一种面筋-碳纳米管导电发泡材料及其制备方法

摘要

本发明公开了一种面筋‑碳纳米管导电发泡材料及其制备方法。所述方法包括：将面筋加入到去离子水中，通过加入滴加氢氧化钠水溶液调节面筋溶液的pH值为碱性，搅拌均匀后加入甘油将溶液加热且不断搅拌，然后后冷却后得到交联的面筋溶液；将碳纳米管加入到含有十二烷基苯磺酸钠的水溶液中搅拌均匀得到碳纳米管溶液，将碳纳米水溶液加入到面筋溶液中，不断搅拌后将溶液注入硅胶模具中，冷冻干燥得到面筋‑碳纳米管导电发泡材料。本发明提供的制备方法，具有成本低、工艺过程简单、操作方便、反应条件相对温和及易于工业化等优点。本发明提供的高导电的发泡材料能够应用于压敏传感器等领域。

权利要求

1.一种面筋‑碳纳米管导电发泡材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将面筋加入水中，搅拌均匀，得到面筋溶液；所述面筋溶液的质量百分比浓度为

5wt％‑15wt％；调节面筋溶液的pH值为10‑12，得到调节pH值后的面筋溶液，将甘油加入水中混合均匀得到甘油溶液；然后将面筋溶液与甘油溶液混合，所述甘油溶液的浓度为

20wt％‑30wt％，所述甘油与面筋的质量比为3：7‑5：5，在搅拌状态下进行加热处理，所述加热处理的温度为90‑95摄氏度；加热处理的时间为0.5‑1小时；所述在搅拌状态下的搅拌速率为600‑900rpm，得到交联的面筋溶液；

(2)将十二烷基苯磺酸钠加入水中，搅拌均匀得到十二烷基苯磺酸钠的水溶液，然后加入碳纳米管，所述碳纳米管和十二烷基苯磺酸钠的质量比为1：1‑2：1，搅拌均匀得到碳纳米管溶液；所述碳纳米管溶液中碳纳米管的浓度为0.25wt％‑1wt％；

(3)将步骤(2)所述碳纳米管溶液加入到步骤(1)所述交联的面筋溶液中，搅拌均匀得到混合溶液，冷冻处理，然后冷冻干燥得到所述面筋‑碳纳米管导电发泡材料；

步骤(3)所述碳纳米管溶液的体积为交联的面筋溶液体积的30‑50％。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述冷冻处理的温度为‑30～‑25摄氏度，冷冻处理的时间为20‑24小时。

3.一种由权利要求1‑2任一项所述的制备方法制得的面筋‑碳纳米管导电发泡材料。

说明书

一种面筋‑碳纳米管导电发泡材料及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于导电发泡材料领域，具体涉及一种面筋‑碳纳米管导电发泡材料及其制备方法。

背景技术

[0002] 聚合物发泡材料是指以聚合物为基体并且内部有无数气泡的泡孔材料。典型的发泡材料有聚氨酯泡沫、聚苯乙烯泡沫。因为其质轻和多孔结构，聚合物发泡材料目前在我们
的日常生活用品、包装材料、绝缘材料、交通工具、电器、电子设备以及纺织等都有很广泛的
应用。同时高性能的泡孔材料在航天航空、军工领域发挥着重要的作用。不过现在的泡沫材
料只要是以塑料，橡胶，弹性体为主。为了消除白色污染和废旧泡沫回收等问题，具有生物
降解性的天然高分子发泡材料也越来越受青睐。

[0003] 小麦面筋是植物性蛋白质，主要由麦谷蛋白和麦醇溶蛋白构成。其获取容易，价格廉价。它还具有特殊的持水性，粘弹性和起泡性，广泛应用于食品领域。面筋的最主要的一
个特性就是粘弹性和良好的发泡性能。将小麦蛋白这种天然高分子蛋白质应用于高分子发
泡材料的制备不仅可以解决现有的聚合物发泡材料难以回收以及很难生物降解的难题，还
可以构建一个制备不同功能的生物基发泡材料的平台。例如，将碳纳米管引入这种发泡材
料中，可以赋予这种发泡材料导电性性能，同时应用到压敏传感器等多个领域。

