CN102134423B - 聚苯乙烯-磁性吸收剂复合吸波涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种聚苯乙烯-磁性吸收剂复合吸波涂料及其制备方法，该方法为：a)将聚苯乙烯颗粒料中的水分晾干或烘干；b)按二甲苯∶乙酸乙酯∶邻苯二甲酸二丁酯＝1∶1～3∶1～2的体积比配好有机溶剂，倒入反应容器中，将聚苯乙烯颗粒料加入反应容器中溶解得到混合物；c)在混合物中加入铁氧体粉体吸收剂和Fe合金片状纳米晶吸收剂，再加入松香和钛酸酯偶联剂；d)将混合物搅拌均匀。该聚苯乙烯-磁性吸收剂复合吸波涂料在隔热、隔音特性基础上兼具电磁波吸收特性，成为吸波-隔热-隔音多功能复合材料。

Description

聚苯乙烯-磁性吸收剂复合吸波涂料及其制备方法

技术领域

本发明属于功能材料及其制备技术领域。

背景技术

聚苯乙烯泡沫塑料(EPS)广泛用于建筑保温材料及家用电器、仪器仪表、工艺品和其他易损物品的包装以及快餐食品包装。在聚苯乙烯泡沫塑料的生产和切割过程中会产生许多边角料，用于包装的聚苯乙烯泡沫塑料都是一次性使用，用后就成了废弃物，由于在自然环境下难以分解，将它们当垃圾丢弃将造成严重的环境污染。随着泡沫塑料用量的日益增大，污染也日益严重，为解决其对环境的污染，回收利用是环境无害化最重要的措施。

近年来我国对EPS废弃物的回收利用已受到了有关部门重视，国内外许多科研单位开展了对EPS再生利用研究。

首先是直接利用，即将EPS废弃物破碎后直接应用，如在建筑领域中的用途是生产保温浆料、保温砖，作为轻骨料生产EPS轻质混凝土。另一方法是转换利用，即通过一定的化学方法对废弃聚苯乙烯泡沫塑料制品处理，如生产热熔再生颗粒料，用于制造胶结剂、制造纸包装箱的防水涂料、建筑涂料、防锈漆、防渗补漏剂、沥青增强剂等。将废弃的EPS加工成颗粒作为轻骨料，配制轻质砂浆或保温、隔音混凝土材料，在工程中已经应用。但到目前为止还少有EPS颗粒用于开发具有抗电磁辐射干扰功能的建筑材料方面的报导。

环境电磁辐射污染的日趋严重使电磁辐射污染的控制和防治已成为环境保护的重要议题，引起了世界范围内的广泛关注和重视。最直接而根本性解决问题的办法就是利用吸波材料，使有害和无用的电磁波能量转化为热能被消解。如在建筑物空间内使用吸波材料，可吸收空间内存在的电磁辐射，有效减轻辐射强度，从根本上解决有害辐射对人体的影响。日本自1996年对电子产品实行电磁兼容性规定以来，民用建筑吸波材料的需求急剧增长。随着科技水平、经济实力和生活水平不断提高，性价比高的建筑吸波材料将具有良好市场潜力。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提出一种聚苯乙烯-磁性吸收剂复合吸波涂料及其制备方法，该聚苯乙烯-磁性吸收剂复合吸波涂料在隔热、隔音特性基础上兼具电磁波吸收特性，成为吸波-隔热-隔音多功能复合材料。

本发明的技术解决方案如下：

一种聚苯乙烯-磁性吸收剂复合吸波涂料的制备方法，包括以下步骤：

a)将清洗好的聚苯乙烯颗粒料中的水分晾干或烘干；

b)按二甲苯∶乙酸乙酯∶邻苯二甲酸二丁酯＝1∶1～3∶1～2的体积比配好有机溶剂，倒入反应容器中，将步骤a)中所得的聚苯乙烯颗粒料加入反应容器中并搅拌，使聚苯乙烯颗粒料溶解；

c)按配比要求在步骤b)的混合物中加入铁氧体粉体吸收剂和Fe合金片状纳米晶吸收剂，得到聚苯乙烯-磁性吸收剂复合材料；聚苯乙烯-磁性吸收剂复合材料中，聚苯聚乙烯含量为70～95％wt％，铁氧体粉体吸收剂含量为2.5～15wt％，Fe合金片状纳米晶吸收剂含量为2.5～15wt％；

