本发明属于导电材料技术领域，尤其是一种含竹纳米纤维素晶须-硫化亚铜-pmma纳米粒子的材料及制备方法。
背景技术：
聚乳酸是一种绿色生物塑料，它来源于植物，使用后经自然降解可完全转化为水和二氧化碳。在环境保护意识日益增加的当下，聚乳酸展示了广泛的应用潜力，聚乳酸导电材料由于良好的降解性和导电性，在光学领域、环保领域均具有较好的发展。但由于聚乳酸结晶性能差，热稳定性低和脆性大，限制了聚乳酸材料的应用领域。
技术实现要素：
针对上述问题，本发明旨在提供一种力学性能、导电性能均较好的含竹纳米纤维素晶须-硫化亚铜-pmma纳米粒子的材料，及制备方法。
本发明通过以下技术方案实现：
一种含竹纳米纤维素晶须-硫化亚铜-pmma纳米粒子的材料，其特征在于，由以下重量份的原料制成：
竹纳米纤维素晶须-硫化亚铜-pmma纳米粒子10-20，聚乳酸80-120，改性料15-20。
进一步的，其制备方法为：将聚乳酸与竹纳米纤维素晶须-硫化亚铜-pmma纳米粒子在1500-2000rpm的搅拌机中搅拌混合5-10min，然后加入改性料，通过双螺杆挤出机在175-180℃下熔融共混并挤出造粒即可。
进一步的，所述竹纳米纤维素晶须-硫化亚铜-pmma纳米粒子的制备方法为：
（1）将10-20份竹纳米纤维素晶须加入到其体积30-50倍的乙醇中，索氏提取7-8h，然后过滤，在80-90℃下干燥，然后将2-5份硅烷偶联剂kh-570加入到其体积30-35倍的甲醇中，在40-43℃、500-600rpm下反应2-3h，然后加入所述干燥后的竹纳米纤维素晶须、4-6份己二胺，降温至35-39℃，继续搅拌反应2-3h，过滤，乙醇洗涤3-5次，在70-74℃下干燥，得到改性竹纳米纤维素晶须；
（2）将步骤（1）所得改性竹纳米纤维素晶须加入到30-50份质量分数为10-15%的硫酸铜溶液中，在30-35℃下超声分散10-20min，然后加入5-8份质量分数为6-12%的硫代硫酸钠溶液，并升温至72-76℃，在200-300rpm下反应25-30min后，过滤，去离子水洗涤，在50-54℃下烘干，研磨至粒径为50-500nm，得竹纳米纤维素晶须-硫化亚铜纳米粒子；（3）将步骤（2）所得竹纳米纤维素晶须-硫化亚铜纳米粒子分散至其体积20-40倍的乙醇中，在60-65℃、300-500rpm下分散10-20min后，加入25-35份甲基丙烯酸甲酯，10-15份二甲基丙烯酸乙二醇酯，并加速至1000-1200rpm，搅拌反应3-5h，冷却，过滤，去离子水洗涤2-4次后，在50-55℃下烘干，得到竹纳米纤维素晶须-硫化亚铜-pmma纳米粒子。
进一步的，所述改性料的制备方法为：将15-25份尼龙6与5-8份聚氨酯在1000-1500rpm下混合10-13min，然后在180-186℃下熔融挤出、切粒，得改性料。
进一步的，步骤（2）所述超声条件为100-150hz。
本发明的有益效果：本发明制备的含竹纳米纤维素晶须-硫化亚铜-pmma纳米粒子的聚乳酸材料具有较好的力学性能和电学性能，其抗拉伸性能和抗冲击性能优异。将竹纳米纤维素晶须利用硅烷偶联剂和己二胺进行处理，一方面改善了竹纳米纤维素晶须的团聚现象，并使其表面产生裂纹和坑洼，有利于后续产物的附着，使其在基底中分散良好，另一方面，向晶须表面引入自由的胺基，可以与铜离子产生化学络合作用，提高硫化亚铜在其表面的吸附力，提高硫化亚铜的含量，从而增强目标材料的电导率；接着利用甲基丙烯酸甲酯，二甲基丙烯酸乙二醇酯在竹纳米纤维素晶须-硫化亚铜表面反应，生成pmma外壳，不仅改善了聚乳酸材料脆性大的缺陷，提高了材料的抗拉伸和抗冲击性能，增强其韧性，同时，生成的pmma外壳又进一步的巩固了硫化亚铜在竹纳米纤维素晶须表面的附着，进一步增强导电性能；利用尼龙6与聚氨酯进行合理复配，制成改性料，优化了聚乳酸材料的韧性与硬度，拓宽了材料的应用领域。
