[发明专利]一种纳晶纤维素/PEDOT类复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳晶纤维素类复合材料领域，尤其涉及一种纳晶纤维素原位聚合制备纳晶纤维素/PEDOT类复合材料及其制备方法。

背景技术

自从20世纪70年代发现第一种导电聚合物——聚乙炔以来，导电聚合物领域便获得迅速发展，其种类包括聚乙炔、聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺、聚双炔等。其中，PEDOT(聚乙撑二氧噻吩)是3，4-乙撑二氧噻吩单体(EDOT)的聚合物，PEDOT具有分子结构简单、能隙小、电导率高等特点，被广泛用作有机薄膜太阳能电池材料、电致变色材料、透明电极材料等领域的研究。

纳晶纤维素(NCC)，也称为纤维素纳米晶，是对纤维素进行酸解得到的呈棒状的高长径比纳米材料。由于其具有巨大的比表面积、优良的力学性能、无毒、可生物降解、原料来源广泛等特点，因此近来受到越来越广泛的关注。

本发明以水为溶剂，通过原位聚合制备出纳晶纤维素/PEDOT类复合材料，不仅保留了纳晶纤维素自身的优良性能，而且赋予这类纳米复合材料以优良的导电性、电化学稳定性和机械稳定性，可以在电极材料、电池材料、传感器、抗静电、防伪材料等领域得到应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备纳晶纤维素/PEDOT类复合材料的方法及其产品。它具有原料来源丰富，电化学稳定性好，机械稳定性好，导电性优良及制备简单，环境友好，成本低廉等优点。

一种纳晶纤维素/PEDOT类复合材料的制备，包括下列步骤：

(一)纳晶纤维素的制备：将棉浆充分浸水，打浆处理后甩干，按一定比例加入酸溶液，恒温反应一定时间后，加入大量水稀释使反应停止，超声处理后，进行离心、洗涤、透析得纳晶纤维素悬浮液，进一步浓缩、干燥后可得纳晶纤维素固体。

本发明纳晶纤维素的制备方法中，所用的酸为硫酸，所用的干燥方式为冷冻干燥或有机溶剂脱水干燥。

本发明纳晶纤维素的制各方法中，以棉浆为原料，采用酸水解的方法制备纳晶纤维素，具有原料来源丰富，生产成本低，操作简单等优点，容易制得稳定的纳晶纤维素悬浮液。

(二)纳晶纤维素/PEDOT类复合材料的制备：先将一定量的EDOT单体溶于水中，然后按一定比例加入引发剂和按步骤(一)制备的纳晶纤维素，在一定温度下发生溶液聚合，冷却，经离心、水洗、干燥就得到了纳晶纤维素/PEDOT类复合材料。

本发明纳晶纤维素/PEDOT类复合材料的制备方法中，所用引发剂为过硫酸铵、三氯化铁、过硫酸钾或双氧水-硫酸亚铁。反应温度为70-80℃，反应时间为5-7h。所用干燥方式为真空干燥或红外线干燥。

本发明纳晶纤维素/PEDOT类复合材料的制备方法中，PEDOT单体在纳晶纤维素表面发生原位聚合，具有反应简单，条件可控等优点。

本发明纳晶纤维素/PEDOT类复合材料的特点在于融合了纳晶纤维素具有的巨大的比表面积、优良的力学性能、无毒、可生物降解等优点和PEDOT的分子结构简单、能隙小、导电率高等优点，而且进一步增强了其电化学稳定性和机械稳定性。

所以，纳晶纤维素/PEDOT类复合材料在电极材料、电池材料、传感器、抗静电、防伪材料等领域有广泛的应用前景。

附图说明

图1为纳晶纤维素/PEDOT复合材料的扫描电镜图。

图2为纳晶纤维素和纳晶纤维素/PEDOT复合材料的红外光谱图。

图1为以过硫酸铵为引发剂催化纳晶纤维素与EDOT进行反应所得产物的扫描电镜图。从图1中可以看出产物呈棒状相互交错在一起，很好地保留了纳晶纤维素的基本棒状形貌。

图2中曲线a是纳晶纤维素(NCC)，曲线b是纳晶纤维素/PEDOT复合材料(NCC/PEDOT)。在NCC的红外光谱图中，波峰3348cm^-1对应的是-OH的伸缩振动，波峰2902cm^-1对应着亚甲基的C-H伸缩振动，波峰1429cm^-1对应的是亚甲基的剪式振动。波峰1163cm^-1、1113cm^-1和1059cm^-1对应的是NCC分子葡萄糖结构单元中的C-O-C基团。上述特征峰也均出现在纳晶纤维素/PEDOT复合材料的红外光谱图中，而3348cm^-1处-OH的伸缩振动强度的降低以及2902cm^-1处亚甲基的C-H伸缩振动强度的增强则反映了NCC与PEDOT间的结合及其相互影响。

具体实施方式

实施例1