CN105625049A - 具有电磁屏蔽功能合成革的制备方法及其聚氨酯发泡浆料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了具有电磁屏蔽功能合成革的制备方法及其聚氨酯发泡浆料，所述合成革的制备方法按以下步骤进行：电磁屏蔽功能纳米粒子有机溶剂的制备；利用加入电磁屏蔽功能纳米粒子有机溶剂来调配聚氨酯发泡浆料；在基布上涂覆聚氨酯发泡浆料制备聚氨酯合成革贝斯；在聚氨酯合成革贝斯上进行干法贴面，得到合成革基材，再经过后整理工序。本发明将由石墨和铁盐制备的具有电磁屏蔽功能的纳米粒子应用于合成革制备工艺中，是以碳材料作为填料的高分子复合材料，石墨烯作为二维纳米碳材料，四氧化三铁作为一种多功能磁性材料。本发明制备的合成革具有良好的宏观磁性，电磁屏蔽功能优越，且稳定性好、应用范围广。

Description

具有电磁屏蔽功能合成革的制备方法及其聚氨酯发泡浆料
技术领域
本发明涉及合成革技术领域，特别涉及一种具有电磁屏蔽功能合成革的制备方法以及用于合成革的聚氨酯发泡浆料。
背景技术
合成革作为皮革的代用材料，已广泛用于生产箱包、服装、鞋类等产品。但是随着生活水平的提高，人们逐渐追求高质量兼具多功能的日用产品，特别是在自身健康方面。合成革作为目前用量较多的一类产品，其自身各项性能都与真皮相似，价格却比真皮便宜许多，因此越来越受到人们的青睐。但是由于其自身功能单一，对其应用发展造成了一定的局限性。随着电气化的普及和电子通讯工业的迅速发展，电磁能被广泛的应用于国民经济的各个领域，为人们的日常生活带来了极大的便利。但也带来严重的生态环境问题，而且国际上已把电磁辐射视为一种新的污染源，严重危害人们的健康。石墨烯作为一种新型的二维纳米碳材料，具有极其优异的电学、力学和热力学性能，这些优异的性能使得石墨烯在与高分子材料形成复合材料后具有作为电磁屏蔽材料的潜质。四氧化三铁磁性材料是一种多功能磁性材料，在微波吸收、医药等领域均已有广泛的应用。采用石墨烯负载四氧化三铁作为电磁屏蔽纳米粒子，将其应用于合成革制备工艺中，制备一种具有电磁屏蔽功能的合成革技术在现有技术中尚未得知。
发明内容
本发明的目的是提供具有电磁屏蔽功能合成革的制备方法，该方法生产的合成革具有宏观磁性，稳定性能高，应用范围广。其根据电磁波自身是由同相振动且互垂直电场与磁场传播的特性，采用石墨烯作为复合材料的电损耗介质，并将纳米级磁性四氧化三铁负载于石墨烯上，确保电磁屏蔽纳米粒子在使用过程中提供磁损耗介质以及自身的稳定性，将其与聚氨酯发泡浆料复合，从而制得具有电磁屏功能的合成革。
另外，本发明还提供一种用于合成革的聚氨酯发泡浆料。
为解决上述技术问题，本发明提供了具有电磁屏蔽功能合成革的制备方法，所述合成革的制备方法包括电磁屏蔽功能纳米粒子有机溶液的制备、单涂覆法聚氨酯合成革贝斯的制备、与在聚氨酯合成革贝斯上进行干法贴面、后整理的步骤，得到具有电磁屏蔽功能合成革。
其中，电磁屏蔽功能纳米粒子有机溶剂的制备包括以下步骤：
(1)采用改进Hummers制备氧化石墨烯水溶液：将石墨、浓硫酸、硝酸钠混合搅拌，加入高锰酸钾在室温下反应，并加入水，在95-100℃下进行彻底的氧化得到氧化石墨，经盐酸、去离子水多次洗涤除去多余SO4-离子，再超声剥离高速离心得到氧化石墨烯水溶液；
