CN101030454B - 电磁屏蔽功能基元材料的制备及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了电磁屏蔽功能基元材料的制备及使用方法，属功能材料技术领域。它采用超细粉碎改性一体化技术制备出以天然磁铁矿、钢渣、钢屑、碳黑、天然电气石作为原料的电磁屏蔽功能基元材料，并以这些功能基元材料制备电磁屏蔽无机复合材料及有机复合材料或电磁屏蔽水泥砂浆、建筑腻子、建筑涂料及其复合体。由于其成本低、可操作性强，可广泛应用于各种电磁屏蔽材料和壳体材料中，能够有效减少电磁波造成的电磁辐射污染和内外电磁信号的泄露。它还能中和电磁波辐射产生的阳离子，以减少电磁辐射对人体造成的危害。
Description
(一)技术领域：本发明涉及电磁屏蔽功能基元材料的制备及使用方法，属功能材料技术领域。
(二)背景技术：目前国内外还没有对材料进行超细粉碎改性一体化加工方面的技术专利的相关报道。现有已报道的电磁屏蔽材料主要采用导电材料，而以对电磁波有屏蔽吸收作用的天然磁铁矿、钢渣、钢屑、碳黑、天然电气石为原料制备电磁屏蔽功能基元材料研究不多，更没有以这些电磁屏蔽功能基元材料制备的电磁屏蔽无机复合材料及有机复合材料或电磁屏蔽水泥砂浆、建筑腻子、建筑涂料及其复合体的相关报道。经查新，国外涉及专利4篇，相关报道6篇；国内专利2篇，相关报道4篇。这些国内外专利及相关报道可总结为：
1、国外方面，日本在2004年公布的一项专利，是混合电气石和多孔材料来制备电磁屏蔽板材。
2、国外方面，澳大利亚在2004年公布了一项电磁屏蔽涂料专利，是以磁铁矿和碳素材料制备的无机涂料，可广泛应用与建筑物上并具有电磁屏蔽效果。
3、国外方面，日本在2002年公布的一项磁性混凝土专利，其主要内容为混凝土与磁铁矿磁性粒子和赤铁矿粒子混合以获得一种具有屏蔽电磁波效果的磁性混凝土。
4、国外方面，日本在1996年公布了一项电磁屏蔽材料专利，是用磁铁矿与胺基甲酸乙酯树脂混合，制备一种电磁屏蔽隔板材料。
5、国内方面，2002年公布了一种电磁屏蔽复合材料及其制备方法，它含有多孔材料载体和电气石颗粒，电气石颗粒的粒径为0.3～10微米，电气石在屏蔽材料中的含量为5～30％(重量)。这种复合材料可制成辐射家电(如手机、微波炉)的外壳、或作为外壳表层，也可纺织成防辐射布料制成服装，或制成防辐射涂料，因其可与空气中的水发生反应产生负离子，以中和辐射物体发出的阳离子，而减少或减弱对人体有害的电磁辐射。
6、国内方面，2004年公布一种具有电磁屏蔽功能聚烯烃塑料母粒，其特征在于由下列组成物及重量百分比组成：聚烯烃塑料60～84％，含电气石晶矿微粉5～15％，无机填料5～10％，分散剂0.5～1％，铝粉5～15％，所述含电气石晶矿微粉为高硼含量的电气石矿粉，其化学成分为含有B、Al、Si、Mg、Mn、Zn、Ti的硅酸盐，其粒度为亚微米级。该发明的优点是利用具有电磁屏蔽功能聚烯烃塑料母粒制成的塑料能屏蔽电磁波，保护人身及产品的安全。
总体上国内外未见有采用超细粉碎改性一体化技术制备出以天然磁铁矿、钢渣、钢屑、碳黑、天然电气石作为原料的电磁屏蔽功能基元材料，并以这些功能基元材料制备电磁屏蔽无机复合材料及有机复合材料或电磁屏蔽水泥砂浆、建筑腻子、建筑涂料及其复合体的专利与非专利文献报道。
(三)发明内容：
1、发明目的：发明材料超细粉碎改性一体化技术，并采用此技术以天然磁铁矿、钢渣、钢屑、碳黑、天然电气石为原料开发电磁屏蔽功能基元材料，并将这些功能基元材料应用于制备电磁屏蔽无机复合材料及有机复合材料或电磁屏蔽水泥砂浆、电磁屏蔽建筑腻子、电磁屏蔽建筑涂料及其复合体。
