CN109859879A - 一种基于石墨烯的高性能导电膜及其加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于石墨烯的高性能导电膜及其加工方法，属于高分子材料技术领域。本发明取纤维素浆板，硫酸溶液，N,N‑二甲基乙酰胺，聚乳酸，改性氧化石墨烯，卡波姆，将纤维素浆板与硫酸溶液恒温搅拌处理，加入卡波姆，继续处理，过滤，碱洗，得预处理纤维素浆，将所得预处理纤维素浆与N,N‑二甲基乙酰胺混合均质，接着加入改性氧化石墨烯和聚乳酸，均质，得成膜液，流延成膜，干燥，刮膜，即得基于石墨烯的高性能导电膜。本发明提供的基于石墨烯的高性能导电膜具有优异的导电和力学性能。
Description
技术领域
本发明公开了一种基于石墨烯的高性能导电膜及其加工方法，属于高分子材料技术领域。
背景技术
纳米碳材料石墨烯兼具良好的柔性和优异的导电性能，它是由碳原子六角结构（蜂窝格子状）紧密排列而成，是由一层sp2杂化的碳原子构成的二维材料，这种特殊的化学结构决定了其还具有优异的力学性能、光学性能和热学性能，使其在柔性导电材料领域显示出极为诱人的应用前景。为了更好地利用石墨烯的这些特性，使其获得更加广泛的应用，首先需要解决其刚度大、不易加工成型的问题。由纤维素制备出的纳米纤维素，具有高纯度、高亲水性、高结晶度等优越特性，同时，还赋予其纳米粒子属性，如较大的比表面积、较高的反应活性、优良的力学性能、光电效应以及纳米尺寸效应，可以和石墨烯形成CH-相互作用、静电相互作用。
通常将导电材料与聚合物通过溶液共混的方式制备得到导电复合膜，但导电复合膜的导电性与导电材料在聚合物中的分散性有着直接的联系，Vadukumpully等通过溶液共混法制备了石墨烯/聚氯乙烯复合材料，他们发现6.47%（体积）的石墨烯基复合材料电导率达到最大值0.058S/cm。然而该方法需要使用昂贵的分散液并且不能得到单层石墨烯分散液。陈志昌等通过物理共混与超声相结合的方法制备了石墨烯/聚乳酸复合膜，添加0.5%的石墨烯时，电阻值数量级可达104，虽然比纯的聚乳酸（电阻值数量级1016）降低了12个数量级，但电阻值仍然很大。本文将石墨烯与纳米纤维素作为导电复合膜的导电材料，并将其嵌在高聚物膜基材料表面。常用的高聚物膜基材有聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)和聚萘二甲酸乙二醇酯(PC)。这些高聚物膜基材具有一定柔韧性，但加工温度低、热膨胀系数高、难以生物降解与循环再生等这些缺陷限制了其应用。寻找一种电化学稳定、力学性能优良、廉价、绿色并可再生的新型柔性膜基体材料显得尤为重要。聚乳酸作为一种绿色能源具有良好的生物降解性、生物相容性，并且聚乳酸有着极为优异的力学性能，是热塑性材料。它的抗拉强度非常优异，同时也具有较好的延展度。利用其作为整个材料的基体，可以大大提高材料的抗张强度并使材料表现出优异的可降解性。由此所制得的三者复合材料具有较好的导电性能、力学性能、热学性能及环保特性，在可穿戴设备、柔性显示、触摸屏、柔性印制电子及超级电容器等电子领域有着其他材料无法比拟的优势。
发明内容
本发明的目的在于提供种基于石墨烯的高性能导电膜及其加工方法，以解决现有技术中的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于石墨烯的高性能导电膜，其特征在于：包括以下重量份数的原料：纤维素浆板10～20份，硫酸溶液60～80份，N,N-二甲基乙酰胺60～80份，聚乳酸40～60份，氧化石墨烯8～10份。
所述基于石墨烯的高性能导电膜还包括以下重量份数的原料：卡波姆8～10份。
所述卡波姆为卡波姆934P，卡波姆940GE，卡波姆941G，卡波姆980GE中的任意一种。
所述基于石墨烯的高性能导电膜包括以下重量份数的原料：纤维素浆板20份，硫酸溶液80份，N,N-二甲基乙酰胺80份，聚乳酸60份，氧化石墨烯10份，卡波姆10份。
一种基于石墨烯的高性能导电膜的加工方法，其特征在于具体加工方法为：
（1）氧化石墨烯一次处理；
（2）将步骤（2）所得物二次处理；
（3）将步骤（3）所得物三次处理；
（4）将步骤（3）所得物改性处理；
（5）取料；
（6）将纤维素浆板与硫酸溶液恒温搅拌处理，加卡波姆继续处理；