发明内容

[0004] 为了克服现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种面筋‑碳纳米管导电泡孔材料及其制备方法。

[0005] 本发明提供一种应用于传感器领域的面筋‑碳纳米管发泡材料的制备方法；制备得到的面筋‑碳纳米管导电泡孔材料，具有成本低、工艺过程简单、反应条件相对温和及易
于工业化等优点。

[0006] 本发明的另外一个目的是提供一种以面筋蛋白为基体的天然高分子基的发泡材料的平台。

[0007] 本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。

[0008] 本发明提供的一种面筋‑碳纳米管导电发泡材料的制备方法，是以纤维素为基材，复合碳纳米管并采用冷冻干燥的技术将其制备成面筋‑碳纳米管发泡材料。

[0009] 本发明提供的一种面筋‑碳纳米管导电发泡材料的制备方法，包括如下步骤：

[0010] (1)将面筋缓慢加入去离子水中，搅拌均匀，得到面筋溶液；通过加入滴加氢氧化钠水溶液调节面筋溶液的pH值为碱性，得到调节pH值后的面筋溶液，将甘油加入水中混合
均匀得到甘油溶液；然后将面筋溶液与甘油溶液混合，在搅拌状态下进行加热处理，然后后
冷却得到交联的面筋溶液；

[0011] (2)将十二烷基苯磺酸钠加入水中，搅拌均匀得到十二烷基苯磺酸钠的水溶液，然后加入碳纳米管，搅拌均匀得到碳纳米管溶液；

[0012] (3)将步骤(2)所述碳纳米管溶液缓慢加入到步骤(1)所述交联的面筋溶液中，搅拌均匀得到混合溶液，将混合溶液注入硅胶模具中，冷冻处理，然后冷冻干燥得到所述面
筋‑碳纳米管导电发泡材料。

[0013] 进一步地，步骤(1)所述面筋溶液的质量百分比浓度为5wt％‑15wt％。

[0014] 进一步地，步骤(1)所述调节面筋溶液的pH值，使调节后的面筋溶液pH值为10‑12；优选地，调节后的面筋溶液pH值为11。

[0015] 进一步地，步骤(1)所述甘油溶液的浓度为20wt％‑30wt％；所述甘油与面筋的质量比为3：7‑5：5。

[0016] 进一步地，步骤(1)所述加热处理的温度为90‑95摄氏度，优选地，加热处理的温度为90摄氏度；加热处理的时间为0.5‑1小时；所述在搅拌状态下的搅拌速率为600‑900rpm。

[0017] 进一步地，步骤(2)所述碳纳米管和十二烷基苯磺酸钠的质量比为1：1～2：1；优选地，碳纳米管和十二烷基苯磺酸钠的质量比为1：1。

[0018] 进一步地，步骤(2)所述碳纳米管溶液中碳纳米管的浓度为0.25wt％‑1wt％。

[0019] 进一步地，步骤(3)所述碳纳米管溶液的体积为交联的面筋溶液的体积的30‑50％。

[0020] 进一步地，步骤(3)所述冷冻处理的温度为‑30～‑25摄氏度，冷冻处理的时间为20‑24小时。

[0021] 优选地，所述冷冻干燥为在冷冻干燥机中冷冻干燥40‑48小时。

[0022] 优选地，按重量比，碳纳米管与面筋的质量比为1：99‑4：96。

[0023] 本发明提供的一种由上述的制备方法制得的面筋‑碳纳米管导电发泡材料。

[0024] 与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：

[0025] (1)本发明提供的制备方法，所采用的原料小麦面筋作为生物乙醇制造的主要副产品，成本很低；同时，面筋蛋白作为天然高分子，具有可再生和易降解等优点；本发明制备
方法，具有制作工艺简单、价格成本低、绿色无污染及可大规模制造等诸多特点。