2、本发明的技术方案是：
首先采用超细粉碎改性一体化技术制备出以天然磁铁矿、钢渣、钢屑、碳黑、天然电气石作为原料的电磁屏蔽功能基元材料，再应用这些功能基元材料制备电磁屏蔽无机复合材料及有机复合材料或电磁屏蔽水泥砂浆、建筑腻子、建筑涂料及其复合体。
(1)超细粉碎改性一体化技术
在矿物颗粒超细粉碎过程中，伴随颗粒细化，表面获得了很大的自由能，在矿物粉体表面处于高能态时施加表面改性剂，则表面改性剂分子很容易与高活性的矿物颗粒表面形成化学键，进而达到化学包覆改性的目的。矿物表面因吸附低能的改性剂，表面自由能被大幅度降低，由于导致颗粒粉碎断裂的最小应力与表面自由能成正比，矿物粉碎随之变得容易。超细粉碎改性一体化技术的工艺如说明书附图所示。
(2)电磁屏蔽功能基元材料
电磁屏蔽功能基元材料的制备方法，其特点是采用超细粉碎改性一体化工艺对天然磁铁矿、钢渣、钢屑、碳黑、天然电气石中的一种或一种以上配合制备电磁屏蔽功能基元材料。其中，天然磁铁矿的粒度为12μm～5mm；钢渣的粒度为2～5mm；钢屑的粒度最好在3～7mm；碳黑的粒度最好在6～50μm；天然电气石的粒度为8μm～3mm。
(3)电磁屏蔽无机复合材料
电磁屏蔽无机复合材料的制备方法，其特点是以天然磁铁矿、碳黑、天然电气石为电磁屏蔽功能基元材料，由镁氧胶粘剂、玻璃纤维布、电磁屏蔽功能基元材料复合而成。
将天然磁铁矿、碳黑、天然电气石进行配比混合制得无机复合材料用电磁屏蔽功能基元材料，组分配比如下：(3种材料的用量不能同时为0或100％)
①天然磁铁矿：0～100％；②碳黑：0～100％；③天然电气石：0～100％。
先将镁氧胶粘剂和电磁屏蔽功能基元材料进行搅拌混合，再以玻璃纤维布为基材在其表面进行涂覆，最后将玻璃纤维布进行叠加复合。电磁屏蔽无机复合材料中各物料的重量百分含量如下：
①镁氧胶粘剂：6～10％；②玻璃纤维布：12～25％；③无机复合材料用电磁屏蔽功能基元材料：70～82％。
(4)电磁屏蔽有机复合材料
电磁屏蔽有机复合材料的制备方法，其特点是以天然磁铁矿、碳黑、天然电气石为电磁屏蔽功能基元材料。
将天然磁铁矿、碳黑、天然电气石进行配比混合制得有机复合材料用电磁屏蔽功能基元材料，组分配比如下：(3种材料的用量不能同时为0或100％)
①天然磁铁矿：0～100％；②碳黑：0～100％；③天然电气石：0～100％。
在熔融聚丙烯中加入经过表面处理的电磁屏蔽功能基元材料进行混炼，得到强韧电磁屏蔽复合材料。电磁屏蔽有机复合材料中各物料的重量百分含量如下：
①表面活性剂：0.3～0.7％；②聚丙烯：30～45％；③有机复合材料用电磁屏蔽功能基元材料：54.7～69.3％。
(5)电磁屏蔽水泥砂浆材料
电磁屏蔽水泥砂浆材料的制备方法，其特点是以天然磁铁矿、钢渣、钢屑、天然电气石为电磁屏蔽功能基元原料。
将天然电气石、天然磁铁矿、钢渣、钢屑进行配比混合制得水泥砂浆材料用电磁屏蔽功能基元材料，组分配比如下：(4种材料的用量不能同时为0或100％)
①天然磁铁矿：0～100％；②钢渣：0～100％；③钢屑：0～100％；④天然电气石：0～100％。
在制备好的水泥砂浆中加入按上述比例配比好的电磁屏蔽功能基元材料，即得电磁屏蔽水泥砂浆材料，各组分配比如下：
A、水泥：50％；B、砂：6～50％；C、电磁屏蔽功能基元材料：16～44％。
(6)电磁屏蔽建筑腻子
电磁屏蔽建筑腻子的制备方法，其特点是以天然磁铁矿、碳黑、天然电气石为电磁屏蔽功能基元材料。
