【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于蜂窩材料，具體涉及一種導電互穿網絡結構凝膠粉體及其制備方法和應用。
技術介紹
1、聚氨酯因其分散介質不同，可以劃分為：溶劑型聚氨酯與水性聚氨酯（wpu）兩大類。水性聚氨酯是聚氨酯樹脂以水為分散介質的聚氨酯乳液。在結構上，帶有離子基團的剛性鏈段是親水的，而柔性鏈段則是起到疏水的作用；在性能上，它具有聚氨酯樹脂的優異特性，在對環境的影響上，水性聚氨酯基本不含有或者只含有微量的有機化合物，具有綠色環保、安全無毒、制造成本低，應用領域多等特點。對無毒、不易燃和無空氣污染樹脂的需求促進了水性聚氨酯的快速發展。
2、水性聚氨酯的結構是由軟段和硬段組成的分段聚合物，它的性能受到它的組成結構影響，軟段和硬段構成了一種獨特的分離微相，正是分離微相讓其獲得許多特性。水性聚氨酯在許多工業應用中都有很重要應用前景，如涂料、粘合劑、油墨、玻璃纖維、紙張漿料、合成皮革、生物材料、膜和包裝薄膜以及防水紡織品等領域。
3、水性聚氨酯的軟段結構由低聚物多元醇構成，軟段對其耐水性和機械強度等性能影響較大；硬段結構由異氰酸酯與小分子擴鏈劑共同組成，硬段對其水性聚氨酯成膜后的硬度、乳液粒徑以及粘結性能影響力較大。水性聚氨酯的結構可以在生產中調整，軟段提供柔性，硬段提供剛性，影響其性能的主要因素是硬-軟段和硬-硬段之間的氫鍵。軟段含量提高，聚合物結晶程度提高，拉伸性能提高，但是多元醇容易水解，會導致耐水性變差。如果要提高水性聚氨酯的硬度和粘結力，可以適量的提高硬段含量，但硬段含量過高，會增加鏈段的化學惰性，阻礙分子鏈的擴散，導致粘結
4、水性聚氨酯涂料不僅要求高光澤度、保色性、抗劃傷性和阻燃性，而且還可以保護材料免受水分、生物、化學藥物的侵蝕，并且綠色安全無污染，常用于汽車、建筑、木器、紙張、皮革、織物涂層等領域。但水性聚氨酯涂料以水為載體，其耐腐蝕性不足是最大的缺點，在一定程度上影響了其在工業領域中的應用，再加之在實際應用中也存在諸多問題，如與水反應的過程中會產生大量的氣泡，一是不好消除，二是氣泡可能會殘留在涂制的薄膜內，影響膜的各項性能。同時，水性聚氨酯涂料由于其固含量較低，分子間力較弱，其力學性能通常低于傳統溶劑型聚氨酯涂料，成為制約其廣泛應用的關鍵瓶頸。
5、共混改性是將已經制備出的wpu乳液與其他類別的乳液或者一些納米材料直接物理共混，通過機械攪拌或超聲分散使其分散均勻，從而制備出所需的功能性涂料。納米材料是指在三維空間中至少有一維處于納米尺度范圍或由它們作為基本單元構成的材料。在聚合物中添加納米粒子是提高高分子材料性能的重要方法之一，目前，用于增強和改善水性聚氨酯的納米材料多種多樣，主要包括：納米纖維素、納米金屬粒子、納米碳材料、納米氧化物等。cn118852963a公開了一種熱反射隔熱保溫涂料，納米二氧化鈦均勻的分散在纖維素氣凝膠基體和聚氨酯涂層中，抑制納米二氧化鈦發生團聚，纖維素氣凝膠提高了涂層的阻燃性能。cn117801653a公開了高彈疏水型輻射固化木漆膚感涂層，添加超支化的納米纖維素水凝膠實現了涂層在木材表面的皮膚觸覺性能，通過超支化的納米纖維素水凝膠中-nh2基團和輻射光固化涂料中聚氨酯丙烯酸酯樹脂-nco基團反應，提高了涂層物理力學性能及耐久性。cn110105531a和cn107474680a也公開了向涂料中添加凝膠材料提高涂料相應的性能。然而，上述技術僅僅是添加改性的纖維素凝膠，作為天然纖維材料，纖維素凝膠的力學性能較低；且纖維素凝膠具有較大的比表面積，由于分子之間的作用力以及氫鍵的影響，纖維素凝膠之間容易聚集，從而使其在聚氨酯涂料中的分散性和穩定性較差。同時，由于制備纖維素凝膠的過程比較復雜，成本較高，收率較低，不宜進行大規模的工業化。
