CN107604648A - 复合纳米四氧化三铁聚吡咯复合材料的织物制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及织物涂层复合技术领域，提供一种复合纳米四氧化三铁聚吡咯复合材料的织物制备方法，包括以下步骤：（1）先对织物进行预处理；（2）制备纳米四氧化三铁粒子；（3）制备纳米四氧化三铁聚吡咯复合材料；（4）将上一步骤得到的纳米四氧化三铁聚吡咯复合材料结合粘结剂以及高分子绝缘材料调制成含纳米四氧化三铁聚吡咯复合材料的涂层浆；（5）将步骤（4）得到的含纳米四氧化三铁聚吡咯复合材料的涂层浆涂覆于步骤（1）经预处理后的织物上，先送去烘干，再焙烘后制得复合有纳米四氧化三铁聚吡咯复合材料的织物。本发明解决了现有纳米四氧化三铁聚吡咯复合材料复合于织物上制备成本高、生产效率低的问题。

Description

复合纳米四氧化三铁聚吡咯复合材料的织物制备方法

技术领域

本发明涉及织物涂层复合技术领域，尤其涉及一种复合纳米四氧化三铁聚吡咯复合材料的织物制备方法。

背景技术

随着科学技术的发展，电磁波辐射对人们生活和工作的影响越来越大。在机场，飞机曾因电磁波干扰无法起飞而误点；在医院，移动电话常会干扰各种电子诊疗仪器的正常运转；电脑的普及，使得电脑病、电磁过敏症频频出现。在当今的战争中，高度信息化和电子化，使飞机、坦克、舰艇等所处的环境日益复杂。众所周知雷达是探测目标的可靠方法之一，针对雷达电子的侦察和反侦察，人们对电磁波吸收材料进行了大量的研究工作。所谓吸波材料是指能吸收投射到它表面的电磁波能量，并通过损耗将其转变为热能的一类材料。工程应用上除要求吸波材料在较宽频带内对电磁波具有高的吸收率外，还要求材料具有重量轻、耐温、耐湿、抗腐蚀等性能。在各种雷达目标的表面涂上吸波材料，尤其在军事服装上使其具有吸波功能，是提高其生存、突防及纵深攻击能力的有效手段，正受到世界各军事强国的高度重视。在此种背景下，具有电磁波隐身性能的纺织品应运而生。

织物涂层整理剂，是一种均匀涂布于织物表面的高分子类化合物。它通过粘合作用，在织物表面形成一层或多层薄膜，使织物改善外观和风格，同时还具有防水、透湿、阻燃等特殊功能。通常采用金属粉或导电高分子作为织物的涂层剂，能够对电磁波进行吸收或能量衰减损耗，实现电磁屏蔽隐身。聚吡咯(PPy)，具有空气稳定性好、易于电化学聚合成膜、无毒等优点，是一种具有广泛应用前景的导电高分子材料。铁氧体是以铁为主要成分的一种或多种金属元素的复合氧化物。它是一种具有强磁性、高居里点的氧化物磁性材料。纳米材料是一种空间尺寸在1～100nm 的超微细结构材料，它具有小尺寸效应、表面界面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等特性。纳米粒子的量子尺寸效应使其在电磁特性方面，隐身吸波与大尺度材料相比，具有极好的吸波特性，同时具有宽频带、兼容性好、质量轻和厚度薄等特点。无机层状物或超纯化、超细的无机纳米粒子与导电聚合物复合可得到导电聚合物基纳米复合材料。 在这种复合材料中，具有特殊的导电结构，通过阻抗匹配和电磁损耗能实现对电磁波的吸收。

