CN110951109B - 一种细菌纤维素/聚吡咯/聚氨酯柔性多功能导电复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种细菌纤维素/聚吡咯/聚氨酯柔性多功能导电复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种细菌纤维素/聚吡咯/聚氨酯柔性多功能导电复合材料及其制备方法，复合材料以硅烷偶联剂交联的细菌纤维素材料为基体材料，依次原位生长聚吡咯，包覆聚氨酯和三防整理剂。得到的细菌纤维素/聚吡咯/聚氨酯多孔复合材料其作为电加热材料在服装上使用时发挥电加热、保温、疏水及其透气的功能。

Description

一种细菌纤维素/聚吡咯/聚氨酯柔性多功能导电复合材料及 其制备方法
技术领域
本发明属于导电复合材料及其制备领域，特别涉及一种细菌纤维素/聚吡咯/聚氨酯柔性多功能导电复合材料及其制备方法。
背景技术
导电高分子具有特殊的结构以及较好的物理化学性能，在电极材料、传感器、金属防腐、电子器件以及电磁屏蔽方面有着极大的应用前景。其中，聚吡咯作为研究最为广泛，应用前景极好的导电高分子材料之一，它具有制备条件温和、电导率高、无毒、价格低廉以及稳定性好等优点。近年来，使用聚吡咯作为柔性发热元件也受到了广泛的关注。与传统的金属丝相比，聚吡咯发热元件在制备完成后不需要进一步加工，同时相比于碳纤维、碳纳米管等导电填料造价较低，可满足大规模生产的要求。但是聚吡咯具有难溶解、不熔融以及力学性能差等缺点，这使得其在作为柔性加热元件使用时，聚吡咯容易从基体上脱落或者断裂，进而影响加热元件的使用性能。
细菌纤维素是一种由微生物分泌而得的天然高分子，它有着由纳米级纤维构成的三维立体网状结构，同时具有较好的高透气性、高拉伸强度以及弹性模量。此外，细菌纤维素还有着较好的隔热性能，可作为保温材料使用。因此细菌纤维素可作为一种良好的基体材料与聚吡咯进行复合，从而获得优异的综合性能。但是细菌纤维素由于其内部存在大量的氢键，这使得其在收到外力压缩时形状不易回复，同时，当其作为载体原位聚合聚吡咯时，尽管可以赋予聚吡咯较好的柔性，但是仍然不能解决聚吡咯力学性能差、易破碎的问题，这仍然限制了聚吡咯的进一步应用。
CN107298846A公开了一种弹性导电复合材料及其制备方法，该方法制备的弹性导电材料尽管有着较好的导电性能，但是其透气性、疏水性以及隔热性能较差，不能作为功能填料应用于服装中。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种细菌纤维素/聚吡咯/聚氨酯柔性多功能导电复合材料及其制备方法，克服现有技术制备的导电复合材料导电性能差、透气性能不佳以及不具有保温隔热功能的缺陷，本发明中首先将细菌纤维素经过预处理后再次制备为纤维素多孔材料，之后作为基体材料原位聚合聚吡咯，从而得到细菌纤维素/聚吡咯柔性复合材料。为了进一步解决该复合材料力学性能较差的问题，本发明将该复合材料含浸聚氨酯溶液后，可得到细菌纤维素/聚吡咯/聚氨酯柔性多功能导电复合材料。其中聚氨酯的加入一方面有效的提高了细菌纤维素/聚吡咯复合材料的力学性能，另一方面还赋予了材料疏水性能，从而使得其作为电加热材料在服装上使用时发挥电加热、保温、疏水及其透气的功能。
本发明的一种细菌纤维素/聚吡咯/聚氨酯导电复合材料，所述复合材料以硅烷偶联剂交联的细菌纤维素材料为基体材料，依次原位生长聚吡咯，包覆聚氨酯和三防整理剂。