(2)采用水热法制备石墨烯负载四氧化三铁复合磁性导电纳米粒子：用水与所述氧化石墨烯溶液进行稀释得到稀释溶液，在所述稀释溶液中加入硫酸亚铁铵作为铁盐，加入氢氧化钠溶液作为沉淀剂，在90℃-100℃下反应1h-2h，然后再加入水合肼，在85℃-95℃的温度下反应3h-5h后，取出自然冷却分离得到混合液，用蒸馏水洗涤至所述混合液呈中性后，进行减压过滤，得到石墨烯负载四氧化三铁复合磁性导电纳米粒子；
(3)制备石墨烯负载四氧化三铁复合磁性导电纳米粒子有机溶液：将所述石墨烯负载四氧化三铁复合磁性导电纳米粒子用有机溶剂洗涤后超声分散于有机溶剂中，得石墨烯负载四氧化三铁复合磁性导电纳米粒子有机溶液，即电磁屏蔽功能纳米粒子有机溶液。
优选步骤(1)中石墨、硝酸钠、高锰酸钾的加入量的质量份比例为2～5:1～4:6～15。
优选步骤(2)中用水与氧化石墨烯溶液以20:3～4的质量份进行稀释。优选氢氧化钠的加入量为稀释溶液的3％-5％，水合肼的加入量为稀释溶液的1％-1.25％。
优选步骤(3)中将石墨烯负载四氧化三铁复合磁性导电纳米粒子5～15质量份超声分散于20～35质量份有机溶剂中。
在石墨烯负载四氧化三铁复合磁性导电纳米粒子的制备过程中，四氧化三铁粒子吸附于石墨烯表面，其整体仍呈鳞片状，然后直接将其经过有机溶剂洗涤若干次后超声分散于有机溶剂中，可以减少真空干燥过程中复合粒子的团聚，可以提高纳米粒子在聚氨酯中的分散性。
在单涂覆法聚氨酯合成革贝斯的制备步骤中，采用机械发泡的方法制备聚氨酯发泡浆料，并在基布上涂覆聚氨酯发泡浆料制备聚氨酯合成革贝斯，其聚氨酯发泡浆料的配方含量为：溶剂型聚氨酯树脂80～150份、所述的电磁屏蔽功能纳米粒子有机溶液5～15份、有机溶剂20～60份、分散剂1～5份、消泡剂1～5份、阴离子表面活性剂1～3份、非离子表面活性剂1～3份。
同时，本发明还提供了一种具有电磁屏蔽功能合成革的聚氨酯发泡浆料，用于单涂覆法制备聚氨酯合成革贝斯工艺，其配方含量为：溶剂型聚氨酯树脂80～150份、所述的电磁屏蔽功能纳米粒子有机溶液5～15份、有机溶剂20～60份、分散剂1～5份、消泡剂1～5份、阴离子表面活性剂1～3份、非离子表面活性剂1～3份。
优选的，其有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺；分散剂为十六烷基三甲基氯化铵或十二烷基硫酸二乙醇胺盐中的一种；消泡剂为甲基硅油、硅氧烷或磷酸三丁酯中的一种；阴离子表面活性剂为C-70或C-90中的一种；非离子表面活性剂为S-80。
本发明将石墨烯负载四氧化三铁复合磁性导电纳米粒子应用于成熟的合成革制备工艺中，制备一种具有电磁屏蔽功能的合成革，经表征检测，其在一定的频率范围内具有良好的介电损耗实部和虚部以及还具有宏观的磁性，是一种兼具电损耗、磁损耗的电磁屏蔽合成革，是目前合成革中唯一一种兼具两种损耗的合成革。其电磁屏蔽效能达到了理论期望，而且其制备方法简单，可应用于多个领域。
附图说明
图1为本发明具有电磁屏蔽功能合成革制备方法的流程框图。
具体实施方式
本发明涉及的一种具有电磁屏蔽功能的合成革及其制备方法，制备了一种基于溶剂型聚氨酯材料并兼电、磁损耗的电磁屏蔽功能的合成革，此制备方法简单，应用于多个领域。本发明的另一核心为提供一种具有电磁屏蔽功能合成革的聚氨酯发泡浆料。
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
