CN106633791A - 一种纳米纤维素塑基柔性导电薄膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种柔性导电薄膜，所述柔性导电薄膜包括：纳米微晶纤维素基体；和分散于所述纳米微晶纤维素基体中的石墨烯。本发明所制备的柔性导电薄膜具有良好的生物相容性和柔韧性，且对环境友好。本发明还提供了该柔性导电薄膜的制备方法和应用。

Description

一种纳米纤维素塑基柔性导电薄膜的制备方法
技术领域
本发明涉及一种导电薄膜，尤其涉及一种柔性导电薄膜，以及该柔性导电薄膜的制备方法和应用。
背景技术
导电材料作为一种具有良好导电能力的特殊材料，可应用于强度高、低重量、低能耗的显示器上。在众多的导电材料中，导电橡胶有着广泛的用途。其中，碳系导电橡胶是将石墨烯、炭黑、石墨、碳纤维或碳纳米管等碳系导电填料添加到基体橡胶中混炼而成的一种导电橡胶。石墨烯作为一种独特的具有高强度、高导电率新型碳材料，引起了学术界的研究热潮。有文献报道，由还原的氧化石墨稀片堆砌成的膜具有高达35100S/m的电导率。如果将如此之高电导率的石墨烯加入到聚合物基体中将会在很大程度上提高聚合物材料的导电性。如Ruoff R S用异氰酸酯改性后的氧化石墨稀分散到聚苯乙烯中，还原处理后就可以得到石墨炼-聚苯乙烯高分子复合物。该复合物具有很好的导电性，添加体积分数为1％的石墨稀时,常温下该复合物的导电率可达0.l S/m。Wang D W等在石墨稀纸上通过原位阳极电化学聚合苯胺制得石墨稀/聚苯胺复合材料，这种石墨稀基复合纸电极展示出极高的、稳定的质量电容量(233F/g)和体积电容量(135F/cm3)，比目前可制得的其它碳基复合材料的电容量都要好。涂覆导电性聚合物涂布纸在新型功能纸和包装领域备受关注，如用于防静电纸、电磁屏蔽纸、新型壁纸、电阻加热纸和抗菌纸等。
通常，石墨基聚合物纳米复合材料的制备方法主要包括：溶液混合法、原位聚合法、熔融共混法等。
发明内容
因此，基于现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种柔性导电薄膜，还提供了所述柔性导电薄膜的制备方法及其应用。
为了实现上述目的，本发明提供了一种柔性导电薄膜，其中，所述柔性导电薄膜包括：纳米微晶纤维素基体；和分散于所述纳米微晶纤维素基体中的石墨烯。
根据本发明提供的柔性导电薄膜，其中，所述纳米微晶纤维素的表面上含有或部分含有选自以下取代基团中的一种或多种：磺酸基、磷酸基、羧基和羟基。
本发明还提供了一种上述的柔性导电薄膜的制备方法，其中，所述制备方法包括：(1)向纳米微晶纤维素溶液加入石墨烯；(2)将石墨烯分散于纳米微晶纤维溶液中得到分散液；(3)向胶乳溶液加入步骤(2)的分散液，得到混合溶液；(4)将步骤(3)的混合溶液在玻璃或者聚酯(PET)上刮膜。其中，纳米微晶纤维素溶液即为纳米微晶纤维素的水溶液。
根据本发明提供的制备方法，其中，步骤(1)中的纳米微晶纤维素溶液的浓度为0.1％～10％。优选为1％～3％。根据本发明提供的制备方法，其中，步骤(1)中的石墨烯为石墨烯粉末。所述石墨烯粉末的直径优选为0.5～5μm。和/或所述石墨烯粉末的厚度优选为2～4μm。
根据本发明提供的制备方法，其中，步骤(2)的分散为通过均质机均质进行分散。
根据本发明提供的制备方法，其中，所述均质时间为5～10min。
根据本发明提供的制备方法，其中，步骤(3)中的胶乳溶液选自聚氨酯、丁苯胶乳、羧基丁苯胶乳、苯丙乳液和苯乙烯丙烯酸胶乳中的一种或多种。
根据本发明提供的制备方法，其中，石墨烯、纳米微晶纤维素和胶乳的质量比为1～20:1～20:100。
本发明还提供了包含柔性导电薄膜的以下一种或多种材料：防静电包装材料、电磁屏蔽材料、新型壁纸材料、电阻加热材料和抗菌材料，其中，所述柔性导电薄膜为：上述的柔性导电薄膜；或由上述方法制备的柔性导电薄膜。