所述硅烷偶联剂为KH550，KH560，A-151，A-1120中的一种或几种；三防整理剂为PHOBOL CP-SLA，DTM648-W-50，Goon690，NT-620中的一种或几种。
本发明的一种细菌纤维素/聚吡咯/聚氨酯导电复合材料的制备方法，包括：
(1)将细菌纤维素悬浮液中加入硅烷偶联剂，常温搅拌，冷冻，冻干，得到硅烷偶联剂交联的细菌纤维素多孔材料；
(2)将上述硅烷偶联剂交联的细菌纤维素多孔材料浸入氯化铁和5-磺基水杨酸钠的混合溶液中，在1～5℃放置8-12h，取出后再浸入吡咯溶液中，1～5℃放置30～40h，洗涤，干燥，得到细菌纤维素/聚吡咯多孔复合材料；
(3)将细菌纤维素/聚吡咯多孔复合材料浸入聚氨酯溶液中，同时加入三防整理剂，常温下真空浸渍10～20min，然后放入凝固浴中，凝固浴温度为40～50℃，20～30min，洗涤，干燥，得到细菌纤维素/聚吡咯/聚氨酯导电复合材料。
上述制备方法的优选方式如下：
所述步骤(1)中细菌纤维素为预处理后的细菌纤维素，具体为：细菌纤维素浸入氢氧化钠溶液中，80～100℃下加热4～6h，水洗至中性，之后将再浸入去离子水中，80～100℃下加热4～6h后，洗涤；预处理7～10次；所述细菌纤维素悬浮液为：将预处理后的细菌纤维素剪碎，利用均质机在10000～20000r/min的转速下搅拌1～2h；所述硅烷偶联剂占细菌纤维素悬浮液质量的2～4wt％。
进一步，所述氢氧化钠溶液的浓度为0.25～0.5mol/L。
进一步，所述细菌纤维素浸入氢氧化钠溶液中的比例为：按长10cm、宽5cm的细菌纤维素浸入200mL氢氧化钠NaOH溶液的比例。
所述步骤(1)中常温搅拌时间为2h；冷冻、冻干具体为：-80℃下冷冻1h；冻干温度为
-50℃，冻干时间为50～60h。
所述步骤(1)中硅烷偶联剂的为KH550，KH560，A-151，A-1120。
所述步骤(2)中混合溶液中氯化铁的质量分数占混合溶液总质量分数的10～20wt％，5-磺基水杨酸钠的质量分数占混合溶液总质量分数的10～15wt％，水的质量分数占混合溶液总质量分数的65-80wt％；吡咯溶液中吡咯的质量分数占溶液总质量分数的3～5wt％；吡咯溶液的溶剂为环己烷，环己烷的质量分数占溶液总质量分数的95-97wt％。
所述步骤(2)中洗涤，干燥具体为：用乙醇洗涤5～8次，再用水洗10～15次，60℃真空烘箱中干燥10h。
进一步，所述步骤(2)具体为：取100g去离子水，之后分别加入一定质量分数的氯化铁和5-磺基水杨酸钠，搅拌1～2h，将4×2×1cm的细菌纤维素多孔材料浸入上述配制的混合溶液，并转移至1～5℃冰箱，放置时间为8～12h；取100g环己烷，加入一定质量分数的吡咯，搅拌10～20min。将细菌纤维素多孔材料从氯化铁和5-磺基水杨酸钠的混合溶液中取出，转移至吡咯的环己烷溶液，1～5℃冰箱中放置30～40h。最后将原位聚合聚吡咯后的细菌纤维素多孔材料用乙醇洗涤5～8次，再用水洗10～15次，60℃真空烘箱中干燥10h可得细菌纤维素/聚吡咯多孔复合材料。
进一步，所述步骤(3)具体为：将细菌纤维素/聚吡咯多孔复合材料浸入一定固含量的聚氨酯溶液中，其中细菌纤维素/聚吡咯多孔复合材料的质量占比为5～10wt％，聚氨酯含浸液的质量占比为88～91wt％，三防整理剂的质量占比为2～4wt％，常温下真空浸渍10～20min，之后将浸渍聚氨酯后的细菌纤维素/聚吡咯多孔复合材料取出，放入水/N,N-二甲基甲酰胺凝固浴中，凝固浴温度为40～50℃，20～30min后取出水洗3次，60～80℃下干燥20～30h后可得细菌纤维素/聚吡咯/聚氨酯多孔复合材料。