纳米四氧化三铁是一种重要具有铁磁性和电导性的黑色晶体，已在化工、机械、电子、生物、医药、军事等领域得到了广泛的应用。由于纳米磁性四氧化三铁的磁响应性，使其在细胞分离、固定化酶、免疫诊断及肿瘤靶向治疗、分离及核酸杂交等方面均有广泛应用。除此之外，纳米磁性四氧化三铁作为功能材料， 在磁记录材料、特殊催化剂原料、磁流体的基本材料和磁性颜料等方面也显示出许多特殊功能。铁氧体吸波材料具有电吸收和磁吸收两种功能，是性能极佳的吸波材料。自然共振是铁氧体吸收电磁波的主要机制。铁氧体可分为尖晶石型、石榴石型和磁铅石型，均可作吸波材料，其中以六角晶系磁铅石型吸波材料的性能最好。这是因为六角晶系磁铅石型铁氧体具有片状结构，而片状是吸收剂的最佳形状；其次是它具有较高的磁性各向异性等效场，因而有较高的自然共振频率。具有共轭双键的导电高分子聚吡咯(PPY)具有高的导电率、在空气中稳定和易于制备的优点，正在日益受到人们的广泛关注和研究。将聚吡咯与无机填料如铁的氧化态Fe3O4或有机高聚物相复合形成复合材料有可能得到新的功能材料，四氧化三铁聚吡咯复合材料将磁流体(Fe3O4 )用聚吡咯包覆，形成具有核壳结构的纳米微球有可能合成出具有优异性能的纳米复合材料，它将同时具有高的导电性、磁性和纳米效应。这种材料在导电材料、吸波材料、光电显示及静电屏蔽材料等方面具有广泛应用前景，为此如何低成本、简单有效的将纳米四氧化三铁聚吡咯复合材料复合于织物上制备多功能性织物是一个亟待解决的问题。

发明内容

因此，针对上述的问题，本发明提出一种成本较低、生产效率高、简单有效制备具有防雷达隐身功效和电磁屏蔽的高品质织物的复合纳米四氧化三铁聚吡咯复合材料的织物制备方法。

为解决此技术问题，本发明采取以下方案：复合纳米四氧化三铁聚吡咯复合材料的织物制备方法，包括以下步骤：

（1）先对织物进行预处理，即对坯布进行固定基布→调节厚度→涂刮色浆→烘干→调节厚度处理；

（2）制备纳米四氧化三铁粒子，即将FeSO4·7H2O和FeCl3·6H2O以摩尔比为1∶1.7-1.8溶于蒸馏水中，铁离子总浓度为0.25mol·L- 1—0.35mol·L- 1，放入三口烧瓶中，反应温度为60℃-85℃，连续通氮气，在搅拌作用下向反应器加氨水，在反应过程中保持pH值在10-12，再将产物在70℃-85℃下保温20min-40min使之陈化，用蒸馏水和无水乙醇反复清洗 3-5 遍，干燥后制得磁性Fe3O4纳米颗粒；

（3）将上一步骤制得的磁性Fe3O4纳米颗粒、十二烷基苯磺酸钠加入到去离子水中进行搅拌，搅拌均匀后注入吡咯单体，而后滴入FeCl3溶液，继续搅拌反应11 h-13h，产物用水和无水乙醇洗涤 3-5 遍后，在60℃下真空烘箱中干燥24 h，干燥后得到纳米四氧化三铁聚吡咯复合材料；

（4）将上一步骤得到的纳米四氧化三铁聚吡咯复合材料结合粘结剂以及高分子绝缘材料调制成含纳米四氧化三铁聚吡咯复合材料的涂层浆；

（5）将步骤（4）得到的含纳米四氧化三铁聚吡咯复合材料的涂层浆涂覆于步骤（1）经预处理后的织物上，在织物上涂覆好含纳米四氧化三铁聚吡咯复合材料的涂层浆涂层后送去烘干，在75℃-85℃温度下烘干2min-3min，烘干后再将涂覆好含纳米四氧化三铁聚吡咯复合材料涂层的织物进行焙烘，焙烘温度控制在140℃-160℃内，焙烘时间为3min-4min，焙烘后制得复合有纳米四氧化三铁聚吡咯复合材料的织物。

