CN110845822A - 一种纤维素基3d打印导电材料的制备 - Google Patents

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Abstract

本发明属于功能材料领域，具体涉及发明公开一种纤维素基导电3D打印材料及其制备方法与应用。该方法包括以下步骤：(1)取纤维素；(2)使导电高分子化合物附着于纤维素纳米纤丝上；(3)将交联剂分散到步骤(2)中得到的溶液中，再加入石墨及固化剂，最终形成纤维素基导电3D打印材料。利用本发明的方法制得的复合材料具有高柔韧性，导电性等特征，可应用于高性能电子器件、传感器等领域。

Description

一种纤维素基3D打印导电材料的制备
技术领域
本发明属于功能材料领域，特别涉及一种纳米纤维素基导电3D打印材料的制备方法。
背景技术
随着电子产品已经在人们的生活中占据了重要的地位，工业生产对导电材料的需求猛增。造成了许多隐形问题，如制造了大量的难以降解的导电制品，给环境带来了沉重的负担。而3D打印技术的发展盛行让我们看到了使用别的材料对传统有污染材料进行替换的可行性。
纤维素纳米纤丝(cellulose nanofibril，CNF)主要借助高速剪切力和摩擦力将纤维素分子胀化、分离成直径为纳米级(通常为100nm以下)、长度为数百纳米甚至微米级的微纤丝束(团)，形态和尺寸基本与纤丝一致，因此被广泛称为纳米纤丝，具有优良的尺寸效应。常温下，由于其分子之间存在氢键，所以它是比较稳定的，具有较为良好的机械性能。与此同时纤维素作为自然界中分布最广、含量最多的一种多糖，又具有来源广、成本低、可再生、可降解的优点，有潜力满足日益增长的对环保产品的需求。因此，我们利用了纤维素纳米纤丝为载体制造3D打印材料。
石墨是一种价格较为低廉且具有较为优异导电性质的物质，而聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚乙炔、聚对苯乙烯等常见导电高分子化合物可均匀附着在纤维素纳米纤丝上，我们将这三种物质进行结合形成一个导电体系，再对这个体系进行处理使之成为一种稳定的、有优良导电性的纤维素基3D打印导电材料，这在国内尚未见报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种纤维素基导电3D打印材料的制备方法。
本发明的另一目的在于提供所述方法制备得到3D打印导电材料。
本发明的又一目的在于提供所述3D导电打印材料的应用。
下述结构式分别为常见的几种导电高分子化合物的化学结构式和纤维素纳米纤丝的化学结构式。
Figure BSA0000194628490000021
本发明的目的通过以下技术方案实现：一种纤维素基3D打印导电材料的制备，具体包括以下步骤：
(1)取一定量的纤维素纳米纤丝，使用分散器使得纤维素纳米纤丝充分分散于水中。
(2)使导电高分子化合物均匀附着于纤维素纳米纤丝上。以使聚苯胺均匀附着于纤维素纳米纤丝为例来进行步骤描述，向步骤(1)得到的溶液中加入盐酸标准溶液，调节溶液的pH 至1～4。
(3)向步骤(2)得到的溶液中加入质量为纤维素纳米纤丝实际质量1～6倍的苯胺，将溶液置于零度环境中，向溶液中加入一定浓度的FeCl3溶液催化反应进行，搅拌，反应1～5h。
(4)将步骤(3)中得到的溶液的pH调至3～6，，把相当于纤维素纳米纤丝质量1～9倍的脲醛树脂交联剂在加入到无水乙醇中混合搅拌均匀后加入溶液中，搅拌。
(5)向步骤(4)得到的溶液中加入相当于纤维素纳米纤丝质量1～5倍的石墨粉末，再次进行搅拌。
(6)向步骤(5)中得到的溶液加入相当于脲醛树脂交联剂质量0.01～0.1倍的固化剂氯化铵，搅拌。
(7)步骤(6)中得到的溶液经过抽滤后得到纤维素基3D打印导电材料。
具体实施方式
实例一
(1)取一定量的纤维素纳米纤丝，使用分散器使得纤维素纳米纤丝充分分散于水中。
(2)向步骤(1)得到的溶液中加入盐酸标准溶液，调节溶液的pH至2。
(3)向步骤(2)得到的溶液中加入质量为纤维素纳米纤丝实际质量4倍的苯胺，将溶液置于零度环境中，向溶液中加入一定浓度的FeCl3溶液催化反应进行，搅拌，反应3h。
(4)将步骤(3)中得到的溶液的pH调至4，，把相当于纤维素纳米纤丝质量6倍的脲醛树脂交联剂在加入到无水乙醇中混合搅拌均匀后加入溶液中，搅拌。
(5)向步骤(4)得到的溶液中加入相当于纤维素纳米纤丝质量1倍的石墨粉末，再次进行搅拌。
(6)向步骤(5)中得到的溶液加入相当于脲醛树脂交联剂质量0.01倍的固化剂氯化铵，搅拌。
(7)步骤(6)中得到的溶液经过抽滤后得到纤维素基3D打印导电材料。
实例二
(1)取一定量的纤维素纳米纤丝，使用分散器使得纤维素纳米纤丝充分分散于水中。
(2)向步骤(1)得到的溶液中加入盐酸标准溶液，调节溶液的pH至2。
(3)向步骤(2)得到的溶液中加入质量为纤维素纳米纤丝实际质量5倍的苯胺，将溶液置于零度环境中，向溶液中加入一定浓度的FeCl3溶液催化反应进行，搅拌，反应4h。
(4)将步骤(3)中得到的溶液的pH调至4，，把相当于纤维素纳米纤丝质量7倍的脲醛树脂交联剂在加入到无水乙醇中混合搅拌均匀后加入溶液中，搅拌。
(5)向步骤(4)得到的溶液中加入相当于纤维素纳米纤丝质量3倍的石墨粉末，再次进行搅拌。
(6)向步骤(5)中得到的溶液加入相当于脲醛树脂交联剂质量0.04倍的固化剂氯化铵，搅拌。
(7)步骤(6)中得到的溶液经过抽滤后得到纤维素基3D打印导电材料。
实例三
(1)取一定量的纤维素纳米纤丝，使用分散器使得纤维素纳米纤丝充分分散于水中。
(2)向步骤(1)得到的溶液中加入盐酸标准溶液，调节溶液的pH至3。
(3)向步骤(2)得到的溶液中加入质量为纤维素纳米纤丝实际质量6倍的苯胺，将溶液置于零度环境中，向溶液中加入一定浓度的FeCl3溶液催化反应进行，搅拌，反应5h。
(4)将步骤(3)中得到的溶液的pH调至5，，把相当于纤维素纳米纤丝质量9倍的脲醛树脂交联剂在加入到无水乙醇中混合搅拌均匀后加入溶液中，搅拌。
(5)向步骤(4)得到的溶液中加入相当于纤维素纳米纤丝质量5倍的石墨粉末，再次进行搅拌。
(6)向步骤(5)中得到的溶液加入相当于脲醛树脂交联剂质量0.1倍的固化剂氯化铵，搅拌。
(7)步骤(6)中得到的溶液经过抽滤后得到纤维素基3D打印导电材料。

