容器、柔性太阳能电池、可穿戴传感器以及药物递送等领域。以导电聚合物为导电组分的水凝胶因其低毒性、可调的导电性、环境稳定性好等优点已受到广泛关注。但由于单一的聚电解质导电水凝胶存在稳定性较差、机械强度不高等问题，限制了其实际应用范围。
[0005]目前，大多数导电聚合物水凝胶的制备方法是两步合成法，即先将不含导电聚合物的水凝胶前驱液固化为水凝胶，作为支撑框架，之后通过浸泡溶液的方式，在已成型的水凝胶中引入导电聚合物单体，同时加入氧化剂引发原位聚合反应，使导电聚合物沿着水凝胶网络生长。但两步合成法过程复杂繁琐，不仅增加了水凝胶制备难度跟生产成本，而且在聚合过程中凝胶表面原位快速合成的大块导电聚合物经常会使水凝胶表面产生微孔，导致后续聚合困难，形成的导电组分在水凝胶中分布不均匀，导致其导电性能、机械性能与润滑性能均较差，这限制了水凝胶的封装方法，影响了其实际应用。
[0006]因此，有必要提出一种具有良好的机械性能、导电性能和润滑性能的导电润滑水凝胶，以及方法简化、效率提高的导电润滑水凝胶的制备方法。