按聚苯乙烯-磁性吸收剂复合材料的1～2wt％加入松香，以增强聚苯乙烯-磁性吸收剂复合材料的柔韧性；按聚苯乙烯-磁性吸收剂复合材料的0.5～1wt％加入钛酸酯偶联剂；

d)将步骤c)制得的混合物搅拌均匀，即制得聚苯乙烯-磁性吸收剂复合吸波涂料。

所述的聚苯乙烯颗粒料由废旧聚苯乙烯泡沫塑料回收料制得。

聚苯乙烯颗粒料的粒径为1mm～5mm。

所述的铁氧体粉体吸收剂采用W型Ba_0.8La_0.2Co_0.9Zn_1.1Fe₁₆O₂₇铁氧体，Fe合金片状纳米晶吸收剂采用Fe₈₅Si₂Al₆Cr₇Fe合金纳米晶材料。

铁氧体粉体吸收剂和Fe合金片状纳米晶吸收剂的质量比例为1∶1。

磁性吸收剂由铁氧体粉体吸收剂和Fe合金片状纳米晶吸收剂组成，磁性吸收剂占步骤c)中聚苯乙烯-磁性吸收剂复合材料总质量的5～30wt％。

一种聚苯乙烯-磁性吸收剂复合吸波涂料，采用前述的聚苯乙烯-磁性吸收剂复合吸波涂料的制备方法制得。

磁性吸收剂由铁氧体粉体吸收剂和Fe合金片状纳米晶吸收剂组成，磁性吸收剂占步骤c)中聚苯乙烯-磁性吸收剂复合材料总质量的5～30wt％时，复合材料具有良好的吸波性能、理化性能和性价比。

加入钛酸酯偶联剂的作用是增加金属性吸收剂和氧化物吸收剂表面的键合力，提高吸收剂材料与聚苯乙烯等高分子材料的吸附力。

有益效果：

本发明与现有吸波材料相比具有如下突出优点：

1、本发明制得的复合吸波涂料组分中的聚苯乙烯是对废旧的EPS进行回收利用，可解决大量的废弃EPS因处理困难而成为危害环境的白色污染问题。

2、本发明所述的聚苯乙烯-磁性吸收剂复合吸波涂料由聚苯聚乙烯、铁氧体粉体吸收剂和Fe合金片状纳米晶吸收剂制成，对回收的EPS进行电磁改性复合，使其在隔热、隔音特性基础上兼具电磁波吸收特性，成为吸波-隔热-隔音多功能复合材料，同时可解决大量的废弃EPS因处理困难而成为危害环境的白色污染问题。

3、本发明所述的聚苯乙烯-磁性吸收剂复合材料的制备工艺简单、稳定，可进行大规模连续生产，易实现工业化放大生产。

4、本发明制得的聚苯乙烯-磁性吸收剂复合吸波涂料当磁性吸收剂质量含量达15wt％时，呈现明显吸波材料特性，在2～18GHz频段呈现多个共振型电磁能吸收峰，2GHz附近的损耗吸收峰值达-12dB。

5、本发明的工艺简单，易于实施，能有效解决危害环境的白色污染问题，具有巨大的经济效益和社会效益。

附图说明

图1：EPS试样2～18GHz的电磁谱，图中(a)表示EPS试样的复磁导率的实部及虚部曲线，图中(b)表示EPS试样的复介电常数的实部及虚部曲线；

图2：吸收剂含量5wt％的EPS-磁性吸收剂复合材料试样2～18GHz的电磁谱，图中(a)表示磁性吸收剂含量为5wt％的EPS-磁性吸收剂复合材料的复磁导率实部和虚部曲线，图(b)表示磁性吸收剂含量为5wt％的EPS-磁性吸收剂复合材料的复介电常数实部和虚部曲线；

