[发明专利]一种纳米纤维素/碳纳米管/聚二甲基硅氧烷导电复合膜及其制备方法

说明书

本发明涉及一种纳米纤维素/碳纳米管/聚二甲基硅氧烷导电复合膜的制备方法，及通过该方法制备的导电复合膜，制备方法包括以下步骤：从木粉中提取纤维素；机械研磨法制备纳米纤维素；制备纳米纤维素/碳纳米管复合膜；浸渍法制备纳米纤维素/碳纳米管/聚二甲基硅氧烷导电复合膜；本方法制备所得纳米纤维素/碳纳米管/聚二甲基硅氧烷导电复合膜具有良好的柔韧性、导电性能。

技术领域

本发明涉及一种导电复合膜及其制备方法，具体地说是一种纳米纤维素/碳纳米管/聚二甲基硅氧烷导电复合膜的制备方法，属于能源电子新材料领域。

背景技术

聚二甲基硅氧烷是一种以硅氧结构为主链的疏水类高分子有机聚合物，具有良好的拉伸性能、生物相容性等优点，可以在不破坏分子链结构的情况下承受较大的机械变形，是一种理想的可拉伸电子器件基体材料。聚二甲基硅氧烷在拉伸性能上表现出较高的断裂伸长率，但其弹性模量和拉伸强度较低，严重限制了其在可拉伸能源电子器件研究领域的应用。

纤维素作为植物纤维原料的主要化学成分，是自然界储存量最丰富的天然可再生资源。其原纤化产物纳米纤维素具有高长径比、 高强度、高结晶度等优点，且能够通过分子链间氢键的结构构建相互缠结紧密的网络结构，是一种质轻、环境友好的可降解聚合物，常作为生物增强相应用于生物质基高强度复合材料领域。纳米纤维素分子链表面含有大量羟基，亲水性较强，因此，常见的利用纳米纤维素增强聚合物的方法如混合法：将亲水性的纳米纤维素与水溶性聚合物在水性条件下混合，经浇铸法制备获得复合材料（如先前申请“一种纳米纤维素/聚乙烯醇凝胶复合材料”， 公开号：CN102786642B）。而这种方法的缺点在于，由于纳米纤维素比表面积较大，在聚合物中易发生团聚，难以提高其在聚合物中的分散浓度；此外，由于其较强的亲水性，难以与如聚二甲基硅氧烷等非亲水性有机聚合物相结合，以作为增强相改善其力学性能。因此，如何将亲水性纳米纤维素引入聚二甲基硅氧烷中，以提高其力学强度是当前制备工艺中亟待解决的问题之一。

将碳纳米管引入聚合物基材中可赋予其导电性能，然而碳纳米管比表面积较大，管间具有很强的范德华力和 π-π 共轭作用，在聚合物中易发生团聚，导致其在受力过程中易发生滑落而造成应力集中，无法达到增强效果。且低浓度碳纳米管在聚合物中所构成的导电通 路密度较低，从而限制了其导电性能的提升。传统的分散方法需对碳纳米管进行“化学改性”，但这种方法不仅提高了碳纳米管的制备价格，且在改性过程中，碳纳米管管壁易发生破坏，使其电子传输通路断开，致使导电性能下降。

发明内容

本发明的目的在于制备出一种具有良好柔韧性和导电性能的导电膜，本发明通过将纳米纤维素引入聚二甲基硅氧烷中提高其力学强度，将碳纳米管引入聚合物基材中赋予其优良的导电性能，制备出碳纳米管/聚二甲基硅氧烷导电复合膜。

本发明所采取的技术方案为：一种纳米纤维素/碳纳米管/聚二甲基硅氧烷导电复合膜的制备方法，包括以下步骤

（a）从木粉中提取纤维素；

（b）机械研磨法制备纳米纤维素；

（c）制备纳米纤维素/碳纳米管复合膜；

（d）浸渍法制备纳米纤维素/碳纳米管/聚二甲基硅氧烷导电复合膜；

所述步骤（a）为：（1）将木粉与水充分混合后，（2）采用酸处理去除木质素，向木粉与水的混合液中加入酸处理溶液，酸处理后抽滤得到样品1；（3）碱处理去除半纤维素，将样品1置于碱处理溶液中，所述碱处理溶液为氢氧化钾溶液，碱处理后抽滤得到样品2；

所述步骤（b）为：将样品2与水混合后置于研磨机中研磨得到纳米纤维素悬浮液；

所述步骤（c）为：（1）将纳米纤维素的悬浮液和碳纳米管在水中充分混合，抽滤制得纳米纤维素/碳纳米管复合膜，（2）将纳米纤维素/碳纳米管膜浸泡至有机溶剂中，将纳米纤维素/碳纳米管中水分置换为有机溶剂，制得含有机溶剂的纳米纤维素/碳纳米管复合膜；