（7）向步骤（6）所得物中加入改性氧化石墨烯和聚乳酸，并均质；
（8）成膜；
（9）对步骤（8）所得产品进行指标分析。
所述基于石墨烯的高性能导电膜的制备步骤为：
（1）将氧化石墨烯与水混合超声，接着加入叠氮化钠，加热搅拌反应，接着加入四氢化铝锂，加热搅拌反应，过滤，洗涤，干燥，得一次处理氧化石墨烯，通过加入叠氮化钠，使得氧化石墨烯表面接枝叠氮基，接着再利用四氢化铝锂还原氧化石墨烯表面的叠氮基，使得氧化石墨烯表面的叠氮基还原成氨基；
（2）将一处理氧化石墨烯利用石油醚蒸气处理，加压，保压，瞬间泄压，干燥，得二次处理氧化石墨烯，利用石油醚蒸气处理氧化石墨烯，使得石油醚能够进入氧化石墨烯表面的褶皱和缝隙中，接着经过加压，使得石油醚液化并进一步渗透到氧化石墨烯表面的褶皱和缝隙中，随后经过瞬间泄压，液态石油醚瞬间气化，气化后的石油醚体积迅速膨胀，产生膨胀压力，膨胀压力使得氧化石墨烯表面的褶皱和缝隙进一步丰富；
（3）将二次处理氧化石墨烯与改性海藻酸钠液混合，接着加入氢氧化钠溶液调节pH，加热搅拌反应，过滤，得三次处理氧化石墨烯，在碱性加热条件下，改性海藻酸钠分子链上的醛基能够与氧化石墨烯表面的羟基发生羟醛缩合反应，使得海藻酸钠与氧化石墨烯间的结合性能得到提升；
（4）将三次处理氧化石墨烯与硝酸钙溶液搅拌混合，过滤，洗涤，干燥，得改性氧化石墨烯，钙离子能够促使氧化石墨烯表面残留的改姓海藻酸钠交联成膜，由于氧化石墨烯表面具有丰富的褶皱和缝隙，褶皱和缝隙为氧化石墨烯与改姓海藻酸钠膜提供了较大的接触面，使得改性海藻酸钠膜能够与氧化石墨烯良好的结合；
（5）取纤维素浆板，硫酸溶液，N,N-二甲基乙酰胺，聚乳酸，改性氧化石墨烯，卡波姆；
（6）将纤维素浆板与硫酸溶液恒温搅拌处理，加入卡波姆，继续处理，过滤，碱洗，得预处理纤维素浆，通过加入卡波姆，卡波姆能够吸附在纤维素表面，经过碱洗，碱能够使得纤维素表面吸附的卡波姆分子链上的羧基离子化，由于卡波姆分子链上的羧基离子化，使得纤维素带负电荷，由于同种电荷间相互排斥，使得纤维素能够良好的分散在体系中，同时，由于卡波姆分子链带负电荷，使得卡波姆分子链弥散伸展，卡波姆弥散伸展的长链能够与改性氧化石墨烯表面的改型海藻酸钠交联网络牢固缠绕，使得改性氧化石墨烯与基体纤维素间的界面结合性能得到提升，从而使得体系的力学性能得到进一步的提升，再者，由于纤维素表面带电相互排斥，能够良好的分散在体系中，同理，与纤维紧密缠绕的改性氧化石墨烯同样能够良好的分散，从而使得氧化石墨烯间能够有序连接形成导电网络，有序的导电网络使得体系的导电性能得到进一步的提升；
（7）将所得预处理纤维素浆与N,N-二甲基乙酰胺混合均质，接着加入改性氧化石墨烯和聚乳酸，均质，得成膜液；
（8）流延成膜，干燥，刮膜，即得基于石墨烯的高性能导电膜；
（9）对所得产品进行指标分析。
所述基于石墨烯的高性能导电膜的具体制备过程为：
（1）将氧化石墨烯与水按质量比1：10～1：20置于单口烧瓶中，接着将三口烧瓶置于超声分散仪中，于超声频率为55～75kHz条件下，混合超声20～30min，接着向三口烧瓶中加入氧化石墨烯质量0.1～0.2倍的叠氮化钠，随后将三口烧瓶移至数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为140～160℃，转速为600～800r/min条件下，加热搅拌反应1～2h，接着向三口烧瓶中加入氧化石墨烯质量0.03～0.04倍的四氢化铝锂，于温度为140～160℃，转速为600～800r/min条件下，加热搅拌反应1～2h后，过滤，得1号滤渣，接着通去离子水将1号滤渣洗涤3～5次，随后将洗涤后的1号滤渣置于烘箱中，于温度为105～110℃条件下，干燥至恒重，得一次处理氧化石墨烯；
（2）将一处理氧化石墨烯置于高压釜中，并以100～120mL/min速率向釜内充入石油醚蒸气，于温度为120～140℃条件下，石油醚蒸气处理5～10min,接着向反应釜中加压至1.2～1.8MPa，并保压30～60s后，瞬间泄压，得处理料，接着将处理料置于烘箱中，于温度为105～110℃条件下，干燥至恒重，得二次处理氧化石墨烯；