请参考图1，图1为本发明具有电磁屏蔽功能合成革制备方法的流程框图。
实施例1
合成革的制备方法按以下步骤进行：
1、所述电磁屏蔽功能纳米粒子的制备：
(1)采用改进的Hummers制备氧化石墨烯：将2g石墨、80mL浓硫酸、1g硝酸钠混合置于冰水浴中搅拌，再加入6g高锰酸钾继续反应，再在室温下反应并加入120mL的水，在95-100℃下进行彻底的氧化得到氧化石墨，经盐酸、去离子水多次洗涤除去SO4-离子，再超声剥离高速离心得到氧化石墨烯水溶液；
(2)采用水热法制备石墨烯负载纳米四氧化三铁复合磁性导电纳米粒子：用200mL水将40mL氧化石墨烯溶液进行稀释，加入硫酸亚铁铵为铁盐，加入10mL的NaOH溶液作为沉淀剂，在90-100℃下反应1-2h；然后再加入3mL水合肼，在85-95℃的温度下反应3-5h后，取出自然冷却分离；用蒸馏水洗涤到产物混合液呈中性后，减压过滤，得到石墨烯负载四氧化三铁复合磁性导电纳米粒子；
(3)制备石墨烯负载四氧化三铁复合磁性导电纳米粒子有机溶液：取制备的石墨烯负载四氧化三铁复合磁性导电纳米粒子5质量份用有机溶剂洗涤后超声分散于20质量份的有机溶剂中，得石墨烯负载四氧化三铁复合磁性导电纳米粒子有机溶液；
2、调配聚氨酯发泡浆料，按照以下配方含量：溶剂型聚氨酯树脂80份；电磁屏蔽功能纳米粒子6份；N,N-二甲基甲酰胺30份；十六烷基三甲基氯化铵或十二烷基硫酸二乙醇胺盐2份；甲基硅油、硅氧烷或磷酸三丁酯2份；阴离子表面活性剂为C-70或C-902份；非离子表面活性剂S-802份；
3、采用相对成熟的单涂覆法制备聚氨酯贝斯：运用机械发泡的方法制备聚氨酯发泡浆料后，在基布上涂覆聚氨酯发泡浆料制备聚氨酯合成革贝斯；
4、在聚氨酯合成革贝斯上进行干法贴面，得到合成革基材，在经过后整理工序包括改色、压花、表处、揉纹等均同常规工艺得到具有电磁屏蔽功能合成革。
实施例2
合成革的制备方法按以下步骤进行：
1、所述电磁屏蔽功能纳米粒子的制备：
(1)采用改进的Hummers制备氧化石墨烯：将4g石墨、180mL浓硫酸、3g硝酸钠混合置于冰水浴中搅拌，再加入13g高锰酸钾继续反应，再在室温下反应并加入200mL的水，在95-100℃下进行彻底的氧化得到氧化石墨，经盐酸、去离子水多次洗涤除去SO4-离子，再超声剥离高速离心得到氧化石墨烯水溶液；
(2)采用水热法制备石墨烯负载纳米四氧化三铁复合磁性导电纳米粒子：用400mL水将60mL氧化石墨烯溶液进行稀释，加入硫酸亚铁铵为铁盐，加入15mL的NaOH溶液作为沉淀剂，在90-100℃下反应1-2h；然后再加入5mL水合肼，在85-95℃的温度下反应3-5h后，取出自然冷却分离；用蒸馏水洗涤到产物混合液呈中性后，减压过滤，得到石墨烯负载四氧化三铁复合磁性导电纳米粒子；
(3)制备石墨烯负载四氧化三铁复合磁性导电纳米粒子有机溶液：取制备的石墨烯负载四氧化三铁复合磁性导电纳米粒子10质量份用有机溶剂洗涤后超声分散于30质量份的有机溶剂中，得石墨烯负载四氧化三铁复合磁性导电纳米粒子有机溶液；
2、调配聚氨酯发泡浆料，按照以下配方含量：溶剂型聚氨酯树脂100份；电磁屏蔽功能纳米粒子10份；N,N-二甲基甲酰胺40份；十六烷基三甲基氯化铵或十二烷基硫酸二乙醇胺盐3份；甲基硅油、硅氧烷或磷酸三丁酯3份；阴离子表面活性剂为C-70或C-903份；非离子表面活性剂S-802份；