6、另一方面，水性聚氨酯具有耐磨性、耐油性、耐腐蝕、相容性以及易于改性等性能，廣泛應用于醫療器械、航空航天等領域。然而，這些樹脂是絕緣的，容易引起靜電放電，破壞接觸的電子設備。從而造成靜電放電危害，以至于引起火災，發生爆炸的危險，嚴重限制其應用。目前，多種添加劑已被研究用于降低水性聚氨酯材料的表面電阻率，如炭黑、表面活性劑、碳納米管、導電聚合物等。從結構上來看，導電聚合物具有很好的導電性且與聚氨酯具有良好的相容性，是理想的導電填料。
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于提供一種導電互穿網絡結構凝膠粉體及其制備方法和應用。該方法制備的凝膠粉體不僅具有互穿網絡結構，尼龍樹脂的引入進一步提高了纖維素凝膠的力學性能，而且尼龍樹脂本身含有較多的酰胺基，大大提高了納米纖維素與聚氨酯涂料的相容性；而導電組分的添加可以制造具有長效抗靜電的復合聚氨酯涂料。
2、為實現上述目的，本專利技術采用如下技術方案：
3、一種導電互穿網絡結構凝膠粉體的制備方法，包括以下步驟：
4、（1）將天然纖維素原料進行處理，制備得到納米纖維素的去離子水分散液；
5、（2）將納米纖維素的去離子水分散液置于酸性蒸氣浴環境中進行蒸氣處理，得到納米纖維素水凝膠溶液；
6、（3）將尼龍粉末和聚乙烯吡咯烷酮溶解到酸性溶劑中得到尼龍溶液，然后將pedot：pss水溶液加入尼龍溶液中，攪拌后獲得尼龍混合溶液；聚乙烯吡咯烷酮與尼龍粉末的質量比為（0.01-0.4）：1；
7、（4）在攪拌條件下，采用帶噴頭的注射器將尼龍混合溶液注射到納米纖維素水凝膠溶液中；噴頭位于納米纖維素水凝膠溶液液面以下；注射完畢后，經與去離子水溶劑交換，得到互穿網絡結構的水凝膠；
8、（5）將互穿網絡結構的水凝膠冷凍干燥，粉碎后得到導電互穿網絡結構凝膠粉體。
9、纖維素是自然界中常見的高分子聚合物，廣泛存在于棉類，麻類以及木材類等植物中，具有良好的生物相容性、可再生性、可生物降解性、環境友好性和無毒性等優點。納米纖維素是由纖維素制得的，至少有一維空間尺寸達到100nm以下的纖維素。納米纖維素復合水凝膠材料既保留了纖維素特有的理化性質，如親水性、生物相容性、生物可降解、高化學活性以及尺寸穩定性，同時還兼容了微-納加工工藝賦予的新結構特征，例如質輕，柔軟，高比表面積，高結晶度，高強度，高模量并且具有溫和的化學活性。由于纖維素納米纖維表面具有豐富的羥基，使得纖維素表現出較高親水性，在涂料中能夠快速的形成均勻且穩定的納米纖維素懸浮液，應用十分廣泛。
10、但是，納米纖維素力學性能較低，對涂層的性能提升有限；且納米纖維素由于比表面積大，氫鍵作用強，易發生團聚，存在著與基質相容性欠佳，分散不均的問題。專利技術人在之前的工作中（cn118895018a）先制備石墨烯水凝膠，然后直接添加尼龍/納米纖維素混合溶液；該方法纖維狀填料僅能分散在水凝膠外部，無法深入凝膠內部形成互穿結構；其中的尼龍僅僅起到粘連的作用，增強作用有限。隨后，專利技術人制備了聚酰亞胺-納米纖維素導電互穿網絡結構凝膠粉體。但是聚酰亞胺加工性和溶解能力均較差，為了配置聚酰亞胺溶液，需要從單體原料開始，先制備成聚酰胺酸溶液，在制備凝膠的過程中完成酰亞胺化。本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種導電互穿網絡結構凝膠粉體的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.如權利要求1所述的一種導電互穿網絡結構凝膠粉體的制備方法，其特征在于，步驟（1）中納米纖維素直徑為10-100nm，長度為5-20μm。