Claims (5)

1.一种纤维素基3D打印导电材料的制备方法，其特征是包括下列步骤：
步骤1：取一定量的纤维素纳米纤丝原料，使用分散器处理使得纤维素纳米纤丝充分分散于水中。
步骤2：使导电高分子化合物均匀附着于纤维素纳米纤丝上，以使聚苯胺均匀附着于纤维素纳米纤丝为例来进行步骤描述。向上述溶液中加入盐酸标准溶液，调节溶液的pH至1～4。加入质量为纤维素纳米纤丝质量1～6倍的苯胺，将溶液置于零度环境中，向溶液中加入一定浓度的FeCl3溶液催化反应进行，搅拌，反应1～5h。
步骤3：将上述溶液的pH调至3～6，，把相当于纤维素纳米纤丝质量1～9倍的脲醛树脂交联剂在加入到无水乙醇中混合搅拌均匀后加入溶液中，搅拌。加入相当于纤维素纳米纤丝质量1～5倍的石墨粉末，再次进行搅拌。而后加入相当于脲醛树脂交联剂质量0.01～0.06倍的固化剂氯化铵，搅拌，反应。
步骤4：上述溶液经过抽滤后得到纤维素基3D打印导电材料。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述原料为纤维素纳米纤丝。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述附着于纤维素纳米纤丝上的导电高分子化合物包括但不限于聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等导电高分子化合物。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述交联剂为包括但不限于脲醛树脂，固化剂为包括但不限于氯化铵。
5.根据权利要求1所述的制备纳米纤维素基导电3D打印材料的制备方法，其特征在于：
步骤2中苯胺的加入量按纤维素纳米纤丝质量与苯胺质量比为1∶1～1∶6配比计算。
步骤3中交联剂的用量按纤维素纳米纤丝与交联剂质量比为1∶3～1∶9配比计算。
步骤3中固化剂的添加量按交联剂与固化剂的质量比为0.01～0.06配比计算。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN105295106A (zh) * 2015-12-03 2016-02-03 南京林业大学 一种纤维素基3d打印线材的制备方法
CN106750396A (zh) * 2016-09-18 2017-05-31 南京林业大学 一种石墨烯‑纳米纤维素‑聚乙烯醇复合导电凝胶及其制备方法和应用
CN110862650A (zh) * 2019-08-30 2020-03-06 天津科技大学 一种纤维素基3d打印导电材料的制备

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