[发明专利]一种丝瓜络/碳基纳米颗粒协同改性聚合物导电复合材料的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种丝瓜络/碳基纳米颗粒协同改性聚合物导电复合材料的制备方法，包括下步骤：将丝瓜络纤维与碱性溶液混合预处理，清洗至中性之后再烘干，将碳基纳米颗粒在多异氰酸酯和有机锡类催化剂的存在下与预处理丝瓜络纤维进行接枝反应，同时辐照处理，得到改性丝瓜络纤维；在超声波下使改性丝瓜络纤维与高分子聚合物前驱体充分混合；加热改性丝瓜络纤维/高分子聚合物前驱体混合物，然后进行固化处理，得到丝瓜络/碳基纳米颗粒协同改性聚合物导电复合材料，复合材料的导电能力比传统碳基复合材料高2～7个数量级，而且柔韧性好、弹性好，生产操作简便、成本低和易于结构调控，有望成为大规模生产高性能导电聚合物复合材料的通用方法。

技术领域

本发明属于碳纳米复合材料制备领域，具体为一种丝瓜络/碳基纳米颗粒协同改性聚合物导电复合材料的制备方法及应用。

背景技术

随着社会的发展，环境和资源紧缺问题日益突出，人们已将目光重点投向寻求成本低廉且性能优良的天然可再生生物质资源的综合开发利用研究，以期能逐步摆脱日渐枯竭的石化资源对人类生活、社会生产发展所带来的制约。自然界中种类繁多的生物质材料不仅具有来源丰富、可生物降解和可持续再生等特点，而且通常皆由纳米至亚微米尺度的结构单元自组装形成刚柔并具的多尺度复杂结构，呈现出天然的性能优越性和功能多样性。天然植物纤维材料在地球上储量巨大，被誉为高度可持续利用的材料，开展此类材料的高值化综合利用已然成为国内外科研人员的研究热点之一。

丝瓜为葫芦科丝瓜属一年生攀缘性草本植物，作为一种新兴的经济作物，在国内外热带、亚热带地区均有广泛种植。丝瓜络是成熟丝瓜果实除去外皮和种子后获得的纤维质网状结构的天然维管束组织，又名丝瓜海绵、植物海绵。近年来，随着科技的发展，丝瓜络经科学开发，已悄然成为一种新型的天然工业材料，在包装、消声、过滤、保温、减震和抗冲击缓冲器等工程领域获得应用。

丝瓜络拥有天然纤维作为复合材料增强相的优势，如低密度、高强度、可再生性、可降解性。此外，因其具有天然网络结构，可将本身具有导电功能的碳基纳米颗粒负载于其网络结构上形成预制的导电网络骨架，再与聚合物基体进行复合，以制备具有优异导电功能的复合材料。丝瓜络的表面理化特性，如吸附、润湿、热稳定性、黏附性和化学反应性等，对其所制备的复合材料的综合应用性能影响显著。为了克服丝瓜络与高分子基体之间相容性差等不足，需要对丝瓜络表面进行改性处理。

发明内容

为解决现有技术存在的聚合物导电复合材料导电性低的缺陷，提供一种丝瓜络/碳基纳米颗粒协同改性聚合物导电复合材料的制备方法及其应用。

一种丝瓜络/碳基纳米颗粒协同改性聚合物导电复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将丝瓜络纤维与碱性溶液混合处理，所述碱性溶液的摩尔浓度为0.001mol/L～5mol/L，混合处理时间为0.5～50h，混合处理温度是20～50℃，用去离子水清洗至中性之后再烘干，得到预处理丝瓜络纤维；丝瓜络是一种绿色的可再生资源，具有来源丰富、可生物降解和可持续再生等特点。因其具有独特的轻质多孔立体网状结构和优良的综合性能，所以将其作为复合材料中承载碳基纳米颗粒的骨架，取得优良的改性效果；

(2)将碳基纳米颗粒在多异氰酸酯和有机锡类催化剂的存在下与预处理丝瓜络纤维进行接枝反应，同时经微波、紫外线、γ射线或等离子束辐照处理，得到改性丝瓜络纤维；本发明利用微波或紫外或γ射线或等离子束辐照处理来还原丝瓜络纤维上接枝的碳基纳米颗粒，不需要添加还原剂。因为添加还原剂时会很容易破坏碳基纳米颗粒的sp²杂化结构，π-π共轭结构受到一定影响，从而降低了电子在纳米片层中的传输速度，降低导电性。此外使用还原剂对环境也会造成一定污染；