所述步骤(3)中聚氨酯溶液的固含量为6～10wt％；凝固浴为水和N,N-二甲基甲酰胺凝固浴，其中水的质量占比为60～90wt％，N,N-二甲基甲酰胺的质量占比为10～40wt％。
进一步，所述三防整理剂型号为PHOBOL CP-SLA，DTM648-W-50，Goon690，NT-620。
所述步骤(3)中洗涤，干燥具体为：水洗3次，60～80℃下干燥20～30h。
本发明的一种所述方法制备的细菌纤维素/聚吡咯/聚氨酯导电复合材料。
本发明还提供一种自供电加热元件，在所述细菌纤维素/聚吡咯/聚氨酯导电复合材料的垂直取向方向上涂覆导电银胶，并使用金属线粘附在涂有导电银胶的表面，110℃烘箱加热30～50min，然后太阳能电池板与金属线连接，得自供电加热元件，其示意图如图1所示。
进一步，所述细菌纤维素/聚吡咯/聚氨酯导电复合材料的尺寸大小为3×2×1cm。
进一步，所述金属线为银线，铜线，铝线。
进一步，所述太阳能电池板的额定功率为20-30W。
本发明提供一种所述细菌纤维素/聚吡咯/聚氨酯导电复合材料的应用。
有益效果
(1)本发明通过将细菌纤维素破碎后重新利用硅烷偶联剂交联，从而使得制备的细菌纤维素多孔材料的耐压缩性能明显提升，因此该细菌纤维素多孔材料可作为吡咯原位生长的支撑骨架结构。当吡咯在细菌纤维素多孔材料上原位聚合后，尽管细菌纤维素/聚吡咯多孔复合材料有着较好的柔性，但是由于聚吡咯本身力学性能较差，从而对复合材料的柔性有着极大的影响。通过将聚氨酯利用湿法凝固的工艺与细菌纤维素/聚吡咯多孔复合材料复合后，聚氨酯可对细菌纤维素/聚吡咯多孔复合材料进行包覆，从而使得该复合材料在保持柔性的同时，力学性能也极大的增强。
(2)利用细菌纤维素多孔材料作为吡咯原位聚合的支撑结构，可在吡咯聚合完成后，细菌纤维素/聚吡咯复合材料内部仍然保持较好的多孔结构，从而使得该材料在作为电加热元件使用的同时，还具有较好的隔热效果，可有效的防止热量的散失，因此在电加热服装上有着极大的应用前景。
(3)细菌纤维素/聚吡咯多孔复合材料在与聚氨酯复合后，一方面可提高该复合材料力学性能，另一方面细菌纤维素/聚吡咯/聚氨酯多孔复合材料内部仍有大量联通的多孔结构，这使得该复合材料有着较好的透气性。此外，由于聚氨酯中加入了三防整理剂，因此最终得到的细菌纤维素/聚吡咯/聚氨酯多孔复合材料还具有优异的疏水性能。这种具有疏水、透气功能的导电复合材料在服装上应用时，可极大的提高人体穿着舒适性。
(4)将细菌纤维素/聚吡咯/聚氨酯多孔导电复合材料与太阳能电池板连接后，该复合材料可将太阳能电池板的电能转化为热能且不需要额外提供电压，且整个过程清洁无污染，不产生任何有害物质。因此，该方法制备的自供电加热元件有着较好的柔性，能满足各种加工要求，可以应用于极寒条件的人体供暖，在缺少能量供应的条件下，依靠太阳能以及该复合材料的电加热性能仍可对人体有效的进行供暖，从而有着极大的应用前景。
(5)利用该方法制备的柔性多功能导电复合材料成本较低，易于进行大规模推广。
附图说明
图1是本发明制备的自供电加热元件的示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
首先制备由硅烷偶联剂交联的细菌纤维素多孔材料，具体制备过程为：取长10cm、宽5cm的细菌纤维素(海南椰果食品有限公司)浸入200mL浓度为0.25mol/L的NaOH溶液中，80℃下加热4h后将细菌纤维素取出，并用去离子水洗至中性。之后将细菌纤维素浸入200mL去离子水中，80℃下加热4h后将细菌纤维素取出，用去离子水洗涤4次。将上述对细菌纤维素的预处理过程重复7次，之后将处理好的细菌纤维素剪碎，利用均质机在10000r/min的转速下搅拌1h，从而得到细菌纤维素悬浮液。最后取10g细菌纤维素悬浮液，加入2g KH550，常温下搅拌2h后，将混合溶液在-80℃下冷冻1h后转移至冷冻干燥机中，其中冻干温度为-50℃，冻干时间为50h，可得由硅烷偶联剂交联的细菌纤维素多孔材料。