所述纳米微晶纤维素可为选自以下一种或多种方法制备：硫酸法、磷酸法、TEMPO氧化法和盐酸法。
所述石墨烯可为不同方法制备的石墨烯。
本发明采用的技术路线如下：首先，将石墨烯粉末加入一定浓度纳米微晶纤维素溶液中，采用均质机将石墨烯均匀分散于纳米微晶纤维溶液中。将上述含有石墨烯的纳米微晶纤维素溶液加入胶乳溶液中，得到混合溶液。将上述混合溶液在玻璃上或者PET上刮膜，得到一种纳米微晶纤维素/塑基含有石墨烯的柔性导电材料，即本发明所述的纳米微晶纤维素/塑基柔性导电薄膜。
具体地，所述纳米微晶纤维素/塑基柔性导电薄膜制备方法包括：
将1～20份的石墨烯加入到纳米微晶纤维素溶液中，采用均质机均质5～10min。将上述含有石墨烯的纳米微晶纤维素溶液加入到100份的胶乳中，得到混合溶液。将上述混合溶液在玻璃上或者PET上刮膜，得到一种纳米微晶纤维素/塑基含有石墨烯的柔性导电材料，即本发明所述的柔性导电薄膜。
所述上述制备柔性导电材料中各物料配比如下：
石墨烯：纳米微晶纤维素：胶乳＝1～20:1～20:100，质量比(m/m)。
所述柔性导电薄膜的制备路线如图1。
本发明所制备的柔性导电薄膜具有良好的生物相容性和柔韧性，且对环境友好。
附图说明
以下，结合附图来详细说明本发明的实施方案，其中：
图1示出了本发明的柔性导电薄膜的制备路线。
附图标记说明：
1、石墨烯；2、纳米微晶纤维素水溶液；3、含有石墨烯的纳米微晶纤维素溶液；4、胶乳溶液；5、混合、搅拌；6、含有纳米微晶纤维素、石墨烯和胶乳的分散液；7、在玻璃上或PET上刮膜；8、含有纳米微晶纤维素、石墨烯和胶乳的薄膜，即为所述的柔性导电薄膜。
具体实施方式
下面通过具体的实施例进一步说明本发明，但是，应当理解为，这些实施例仅仅是用于更详细具体地说明之用，而不应理解为用于以任何形式限制本发明。
本部分对本发明试验中所使用到的材料以及试验方法进行一般性的描述。虽然为实现本发明目的所使用的许多材料和操作方法是本领域公知的，但是本发明仍然在此作尽可能详细描述。本领域技术人员清楚，在上下文中，如果未特别说明，本发明所用材料和操作方法是本领域公知的。
以下实施例中使用的试剂和仪器如下：
试剂：
石墨烯，购自常州第六元素材料科技股份有限公司；
所述纳米微晶纤维素为植物纤维素制备得到，其直径小于100nm；由水解法、酶解法或机械法制备得到；
仪器：
均质机，购自德国IKA公司，型号T25。
超高阻微电流测试仪，购自苏州晶格电子有限公司，型号ST-2255。
实施例1
本实施例用于说明本发明的柔性导电薄膜及其制备方法。
具体制备方法包括：
(1)向1质量份纳米微晶纤维素溶液中加入1质量份石墨烯；
(2)采用均质机均质5min得到分散液；
(3)向100质量份胶乳溶液加入步骤(2)的分散液，得到混合溶液；
(4)将步骤(3)的混合溶液在玻璃或者PET上刮膜，得到本发明的柔性导电薄膜。
经多功能数字式四探针测试仪仪器测定，所述柔性导电薄膜的体电阻率为5.01×1015Ω·cm。
实施例2
本实施例用于说明本发明的柔性导电薄膜及其制备方法。
具体制备方法包括：
(1)向20质量份纳米微晶纤维素溶液中加入1质量份石墨烯；
(2)采用均质机均质5min得到分散液；
(3)向100质量份胶乳溶液加入步骤(2)的分散液，得到混合溶液；
(4)将步骤(3)的混合溶液在玻璃或者PET上刮膜，得到本发明的柔性导电薄膜。
经多功能数字式四探针测试仪仪器测定，所述柔性导电薄膜的体电阻率为5.03×1015Ω·cm。
实施例3
本实施例用于说明本发明的柔性导电薄膜及其制备方法。
具体制备方法包括：
(1)向1质量份纳米微晶纤维素溶液中加入5质量份石墨烯；
(2)采用均质机均质7min得到分散液；
(3)向100质量份胶乳溶液加入步骤(2)的分散液，得到混合溶液；