3、采用相对成熟的单涂覆法制备聚氨酯贝斯：运用机械发泡的方法制备聚氨酯发泡浆料后，在基布上涂覆聚氨酯发泡浆料制备聚氨酯合成革贝斯；
4、在聚氨酯合成革贝斯上进行干法贴面，得到合成革基材，在经过后整理工序包括改色、压花、表处、揉纹等均同常规工艺得到具有电磁屏蔽功能合成革。
实施例3
合成革的制备方法按以下步骤进行：
1、所述电磁屏蔽功能纳米粒子的制备：
(1)采用改进的Hummers制备氧化石墨烯：将5g石墨、280mL浓硫酸、4g硝酸钠混合置于冰水浴中搅拌，再加入15g高锰酸钾继续反应，再在室温下反应并加入300mL的水，在95-100℃下进行彻底的氧化得到氧化石墨，经盐酸、去离子水多次洗涤除去SO4-离子，再超声剥离高速离心得到氧化石墨烯水溶液；
(2)采用水热法制备石墨烯负载纳米四氧化三铁复合磁性导电纳米粒子：用400mL水将80mL氧化石墨烯溶液进行稀释，加入硫酸亚铁铵为铁盐，加入20mL的NaOH溶液作为沉淀剂，在90-100℃下反应1-2h；然后再加入5.5mL水合肼，在85-95℃的温度下反应3-5h后，取出自然冷却分离；用蒸馏水洗涤到产物混合液呈中性后，减压过滤，得到石墨烯负载四氧化三铁复合磁性导电纳米粒子；
(3)制备石墨烯负载四氧化三铁复合磁性导电纳米粒子有机溶液：取制备的石墨烯负载四氧化三铁复合磁性导电纳米粒子15质量份用有机溶剂洗涤后超声分散于35质量份的有机溶剂中，得石墨烯负载四氧化三铁复合磁性导电纳米粒子有机溶液；
2、调配聚氨酯发泡浆料，按照以下配方含量：溶剂型聚氨酯树脂150份；电磁屏蔽功能纳米粒子15份；N,N-二甲基甲酰胺60份；十六烷基三甲基氯化铵或十二烷基硫酸二乙醇胺盐4份；甲基硅油、硅氧烷或磷酸三丁酯4份；阴离子表面活性剂为C-70或C-903份；非离子表面活性剂S-803份；
3、采用相对成熟的单涂覆法制备聚氨酯贝斯：运用机械发泡的方法制备聚氨酯发泡浆料后，在基布上涂覆聚氨酯发泡浆料制备聚氨酯合成革贝斯；
4、在聚氨酯合成革贝斯上进行干法贴面，得到合成革基材，在经过后整理工序包括改色、压花、表处、揉纹等均同常规工艺得到具有电磁屏蔽功能合成革。
以上对本发明所提供的具有电磁屏蔽功能合成革的制备方法及合成革用的聚氨酯发泡浆料进行了详细介绍。所制备的合成革可被普通磁铁吸引，表现出一定强度的磁性。而且通过矢量网络分析仪测量，该合成革在X波段范围内，电磁屏蔽效能(EMI)可以达到了33dB。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.具有电磁屏蔽功能合成革的制备方法，包括电磁屏蔽功能纳米粒子有机溶液的制备、单涂覆法聚氨酯合成革贝斯的制备、与在所述聚氨酯合成革贝斯上进行干法贴面、后整理的步骤，得到具有电磁屏蔽功能合成革，其特征在于：所述电磁屏蔽功能纳米粒子有机溶剂的制备包括以下步骤：
(1)采用改进Hummers制备氧化石墨烯水溶液：将石墨、浓硫酸、硝酸钠混合搅拌，加入高锰酸钾在室温下反应，并加入水，在95-100℃下进行彻底的氧化得到氧化石墨，经盐酸、去离子水多次洗涤除去多余SO4-离子，再超声剥离高速离心得到氧化石墨烯水溶液；