之后在细菌纤维素多孔材料上原位聚合聚吡咯，具体制备过程为：取65g去离子水，之后分别加入20g氯化铁和15g 5-磺基水杨酸钠，搅拌1h。将4×2×1cm的细菌纤维素多孔材料浸入上述配制的混合溶液，并转移至1℃冰箱，放置时间为8h。取95g环己烷，加入5g吡咯，搅拌10min。将细菌纤维素多孔材料从氯化铁和5-磺基水杨酸钠的混合溶液中取出，转移至吡咯的环己烷溶液，1℃冰箱中放置30h。最后将原位聚合聚吡咯后的细菌纤维素多孔材料用乙醇洗涤5次，再用水洗10次，60℃真空烘箱中干燥10h可得细菌纤维素/聚吡咯多孔复合材料。
将上述制备的细菌纤维素/聚吡咯多孔复合材料浸入6wt％固含量的聚氨酯溶液中(济宁佰一化工有限公司，HK3100)，其中细菌纤维素/聚吡咯多孔复合材料的质量占比为5wt％，聚氨酯含浸液的质量占比为91wt％，三防整理剂PHOBOL CP-SLA的质量占比为4wt％，常温下真空浸渍10min。之后将浸渍聚氨酯后的细菌纤维素/聚吡咯多孔复合材料取出，放入水/N,N-二甲基甲酰胺凝固浴中，其中水的质量分数为60wt％，N,N-二甲基甲酰胺的质量分数为40wt％，凝固浴温度为40℃，20min后取出水洗3次，60℃下干燥20h后可得细菌纤维素/聚吡咯/聚氨酯多孔复合材料，其具体导热系数(参考标准GB/T10294-2008)、水接触角(参考标准GBT 30693-2014)、透气性(参考标准GB/T 5453)、电阻(参考标准GBT15662-1995)如表1所示。
本发明还提出利用上述细菌纤维素/聚吡咯/聚氨酯多孔复合材料制备自供电加热元件，具体制备方法为：取3×2×1cm的细菌纤维素/聚吡咯/聚氨酯多孔复合材料，在多孔复合材料垂直取向方向上涂覆导电银胶(上海鸣纳信息科技有限公司)，并使用银线粘附在涂有导电银胶的表面，之后转移至110℃烘箱加热30min。之后将20W额定功率的太阳能电池板与银线连接，最后可得自供电加热元件。
实施例2
首先制备由硅烷偶联剂交联的细菌纤维素多孔材料，具体制备过程为：取长10cm、宽5cm的细菌纤维素(海南椰果食品有限公司)浸入200mL浓度为0.5mol/L的NaOH溶液中，100℃下加热6h后将细菌纤维素取出，并用去离子水洗至中性。之后将细菌纤维素浸入200mL去离子水中，100℃下加热6h后将细菌纤维素取出，用去离子水洗涤4次。将上述对细菌纤维素的预处理过程重复10次，之后将处理好的细菌纤维素剪碎，利用均质机在20000r/min转速下搅拌2h，从而得到细菌纤维素悬浮液。最后取10g细菌纤维素悬浮液，加入4gKH560，常温下搅拌2h后，将混合溶液在-80℃下冷冻1h后转移至冷冻干燥机中，其中冻干温度为-50℃，冻干时间为60h，可得由硅烷偶联剂交联的细菌纤维素多孔材料。
之后在细菌纤维素多孔材料上原位聚合聚吡咯，具体制备过程为：取80g去离子水，之后分别加入10g氯化铁和10g 5-磺基水杨酸钠搅拌2h。将4×2×1cm的细菌纤维素多孔材料浸入上述配制的混合溶液，并转移至5℃冰箱，放置时间为12h。取96g环己烷，加入4g吡咯，搅拌20min。将细菌纤维素多孔材料从氯化铁和5-磺基水杨酸钠的混合溶液中取出，转移至吡咯的环己烷溶液，5℃冰箱中放置40h。最后将原位聚合聚吡咯后的细菌纤维素多孔材料用乙醇洗涤8次，再用水洗15次，60℃真空烘箱中干燥10h可得细菌纤维素/聚吡咯多孔复合材料。
