CN103642039B - 木基聚苯胺电磁屏蔽材料及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是木基聚苯胺电磁屏蔽材料及其制造方法，其方法包括，1）将木（竹）质材料进行抽真空处理30分钟；2）制备苯胺预聚体，并在真空压力下将苯胺预聚体浸渍入木（竹）质材料中，浸渍时间20~45分钟；3）使浸入苯胺预聚体的木（竹）质材料在0℃的冰浴环境中发生原位聚合，聚合20~26小时；4）用水和丙酮溶液清洗；5）用吸墨纸吸干，再将试件放入真空干燥箱中干燥，制得木基聚苯胺电磁屏蔽材料；优点：本发明不仅具有木材或竹材的基本特征，而且在5KHz~1500MHz的频率范围内，电磁屏蔽效能可以达到30.74dB以上，完全满足电磁屏蔽和抗静电的要求，且原材料来源广泛，价格低廉、工艺简单，可适于工业化规模生产。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种木基聚苯胺电磁屏蔽材料的及其制造方法，属于功能材料技术领域。
技术背景
随着人们生活水平的提高以及社会的发展和科技的进步，各类家用电器、电脑等办公自动化设备、移动通讯设备等迅速进入办公与家庭环境，给人们生活和工作带来了极大的方便，但同时也给人们带来了电磁污染,当前，电磁波污染已成为继空气污染、水污染、噪音污染之后的第四大污染源。一方面,电磁辐射会对人们的视觉系统，心血管系统以及神经系统等造成损伤;另一方面,电磁干扰会导致其它电子设备工作紊乱,发生错误指令，产生不良后果。为防止电磁辐射对人体造成的损害以及造成的电子干扰与信息泄露,采用电磁屏蔽材料进行电磁波屏蔽是主要防范方法之一。目前采用的方法主要有两种:一类是将导电填料（金属、碳纤维等）与塑料复合混炼后成型；一类是在已成型的壳体表面涂覆导电膜。科学研究证明:只有屏蔽材料才能治理电磁波污染,才能消除静电危害。因此,开发电磁波屏蔽,抗静电等新型导电功能产品是非常必要的。
木（竹）材是自然界中最典型的生物质材料,它是由多种化学成分和多种细胞天然复合而成。它与化石资源、金属资源不同,只要条件适合,利用太阳能每时每刻都能生产,不但增加了资源数量,而且其生产过程非但不污染反而可以改善环境、节约资源。同时，作为一种典型的生物复合材料,木（竹）材具有强重比大、隔热、隔音性好、加工能耗低、对环境污染小、可再生、可自然降解等优点，是人类生产、生活中最常使用的家具、建筑、装饰等用材。目前，关于利用木质材料开发电磁屏蔽产品的研究和专利主要是指利用化学镀镍技术对木材表面进行化学镀镍以及在木材表面涂覆碳纤维层、导电聚合物层等方法。如：CN101003887发明专利公布了一种木材表面真空镀膜制造方法，该方法主要是在烘干木材的表面实施真空镀膜，使金属沉积在木材表面形成连续均匀的金属及氧化物薄膜；CN1772450发明专利公布了一种电磁屏蔽木质复合材料的制造方法，该专利主要是将木材经过活化，水洗，解胶，蒸馏水洗处理后再进行化学镀镍和化学镀铜，一定程度上改善了金属腐蚀、胶层的开裂等耐久性差、工艺较复杂、条件苛刻，成本高的缺点；CN101285183发明专利公布了一种制备木质电磁屏蔽材料的化学镀方法，该发明主要是对木材进行表面处理，尺寸稳定性处理，敏化活化处理，化学镀铜，镀后处理，最后热压胶合并着色/涂饰而成，此方法不仅使薄木具备金属质感，起到一定的装饰性；CN101384159发明专利公布了一种表面贴覆屏蔽布电磁兼容木基复合材料及其制备方法，此发明是通过表面贴覆镀镍或镀铜屏蔽布的方式赋予木材电磁屏蔽的功能，通过贴接吸波片实现吸收电磁波。
然而，关于聚苯胺与天然生物质材料-木（竹）材制备功能型电磁屏蔽复合材料的研究和专利未有报道。作为一种导电高分子材料,聚苯胺具有很多金属不可比拟的优点:化学可变性大,原料的来源广泛,易得且价格低廉,还具有独特的氧化-还原性质、质子交换性、催化性、体积电位响应性、光电转换性能以及微波吸收等性能,具有很广阔的应用前景，但是由于不溶于一般的有机溶剂、综合力学性能差以及流变性能不良的缺点导致其难于采用传统的成型加工方法进行加工,所以,通常采用制备聚苯胺复合材料来克服其加工性能差的缺点，通过此途径还可以获得具有多种功能的复合材料。