将天然磁铁矿、碳黑、天然电气石进行配比混合制得建筑腻子用电磁屏蔽功能基元材料，组分配比如下：(3种材料的用量不能同时为0或100％)
①天然磁铁矿：0～100％；②碳黑：0～100％；③天然电气石：0～100％。
在上述配比好的基元材料中加入滑石粉料，搅拌均匀后加入熬制好的胶水，再共同搅拌至混合均匀，即制得电磁屏蔽建筑腻子，各组分配比如下：
基料：膨润土3.5％，胶水46.5％；
粉料：滑石粉3～37％，石膏5％，白水泥5％，建筑腻子用电磁屏蔽功能基元材料12～37％。
(7)电磁屏蔽建筑涂料
电磁屏蔽建筑涂料的制备方法，其特点是以天然磁铁矿、碳黑、天然电气石为电磁屏蔽功能基元材料，以苯丙树脂乳液为外加剂，辅以颜填料和助剂。
将天然磁铁矿、碳黑、天然电气石进行配比制得建筑涂料用电磁屏蔽功能基元材料，组分配比如下；(3种材料的用量不能同时为0或100％)
①天然磁铁矿：0～100％；②碳黑：0～100％；③天然电气石：0～100％。
用细度为60～300nm的苯丙树脂乳液与上述基元材料混合均匀，再把它们与一定量的颜填料和助剂混合即制得电磁屏蔽建筑涂料。涂料中各物料的重量百分含量如下：
A、颜填料：10～30％；B、助剂：0.3～0.5％；C、苯丙树脂乳液：15～40％；D、建筑涂料用电磁屏蔽功能基元材料：26～60％。
(8)电磁屏蔽水泥砂浆、腻子、涂料复合体
电磁屏蔽水泥砂浆、腻子、涂料复合体的制备方法，其特点是在预制成型后的电磁屏蔽水泥砂浆表面涂上1～5mm厚的电磁屏蔽腻子层，或在预制成型后的电磁屏蔽水泥砂浆表面涂上0.3～1mm厚的电磁屏蔽涂料层，或在预制成型后的电磁屏蔽水泥砂浆表面涂上1～5mm厚的电磁屏蔽腻子层后再在腻子表面涂上0.3～1mm厚的电磁屏蔽涂料层。
3、本发明的优点：
本发明中采用超细粉碎改性一体化工艺，达到超细粉碎和表面改性相互促进、提高生产效率和产品质量的目的。本发明涉及到的几种电磁屏蔽功能基元材料大多是以天然的矿物材料和工业废弃物为基本原料制备的，其来源广泛且成本较低，可广泛应用于各种电磁屏蔽材料中。通过电磁屏蔽功能基元材料对电磁波的吸收屏蔽与离子中和效应，达到对电磁波的屏蔽作用。由于采用了超细粉碎改性一体化工艺，电磁屏蔽功能基元材料制备变得简单，以其制备的电磁屏蔽材料与一般的电磁屏蔽材料相比成本更低并可更行之有效、更彻底地起到对内外电磁波的屏蔽作用，可以有效减少电磁波造成的电磁辐射污染和内外电磁信号的泄露。同时，它还能与空气中的水分子发生反应产生负氧离子，中和电磁波辐射产生的阳离子，以减少电磁辐射对人体造成的危害，并对室内人体健康有益。
4、应用领域：超细粉碎改性一体化技术由于其可达到超细粉碎和表面改性相互促进、提高生产效率和产品质量的目的，可被广泛应用于各种矿物材料的超细改性加工。同时，以天然磁铁矿、钢渣、钢屑、碳黑、天然电气石中的一种或一种以上的组合为原料制备的电磁屏蔽功能基元材料由于其具有成本低、可操作性强的特点，可广泛应用于各种电磁屏蔽材料中，这些电磁屏蔽材料可用于各种电子设备的壳体材料，对电子设备进行必要的电磁防护。这些电磁屏蔽材料还可用于具有电磁屏蔽功能和电磁波防护的建筑物建造中，在现在现代化城市建设中，高层建筑林立，造成电磁干扰波的多次反射，产生电磁辐射污染，在将来城市高级商品房的开发上，用电磁屏蔽复合材料制备的墙体材料可作为内外装饰材料，而兼具防电磁污染和空气净化功能，因而具有较好的开发价值和应用前景。
(四)具体实施方式：下面是本发明的几个具体实施例。
1、电磁屏蔽无机复合材料的具体实施例：
2、电磁屏蔽有机复合材料的具体实施例：