将上述制备的细菌纤维素/聚吡咯多孔复合材料浸入10wt％固含量的聚氨酯溶液中(济宁佰一化工有限公司，HK3100)，其中细菌纤维素/聚吡咯多孔复合材料的质量占比为10wt％，聚氨酯含浸液的质量占比为88wt％，三防整理剂DTM648-W-50的质量占比为2wt％，常温下真空浸渍20min。之后将浸渍聚氨酯后的细菌纤维素/聚吡咯多孔复合材料取出，放入水/N,N-二甲基甲酰胺凝固浴中，其中水的质量占比为90wt％，N,N-二甲基甲酰胺的质量占比为10wt％，凝固浴温度为50℃，30min后取出水洗3次，80℃下干燥30h后可得细菌纤维素/聚吡咯/聚氨酯多孔复合材料，其具体导热系数(参考标准GB/T10294-2008)、水接触角(参考标准GBT 30693-2014)、透气性(参考标准GB/T 5453)、电阻(参考标准GBT15662-1995)如表1所示。
本发明还提出利用上述细菌纤维素/聚吡咯/聚氨酯多孔复合材料制备自供电加热元件，具体制备方法为：取3×2×1cm的细菌纤维素/聚吡咯/聚氨酯多孔复合材料，在多孔复合材料垂直取向方向上涂覆导电银胶(上海鸣纳信息科技有限公司)，并使用铜线粘附在涂有导电银胶的表面，之后转移至110℃烘箱加热50min。之后将30W额定功率的太阳能电池板与铜线连接，最后可得自供电加热元件。
实施例3
首先制备由硅烷偶联剂交联的细菌纤维素多孔材料，具体制备过程为：取长10cm、宽5cm的细菌纤维素(海南椰果食品有限公司)浸入200mL浓度为0.4mol/L的NaOH溶液中，90℃下加热5h后将细菌纤维素取出，并用去离子水洗至中性。之后将细菌纤维素浸入200mL去离子水中，90℃下加热5h后将细菌纤维素取出，用去离子水洗涤4次。将上述对细菌纤维素的预处理过程重复8次，之后将处理好的细菌纤维素剪碎，利用均质机在15000r/min的转速下搅拌2h，从而得到细菌纤维素悬浮液。最后取10g细菌纤维素悬浮液，加入3g A-151，常温下搅拌2h后，将混合溶液在-80℃下冷冻1h后转移至冷冻干燥机中，其中冻干温度为-50℃，冻干时间为55h，可得由硅烷偶联剂交联的细菌纤维素多孔材料。
之后在细菌纤维素多孔材料上原位聚合聚吡咯，具体制备过程为：取70g去离子水，之后分别加入18g氯化铁和12g 5-磺基水杨酸钠，搅拌1.5h。将4×2×1cm的细菌纤维素多孔材料浸入上述配制的混合溶液，并转移至3℃冰箱，放置时间为10h。取97g环己烷，加入3g吡咯，搅拌15min。将细菌纤维素多孔材料从氯化铁和5-磺基水杨酸钠的混合溶液中取出，转移至吡咯的环己烷溶液，3℃冰箱中放置35h。最后将原位聚合聚吡咯后的细菌纤维素多孔材料用乙醇洗涤7次，再用水洗12次，60℃真空烘箱中干燥10h可得细菌纤维素/聚吡咯多孔复合材料。
将上述制备的细菌纤维素/聚吡咯多孔复合材料浸入8wt％固含量的聚氨酯溶液中(济宁佰一化工有限公司，HK3100)，其中细菌纤维素/聚吡咯多孔复合材料的质量占比为8wt％，聚氨酯含浸液的质量占比为89wt％，三防整理剂Goon690的质量占比为3wt％，常温下真空浸渍15min。之后将浸渍聚氨酯后的细菌纤维素/聚吡咯多孔复合材料取出，放入水/N,N-二甲基甲酰胺凝固浴中，水的质量占比为80wt％，N,N-二甲基甲酰胺的质量占比为20wt％，凝固浴温度为45℃，25min后取出水洗3次，70℃下干燥25h后可得细菌纤维素/聚吡咯/聚氨酯多孔复合材料，其具体导热系数(参考标准GB/T10294-2008)、水接触角(参考标准GBT 30693-2014)、透气性(参考标准GB/T 5453)、电阻(参考标准GBT15662-1995)如表1所示。