3.如權利要求1所述的一種導電互穿網絡結構凝膠粉體的制備方法，其特征在于，步驟（2）中酸性蒸氣浴為甲酸蒸氣浴、乙酸蒸氣浴、鹽酸蒸氣浴、硝酸蒸氣浴中的至少一種；蒸氣浴處理時間為2-10h。
4.如權利要求1所述的一種導電互穿網絡結構凝膠粉體的制備方法，其特征在于，步驟（2）納米纖維素水凝膠溶液中納米纖維素含量為0.5-2wt%；步驟（3）納米纖維素與尼龍粉末質量比為（1-2）：1；尼龍混合溶液中尼龍含量為1-5wt%；酸性溶劑為甲酸溶液、硫酸溶液中的至少一種；尼龍粉末和PEDOT：PSS水溶液中PEDOT：PSS的質量比為1：（0.1-0.3）。
5.如權利要求1所述的一種導電互穿網絡結構凝膠粉體的制備方法，其特征在于，步驟（4）中噴頭帶有1-4個噴口；噴口孔徑為0.1-1mm；尼龍混合溶液注射速率為1-3mL/min。p>
6.如權利要求1所述的一種導電互穿網絡結構凝膠粉體的制備方法，其特征在于，步驟（3）中尼龍為尼龍6、尼龍66、尼龍12、尼龍56、尼龍610、尼龍1212中的至少一種；?PEDOT：PSS水溶液的質量分數為1-5％；PEDOT：PSS水溶液中PEDOT和PSS的質量比為1:2-2.8。
7.如權利要求1所述的一種導電互穿網絡結構凝膠粉體的制備方法，其特征在于，步驟（4）中攪拌速率為600-800rpm。
8.一種導電互穿網絡結構凝膠粉體，其特征在于：由權利要求1-7中任意一項所述的一種導電互穿網絡結構凝膠粉體的制備方法制得。
9.一種如權利要求8所述的一種導電互穿網絡結構凝膠粉體的應用，其特征在于，將導電互穿網絡結構凝膠粉體用于聚氨酯涂料領域。
10.一種聚氨酯涂料，其特征在于：包含如下重量份的組分：水性聚氨酯分散液100份；權利要求8所述的導電互穿網絡結構凝膠粉體0.5-5份。
...【技術特征摘要】
1.一種導電互穿網絡結構凝膠粉體的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.如權利要求1所述的一種導電互穿網絡結構凝膠粉體的制備方法，其特征在于，步驟（1）中納米纖維素直徑為10-100nm，長度為5-20μm。
3.如權利要求1所述的一種導電互穿網絡結構凝膠粉體的制備方法，其特征在于，步驟（2）中酸性蒸氣浴為甲酸蒸氣浴、乙酸蒸氣浴、鹽酸蒸氣浴、硝酸蒸氣浴中的至少一種；蒸氣浴處理時間為2-10h。
4.如權利要求1所述的一種導電互穿網絡結構凝膠粉體的制備方法，其特征在于，步驟（2）納米纖維素水凝膠溶液中納米纖維素含量為0.5-2wt%；步驟（3）納米纖維素與尼龍粉末質量比為（1-2）：1；尼龍混合溶液中尼龍含量為1-5wt%；酸性溶劑為甲酸溶液、硫酸溶液中的至少一種；尼龍粉末和pedot：pss水溶液中pedot：pss的質量比為1：（0.1-0.3）。
5.如權利要求1所述的一種導電互穿網絡結構凝膠粉體的制備方法，其特征在于，步驟（4）中噴頭帶有1-4個噴口；...
【專利技術屬性】
技術研發人員：閆希利，劉曉非，閆一銘，
申請(專利權)人：蘇州港睿通納米材料科技有限公司，
類型：發明
國別省市：
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