图3：吸收剂含量10wt％的EPS-磁性吸收剂复合材料试样2～18GHz的电磁谱，图中(a)表示磁性吸收剂含量为10wt％的EPS-磁性吸收剂复合材料的复磁导率实部和虚部曲线，图(b)表示磁性吸收剂含量为10wt％的EPS-磁性吸收剂复合材料的复介电常数实部和虚部曲线；

图4吸收剂含量15wt％的EPS-磁性吸收剂复合材料试样2～18GHz的电磁谱，图中(a)表示磁性吸收剂含量为15wt％的EPS-磁性吸收剂复合材料的复磁导率实部和虚部曲线，图(b)表示磁性吸收剂含量为15wt％的EPS-磁性吸收剂复合材料的复介电常数实部和虚部曲线；

图5厚度为5mm的EPS板的吸波性能；

图6磁性吸收剂含量为15wt％、厚度为5mm的EPS-磁性吸收剂复合吸波涂料的吸波性能。

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明：

下面通过5个实施例和一个对比例对本发明再作详细说明，实施例中所用的试剂为化学纯，但这并不限制此发明。对比例是未加磁性吸收剂的仅由EPS颗粒料制成的试样的对比实例，作为实施例的对照，以说明磁性吸收剂添加对提高EPS-磁性吸收剂复合材料吸波性能的显著作用。

对比例：

第一步：将清洗好的EPS颗粒料中的水分晾干或烘干；

第二步：按二甲苯∶乙酸乙酯∶邻苯二甲酸二丁酯＝1∶1∶1的体积比配好有机溶剂，倒入搅拌反应釜中，把步骤a)中的小颗粒EPS材料加入搅拌反应釜中，搅拌使其溶解；

第三步：用电动搅拌器将第二步制得的混合物搅拌半小时。

第四步：将实验制备的EPS材料挤入同轴试样制作模具中，制成外径为7^±0.05mm，内径为3^±0.05mm，高度为3.5^±0.2mm的同轴标样。

图1是制得的EPS同轴标样2～18GHz的电磁谱，图中(a)表示EPS试样的复磁导率的实部及虚部曲线，图中(b)表示EPS试样的复介电常数的实部及虚部曲线，未进行电磁改性处理的EPS材料在2～18GHz频段的电磁损耗很小，难以吸收衰减电磁能量。

实施例一：

除以下不同外，其它均同对比例。

第三步：按配比要求在第二步制得的混合物中加入由W型Ba_0.8La_0.2Co_0.9Zn_1.1Fe₁₆O₂₇铁氧体【该铁氧体是一种常用的电子材料】和组成为Fe₈₅Si₂Al₆Cr₇的Fe合金纳米晶材料组成的磁性吸收剂(两者的质量比为1∶1)和其他辅助添加剂(按EPS-磁性吸收剂复合材料的1～2wt％加入松香，按EPS-磁性吸收剂复合材料的0.5～1wt％加入钛酸酯偶联剂)。

第四步：用电动搅拌器将步骤三制得的混合物搅拌半小时。

第五步：将实验制备的EPS-磁性吸收剂复合材料挤入同轴试样制作模具中，制成外径为7^±0.05mm，内径为3^±0.05mm，高度为3.5^±0.2mm左右的同轴标样。

在第三步中所述磁性吸收剂中铁氧体和Fe合金纳米晶材料的比例为质量比1∶1；

在第三步中所述磁性吸收剂配比要求为磁性吸收剂含量为5wt％。

图2是吸收剂含量5wt％的EPS-磁性吸收剂复合材料试样2～18GHz的电磁谱，图中(a)表示磁性吸收剂含量为5wt％的EPS-磁性吸收剂复合材料的复磁导率实部和虚部曲线，图(b)表示磁性吸收剂含量为5wt％的EPS-磁性吸收剂复合材料的复介电常数实部和虚部曲线；添加5wt％吸收剂的磁性吸收剂-EPS复合材料试样的复磁导率实部大于1，最大值达1.3，表现明显的磁性；介电常数也明显增大，复介电常数实部在测试频段均大于3，从复介电常数虚部的频谱明显可见出现介电弛豫现象和介电损耗。结果表明，5wt％质量含量的磁性吸收剂添加复合后，复合改性的EPS材料具有一定的电磁损耗特性。