本发明还提出利用上述细菌纤维素/聚吡咯/聚氨酯多孔复合材料制备自供电加热元件，具体制备方法为：取3×2×1cm的细菌纤维素/聚吡咯/聚氨酯多孔复合材料，在多孔复合材料垂直取向方向上涂覆导电银胶(上海鸣纳信息科技有限公司)，并使用铝线粘附在涂有导电银胶的表面，之后转移至110℃烘箱加热40min。之后将25W额定功率的太阳能电池板与铝线连接，最后可得自供电加热元件。
实施例4
首先制备由硅烷偶联剂交联的细菌纤维素多孔材料，具体制备过程为：取长10cm、宽5cm的细菌纤维素(海南椰果食品有限公司)浸入200mL浓度0.3mol/L的NaOH溶液中，85℃下加热4h后将细菌纤维素取出，并用去离子水洗至中性。之后将细菌纤维素浸入200mL去离子水中，85℃下加热4h后将细菌纤维素取出，用去离子水洗涤4次。将上述对细菌纤维素的预处理过程重复8次，之后将处理好的细菌纤维素剪碎，利用均质机在18000r/min的转速下搅拌1.5h，从而得到细菌纤维素悬浮液。最后取10g细菌纤维素悬浮液，加入2.5g A-151，常温下搅拌2h后，将混合溶液在-80℃下冷冻1h后转移至冷冻干燥机中，其中冻干温度为-50℃，冻干时间为56h，可得由硅烷偶联剂交联的细菌纤维素多孔材料。
之后在细菌纤维素多孔材料上原位聚合聚吡咯，具体制备过程为：取75g去离子水，之后分别加入10g氯化铁和15g 5-磺基水杨酸钠，搅拌1.5h。将4×2×1cm的细菌纤维素多孔材料浸入上述配制的混合溶液，并转移至2℃冰箱，放置时间为10h。取96g环己烷，加入4g吡咯，搅拌18min。将细菌纤维素多孔材料从氯化铁和5-磺基水杨酸钠的混合溶液中取出，转移至吡咯的环己烷溶液，2℃冰箱中放置36h。最后将原位聚合聚吡咯后的细菌纤维素多孔材料用乙醇洗涤6次，再用水洗13次，60℃真空烘箱中干燥10h可得细菌纤维素/聚吡咯多孔复合材料。
将上述制备的细菌纤维素/聚吡咯多孔复合材料浸入7wt％固含量的聚氨酯溶液中(济宁佰一化工有限公司，HK3100)，其中细菌纤维素/聚吡咯多孔复合材料的质量占比为6wt％，聚氨酯含浸液的质量占比为90wt％，三防整理剂NT-620的质量占比为4wt％，常温下真空浸渍18min。之后将浸渍聚氨酯后的细菌纤维素/聚吡咯多孔复合材料取出，放入水/N,N-二甲基甲酰胺凝固浴中，其中水的质量占比为70wt％，N,N-二甲基甲酰胺的质量占比为30wt％，凝固浴温度为46℃，27min后取出水洗3次，60℃下干燥30h后可得细菌纤维素/聚吡咯/聚氨酯多孔复合材料，其具体导热系数(参考标准GB/T10294-2008)、水接触角(参考标准GBT30693-2014)、透气性(参考标准GB/T 5453)、电阻(参考标准GBT15662-1995)如表1所示。
本发明还提出利用上述细菌纤维素/聚吡咯/聚氨酯多孔复合材料制备自供电加热元件，具体制备方法为：取3×2×1cm的细菌纤维素/聚吡咯/聚氨酯多孔复合材料，在多孔复合材料垂直取向方向上涂覆导电银胶(上海鸣纳信息科技有限公司)，并使用铜线粘附在涂有导电银胶的表面，之后转移至110℃烘箱加热45min。之后将30W额定功率的太阳能电池板与铜线连接，最后可得自供电加热元件。
表1细菌纤维素/聚吡咯/聚氨酯多孔复合材料的导热系数、水接触角、透气性、电阻
Figure BDA0002261008370000081