进一步的，所述步骤（2）中反应中PH值保持在11，反应温度为80℃。

进一步的，所述步骤（4）中高分子绝缘材料为环氧树脂、聚氨酯、有机硅树脂中的任一种。

进一步的，所述步骤（5）中含纳米四氧化三铁聚吡咯复合材料的涂层浆涂覆于步骤（1）经预处理后的织物上的涂层厚度为0.75mm-0.85mm。

通过采用前述技术方案，本发明的有益效果是：通过采用本发明的制备方法在制备磁性纳米四氧化三铁聚吡咯复合材料的反应过程中，控制恒温熟化的温度和反应时的pH值，以及Fe2+与Fe3+物质的量比，可有效的制备粒径均匀约为20nm的磁性Fe3O4纳米颗粒，再以磁性Fe3O4纳米颗粒结合聚吡咯制成纳米四氧化三铁聚吡咯复合材料具有导电性和磁性能，电磁屏蔽效果较好，信号抗干扰能力强，同时大大降低电磁波辐射热稳定性好，使用温度范围较宽，可以在各种极端苛刻的温度环境下适用，再将纳米四氧化三铁聚吡咯复合材料调整成涂层浆涂覆于织物上，从而快速、简单有效地制得复合有纳米四氧化三铁聚吡咯复合材料的织物，制作成本较低、生产效率高，使得制得的复合有纳米四氧化三铁聚吡咯复合材料的织物成为具有防雷达隐身功效和电磁屏蔽的高品质织物，可广泛推广应用。

具体实施方式

现结合具体实施方式对本发明进一步说明。

优选的本发明的复合纳米四氧化三铁聚吡咯复合材料的织物制备方法，包括以下步骤：

（1）先对织物进行预处理，即对坯布进行固定基布→调节厚度→涂刮色浆→烘干→调节厚度处理；

（2）制备纳米四氧化三铁粒子，即将FeSO4·7H2O和FeCl3·6H2O以摩尔比为1∶1.75溶于蒸馏水中，铁离子总浓度为0.3mol·L- 1，放入三口烧瓶中，反应温度为80℃，连续通氮气，在搅拌作用下向反应器加氨水，在反应过程中保持pH值在11，再将产物在80℃下保温20min-40min使之陈化，再用蒸馏水和无水乙醇反复清洗 4遍，干燥后制得磁性Fe3O4纳米颗粒；

（3）将上一步骤制得的磁性Fe3O4纳米颗粒、十二烷基苯磺酸钠加入到去离子水中进行搅拌，搅拌均匀后注入吡咯单体，而后滴入FeCl3溶液，继续搅拌反应12h，产物用水和无水乙醇洗涤4遍后，在60℃下真空烘箱中干燥24 h，干燥后得到纳米四氧化三铁聚吡咯复合材料；

（4）将上一步骤得到的纳米四氧化三铁聚吡咯复合材料结合粘结剂以及高分子绝缘材料调制成含纳米四氧化三铁聚吡咯复合材料的涂层浆，其中高分子绝缘材料为环氧树脂；

（5）将步骤（4）得到的含纳米四氧化三铁聚吡咯复合材料的涂层浆涂覆于步骤（1）经预处理后的织物上，在织物上涂覆好含纳米四氧化三铁聚吡咯复合材料的涂层浆涂层后送去烘干，其中含纳米四氧化三铁聚吡咯复合材料的涂层浆涂覆于织物上的涂层厚度为0.8mm，在85℃温度下烘干2min，烘干后再将涂覆好含纳米四氧化三铁聚吡咯复合材料涂层的织物进行焙烘，焙烘温度控制在160℃内，焙烘时间为3min，焙烘后制得复合有纳米四氧化三铁聚吡咯复合材料的织物。

本发明中步骤（2）中FeSO4·7H2O和FeCl3·6H2O的配比以摩尔比为1∶1.7-1.8溶于蒸馏水中为佳，铁离子总浓度以0.25mol·L- 1—0.35mol·L- 1为宜，反应温度以60℃-85℃为佳，在反应过程中保持pH值在10-12为宜，产物在70℃-85℃下保温20min-40min进行陈化为佳，用蒸馏水和无水乙醇反复清洗次数以3-5遍为佳；步骤（3）中滴入FeCl3溶液继续搅拌反应以11 h-13h为宜，产物用水和无水乙醇洗涤次数以3-5遍为佳；步骤（4）中高分子绝缘材料还可以为聚氨酯、有机硅树脂等材料；步骤（5）中含纳米四氧化三铁聚吡咯复合材料的涂层浆涂覆于步骤（1）经预处理后的织物上的涂层厚度以0.75mm-0.85mm为宜，烘干为在75℃-85℃温度下烘干2min-3min为佳，焙烘温度控制在140℃-160℃内，焙烘时间以3min-4min为宜。

