[发明专利]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

说明书

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。

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。