由表1可以看出，本发明制备的细菌纤维素/聚吡咯/聚氨酯多孔复合材料具有较低的导热系数，这意味着该材料有着极好的隔热性能。同时，该复合材料还有着较好的疏水性和透气性，由于其电阻较低，因此其可作为电加热元件应用于电加热设备。

Claims (10)

1.一种细菌纤维素/聚吡咯/聚氨酯导电复合材料的制备方法，包括：
(1)将细菌纤维素悬浮液中加入硅烷偶联剂，常温搅拌，冷冻，冻干，得到硅烷偶联剂交联的细菌纤维素多孔材料；
(2)将上述硅烷偶联剂交联的细菌纤维素多孔材料浸入氯化铁和5-磺基水杨酸钠的混合溶液中，在1～5℃放置8-12h，取出后再浸入吡咯溶液中，1～5℃放置30～40h，洗涤，干燥，得到细菌纤维素/聚吡咯多孔复合材料；
(3)将细菌纤维素/聚吡咯多孔复合材料浸入聚氨酯溶液中，同时加入三防整理剂，常温下真空浸渍10～20min，然后放入凝固浴中，凝固浴温度为40～50℃，20～30min，洗涤，干燥，得到细菌纤维素/聚吡咯/聚氨酯导电复合材料。
2.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中硅烷偶联剂为KH550，KH560，A-151，A-1120中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中细菌纤维素为预处理后的细菌纤维素，具体为：细菌纤维素浸入氢氧化钠溶液中，80～100℃下加热4～6h，水洗至中性，之后再浸入去离子水中，80～100℃下加热4～6h后，洗涤；预处理7～10次；所述细菌纤维素悬浮液为：将预处理后的细菌纤维素剪碎，利用均质机在10000～20000r/min的转速下搅拌1～2h；所述硅烷偶联剂的质量分数为2～4wt％。
4.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中常温搅拌时间为2h；冷冻、冻干具体为：-80℃下冷冻1h；冻干温度为-50℃，冻干时间为50～60h。
5.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中混合溶液中氯化铁的质量分数为10～20wt％，5-磺基水杨酸钠的质量分数为10～15wt％；吡咯溶液的质量分数为3～5wt％；吡咯溶液的溶剂为环己烷。
6.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中聚氨酯溶液的固含量为6～10wt％；加入三防整理剂的质量分数为2～4wt％；凝固浴为水和N,N-二甲基甲酰胺凝固浴，其中水的质量占比为60～90wt％，N,N-二甲基甲酰胺的质量占比为10～40wt％。
7.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中三防整理剂为PHOBOLCP-SLA，DTM648-W-50，Goon690，NT-620中的一种或几种。
8.一种权利要求1所述方法制备的细菌纤维素/聚吡咯/聚氨酯导电复合材料。
9.一种自供电加热元件，其特征在于，在权利要求1所述方法制备的细菌纤维素/聚吡咯/聚氨酯导电复合材料的垂直取向方向上涂覆导电银胶，并使用金属线粘附在涂有导电银胶的表面，110℃烘箱加热30～50min，然后太阳能电池板与金属线连接。
10.一种权利要求1所述方法制备的细菌纤维素/聚吡咯/聚氨酯导电复合材料在电加热服装中的应用。
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