（3）将二次处理氧化石墨烯与改性海藻酸钠液按质量比1：30～1：50置于四口烧瓶中，于转速为800～1000r/min条件下，搅拌混合20～30min，接着向四口烧瓶加入氢氧化钠溶液调节pH至8.6～8.9，再将四口烧瓶置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为140～160℃，转速为400～600r/min条件下，搅拌反应40～60min后，过滤，得三次处理氧化石墨烯；
（4）将三次处理氧化石墨烯与质量分数为10～15%的硝酸钙溶液置于1号烧杯中，于转速为400～500r/min条件下，搅拌混合40～60min后，过滤，得2号滤渣，接着用去离子水将2号滤渣洗涤3～5次，随后将洗涤后的2号滤渣置于烘箱中，于温度为105～110℃条件下干燥至恒重，得改性氧化石墨烯；
（5）按重量份数计，依次取纤维素浆板10～20份，硫酸溶液60～80份，N,N-二甲基乙酰胺60～80份，聚乳酸40～60份，改性氧化石墨烯8～10份，卡波姆8～10份；
（6）将纤维素浆板与质量分数为10～15%的硫酸溶液置于反应釜中，于温度为86～90℃，转速为1000～1200r/min条件下，恒温搅拌处理5～8h后，接着向反应釜中加入卡波姆，于温度为86～90℃，转速为1000～1200r/min条件下，继续处理2～3h后，过滤，得滤饼，接着用质量分数为20～30%的氨水将滤饼洗涤至洗涤液为中性，得预处理纤维素浆；
（7）将所得预处理纤维素浆与N,N-二甲基乙酰胺置于高压均质机中，于压力为850～900MPa条件下，混合均质12～15次，接着向高压均质机中加入改性氧化石墨烯和聚乳酸，于压力为850～900MPa条件下，混合均质12～15次，得成膜液；
（8）接着将成膜液延于玻璃板，接着将玻璃板置于烘箱中，于温度为105～110℃条件下，干燥至恒重，接着用刮刀刮膜，即得基于石墨烯的高性能导电膜；
（9）对所得产品进行指标分析。
所述改性海藻酸钠液的制备过程为：将海藻酸钠与水按质量比1：50～1：100置于2号烧杯中，并用玻璃棒搅拌10～20min后，精致溶胀3～5h，接着将2号烧杯置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为90～95℃，转速为500～600r/min条件下，加热搅拌溶解40～60min，再加入海藻酸钠质量0.03～0.05倍的高碘酸钠，于温度为90～95℃，转速为500～600r/min条件下，加热搅拌反应40～60min，即得改性海藻酸钠液。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明在制备过程中，首先，通过加入叠氮化钠，使得氧化石墨烯表面接枝叠氮基，接着再利用四氢化铝锂还原氧化石墨烯表面的叠氮基，使得氧化石墨烯表面的叠氮基还原成氨基；
其次，利用石油醚蒸气处理氧化石墨烯，使得石油醚能够进入氧化石墨烯表面的褶皱和缝隙中，接着经过加压，使得石油醚液化并进一步渗透到氧化石墨烯表面的褶皱和缝隙中，随后经过瞬间泄压，液态石油醚瞬间气化，气化后的石油醚体积迅速膨胀，产生膨胀压力，膨胀压力使得氧化石墨烯表面的褶皱和缝隙进一步丰富；
再次，钙离子能够促使氧化石墨烯表面残留的改姓海藻酸钠交联成膜，由于氧化石墨烯表面具有丰富的褶皱和缝隙，褶皱和缝隙为氧化石墨烯与改姓海藻酸钠膜提供了较大的接触面，使得改性海藻酸钠膜能够与氧化石墨烯良好的结合；
最后，通过加入卡波姆，卡波姆能够吸附在纤维素表面，经过碱洗，碱能够使得纤维素表面吸附的卡波姆分子链上的羧基离子化，由于卡波姆分子链上的羧基离子化，使得纤维素带负电荷，由于同种电荷间相互排斥，使得纤维素能够良好的分散在体系中，同时，由于卡波姆分子链带负电荷，使得卡波姆分子链弥散伸展，卡波姆弥散伸展的长链能够与改性氧化石墨烯表面的改型海藻酸钠交联网络牢固缠绕，使得改性氧化石墨烯与基体纤维素间的界面结合性能得到提升，从而使得体系的力学性能得到进一步的提升，再者，由于纤维素表面带电相互排斥，能够良好的分散在体系中，同理，与纤维紧密缠绕的改性氧化石墨烯同样能够良好的分散，从而使得氧化石墨烯间能够有序连接形成导电网络，有序的导电网络使得体系的导电性能得到进一步的提升。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了更清楚的说明本发明提供的方法通过以下实施例进行详细说明，在以下实施例中制作的基于石墨烯的高性能导电膜的各指标的测试方法如下：