实施例二：

除以下不同外，其它均同实施例一。

第三步：按配比要求在第二步制得的混合物中加入由铁氧体和Fe合金纳米晶材料组成的磁性吸收剂(W型Ba_0.8La_0.2Co_0.9Zn_1.1Fe₁₆O₂₇铁氧体和组成为Fe₈₅Si₂Al₆Cr₇的Fe合金纳米晶材料比例为质量比1∶1)和其他辅助添加剂(按EPS-磁性吸收剂复合材料的1～2wt％加入松香，按EPS-磁性吸收剂复合材料的0.5～1wt％加入钛酸酯偶联剂)；

在第三步中所述磁性吸收剂配比要求为磁性吸收剂含量为10wt％。

图3是吸收剂含量10wt％的EPS-磁性吸收剂复合材料试样2～18GHz的电磁谱，图中(a)表示磁性吸收剂含量为10wt％的EPS-磁性吸收剂复合材料的复磁导率实部和虚部曲线，图(b)表示磁性吸收剂含量为10wt％的EPS-磁性吸收剂复合材料的复介电常数实部和虚部曲线；随磁性吸收剂添加量增至10wt％，复合电磁改性的EPS材料试样电磁性增强，2GHz处复磁导率实部超过1.2，在2～18GHz频段磁谱呈现一定的弛豫性；2GHz处复介电常数实部达5.0，主要是导电性较好的磁性吸收剂含量增多使复合改性的EPS材料介电极化特性增强，在16GHz～18GHz频段出现介电谐振现象，复介电常数虚部频谱出现一吸收损耗峰。

实施例三：

除以下不同外，其它均同实施例一。

第三步：按配比要求在第二步制得的混合物中加入由铁氧体和Fe合金纳米晶材料组成的磁性吸收剂(W型Ba_0.8La_0.2Co_0.9Zn_1.1Fe₁₆O₂₇铁氧体和组成为Fe₈₅Si₂Al₆Cr₇的Fe合金纳米晶材料比例为质量比1∶1)和其他辅助添加剂(按EPS-磁性吸收剂复合材料的1～2wt％加入松香，按EPS-磁性吸收剂复合材料的0.5～1wt％加入钛酸酯偶联剂)；

在第三步中所述磁性吸收剂配比要求为磁性吸收剂含量为15wt％。

图4是吸收剂含量15wt％的EPS-磁性吸收剂复合材料试样2～18GHz的电磁谱，图中(a)表示磁性吸收剂含量为15wt％的EPS-磁性吸收剂复合材料的复磁导率实部和虚部曲线，图(b)表示磁性吸收剂含量为15wt％的EPS-磁性吸收剂复合材料的复介电常数实部和虚部曲线；随磁性吸收剂添加量增至15wt％，复合电磁改性的EPS材料磁性明显增强，2GHz处复磁导率实部达1.4，且随频率升高复磁导率实部总体呈下降趋势，由复磁导率虚部频谱可见弛豫性更加明显，局部频段还呈现明显的共振损耗吸收峰。复介电常数实部也明显增大，2GHz处复介电常数实部达8.0，在9.5GHz附近出现一明显的介电谐振损耗吸收峰；在2～18GHz频段，该电磁复合改性的EPS材料具有明显的电磁波吸收材料特性和良好的电磁能损耗性能。

实施例四：

除以下不同外，其它均同对比例。

第四步：将制好的EPS材料加入到匀胶机托盘上的铝合金板上(边长为180mm的方形板)，利用匀胶机的高速旋转(旋转速度为1700～1800转/分钟)将铝合金板上的EPS材料均匀化为厚度均匀的涂层样品，制得厚度为5mm、边长为180mm的方形标准测试板。

