[发明专利]一种NR-CNF-CNT导电纳米复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于高分子复合导电材料领域，公开了一种NR‑CNF‑CNT导电纳米复合材料及其制备方法和应用。该复合材料采用下列方法制备得到：a.CNF悬浮液的制备；b.CNF‑CNT纳米杂化物的制备；c.NR‑CNF‑CNT导电纳米复合材料的制备。该复合材料可用于制备柔性导电材料，具有较好的应用前景。

技术领域

本发明属于高分子导电复合材料领域，涉及一种NR-CNF-CNT导电纳米复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，以橡胶为基体的导电高分子纳米复合材料由于其良好的电学和力学性能成为应用最多的高分子复合材料，它作为功能性材料发展得很快，在电磁干扰屏蔽、超级电容、光伏设备、传感器和医疗器件等方面拥有广阔的应用前景。

天然橡胶(Natural Rubber，NR)作为一种综合性能优异的绿色可再生资源，具有良好的柔韧性、制备流程简单、成本低等特点，因而NR基导电复合材料被认为是一种理想的制作柔性传感器的材料。但是，NR本身是非极性不饱和橡胶，其耐油、耐有机溶剂、耐热氧老化、耐臭氧和抗紫外线性能较差。同时，其自由体积大，分子间作用力比较弱，因而强度和模量很低，机械性能差，经过补强后才具有更高的使用价值。现在以NR为基体的导电复合材料的逾渗阈值很高，在制备过程中需要添加大量的导电填料才能形成导电网络，不仅增加了导电复合材料的制作成本，也使得复合材料的加工性能和物理力学性能有一定程度的下降，极大地限制了NR基导电纳米复合材料的应用。因此，引入性能优越的填料，降低填料使用量，并且建立一个高效、多维度的导电网络，是降低材料成本提高材料性能的关键。

纤维素纳米纤丝(ColluloseNanofibril，CNF)是指直径是纳米尺度而长度较大的具有一定长径比的线状纤维素，通过机械的、化学的等方法将纤维素的任一维尺寸缩减至100nm以内(通常指纤维素的直径小于100nm)所得到的一种具有较高的物理机械强度、独特的光学与电学、磁力学性能和流变性能的产物。将其作为一种新型的橡胶补强填料，可以发挥其轻质、高纵横比、高比强度和高模量等优势，并且其可降解性和可再生性也是其他补强填料无法比拟的。

碳纳米管(Carbon nanotube,CNT)可以看成具有纳米尺寸的碳的多层管状物。它既可以作为导体，也可以成为半导体，这主要与管径、管长、螺旋性等结构参数有关。其碳原子间以碳-碳π键结合，具有优异的热传导能力、超导性能，当作为导体时，导电性能比铜更优良。实验推算出CNT的杨氏模量平均为1.8Tpa，抗拉强度近250Gpa。此外，CNT还有很高的热稳定性和化学稳定性，是良好的力学增强物质和导电材料。

目前市场上还没有具有较好力学性能及导电性能的NR-CNF-CNT导电纳米复合材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种NR-CNF-CNT导电纳米复合材料。

本发明的另一个目的是提供上述导电纳米复合材料的制备方法。

本发明还有一个目的是提供上述导电纳米复合材料在制备柔性导电材料中的应用。

本发明的目的是通过下列技术方案实现的：

一种NR-CNF-CNT导电纳米复合材料，该复合材料采用下列方法制备得到：

a.CNF悬浮液的制备；

b.CNF-CNT纳米杂化物的制备；

c.NR-CNF-CNT导电纳米复合材料的制备。

所述的导电纳米复合材料，其中步骤a中CNF悬浮液的制备方法包括以下步骤：

(1)取质量分数40～70％的硫酸加热搅拌，使温度维持在45±1℃，然后取粉碎的脱脂棉10～50g，缓慢加入硫酸中，持续搅拌30～50分钟；

不同的硫酸浓度所获得的CNF的尺寸和形貌不同。