技术实现思路

[0007]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种纳米纤维素复合导电润滑水凝胶及其
制备方法。
[0008]本专利技术提供了一种纳米纤维素复合导电润滑水凝胶的制备方法，至少包括以下步骤：
[0009]S1、获得纳米纤维素；
[0010]S2、将纳米纤维素用水分散，加入吡咯单体和黑磷纳米材料搅拌均匀；
[0011]S3、加入氧化剂进行聚合反应；
[0012]S4、加入交联剂进行交联反应；
[0013]S5、加入消泡剂后，反复冻融，获得纳米纤维素复合导电润滑水凝胶。
[0014]可选的，S2中，每克干重的纳米纤维素分散于25～100mL水中；
[0015]每克干重的纳米纤维素加入吡咯单体200～600μL、黑磷纳米材料0.01～0.03mg。
[0016]可选的，S2中，加入吡咯单体和黑磷纳米材料时的条件为：温度为0～4℃，在惰性气体保护状态下添加；
[0017]加入吡咯单体和黑磷纳米材料后，100～300rpm搅拌0.5～1.5h。
[0018]可选的，S2中，加入吡咯单体和黑磷纳米材料的同时，还添加有增溶剂；增溶剂选自月桂基醚磺基琥珀酸钠、月桂基醚硫酸铵、椰油基羟乙基磺酸钠、椰油酰胺丙基甜菜碱中的一种或两种；
[0019]增溶剂与吡咯单体的质量体积比为1g：700～2500μL。
[0020]可选的，S3中，氧化剂选自过氧化氢；每克干重的纳米纤维素加入5～20mL体积百分比浓度为30％的过氧化氢溶液；可选的，过氧化氢溶液的添加方式为滴加，添加的速度为0.5～2mL/min；
[0021]S3中，聚合反应的时间为4～6h。
[0022]可选的，S4中，交联剂选自壳聚糖、聚乙烯醇、β
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环糊精中的一种或两种；S4中，每克干重的纳米纤维素加入3～12g交联剂；S4中，交联反应的温度升至70～100℃，反应时间为100～300rpm搅拌下反应0.5～1.5h。
[0023]可选的，S5中，消泡剂选自丙三醇、异辛醇、辛癸酸甘油酯中的一种或两种；每克干重的纳米纤维素加入消泡剂1～5mL；加入消泡剂后搅拌0.5～1.5h后，静置24～36h进行消泡；冻融的条件为：
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25～
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15℃下冷冻8～12h，20～25℃下解冻2～6h；冻融的次数为2～5次。
[0024]可选的，S1包括：
[0025]S11、将纤维原料用有机溶剂清洗；
[0026]S12、将清洗后的纤维原料用酸性氧化溶液处理1～4次；酸性氧化溶液为含有亚氯酸钠、8
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羟基喹啉和过氧化氢的混合溶液；处理完毕后清洗至中性；
[0027]S13、将经过酸性氧化处理的纤维原料加入氢氧化钠溶液中，氢氧化钠溶液的质量百分比浓度为10～30％；
[0028]S14、将经过碱处理的纤维原料稀释后离心，收集离心管中的透明状悬浮液，透析、干燥后得到纳米纤维素。
[0029]可选的，有机溶剂选自乙醚和二氯甲烷中的一种或两种；酸性氧化溶液中亚氯酸钠的质量百分比浓度为5～15％，酸性氧化溶液中8
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羟基喹啉的质量百分比浓度为1～3％，酸性氧化溶液中过氧化氢的体积百分比浓度为1～3％。
[0030]可选的，S12中，每次用酸性氧化溶液处理的时间为0.5～1.5h，温度为70～80℃；
[0031]S13中，用氢氧化钠溶液处理的时间为1～3h，温度为80～100℃；
[0032]S14中，稀释采用0～5℃的水进行稀释，离心的条件为：转速为8000～10000rpm，每次时间10～20min，次数为2～4次；干燥采用冷冻干燥。
[0033]本专利技术还涉及上述方法制备得到的纳米纤维素复合导电润滑水凝胶。
[0034]本专利技术实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：
[0035]本专利技术的纳米纤维素复合导电润滑水凝胶采用了聚吡咯和黑磷纳米材料为导电剂，本专利技术创新的通过添加黑磷纳米材料，从而将聚吡咯与黑磷纳米材料及其他高分子物质通过氢键作用，链与链的缠绕等物理交联，获得了机械性能、导电性能和润滑性能均表现优异的纳米纤维素复合导电润滑水凝胶本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纳米纤维素复合导电润滑水凝胶的制备方法，其特征在于，至少包括以下步骤：S1、获得纳米纤维素；S2、将所述纳米纤维素用水分散，加入吡咯单体和黑磷纳米材料搅拌均匀；S3、加入氧化剂进行聚合反应；S4、加入交联剂进行交联反应；S5、加入消泡剂后，反复冻融，获得所述纳米纤维素复合导电润滑水凝胶。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S2中，每克干重的纳米纤维素分散于25～100mL水中；每克干重的纳米纤维素加入吡咯单体200～600μL、黑磷纳米材料0.01～0.03mg。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，S2中，所述加入吡咯单体和黑磷纳米材料时的条件为：温度为0～4℃，在惰性气体保护状态下添加；所述加入吡咯单体和黑磷纳米材料后，100～300rpm搅拌0.5～1.5h。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S2中，所述加入吡咯单体和黑磷纳米材料的同时，还添加有增溶剂；所述增溶剂选自月桂基醚磺基琥珀酸钠、月桂基醚硫酸铵、椰油基羟乙基磺酸钠、椰油酰胺丙基甜菜碱中的一种或两种；所述增溶剂与所述吡咯单体的质量体积比为1g：700～2500μL。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S3中，所述氧化剂选自过氧化氢；每克干重的纳米纤维素加入5～20mL体积百分比浓度为30％的过氧化氢溶液；所述过氧化氢溶液的添加方式为滴加，添加的速度为0.5～2mL/min；所述聚合反应的时间为4～6h。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S4中，所述交联剂选自壳聚糖、聚乙烯醇、β
‑
环糊精中的一种或两种；每克干重的纳米纤维素加入3～12g交联剂；所述交联反应的温度升至70～100℃，反应时间为100～300rpm搅拌下反应0.5～1.5h。7.根据权利要求1所述的制...

【专利技术属性】
技术研发人员：于呈呈，林源，何紫环，杨梦洁，李小磊，伍德民，
申请(专利权)人：季华实验室，
类型：发明
国别省市：