导电性能：使用上海乾峰电子仪器有限公司SB100A/2型四探针导体/半导体电阻率测量仪测定复合导电膜的表面电阻率。
力学性能：按照QB/T2415方法测定抗张强度。
实例1
一种基于石墨烯的高性能导电膜，其特征在于：包括以下重量份数的原料：纤维素浆板20份，硫酸溶液80份，N,N-二甲基乙酰胺80份，聚乳酸60份，氧化石墨烯10份，卡波姆10份。
一种基于石墨烯的高性能导电膜的加工方法，具体加工过程为：
（1）将氧化石墨烯与水按质量比1：20置于单口烧瓶中，接着将三口烧瓶置于超声分散仪中，于超声频率为75kHz条件下，混合超声30min，接着向三口烧瓶中加入氧化石墨烯质量0.2倍的叠氮化钠，随后将三口烧瓶移至数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为160℃，转速为800r/min条件下，加热搅拌反应2h，接着向三口烧瓶中加入氧化石墨烯质量0.04倍的四氢化铝锂，于温度为160℃，转速为800r/min条件下，加热搅拌反应2h后，过滤，得1号滤渣，接着通去离子水将1号滤渣洗涤5次，随后将洗涤后的1号滤渣置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，得一次处理氧化石墨烯；
（2）将一处理氧化石墨烯置于高压釜中，并以120mL/min速率向釜内充入石油醚蒸气，于温度为140℃条件下，石油醚蒸气处理10min,接着向反应釜中加压至1.8MPa，并保压60s后，瞬间泄压，得处理料，接着将处理料置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，得二次处理氧化石墨烯；
（3）将二次处理氧化石墨烯与改性海藻酸钠液按质量比1：50置于四口烧瓶中，于转速为1000r/min条件下，搅拌混合30min，接着向四口烧瓶加入氢氧化钠溶液调节pH至8.9，再将四口烧瓶置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为160℃，转速为600r/min条件下，搅拌反应60min后，过滤，得三次处理氧化石墨烯；
（4）将三次处理氧化石墨烯与质量分数为15%的硝酸钙溶液置于1号烧杯中，于转速为500r/min条件下，搅拌混合60min后，过滤，得2号滤渣，接着用去离子水将2号滤渣洗涤5次，随后将洗涤后的2号滤渣置于烘箱中，于温度为110℃条件下干燥至恒重，得改性氧化石墨烯；
（5）按重量份数计，依次取纤维素浆板20份，硫酸溶液80份，N,N-二甲基乙酰胺80份，聚乳酸60份，改性氧化石墨烯10份，卡波姆10份；
（6）将纤维素浆板与质量分数为15%的硫酸溶液置于反应釜中，于温度为90℃，转速为1200r/min条件下，恒温搅拌处理8h后，接着向反应釜中加入卡波姆，于温度为90℃，转速为1200r/min条件下，继续处理3h后，过滤，得滤饼，接着用质量分数为30%的氨水将滤饼洗涤至洗涤液为中性，得预处理纤维素浆；
（7）将所得预处理纤维素浆与N,N-二甲基乙酰胺置于高压均质机中，于压力为900MPa条件下，混合均质15次，接着向高压均质机中加入改性氧化石墨烯和聚乳酸，于压力为900MPa条件下，混合均质15次，得成膜液；
（8）接着将成膜液延于玻璃板，接着将玻璃板置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，接着用刮刀刮膜，即得基于石墨烯的高性能导电膜；
（9）对所得产品进行指标分析。
步骤（3）所述改性海藻酸钠液的制备过程为：将海藻酸钠与水按质量比1：100置于2号烧杯中，并用玻璃棒搅拌20min后，精致溶胀5h，接着将2号烧杯置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为95℃，转速为600r/min条件下，加热搅拌溶解60min，再加入海藻酸钠质量0.05倍的高碘酸钠，于温度为95℃，转速为600r/min条件下，加热搅拌反应60min，即得改性海藻酸钠液。
实例2
一种基于石墨烯的高性能导电膜，其特征在于：包括以下重量份数的原料：纤维素浆板20份，硫酸溶液80份，N,N-二甲基乙酰胺80份，聚乳酸60份，氧化石墨烯10份，卡波姆10份。