(4)将步骤(3)的混合溶液在玻璃或者PET上刮膜，得到本发明的柔性导电薄膜。
经多功能数字式四探针测试仪仪器测定，所述柔性导电薄膜的体电阻率为3.98×1015Ω·cm。
实施例4
本实施例用于说明本发明的柔性导电薄膜及其制备方法。
具体制备方法包括：
(1)向1质量份纳米微晶纤维素溶液中加入10质量份石墨烯；
(2)采用均质机均质10min得到分散液；
(3)向100质量份胶乳溶液加入步骤(2)的分散液，得到混合溶液；
(4)将步骤(3)的混合溶液在玻璃或者PET上刮膜，得到本发明的柔性导电薄膜。
经多功能数字式四探针测试仪仪器测定，所述柔性导电薄膜的体电阻率为1528.12Ω·cm。
实施例5
本实施例用于说明本发明的柔性导电薄膜及其制备方法。
具体制备方法包括：
(1)向1质量份纳米微晶纤维素溶液中加入15质量份石墨烯；
(2)采用均质机均质10min得到分散液；
(3)向100质量份胶乳溶液加入步骤(2)的分散液，得到混合溶液；
(4)将步骤(3)的混合溶液在玻璃或者PET上刮膜，得到本发明的柔性导电薄膜。
经多功能数字式四探针测试仪仪器测定，所述柔性导电薄膜的体电阻率为885.42Ω·cm。
尽管本发明已进行了一定程度的描述，明显地，在不脱离本发明的精神和范围的条件下，可进行各个条件的适当变化。可以理解，本发明不限于所述实施方案，而归于权利要求的范围，其包括所述每个因素的等同替换。

Claims (10)

1.一种柔性导电薄膜，其特征在于，所述柔性导电薄膜包括：
纳米微晶纤维素基体；和分散于所述纳米微晶纤维素基体中的石墨烯。
2.根据权利要求1所述的柔性导电薄膜，其特征在于，所述纳米微晶纤维素的表面上含有或部分含有选自以下取代基团中的一种或多种：磺酸基、磷酸基、羧基和羟基。
3.一种权利要求1或2所述的柔性导电薄膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
(1)向纳米微晶纤维素溶液加入石墨烯；
(2)将石墨烯分散于纳米微晶纤维溶液中得到分散液；
(3)向胶乳溶液加入步骤(2)的分散液，得到混合溶液；
(4)将步骤(3)的混合溶液在玻璃或者聚酯上刮膜。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中的纳米微晶纤维素溶液的浓度为0.1％～10％，优选为1％～3％。
5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中的石墨烯为石墨烯粉末；
所述石墨烯粉末的直径优选为0.5～5μm；和/或所述石墨烯粉末的厚度优选为2～4μm。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)的分散为通过均质机均质进行分散。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述均质时间为5～10min。
8.根据权利要求3至7中任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中的胶乳溶液选自聚氨酯、丁苯胶乳、羧基丁苯胶乳、苯丙乳液和苯乙烯丙烯酸胶乳中的一种或多种。
9.根据权利要求3至8中任一项所述的制备方法，其特征在于，石墨烯、纳米微晶纤维素和胶乳的质量比为1～20:1～20:100。
10.包含柔性导电薄膜的以下一种或多种材料：防静电包装材料、电磁屏蔽材料、新型壁纸材料、电阻加热材料和抗菌材料，其特征在于，所述柔性导电薄膜为：
权利要求1或2所述的柔性导电薄膜；或由权利要求3至9中任一项所述的方法制备的柔性导电薄膜。
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