3、制备电磁屏蔽水泥砂浆材料用功能基元材料的具体实施例：
4、制备电磁屏蔽水泥砂浆材料的具体实施例：
5、制备电磁屏蔽建筑腻子用功能基元材料的具体实施例：
6、制备电磁屏蔽建筑腻子的具体实施例：
7、制备电磁屏蔽建筑涂料用功能基元材料的具体实施例；
8、制备电磁屏蔽建筑涂料的具体实施例：
9、电磁屏蔽水泥砂浆、建筑腻子、建筑涂料复合体的具体实施例：
本发明实施例中所述的电磁屏蔽无机复合材料用电磁屏蔽基元材料中天然磁铁矿的粒度最好在12～20μm；碳黑的粒度最好在6～12μm；天然电气石的粒度最好在8～18μm。
电磁屏蔽有机复合材料用电磁屏蔽基元材料中天然磁铁矿的粒度最好在25～35μm；碳黑的粒度最好在10～18μm；天然电气石的粒度最好在20～40μm。混炼温度最好为160～190℃，混炼时间最好为10～15min。
电磁屏蔽水泥砂浆用电磁屏蔽基元材料中天然磁铁矿的粒度最好在2～5mm；钢渣的粒度最好在2～5mm；钢屑的粒度最好在3～7mm；天然电气石的粒度最好在1～3mm。
电磁屏蔽腻子用电磁屏蔽基元材料中天然磁铁矿的粒度最好在30～60μm；碳黑的粒度最好在20～50μm；天然电气石的粒度最好在20～40μm。
电磁屏蔽涂料用电磁屏蔽基元材料中天然磁铁矿的粒度最好在15～35μm；碳黑的粒度最好在8～20μm；苯丙树脂乳液的细度最好为60～300nm；天然电气石的粒度最好在10～25μm。
按上述各实施例配料并按照前述生产方法即可制备出达到本发明目的的产品。
本发明的实施例均可实施，本发明不限于这些实施例。
Claims (9)
1. 电磁屏蔽功能基元材料的制备方法，其特征在于，它是在对材料进行超细粉碎的同时实施表面改性，即采用超细粉碎改性一体化工艺对天然磁铁矿、钢渣、钢屑、碳黑、天然电气石进行加工，进料粒度小于85μm，给料速度小于40g/min，工作压力在0.6～0.8MPa，改性剂质量含量在1.2～2.0％；并以它们中的一种或一种以上配合制备电磁屏蔽功能基元材料。
2. 利用权利要求1所述的电磁屏蔽功能基元材料制备电磁屏蔽无机复合材料的方法，其特征在于，它是由镁氧胶粘剂、玻璃纤维布、电磁屏蔽功能基元材料复合而成，镁氧胶粘剂占总量重量百分含量的6～10％，玻璃纤维布占总量重量百分含量的12～25％，电磁屏蔽功能基元材料占总量重量百分含量为的70～82％，玻璃纤维布厚度在0.2～0.6mm；其中的电磁屏蔽功能基元材料的组成及各组分的重量百分含量为：①天然磁铁矿：0～100％；②碳黑：0～100％；③天然电气石：0～100％，上述电磁屏蔽功能基元材料天然磁铁矿、碳黑、天然电气石，其特征在于，所述的天然磁铁矿的粒度最好在12～20μm；碳黑的粒度最好在6～12μm；天然电气石的粒度最好在8～18μm。
3. 利用权利要求1所述的电磁屏蔽功能基元材料制备电磁屏蔽有机复合材料的方法，其特征在于，它是在熔融高分子材料中加入经过表面处理的电磁屏蔽功能基元材料进行混炼，得到强韧电磁屏蔽复合材料，如在熔融聚丙烯中加入经过表面处理的电磁屏蔽功能基元材料，表面活性剂占总量重量百分含量为0.3～0.7％，聚丙烯占总量重量百分含量为的30～45％，电磁屏蔽功能基元材料占总量重量百分含量为的54.7～69.3％；其中的电磁屏蔽功能基元材料的组成及各组分的重量百分含量为：①天然磁铁矿：0～100％；②碳黑：0～100％；③天然电气石：0～100％，上述电磁屏蔽功能基元材料天然磁铁矿、碳黑、天然电气石，其特征在于，所述的天然磁铁矿的粒度最好在25～35μm；碳黑的粒度最好在10～18μm；天然电气石的粒度最好在20～40μm；混炼温度为160～190℃，混炼时间为10～15min。