一种基于石墨烯的高性能导电膜的加工方法，具体加工过程为：
（1）按重量份数计，依次取纤维素浆板20份，硫酸溶液80份，N,N-二甲基乙酰胺80份，聚乳酸60份，氧化石墨烯10份，卡波姆10份；
（2）将纤维素浆板与质量分数为15%的硫酸溶液置于反应釜中，于温度为90℃，转速为1200r/min条件下，恒温搅拌处理8h后，接着向反应釜中加入卡波姆，于温度为90℃，转速为1200r/min条件下，继续处理3h后，过滤，得滤饼，接着用质量分数为30%的氨水将滤饼洗涤至洗涤液为中性，得预处理纤维素浆；
（3）将所得预处理纤维素浆与N,N-二甲基乙酰胺置于高压均质机中，于压力为900MPa条件下，混合均质15次，接着向高压均质机中加入氧化石墨烯和聚乳酸，于压力为900MPa条件下，混合均质15次，得成膜液；
（4）接着将成膜液延于玻璃板，接着将玻璃板置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，接着用刮刀刮膜，即得基于石墨烯的高性能导电膜；
（5）对所得产品进行指标分析。
实例3
一种基于石墨烯的高性能导电膜，其特征在于：包括以下重量份数的原料：纤维素浆板20份，硫酸溶液80份，N,N-二甲基乙酰胺80份，聚乳酸60份，氧化石墨烯10份。
一种基于石墨烯的高性能导电膜的加工方法，具体加工过程为：
（1）将氧化石墨烯与水按质量比1：20置于单口烧瓶中，接着将三口烧瓶置于超声分散仪中，于超声频率为75kHz条件下，混合超声30min，接着向三口烧瓶中加入氧化石墨烯质量0.2倍的叠氮化钠，随后将三口烧瓶移至数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为160℃，转速为800r/min条件下，加热搅拌反应2h，接着向三口烧瓶中加入氧化石墨烯质量0.04倍的四氢化铝锂，于温度为160℃，转速为800r/min条件下，加热搅拌反应2h后，过滤，得1号滤渣，接着通去离子水将1号滤渣洗涤5次，随后将洗涤后的1号滤渣置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，得一次处理氧化石墨烯；
（2）将一处理氧化石墨烯置于高压釜中，并以120mL/min速率向釜内充入石油醚蒸气，于温度为140℃条件下，石油醚蒸气处理10min,接着向反应釜中加压至1.8MPa，并保压60s后，瞬间泄压，得处理料，接着将处理料置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，得二次处理氧化石墨烯；
（3）将二次处理氧化石墨烯与改性海藻酸钠液按质量比1：50置于四口烧瓶中，于转速为1000r/min条件下，搅拌混合30min，接着向四口烧瓶加入氢氧化钠溶液调节pH至8.9，再将四口烧瓶置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为160℃，转速为600r/min条件下，搅拌反应60min后，过滤，得三次处理氧化石墨烯；
（4）将三次处理氧化石墨烯与质量分数为15%的硝酸钙溶液置于1号烧杯中，于转速为500r/min条件下，搅拌混合60min后，过滤，得2号滤渣，接着用去离子水将2号滤渣洗涤5次，随后将洗涤后的2号滤渣置于烘箱中，于温度为110℃条件下干燥至恒重，得改性氧化石墨烯；
（5）按重量份数计，依次取纤维素浆板20份，硫酸溶液80份，N,N-二甲基乙酰胺80份，聚乳酸60份，改性氧化石墨烯10份；
（6）将纤维素浆板与质量分数为15%的硫酸溶液置于反应釜中，于温度为90℃，转速为1200r/min条件下，恒温搅拌处理8h后，于温度为90℃，转速为1200r/min条件下，继续处理3h后，过滤，得滤饼，接着用质量分数为30%的氨水将滤饼洗涤至洗涤液为中性，得预处理纤维素浆；
（7）将所得预处理纤维素浆与N,N-二甲基乙酰胺置于高压均质机中，于压力为900MPa条件下，混合均质15次，接着向高压均质机中加入改性氧化石墨烯和聚乳酸，于压力为900MPa条件下，混合均质15次，得成膜液；