发明内容
本发明提出的是一种木基聚苯胺电磁屏蔽材料及其制造方法，其目的旨在克服现有技术所存在的上述缺陷，制造的木基聚苯胺电磁屏蔽材料不仅具有木材或竹材的基本特征，而且完全满足电磁屏蔽和抗静电标准的要求。
本发明的技术解决方案一：木基聚苯胺电磁屏蔽材料的制造方法包括如下工艺步骤：
1）将木（竹）质材料进行抽真空处理30分钟；
2）在0℃下冷却苯胺单体后，制备苯胺预聚体，并在真空压力下将苯胺预聚体浸渍入木（竹）质材料中，浸渍时间20~45分钟；
3）然后使浸入苯胺预聚体的木（竹）质材料在0℃的冰浴环境中发生原位聚合，聚合20~26小时；
4）取出试件并移去表面的残留液及聚合物，用水和丙酮溶液清洗；
5）用吸墨纸吸干，再将试件放入真空干燥箱中在45~50℃下干燥38~44小时，制得木基聚苯胺电磁屏蔽材料；
6）测试。
本发明的技术解决方案二：木基聚苯胺电磁屏蔽材料的制造方法包括如下工艺步骤：
1）将界面改性剂按规定比例溶解后制备成溶液，通过真空浸渍处理将界面改性溶液浸入木（竹）质材料中，在100~105℃下改性处理6~8小时；
2）抽滤试件，并使用无水乙醇进行抽提48小时,除去未参加反应的界面改性剂,再在60℃下真空干燥24小时，制得界面改性后的木（竹）质材料；
3）将该木（竹）质材料进行抽真空处理30分钟；
4）在0℃下冷却苯胺单体后，制备苯胺预聚体，并在真空压力下将苯胺预聚体浸渍入木（竹）质材料中，浸渍时间20~45分钟；
5）然后使浸入苯胺预聚体的木（竹）质材料在0℃的冰浴环境中发生原位聚合，聚合20~26小时；
6）取出试件并移去表面的残留液及聚合物，用水和丙酮溶液清洗；
7）用吸墨纸吸干，再将试件放入真空干燥箱中在45~50℃下干燥38~44小时，制得木基聚苯胺电磁屏蔽材料；
8）性能测试。
木基聚苯胺电磁屏蔽材料，包括木（竹）质材、苯胺预聚体以及界面改性剂。
本发明的优点：采用该技术所制备的复合材料不仅具有木材或竹材的基本特征，而且根据中华人民共和国电子行业军用标准(GB-SJ20524-1995)在5KHz~1500MHz的频率范围内，其电磁屏蔽效能可达到30.74dB以上。通过该方法制备的复合材料完全满足于电磁屏蔽和抗静电的要求，且原材料来源广泛，价格低廉、制备工艺简单，可适于工业化规模生产。
具体实施方式
实施例1：
以规格为300mm×150mm×1.2mm（长×宽×厚）的榉木单板为原料，经真空干燥后，在平衡调湿箱中将试件含水率调制6%，然后对其进行抽真空处理30分钟，将配制好的苯胺预聚体（苯胺单体浓度0.4M，苯胺与磷酸摩尔比为1:1.0，苯胺与（NH4)2S2O8的摩尔比为1：1.2）在真空压力下浸渍入试件中，浸渍时间35分钟，然后使苯胺预聚体在0℃的冰浴环境中发生原位聚合，聚合24小时后，取出试件并移去表面的残留液及聚合物，用水和丙酮溶液清洗后，并用吸墨纸吸干，再将试件放入真空干燥箱中在45℃下干燥40小时。最后将制备的木基聚苯胺复合材料进行测试，其检测结果如下：密度为0.78g/cm3,增重率为8.75%，平行于纤维方向的电阻率为1.22Ω/cm，垂直于纤维方向的电阻率为1.65Ω/cm。在5KHz~1500MHz的频率范围进行屏蔽效能测定,木基聚苯胺复合材料的电磁屏蔽效能可以达到31.26dB。
实施例2：
以规格为250mm×100mm×0.6mm（长×宽×厚）的微薄竹为原料，经真空干燥后，将硅烷偶联剂在真空压力下浸渍入试件中，在105℃下改性处理6h,然后抽滤试件，并使用无水乙醇进行抽提48h,除去未参加反应的硅烷偶联剂,再在60℃下真空干燥24h。再对试件进行含水率调制到6%，然后对其进行抽真空处理25分钟，将配制好的苯胺预聚体（苯胺单体浓度0.3M，苯胺与磷酸摩尔比为1:1.2，苯胺与（NH4)2S2O8的摩尔比为1：1.1）在真空压力下浸渍入试件中，浸渍时间40分钟，然后使苯胺预聚体在0℃的冰浴环境中发生原位聚合，聚合24小时后，取出试件并移去表面的残留液及聚合物，用水和丙酮溶液清洗后，并用吸墨纸吸干，再将试件放入真空干燥箱中在50℃下干燥48小时。最后将制备的试件进行测试，其检测结果如下：密度为0.81g/cm3,增重率为11.5%，平行于纤维方向的电阻率为1.08Ω/cm，垂直于纤维方向的电阻率为1.34Ω/cm。在5KHz~1500MHz的频率范围进行屏蔽效能测定,木基聚苯胺复合材料的电磁屏蔽效能可以达到35.47dB。