本发明通过采用本发明的制备方法在制备磁性纳米四氧化三铁聚吡咯复合材料的反应过程中，控制恒温熟化的温度和反应时的pH值，以及Fe2+与Fe3+物质的量比，可有效的制备粒径均匀约为20nm的磁性Fe3O4纳米颗粒，再以磁性Fe3O4纳米颗粒结合聚吡咯制成纳米四氧化三铁聚吡咯复合材料具有导电性和磁性能，电磁屏蔽效果较好，信号抗干扰能力强，同时大大降低电磁波辐射热稳定性好，使用温度范围较宽，可以在各种极端苛刻的温度环境下适用，再将纳米四氧化三铁聚吡咯复合材料调整成涂层浆涂覆于织物上，从而快速、简单有效地制得复合有纳米四氧化三铁聚吡咯复合材料的织物，制作成本较低、生产效率高，使得制得的复合有纳米四氧化三铁聚吡咯复合材料的织物成为具有防雷达隐身功效和电磁屏蔽的高品质织物，可广泛推广应用。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.复合纳米四氧化三铁聚吡咯复合材料的织物制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）先对织物进行预处理，即对坯布进行固定基布→调节厚度→涂刮色浆→烘干→调节厚度处理；

（2）制备纳米四氧化三铁粒子，即将FeSO4·7H2O和FeCl3·6H2O以摩尔比为1∶1.7-1.8溶于蒸馏水中，铁离子总浓度为0.25mol·L- 1—0.35mol·L- 1，放入三口烧瓶中，反应温度为60℃-85℃，连续通氮气，在搅拌作用下向反应器加氨水，在反应过程中保持pH值在10-12，再将产物在70℃-85℃下保温20min-40min使之陈化，用蒸馏水和无水乙醇反复清洗 3-5 遍，干燥后制得磁性Fe3O4纳米颗粒；

（3）将上一步骤制得的磁性Fe3O4纳米颗粒、十二烷基苯磺酸钠加入到去离子水中进行搅拌，搅拌均匀后注入吡咯单体，而后滴入FeCl3溶液，继续搅拌反应11 h-13h，产物用水和无水乙醇洗涤 3-5 遍后，在60℃下真空烘箱中干燥24 h，干燥后得到纳米四氧化三铁聚吡咯复合材料；

（4）将上一步骤得到的纳米四氧化三铁聚吡咯复合材料结合粘结剂以及高分子绝缘材料调制成含纳米四氧化三铁聚吡咯复合材料的涂层浆；

（5）将步骤（4）得到的含纳米四氧化三铁聚吡咯复合材料的涂层浆涂覆于步骤（1）经预处理后的织物上，在织物上涂覆好含纳米四氧化三铁聚吡咯复合材料的涂层浆涂层后送去烘干，在75℃-85℃温度下烘干2min-3min，烘干后再将涂覆好含纳米四氧化三铁聚吡咯复合材料涂层的织物进行焙烘，焙烘温度控制在140℃-160℃内，焙烘时间为3min-4min，焙烘后制得复合有纳米四氧化三铁聚吡咯复合材料的织物。

2.根据权利要求1所述的复合纳米四氧化三铁聚吡咯复合材料的织物制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中反应中PH值保持在11，反应温度为80℃。

3.根据权利要求1所述的复合纳米四氧化三铁聚吡咯复合材料的织物制备方法，其特征在于：所述步骤（4）中高分子绝缘材料为环氧树脂、聚氨酯、有机硅树脂中的任一种。

4.根据权利要求1所述的复合纳米四氧化三铁聚吡咯复合材料的织物制备方法，其特征在于：所述步骤（5）中含纳米四氧化三铁聚吡咯复合材料的涂层浆涂覆于步骤（1）经预处理后的织物上的涂层厚度为0.75mm-0.85mm。