（8）接着将成膜液延于玻璃板，接着将玻璃板置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，接着用刮刀刮膜，即得基于石墨烯的高性能导电膜；
（9）对所得产品进行指标分析。
步骤（3）所述改性海藻酸钠液的制备过程为：将海藻酸钠与水按质量比1：100置于2号烧杯中，并用玻璃棒搅拌20min后，精致溶胀5h，接着将2号烧杯置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为95℃，转速为600r/min条件下，加热搅拌溶解60min，再加入海藻酸钠质量0.05倍的高碘酸钠，于温度为95℃，转速为600r/min条件下，加热搅拌反应60min，即得改性海藻酸钠液。
实力4
一种基于石墨烯的高性能导电膜，其特征在于：包括以下重量份数的原料：纤维素浆板20份，硫酸溶液80份，N,N-二甲基乙酰胺80份，聚乳酸60份，氧化石墨烯10份，卡波姆10份。
一种基于石墨烯的高性能导电膜的加工方法，具体加工过程为：
（1）将氧化石墨烯与水按质量比1：20置于单口烧瓶中，接着将三口烧瓶置于超声分散仪中，于超声频率为75kHz条件下，混合超声30min，接着向三口烧瓶中加入氧化石墨烯质量0.2倍的叠氮化钠，随后将三口烧瓶移至数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为160℃，转速为800r/min条件下，加热搅拌反应2h，接着向三口烧瓶中加入氧化石墨烯质量0.04倍的四氢化铝锂，于温度为160℃，转速为800r/min条件下，加热搅拌反应2h后，过滤，得1号滤渣，接着通去离子水将1号滤渣洗涤5次，随后将洗涤后的1号滤渣置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，得一次处理氧化石墨烯；
（2）将一处理氧化石墨烯置于高压釜中，并以120mL/min速率向釜内充入石油醚蒸气，于温度为140℃条件下，石油醚蒸气处理10min,接着向反应釜中加压至1.8MPa，并保压60s后，瞬间泄压，得处理料，接着将处理料置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，得二次处理氧化石墨烯；
（3）将二次处理氧化石墨烯与海藻酸钠液按质量比1：50置于四口烧瓶中，于转速为1000r/min条件下，搅拌混合30min，接着向四口烧瓶加入氢氧化钠溶液调节pH至8.9，再将四口烧瓶置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为160℃，转速为600r/min条件下，搅拌反应60min后，过滤，得三次处理氧化石墨烯；
（4）将三次处理氧化石墨烯与质量分数为15%的硝酸钙溶液置于1号烧杯中，于转速为500r/min条件下，搅拌混合60min后，过滤，得2号滤渣，接着用去离子水将2号滤渣洗涤5次，随后将洗涤后的2号滤渣置于烘箱中，于温度为110℃条件下干燥至恒重，得改性氧化石墨烯；
（5）按重量份数计，依次取纤维素浆板20份，硫酸溶液80份，N,N-二甲基乙酰胺80份，聚乳酸60份，改性氧化石墨烯10份，卡波姆10份；
（6）将纤维素浆板与质量分数为15%的硫酸溶液置于反应釜中，于温度为90℃，转速为1200r/min条件下，恒温搅拌处理8h后，接着向反应釜中加入卡波姆，于温度为90℃，转速为1200r/min条件下，继续处理3h后，过滤，得滤饼，接着用质量分数为30%的氨水将滤饼洗涤至洗涤液为中性，得预处理纤维素浆；
（7）将所得预处理纤维素浆与N,N-二甲基乙酰胺置于高压均质机中，于压力为900MPa条件下，混合均质15次，接着向高压均质机中加入改性氧化石墨烯和聚乳酸，于压力为900MPa条件下，混合均质15次，得成膜液；
（8）接着将成膜液延于玻璃板，接着将玻璃板置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，接着用刮刀刮膜，即得基于石墨烯的高性能导电膜；
（9）对所得产品进行指标分析。
对比例
所述基于石墨烯的高性能导电膜包括以下重量份数的原料：纤维素浆板20份，硫酸溶液80份，N,N-二甲基乙酰胺80份，聚乳酸60份，氧化石墨烯10份，卡波姆10份。
所述基于石墨烯的高性能导电膜的具体制备过程为：