图5是边长为180mm，厚度为5mm的方形EPS板在2～18GHz频段测得的电磁波吸收性能，除在10GHz、14GHz和17GHz附近呈现一定吸波性能外，在其他频段的电磁能吸收损耗很小，尤其在2GHz附近几乎没有吸波特性，说明未进行复合电磁改性的EPS材料不能应用于电磁波吸收。

实施例五：

除以下不同外，其它均同实施例三。

第五步：将通过溶剂调整好粘度的聚苯乙烯-磁性吸收剂复合材料加入匀胶机，制备厚度为5mm、边长为180mm的方形标准测试板。

图6是采用15wt％磁性吸收剂进行复合改性的EPS-磁性吸收剂复合材料，厚度为5mm、边长为180mm的方形标样测得的2～18GHz频段电磁波吸收性能，可见在2.4GHz、6.8GHz、10.8GHz和14.8GHz附近均出现电磁损耗吸收峰，2GHz附近的损耗吸收峰值达-12dB，表征90％以上的电磁辐射能量可以被吸收衰减。

Claims (5)

1.一种聚苯乙烯-磁性吸收剂复合吸波涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

a)将清洗好的聚苯乙烯颗粒料中的水分晾干或烘干；

b)按二甲苯∶乙酸乙酯∶邻苯二甲酸二丁酯＝1∶1～3∶1～2的体积比配好有机溶剂，倒入反应容器中，将步骤a)中所得的聚苯乙烯颗粒料加入反应容器中并搅拌，使聚苯乙烯颗粒料溶解；

c)按配比要求在步骤b)的混合物中加入铁氧体粉体吸收剂和Fe合金片状纳米晶吸收剂，得到聚苯乙烯-磁性吸收剂复合材料；聚苯乙烯-磁性吸收剂复合材料中，聚苯乙烯含量为70～95wt％，铁氧体粉体吸收剂含量为2.5～15wt％，Fe合金片状纳米晶吸收剂含量为2.5～15wt％；

按聚苯乙烯-磁性吸收剂复合材料的1～2wt％加入松香，以增强聚苯乙烯-磁性吸收剂复合材料的柔韧性；按聚苯乙烯-磁性吸收剂复合材料的0.5～1wt％加入钛酸酯偶联剂；

d)将步骤c)制得的混合物搅拌均匀，即制得聚苯乙烯-磁性吸收剂复合吸波涂料；

所述的聚苯乙烯颗粒料由废旧聚苯乙烯泡沫塑料回收料制得；

聚苯乙烯颗粒料的粒径为1mm～5mm；

所述的铁氧体粉体吸收剂采用W型Ba_0.8La_0.2Co_0.9Zn_1.1Fe₁₆O₂₇铁氧体，Fe合金片状纳米晶吸收剂采用Fe₈₅Si₂Al₆Cr₇型Fe合金纳米晶材料。

2.根据权利要求1所述的聚苯乙烯-磁性吸收剂复合吸波涂料的制备方法，其特征在于，铁氧体粉体吸收剂和Fe合金片状纳米晶吸收剂的质量比例为1∶1。

3.根据权利要求1-2任一项所述的聚苯乙烯-磁性吸收剂复合吸波涂料的制备方法，其特征在于，磁性吸收剂由铁氧体粉体吸收剂和Fe合金片状纳米晶吸收剂组成，磁性吸收剂占步骤c)中聚苯乙烯-磁性吸收剂复合材料总质量的5～30wt％。

4.一种聚苯乙烯-磁性吸收剂复合吸波涂料，其特征在于，采用权利要求1～2任一项所述的聚苯乙烯-磁性吸收剂复合吸波涂料的制备方法制得。

5.一种聚苯乙烯-磁性吸收剂复合吸波涂料，其特征在于，采用权利要求3所述的聚苯乙烯-磁性吸收剂复合吸波涂料的制备方法制得。

Images