(2)采用水热法制备石墨烯负载四氧化三铁复合磁性导电纳米粒子：用水与所述氧化石墨烯溶液进行稀释得到稀释溶液，在所述稀释溶液中加入硫酸亚铁铵作为铁盐，加入氢氧化钠溶液作为沉淀剂，在90℃-100℃下反应1h-2h，然后再加入水合肼，在85℃-95℃的温度下反应3h-5h后，取出自然冷却分离得到混合液，用蒸馏水洗涤至所述混合液呈中性后，进行减压过滤，得到石墨烯负载四氧化三铁复合磁性导电纳米粒子；
(3)制备石墨烯负载四氧化三铁复合磁性导电纳米粒子有机溶液：将所述石墨烯负载四氧化三铁复合磁性导电纳米粒子用有机溶剂洗涤后超声分散于有机溶剂中，得石墨烯负载四氧化三铁复合磁性导电纳米粒子有机溶液，即电磁屏蔽功能纳米粒子有机溶液。
2.根据权利要求1所述的具有电磁屏蔽功能合成革的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中石墨、硝酸钠、高锰酸钾的加入量的质量份比例为2～5:1～4:6～15。
3.根据权利要求1所述的具有电磁屏蔽功能合成革的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中用水与氧化石墨烯溶液以20:3～4的质量份进行稀释。
4.根据权利要求1所述的具有电磁屏蔽功能合成革的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中氢氧化钠的加入量为所述稀释溶液的3％-5％，水合肼的加入量为所述稀释溶液的1％-1.25％。
5.根据权利要求1所述的具有电磁屏蔽功能合成革的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中将所述石墨烯负载四氧化三铁复合磁性导电纳米粒子5～15质量份超声分散于20～35质量份有机溶剂中。
6.根据权利要求1所述的具有电磁屏蔽功能合成革的制备方法，其特征在于：所述单涂覆法聚氨酯合成革贝斯的制备步骤中，采用机械发泡的方法制备聚氨酯发泡浆料，在基布上涂覆聚氨酯发泡浆料制备聚氨酯合成革贝斯，其氨酯发泡浆料的配方含量为：溶剂型聚氨酯树脂80～150份、所述的电磁屏蔽功能纳米粒子有机溶液5～15份、有机溶剂20～60份、分散剂1～5份、消泡剂1～5份、阴离子表面活性剂1～3份、非离子表面活性剂1～3份。
7.一种具有电磁屏蔽功能合成革的聚氨酯发泡浆料，用于单涂覆法制备聚氨酯合成革贝斯工艺，其特征在于：所述发泡层配方为：溶剂型聚氨酯树脂80～150份、电磁屏蔽功能纳米粒子有机溶液5～15份、有机溶剂20～60份、分散剂1～5份、消泡剂1～5份、阴离子表面活性剂1～3份、非离子表面活性剂1～3份。
8.根据权利要求7所述的一种具有电磁屏蔽功能合成革的聚氨酯发泡浆料，其特征在于：所述有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺；所述分散剂为十六烷基三甲基氯化铵或十二烷基硫酸二乙醇胺盐中的一种。
9.根据权利要求7所述的一种具有电磁屏蔽功能合成革的聚氨酯发泡浆料，其特征在于：所述消泡剂为甲基硅油、硅氧烷或磷酸三丁酯中的一种。
10.根据权利要求7所述的一种具有电磁屏蔽功能合成革的聚氨酯发泡浆料，其特征在于：所述阴离子表面活性剂为C-70或C-90中的一种；所述非离子表面活性剂为S-80。
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