具体实施方式
下面用具体实施例说明本发明，但并不是对本发明的限制。
实施例1
一种含竹纳米纤维素晶须-硫化亚铜-pmma纳米粒子的材料，其特征在于，由以下重量份的原料制成：
竹纳米纤维素晶须-硫化亚铜-pmma纳米粒子10，聚乳酸80，改性料15。
进一步的，其制备方法为：将聚乳酸与竹纳米纤维素晶须-硫化亚铜-pmma纳米粒子在1500rpm的搅拌机中搅拌混合5min，然后加入改性料，通过双螺杆挤出机在175℃下熔融共混并挤出造粒即可。
进一步的，所述竹纳米纤维素晶须-硫化亚铜-pmma纳米粒子的制备方法为：
（1）将10份竹纳米纤维素晶须加入到其体积30倍的乙醇中，索氏提取7h，然后过滤，在80℃下干燥，然后将2份硅烷偶联剂kh-570加入到其体积30倍的甲醇中，在40℃、500rpm下反应2h，然后加入所述干燥后的竹纳米纤维素晶须、4份己二胺，降温至35℃，继续搅拌反应2h，过滤，乙醇洗涤3次，在70℃下干燥，得到改性竹纳米纤维素晶须；
（2）将步骤（1）所得改性竹纳米纤维素晶须加入到30份质量分数为10%的硫酸铜溶液中，在30℃下超声分散10min，然后加入5份质量分数为6%的硫代硫酸钠溶液，并升温至72℃，在200rpm下反应25min后，过滤，去离子水洗涤，在50℃下烘干，研磨至粒径为50nm，得竹纳米纤维素晶须-硫化亚铜纳米粒子；（3）将步骤（2）所得竹纳米纤维素晶须-硫化亚铜纳米粒子分散至其体积20倍的乙醇中，在60℃、300rpm下分散10min后，加入25份甲基丙烯酸甲酯，10份二甲基丙烯酸乙二醇酯，并加速至1000rpm，搅拌反应3h，冷却，过滤，去离子水洗涤2次后，在50℃下烘干，得到竹纳米纤维素晶须-硫化亚铜-pmma纳米粒子。
进一步的，所述改性料的制备方法为：将15份尼龙6与5份聚氨酯在1000rpm下混合10min，然后在180℃下熔融挤出、切粒，得改性料。
进一步的，步骤（2）所述超声条件为100hz。
实施例2
一种含竹纳米纤维素晶须-硫化亚铜-pmma纳米粒子的材料，其特征在于，由以下重量份的原料制成：
竹纳米纤维素晶须-硫化亚铜-pmma纳米粒子15，聚乳酸100，改性料18。
进一步的，其制备方法为：将聚乳酸与竹纳米纤维素晶须-硫化亚铜-pmma纳米粒子在1800rpm的搅拌机中搅拌混合7min，然后加入改性料，通过双螺杆挤出机在177℃下熔融共混并挤出造粒即可。
进一步的，所述竹纳米纤维素晶须-硫化亚铜-pmma纳米粒子的制备方法为：
（1）将15份竹纳米纤维素晶须加入到其体积40倍的乙醇中，索氏提取8h，然后过滤，在85℃下干燥，然后将3份硅烷偶联剂kh-570加入到其体积32倍的甲醇中，在41℃、550rpm下反应3h，然后加入所述干燥后的竹纳米纤维素晶须、5份己二胺，降温至38℃，继续搅拌反应3h，过滤，乙醇洗涤4次，在72℃下干燥，得到改性竹纳米纤维素晶须；