4. 利用权利要求1所述的电磁屏蔽功能基元材料制备电磁屏蔽水泥砂浆的方法，其特征在于，它是在普通水泥砂浆中加入的电磁屏蔽功能基元材料占总量重量百分含量为的16～44％，其中的电磁屏蔽功能基元材料的组成及各组分的重量百分含量为：①天然电气石：0～100％；②天然磁铁矿：0～100％；③钢渣：0～100％；④钢屑：0～100％，上述电磁屏蔽功能基元材料天然磁铁矿、钢渣、钢屑、天然电气石，其特征在于，所述的天然磁铁矿的粒度最好在2～5mm；钢渣的粒度最好在2～5mm；钢屑的粒度最好在3～7mm；天然电气石的粒度最好在1～3mm。
5. 利用权利要求1所述的电磁屏蔽功能基元材料制备电磁屏蔽建筑腻子的方法，其特征在于，它是在一般建筑腻子中加入的电磁屏蔽功能基元材料占总量重量百分含量为的12～37％，其中的电磁屏蔽功能基元材料的组成及各组分的重量百分含量为：①天然磁铁矿：0～100％；②碳黑：0～100％；③天然电气石：0～100％，上述电磁屏蔽功能基元材料天然磁铁矿、碳黑、天然电气石，其特征在于所述的天然磁铁矿的粒度最好在30～60μm；碳黑的粒度最好在20～50μm；天然电气石的粒度最好在20～40μm。
6. 利用权利要求1所述的电磁屏蔽功能基元材料制备电磁屏蔽建筑涂料的方法，其特征在于，它是在一般建筑涂料中加入的电磁屏蔽功能基元材料占总量重量百分含量为的26～60％，其中的电磁屏蔽功能基元材料的组成及各组分的重量百分含量为：①天然磁铁矿：0～100％；②碳黑：0～100％；③天然电气石：0～100％，上述电磁屏蔽功能基元材料天然电气石、天然磁铁矿、碳黑，其特征在于，所述的天然磁铁矿的粒度最好在15～35μm；碳黑的粒度最好在8～20μm；天然电气石的粒度最好在10～25μm；苯丙树脂乳液的细度最好为60～300nm。
7. 利用权利要求1所述的电磁屏蔽功能基元材料制备电磁屏蔽水泥砂浆、建筑腻子、建筑涂料复合体的方法，其特征在于，它是在水泥砂浆中加入一定量的以天然磁铁矿、钢渣、钢屑、天然电气石中的一种或一种以上的配合作为电磁屏蔽功能基元材料并预制成型后，再在水泥砂浆制品表面涂上1～5mm厚的以天然磁铁矿、碳黑、天然电气石中的一种或一种以上的配合作为电磁屏蔽功能基元材料而制得的电磁屏蔽建筑腻子层而成。
8. 利用权利要求1所述的电磁屏蔽功能基元材料制备电磁屏蔽水泥砂浆、建筑腻子、建筑涂料复合体的方法，其特征在于，它是在水泥砂浆中加入一定量的以天然磁铁矿、钢渣、钢屑、天然电气石中的一种或一种以上的配合作为电磁屏蔽功能基元材料并预制成型后，再在水泥砂浆制品表面涂上0.3～1mm厚的以天然磁铁矿、碳黑、天然电气石中的一种或一种以上的配合作为电磁屏蔽功能基元材料而制得的电磁屏蔽建筑涂料层而成。
9. 利用权利要求1所述的电磁屏蔽功能基元材料制备电磁屏蔽水泥砂浆、建筑腻子、建筑涂料复合体的方法，其特征在于，它是在水泥砂浆中加入一定量的以天然磁铁矿、钢渣、钢屑、天然电气石中的一种或一种以上的配合作为电磁屏蔽功能基元材料并预制成型后，再在水泥砂浆制品表面涂上1～5mm厚的以天然磁铁矿、碳黑、天然电气石中的一种或一种以上的配合作为电磁屏蔽功能基元材料而制得的电磁屏蔽建筑腻子层，最后在腻子表面涂上0.3～1mm厚的以天然磁铁矿、碳黑、天然电气石中的一种或一种以上的配合作为电磁屏蔽功能基元材料而制得的电磁屏蔽建筑涂料层而成。
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