一种聚丙烯改性用碳化细菌纤维素纳米材料制造技术

本发明专利技术涉及高分子材料制备领域，具体公开了一种聚丙烯改性用碳化细菌纤维素纳米材料及其在制备导电复合材料中的应用。所述的纳米材料通过如下方法制备得到：S1.将细菌纤维素置于蒸馏水中浸泡，然后通过挤压，获得细菌纤维素膜；S2.将细菌纤维素膜放入醋酸钙水溶液中浸泡，得到细菌纤维素膜BCa；S3.将细菌纤维素膜BCa置于无水乙醇中浸泡，得细菌纤维素膜BCb；S4.将细菌纤维素膜BCb在800~1000℃无氧条件下处理，得CBCb复合物；S5.将CBCb复合物置于庚二酸的乙醇溶液中浸泡得聚丙烯改性用碳化细菌纤维素纳米材料。所述的纳米材料制备成本低，导电性能好，具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
【专利说明】
本专利技术涉及高分子材料制备领域，具体涉及一种聚丙烯改性用碳化细菌纤维素纳 米材料。
技术介绍
细菌纤维素（BC)是一种友好的纳米材料，与植物纤维素相比，不含木质素和半纤 维素等伴生产物，同时具有高结晶度、高聚合度、超精细的网络结构、极高的抗张强度和优 异的生物相容性，在医用材料、食品、化工等领域的应用受到人们广泛的关注。作为一种新 型的环境友好、性能优异的材料，细菌纤维素在复合材料方面的应用也逐渐被开发，目前主 要集中在以下几个方面：（1)利用细菌纤维素优异的力学性能用于增强高分子材料；（2)同 时利用细菌纤维素的微纤尺寸小于可见光波长的十分之一的特性和高强度，制备增强的透 明材料；（3)利 用细菌纤维素的超精细结构，原位制备有机-无机杂化材料。 细菌纤维素在食品、医学等方面的相关研宄比较多，但用于复合材料的研宄还比 较少。现有的一些研宄如下：细菌纤维素用于增强高分子基体，如细菌纤维素改性聚乳酸， 提高了其弹性模量和断裂伸长率；与聚氨酯复合，提高了其拉伸模量；浸入酚醛树脂中，制 备得高强度复合材料等，基本限于在低熔点、中低粘度的聚合物中的应用。已有报道，Chen 等将BC浸泡于KMn04/K2S04溶液中获得了 BC@Mn02纳米复合材料，mi等以BC为模板制备 了 BC基碳纳米纤维气凝胶。可以发现，细菌纤维素的应用中，很少将其碳化，再利用的。并 且也无将细菌纤维素碳化后用于导电复合材料中的研宄。 导电复合材料具有防止静电作用，在电子、电气、石油化工、机械、照相、军火工业 等领域广泛应用。通常都是添加导电填料来达到提高导电性的效果，使用比较多的是金属 类粉末填充物和碳系填充物，如石墨烯微片、碳纳米管等。但是存在一个问题就是，由于导 电填充物间很难互相接触形成导电网络，需要添加含量比较多的导电填充物，才能使得导 电复合材料导电，这样一来，导电复合材料的力学性能会降低，又由于石墨烯微片、碳纳米 管等填料价格昂贵，导致导电复合材料成本较高。如今聚丙烯（PP)的使用中，比较注重制 品的抗冲击性能，即材料的韧性，普通的聚丙烯通常是α晶型，性脆，抗冲击性能较弱。而 β晶型却能有效改善材料的韧性，但拉伸、弯曲强度稍弱。因此，研宄具有力学性能良好，成 本低且具有优异导电性能的聚丙烯导电复合材料具有很好的市场前景。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种能提高导电复合材料导电性能及改 善导电复合材料力学性能的聚丙烯改性用碳化细菌纤维素纳米材料。 本专利技术所要解决的上述技术问题，通过以下技术方案予以实现： 一种聚丙烯改性用碳化细菌纤维素纳米材料，通过包含如下步骤的方法制备得到： 51. 将细菌纤维素（BC)置于蒸馏水中浸泡，然后通过挤压，获得细菌纤维素膜（BC膜)； 52. 将细菌纤维素膜（BC膜)放入醋酸钙水溶液中浸泡l~5h，得到吸收醋酸钙溶液的细 菌纤维素膜BCa ; 53. 将细菌纤维素膜BCa置于无水乙醇中浸泡l~3h，至醋酸钙析出吸附在细菌纤维素 膜BCa的表面，得细菌纤维素膜BCb ; 54. 将细菌纤维素膜BCb在800~1000°C无氧条件下处理l~5h，得CBCb复合物； 55. 将CBCb复合物置于庚二酸的乙醇溶液中浸泡l~3h，加热挥发乙醇，得聚丙烯改性 用碳化细菌纤维素纳米材料。 本专利技术将细菌纤维素膜置于醋酸钙溶液中，然后在无水乙醇中浸泡使醋酸钙析出 至细菌纤维素膜的表面，接着在高温无氧条件下将醋酸钙氧化成氧化钙、细菌纤维素碳化， 形成新的改性导电网络结构，再用庚二酸溶液对该导电网络结构进行处理，得到负载有β 成核改性剂的聚丙烯改性用碳化细菌纤维素纳米材料。