[0026] (2)本发明提供的制备方法，得到的制品形状以及大小尺寸完全可以由硅胶模具决定，这样就大大拓宽了这种发泡材料的应用范围。

[0027] (3)本发明提供的面筋‑碳纳米管导电发泡材料，压缩后可以完全回复，并且可以多次使用和长期储存，所述发泡材料的使用寿命较长。

具体实施方式

[0028] 以下结合实例对本发明的具体实施作进一步说明，但本发明的实施和保护不限于此。需指出的是，以下若有未特别详细说明之过程，均是本领域技术人员可参照现有技术实
现或理解的。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，视为可以通过市售购买得到的常规产品。

[0029] 实施例1

[0030] 实施例1提供的一种面筋‑碳纳米管导电发泡材料的制备方法，包括如下步骤：

[0031] (1)将4.95克面筋加入50毫升的去离子水中，搅拌均匀，得到面筋溶液；通过加入滴加氢氧化钠水溶液调节面筋溶液的pH值为10，得到调节pH值后的面筋溶液，将2.2克甘油
加入10毫升去离子水中混合均匀得到甘油溶液；然后将面筋溶液与甘油溶液混合，在搅拌
状态(转速为600rpm)下进行加热处理，加热处理的温度为90摄氏度，加热处理的时间为1小
时，然后冷却得到交联的面筋溶液；

[0032] (2)将0.05克十二烷基苯磺酸钠(作为表面活性剂)加入20毫升去离子水中，搅拌均匀得到十二烷基苯磺酸钠的水溶液，然后加入0.05克碳纳米管，搅拌均匀得到碳纳米管
溶液；

[0033] (3)将20毫升步骤(2)所述碳纳米管溶液加入到步骤(1)所述交联的50毫升面筋溶液中，不断搅拌10分钟，搅拌均匀得到混合溶液(面筋‑碳纳米管溶液)，将混合溶液注入硅
胶模具中，进行冷冻处理，冷冻处理的温度为‑25℃，冷冻处理的时间为24小时；然后冷冻干
燥得到所述面筋‑碳纳米管导电发泡材料。其中按重量比，碳纳米管与面筋的比例为1：99。

[0034] (4)经过上述步骤，实施例1制备的述面筋‑碳纳米管导电发泡材料的密度为3
0.10g/cm ，导电率为0.046S/m，压缩变形可高达70％，可以完全回复最初形状，而且进行循
化压缩形变次数高达200次，并且电导率变化基本保持一致。将循环压缩实验后的样品放置
6个月后再次进行压缩循环200次，压缩性能和导电性能依旧能保持。

[0035] 实施例2

[0036] 实施例2提供的一种面筋‑碳纳米管导电发泡材料的制备方法，包括如下步骤：

[0037] (1)将4.9克面筋加入50毫升的去离子水中，搅拌均匀，得到面筋溶液；通过加入滴加氢氧化钠水溶液调节面筋溶液的pH值为11，得到调节pH值后的面筋溶液，将2.2克甘油加
入10毫升去离子水中混合均匀得到甘油溶液；然后将面筋溶液与甘油溶液混合，在搅拌状
态(转速为800rpm)下进行加热处理，加热处理的温度为90摄氏度，加热处理的时间为1小
时，然后冷却得到交联的面筋溶液；

[0038] (2)将0.1克十二烷基苯磺酸钠(作为表面活性剂)加入20毫升去离子水中，搅拌均匀得到十二烷基苯磺酸钠的水溶液，然后加入0.1克碳纳米管，搅拌均匀得到碳纳米管溶
液；

[0039] (3)将20毫升步骤(2)所述碳纳米管溶液加入到步骤(1)所述交联的50毫升面筋溶液，不断搅拌10分钟，搅拌均匀得到混合溶液(面筋‑碳纳米管溶液)，将混合溶液注入硅胶
模具中，进行冷冻处理，冷冻处理的温度为‑27℃，冷冻处理的时间为22小时；然后冷冻干燥
得到所述面筋‑碳纳米管导电发泡材料。其中按重量比，碳纳米管与面筋的比例为2：98。

[0040] (4)经过上述步骤，制备的述面筋‑碳纳米管导电发泡材料的密度为0.11g/cm3，导电率为0.22S/m，压缩变形可高达70％，可以完全回复最初形状，而且进行循化压缩形变次
数高达200次，并且电导率变化基本保持一致。将循环压缩实验后的样品放置6个月后再次
进行压缩循环200次，压缩性能和导电性能依旧能保持。