所述的木（竹）质材料包括微薄木、木单板、木方材、或微薄竹、竹片材.微薄木是指通过原木旋切形成，或者以木材或速生材为原料，利用仿生学原理，采用现代高科技手段、经过特殊加工工艺对普通木材或速生材进行各种改性物理化处理（主要是改变其原有的纹理和颜色），使之成为性能更加卓越、优势更加明显的一种全木质的材料，其厚度在0.3~0.8mm之间；木单板主要指旋切木单板，其厚度在1.0~2.5mm之间；微薄竹是指通过旋切原竹而形成，或者以竹材为原料，利用仿生学原理，采用现代高科技手段、经过特殊加工工艺对其进行各种物理化处理（主要是改变其原有的纹理和颜色），使之成为性能更加卓越、优势更加明显的一种全竹质的材料，其厚度在0.3~0.8mm之间；竹片材为去掉竹青、竹黄后加工而成，其厚度≧0.8mm。
所述的苯胺预聚体主要包括苯胺单体、氧化剂、掺杂剂（盐酸、磷酸或硫酸溶液等酸性介质）；氧化剂主要指（NH4)2S2O8、H2O2等；掺杂剂主要指盐酸、磷酸或硫酸溶液等酸性介质。
所述的苯胺预聚体指苯胺单体浓度范围在0.4~0.05M之间，苯胺与掺杂剂之间摩尔比为1:0.8~2.0，苯胺与氧化剂的摩尔比为1：1~1.8。
所述的界面改性剂主要用来改善聚苯胺与木质基材的界面结合方式，为苯胺单体在木材上聚合提供自组装层，界面改性剂包括硅烷偶联剂。
所述的原位聚合法是指苯胺预聚体在木材基质中通过化学氧化原位聚合成聚苯胺，反应性单体主要指苯胺，分散相指木材基质。
Claims (4)
1.木基聚苯胺电磁屏蔽材料的制造方法，其特征是该方法包括如下
工艺步骤：
1）将木/竹质材料进行抽真空处理30分钟；
2）在0℃下冷却苯胺单体后，制备苯胺预聚体，并在真空压力下将苯胺预聚体浸渍入木/竹质材料中，浸渍时间20~45分钟；
3）然后使浸入苯胺预聚体的木/竹质材料在0℃的冰浴环境中发生原位聚合，聚合20~26小时；
4）取出试件并移去表面的残留液及聚合物，用水和丙酮溶液清洗；
5）用吸墨纸吸干，再将试件放入真空干燥箱中在45~50℃下干燥38~44小时，制得木基聚苯胺电磁屏蔽材料；
6）性能测试；所述的苯胺预聚体的配制是取苯胺单体浓度在0.4~0.05M之间，苯胺与掺杂剂之间摩尔比为1:0.8~2.0，苯胺与氧化剂的摩尔比为1：1~1.8。
2.木基聚苯胺电磁屏蔽材料的制造方法，其特征是该方法包括如下
工艺步骤：
1）将界面改性剂按规定比例溶解后制备成溶液，通过真空浸渍处理将界面改性溶液浸入木/竹质材料中，在100~105℃下改性处理6~8小时；
2）抽滤试件，并使用无水乙醇进行抽提48小时,除去未参加反应的界面改性剂,再在60℃下真空干燥24小时，制得界面改性后的木/竹质材料；
3）将该木/竹质材料进行抽真空处理30分钟；
4）在0℃下冷却苯胺单体后，制备苯胺预聚体，并在真空压力下将苯胺预聚体浸渍入木/竹质材料中，浸渍时间20~45分钟；
5）然后使浸入苯胺预聚体的木/竹质材料在0℃的冰浴环境中发生原位聚合，聚合20~26小时；
6）取出试件并移去表面的残留液及聚合物，用水和丙酮溶液清洗；
7）用吸墨纸吸干，再将试件放入真空干燥箱中在45~50℃下干燥38~44小时，制得木基聚苯胺电磁屏蔽材料；
8）性能测试。
3.如权利要求1或2所述的木基聚苯胺电磁屏蔽材料的制造方法，其特征是所述的木/竹质材料包括微薄木、木单板、木方材、或微薄竹、竹片材。
4.如权利要求2所述的木基聚苯胺电磁屏蔽材料的制造方法，其特征是所述的界面改性剂包括硅烷偶联剂。
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