所述聚丙烯改性用碳化细菌纤维素 纳米材料具有独有的海绵状纳米结构，应用在聚丙烯中能够构建很好的导电网络，极大的 改善了聚丙烯导电复合材料的导电性能；此外，本专利技术碳化细菌纤维素纳米材料上负载有 β成核改性剂，用来添加至聚丙烯导电复合材料中，可以使原本的聚丙烯α晶型变为β晶 型，大大提高聚丙烯复合材料的韧性，且具有很高的拉伸强度和弯曲强度。 优选地，S2.中所述的醋酸钙水溶液的浓度为0. 1~0. 2 mol/L。 优选地，S2.中所述的浸泡时间为4h。 优选地，S3.所述的浸泡时间为2h。 优选地，S4.所述的细菌纤维素膜BCb在900°C无氧条件下处理4h。 优选地，S5.所述的庚二酸的乙醇溶液的浓度为0. 08~0. 4 g/L。 优选地，S5.中所述的浸泡时间为2h。 有益效果：（1)本专利技术以细菌纤维素为原料开发了一种新颖的导电填料，该导电 填料成本低，克服了现有技术制备导电复合材料中使用石墨烯微片、碳纳米管等昂贵的导 电填料的缺点，可以大大降低导电复合材料的制备成本；（2)本专利技术所述的聚丙烯改性用 碳化细菌纤维素纳米材料能够在导电复合材料中形成高效的导电网络，大大提高导电效 率；（3)本专利技术聚丙烯改性用碳化细菌纤维素纳米材料上由于负载有β成核改性剂，制备 得到β型聚丙烯导电复合材料上含有大量的β晶体，使得制备得到的β型聚丙烯导电 复合材料的抗冲击强度大大增强，也克服了现有技术中聚丙烯材料抗冲击强度弱的缺点； (4)由改性碳化细菌纤维素纳米材料制备得到的β型聚丙烯导电复合材料，随着改性碳化 细菌纤维素纳米材料的增加，其冲击强度、拉伸强度和弯曲强度都增大，克服了现有技术中 导电复合材料随着导电填料的加入而使材料冲击强度、拉伸强度和弯曲强度减小的技术偏 见。【具体实施方式】 以下结合具体实施例来进一步解释本专利技术，但实施例对本专利技术不做任何形式的限 定。 以下实施例中使用的细菌纤维素和均聚聚丙烯均可从市场上购买得到；所使用的 均聚聚丙稀的分子量为10W。 实施例1 聚丙烯改性用碳化细菌纤维素纳米材料的制备： 51. 将细菌纤维素（BC)置于蒸馏水中浸泡，然后通过挤压，获得细菌纤维素膜（BC膜)； 52. 将细菌纤维素膜（BC膜）放入0.13 mol/L的醋酸钙水溶液中浸泡4h，得到吸收醋 酸钙溶液的细菌纤维素膜BCa ; 53. 将细菌纤维素膜BCa置于无水乙醇中浸泡2h，至醋酸钙析出吸附在细菌纤维素膜 BCa的表面，得细菌纤维素膜BCb ; 54. 将细菌纤维素膜BCb在900°C无氧条件下处理4h，得CBCb复合物； 55. 将CBCb复合物置于浓度为0.08 g/L庚二酸的乙醇溶液中浸泡2h，加热挥发乙醇， 得聚丙烯改性用碳化细菌纤维素纳米材料。 β型聚丙烯导电复合材料的制备： 将上述40g聚丙烯改性用碳化细菌纤维素纳米材料加入适量的无水乙醇中，通过搅 拌，得到纳米材料均匀分散的乙醇溶液，备用；再将960g粉料均聚聚丙烯放入高速搅拌机 中然后加入纳米材料乙醇溶液，然后启动搅拌机，将两者搅拌均匀，分散于乙醇中的纳米材 料粘附在均聚聚丙烯的表面，待乙醇挥发之后，得到混合均匀的原料；最后原料通过熔融挤 出手段进行挤出切粒，得到β型聚丙烯导电复合材料。 实施例2 聚丙烯改性用碳化细菌纤维素纳米材料的制备： 51. 将细菌纤维素（BC)置于蒸馏水中浸泡，然后通过挤压，获得细菌纤维素膜（BC膜)； 52. 将细菌纤维素膜（BC膜)放入0.2 mol/L的醋酸钙水溶液中浸泡2h，得到吸收醋酸 钙溶液的细菌纤维本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚丙烯改性用碳化细菌纤维素纳米材料，其特征在于，通过包含如下步骤的方法制备得到：S1.将细菌纤维素置于蒸馏水中浸泡，然后通过挤压，获得细菌纤维素膜；S2.将细菌纤维素膜放入醋酸钙水溶液中浸泡1~5h，得到吸收醋酸钙溶液的细菌纤维素膜BCa；S3.将细菌纤维素膜BCa置于无水乙醇中浸泡1~3h，至醋酸钙析出吸附在细菌纤维素膜BCa的表面，得细菌纤维素膜BCb；S4.将细菌纤维素膜BCb在800~1000℃无氧条件下处理1~5h，得CBCb复合物；S5.将CBCb复合物置于庚二酸的乙醇溶液中浸泡1~3h，加热挥发乙醇，得改性碳化细菌纤维素纳米材料。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：林志丹，贺子芹，冼嘉明，黎明庆，
申请(专利权)人：暨南大学，
类型：发明
国别省市：广东;44