（2）将步骤（1）所得改性竹纳米纤维素晶须加入到40份质量分数为12%的硫酸铜溶液中，在33℃下超声分散15min，然后加入6份质量分数为10%的硫代硫酸钠溶液，并升温至75℃，在250rpm下反应27min后，过滤，去离子水洗涤，在52℃下烘干，研磨至粒径为200nm，得竹纳米纤维素晶须-硫化亚铜纳米粒子；（3）将步骤（2）所得竹纳米纤维素晶须-硫化亚铜纳米粒子分散至其体积30倍的乙醇中，在62℃、400rpm下分散15min后，加入30份甲基丙烯酸甲酯，12份二甲基丙烯酸乙二醇酯，并加速至1100rpm，搅拌反应4h，冷却，过滤，去离子水洗涤3次后，在52℃下烘干，得到竹纳米纤维素晶须-硫化亚铜-pmma纳米粒子。
进一步的，所述改性料的制备方法为：将20份尼龙6与7份聚氨酯在1200rpm下混合11min，然后在183℃下熔融挤出、切粒，得改性料。
进一步的，步骤（2）所述超声条件为120hz。
实施例3
一种含竹纳米纤维素晶须-硫化亚铜-pmma纳米粒子的材料，其特征在于，由以下重量份的原料制成：
竹纳米纤维素晶须-硫化亚铜-pmma纳米粒子20，聚乳酸120，改性料20。
进一步的，其制备方法为：将聚乳酸与竹纳米纤维素晶须-硫化亚铜-pmma纳米粒子在2000rpm的搅拌机中搅拌混合10min，然后加入改性料，通过双螺杆挤出机在180℃下熔融共混并挤出造粒即可。
进一步的，所述竹纳米纤维素晶须-硫化亚铜-pmma纳米粒子的制备方法为：
（1）将20份竹纳米纤维素晶须加入到其体积50倍的乙醇中，索氏提取8h，然后过滤，在90℃下干燥，然后将5份硅烷偶联剂kh-570加入到其体积35倍的甲醇中，在43℃、600rpm下反应3h，然后加入所述干燥后的竹纳米纤维素晶须、6份己二胺，降温至39℃，继续搅拌反应3h，过滤，乙醇洗涤5次，在74℃下干燥，得到改性竹纳米纤维素晶须；
（2）将步骤（1）所得改性竹纳米纤维素晶须加入到50份质量分数为15%的硫酸铜溶液中，在35℃下超声分散20min，然后加入8份质量分数为12%的硫代硫酸钠溶液，并升温至76℃，在300rpm下反应30min后，过滤，去离子水洗涤，在54℃下烘干，研磨至粒径为500nm，得竹纳米纤维素晶须-硫化亚铜纳米粒子；（3）将步骤（2）所得竹纳米纤维素晶须-硫化亚铜纳米粒子分散至其体积40倍的乙醇中，在65℃、500rpm下分散20min后，加入35份甲基丙烯酸甲酯，15份二甲基丙烯酸乙二醇酯，并加速至1200rpm，搅拌反应5h，冷却，过滤，去离子水洗涤4次后，在55℃下烘干，得到竹纳米纤维素晶须-硫化亚铜-pmma纳米粒子。
进一步的，所述改性料的制备方法为：将25份尼龙6与8份聚氨酯在1500rpm下混合13min，然后在186℃下熔融挤出、切粒，得改性料。
进一步的，步骤（2）所述超声条件为150hz。
对比实施例1
本对比实施例相比于实施例2，省略了竹纳米纤维素晶须-硫化亚铜-pmma纳米粒子的加入，除此之外的方法步骤均相同。
对比实施例2
本对比实施例相比于实施例2，省略了改性料的加入，除此之外的方法步骤均相同。
性能测试：
力学性能测试：在万能力学试验机上测试各组实施例和对比实施例所得材料的力学性能。将材料制成哑铃型试样，长度为50mm，标距力15mm，中部宽度与厚度分别约为4mm和0.5mm。拉伸速度为20mm/min，毎组至少测试５个试样，取平均值。
按照gb/t1843-2008标准对各组实施例和对比实施例所得样品进行抗冲击强度测试。
电学性能测试：对各组实施例和对比实施例所得样品的电导率进行测试。
测试结果如表1所示：
表1
由表1可以看出，本发明制备的含竹纳米纤维素晶须-硫化亚铜-pmma纳米粒子的聚乳酸材料具有较好的力学性能和电学性能，其抗拉伸性能和抗冲击性能优异。