[0041] 实施例3

[0042] 实施例3提供的一种面筋‑碳纳米管导电发泡材料的制备方法，包括如下步骤：

[0043] (1)将4.85克面筋加入50毫升的去离子水中，搅拌均匀，得到面筋溶液；通过加入滴加氢氧化钠水溶液调节面筋溶液的pH值为12，得到调节pH值后的面筋溶液，将2.2克甘油
加入10毫升去离子水中混合均匀得到甘油溶液；然后将面筋溶液与甘油溶液混合，在搅拌
状态(转速为900rpm)下进行加热处理，加热处理的温度为90摄氏度，加热处理的时间为1小
时，然后冷却得到交联的面筋溶液；

[0044] (2)将0.15克十二烷基苯磺酸钠(作为表面活性剂)加入20毫升去离子水中，搅拌均匀得到十二烷基苯磺酸钠的水溶液，然后加入0.15克碳纳米管，搅拌均匀得到碳纳米管
溶液；

[0045] (3)将15毫升步骤(2)所述碳纳米管溶液加入到步骤(1)所述交联的50毫升面筋溶液中，不断搅拌10分钟，搅拌均匀得到混合溶液(面筋‑碳纳米管溶液)，将混合溶液注入硅
胶模具中，进行冷冻处理，冷冻处理的温度为‑30℃，冷冻处理的时间为20小时；然后冷冻干
燥得到所述面筋‑碳纳米管导电发泡材料。其中按重量比，碳纳米管与面筋的比例为3：97。

[0046] (4)经过上述步骤，制备的述面筋‑碳纳米管导电发泡材料的密度为0.13g/cm3，导电率为0.6S/m，压缩变形可高达70％，可以完全回复最初形状，而且进行循化压缩形变次数
高达200次，并且电导率变化基本保持一致。将循环压缩实验后的样品放置6个月后再次进
行压缩循环200次，压缩性能和导电性能依旧能保持。

[0047] 实施例4

[0048] 实施例4提供的一种面筋‑碳纳米管导电发泡材料的制备方法，包括如下步骤：

[0049] (1)将4.8克面筋加入50毫升的去离子水中，搅拌均匀，得到面筋溶液；通过加入滴加氢氧化钠水溶液调节面筋溶液的pH值为11，得到调节pH值后的面筋溶液，将2.2克甘油加
入10毫升去离子水中混合均匀得到甘油溶液；然后将面筋溶液与甘油溶液混合，在搅拌状
态(转速为800rpm)下进行加热处理，加热处理的温度为90摄氏度，加热处理的时间为(1小
时)，然后冷却得到交联的面筋溶液；

[0050] (2)将0.2克十二烷基苯磺酸钠(作为表面活性剂)加入20毫升去离子水中，搅拌均匀得到十二烷基苯磺酸钠的水溶液，然后加入0.2克碳纳米管，搅拌均匀得到碳纳米管溶
液；

[0051] (3)将25毫升步骤(2)所述碳纳米管溶液加入到步骤(1)所述交联的50毫升面筋溶液中，不断搅拌10分钟，搅拌均匀得到混合溶液(面筋‑碳纳米管溶液)，将混合溶液注入硅
胶模具中，进行冷冻处理，冷冻处理的温度为‑25℃，冷冻处理的时间为24小时；然后冷冻干
燥得到所述面筋‑碳纳米管导电发泡材料。其中按重量比，碳纳米管与面筋的比例为4：96。

[0052] (4)经过上述步骤，制备的述面筋‑碳纳米管导电发泡材料的密度为0.15g/cm3，导电率为1.1S/m，压缩变形可高达70％，可以完全回复最初形状，而且进行循化压缩形变次数
高达200次，并且电导率变化基本保持一致。将循环压缩实验后的样品放置6个月后再次进
行压缩循环200次，压缩性能和导电性能依旧能保持。

[0053] 以上实施例仅为本发明较优的实施方式，仅用于解释本发明，而非限制本发明，本领域技术人员在未脱离本发明精神实质下所作的改变、替换、修饰等均应属于本发明的保
护范围。