（1）按重量份数计，依次取纤维素浆板20份，硫酸溶液80份，N,N-二甲基乙酰胺80份，聚乳酸60份，氧化石墨烯10份；
（2）将纤维素浆板与质量分数为15%的硫酸溶液置于反应釜中，于温度为90℃，转速为1200r/min条件下，恒温搅拌处理8h后，于温度为90℃，转速为1200r/min条件下，继续处理3h后，过滤，得滤饼，接着用质量分数为30%的氨水将滤饼洗涤至洗涤液为中性，得预处理纤维素浆；
（3）将所得预处理纤维素浆与N,N-二甲基乙酰胺置于高压均质机中，于压力为900MPa条件下，混合均质15次，接着向高压均质机中加入氧化石墨烯和聚乳酸，于压力为900MPa条件下，混合均质15次，得成膜液；
（4）接着将成膜液延于玻璃板，接着将玻璃板置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，接着用刮刀刮膜，即得基于石墨烯的高性能导电膜；
（5）对所得产品进行指标分析。
性能检测表：
表1
从表1中可以看出：通过实例1，实例2，实例3，实例4与对比例对比可看出，通过对氧化石墨烯进行一系列改性，使得氧化石墨烯表面覆盖改姓海藻酸钠膜，接着利用离子化的后的卡波姆带同种电荷，改善纤维素的分布，并在纤维素表面形成弥散伸展的卡波姆长链，卡波姆弥散伸展的长链能够与改性氧化石墨烯表面的改型海藻酸钠交联网络牢固缠绕，使得改性氧化石墨烯与基体纤维素间的界面结合性能得到提升，从而使得体系的力学性能得到进一步的提升，同时，由于纤维素与改性氧化石墨烯间结合紧密，同理，与纤维紧密缠绕的改性氧化石墨烯同样能够良好的分散，从而使得氧化石墨烯间能够有序连接形成导电网络，有序的导电网络使得体系的导电性能得到进一步的提升。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
Claims (8)
1.一种基于石墨烯的高性能导电膜，其特征在于：包括以下重量份数的原料：纤维素浆板10～20份，硫酸溶液60～80份，N,N-二甲基乙酰胺60～80份，聚乳酸40～60份，氧化石墨烯8～10份。
2.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯的高性能导电膜，其特征在于：所述基于石墨烯的高性能导电膜还包括以下重量份数的原料：卡波姆8～10份。
3.根据权利要求2所述的一种基于石墨烯的高性能导电膜，其特征在于：所述卡波姆为卡波姆934P，卡波姆940GE，卡波姆941G，卡波姆980GE中的任意一种。
4.根据权利要求3所述的一种基于石墨烯的高性能导电膜，其特征在于：所述基于石墨烯的高性能导电膜包括以下重量份数的原料：纤维素浆板20份，硫酸溶液80份，N,N-二甲基乙酰胺80份，聚乳酸60份，氧化石墨烯10份，卡波姆10份。
5.一种基于石墨烯的高性能导电膜的加工方法，其特征在于具体加工方法为：
氧化石墨烯一次处理；
将步骤（2）所得物二次处理；
将步骤（3）所得物三次处理；
将步骤（3）所得物改性处理；
取料；
将纤维素浆板与硫酸溶液恒温搅拌处理，加卡波姆继续处理；
向步骤（6）所得物中加入改性氧化石墨烯和聚乳酸，并均质；
成膜；
对步骤（8）所得产品进行指标分析。
6.根据权利要求5所述的一种基于石墨烯的高性能导电膜的加工方法，其特征在于：所述基于石墨烯的高性能导电膜的制备步骤为：
将氧化石墨烯与水混合超声，接着加入叠氮化钠，加热搅拌反应，接着加入四氢化铝锂，加热搅拌反应，过滤，洗涤，干燥，得一次处理氧化石墨烯；
将一处理氧化石墨烯利用石油醚蒸气处理，加压，保压，瞬间泄压，干燥，得二次处理氧化石墨烯；
将二次处理氧化石墨烯与改性海藻酸钠液混合，接着加入氢氧化钠溶液调节pH，加热搅拌反应，过滤，得三次处理氧化石墨烯；
将三次处理氧化石墨烯与硝酸钙溶液搅拌混合，过滤，洗涤，干燥，得改性氧化石墨烯；
取纤维素浆板，硫酸溶液，N,N-二甲基乙酰胺，聚乳酸，改性氧化石墨烯，卡波姆；
将纤维素浆板与硫酸溶液恒温搅拌处理，加入卡波姆，继续处理，过滤，碱洗，得预处理纤维素浆；
将所得预处理纤维素浆与N,N-二甲基乙酰胺混合均质，接着加入改性氧化石墨烯和聚乳酸，均质，得成膜液；
流延成膜，干燥，刮膜，即得基于石墨烯的高性能导电膜；
对所得产品进行指标分析。
7.根据权利要求6所述的一种基于石墨烯的高性能导电膜的加工方法，其特征在于：所述基于石墨烯的高性能导电膜的具体制备过程为：
（1）将氧化石墨烯与水按质量比1：10～1：20置于单口烧瓶中，接着将三口烧瓶置于超声分散仪中，于超声频率为55～75kHz条件下，混合超声20～30min，接着向三口烧瓶中加入氧化石墨烯质量0.1～0.2倍的叠氮化钠，随后将三口烧瓶移至数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为140～160℃，转速为600～800r/min条件下，加热搅拌反应1～2h，接着向三口烧瓶中加入氧化石墨烯质量0.03～0.04倍的四氢化铝锂，于温度为140～160℃，转速为600～800r/min条件下，加热搅拌反应1～2h后，过滤，得1号滤渣，接着通去离子水将1号滤渣洗涤3～5次，随后将洗涤后的1号滤渣置于烘箱中，于温度为105～110℃条件下，干燥至恒重，得一次处理氧化石墨烯；
（2）将一处理氧化石墨烯置于高压釜中，并以100～120mL/min速率向釜内充入石油醚蒸气，于温度为120～140℃条件下，石油醚蒸气处理5～10min,接着向反应釜中加压至1.2～1.8MPa，并保压30～60s后，瞬间泄压，得处理料，接着将处理料置于烘箱中，于温度为105～110℃条件下，干燥至恒重，得二次处理氧化石墨烯；
（3）将二次处理氧化石墨烯与改性海藻酸钠液按质量比1：30～1：50置于四口烧瓶中，于转速为800～1000r/min条件下，搅拌混合20～30min，接着向四口烧瓶加入氢氧化钠溶液调节pH至8.6～8.9，再将四口烧瓶置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为140～160℃，转速为400～600r/min条件下，搅拌反应40～60min后，过滤，得三次处理氧化石墨烯；
（4）将三次处理氧化石墨烯与质量分数为10～15%的硝酸钙溶液置于1号烧杯中，于转速为400～500r/min条件下，搅拌混合40～60min后，过滤，得2号滤渣，接着用去离子水将2号滤渣洗涤3～5次，随后将洗涤后的2号滤渣置于烘箱中，于温度为105～110℃条件下干燥至恒重，得改性氧化石墨烯；
（5）按重量份数计，依次取纤维素浆板10～20份，硫酸溶液60～80份，N,N-二甲基乙酰胺60～80份，聚乳酸40～60份，改性氧化石墨烯8～10份，卡波姆8～10份；
（6）将纤维素浆板与质量分数为10～15%的硫酸溶液置于反应釜中，于温度为86～90℃，转速为1000～1200r/min条件下，恒温搅拌处理5～8h后，接着向反应釜中加入卡波姆，于温度为86～90℃，转速为1000～1200r/min条件下，继续处理2～3h后，过滤，得滤饼，接着用质量分数为20～30%的氨水将滤饼洗涤至洗涤液为中性，得预处理纤维素浆；
（7）将所得预处理纤维素浆与N,N-二甲基乙酰胺置于高压均质机中，于压力为850～900MPa条件下，混合均质12～15次，接着向高压均质机中加入改性氧化石墨烯和聚乳酸，于压力为850～900MPa条件下，混合均质12～15次，得成膜液；
（8）接着将成膜液延于玻璃板，接着将玻璃板置于烘箱中，于温度为105～110℃条件下，干燥至恒重，接着用刮刀刮膜，即得基于石墨烯的高性能导电膜；
（9）对所得产品进行指标分析。
8.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯的高性能导电膜的加工方法，其特征在于：步骤（3）所述改性海藻酸钠液的制备过程为：将海藻酸钠与水按质量比1：50～1：100置于2号烧杯中，并用玻璃棒搅拌10～20min后，精致溶胀3～5h，接着将2号烧杯置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为90～95℃，转速为500～600r/min条件下，加热搅拌溶解40～60min，再加入海藻酸钠质量0.03～0.05倍的高碘酸钠，于温度为90～95℃，转速为500～600r/min条件下，加热搅拌反应40～60min，即得改性海藻酸钠液。
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