CN108221382A - 一种电磁屏蔽型剪切增稠液体及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电磁屏蔽型剪切增稠液体及其制备方法与应用，所述剪切增稠液体所含原料及各原料的重量份数为：碳纳米管5～15份；石墨5～15份；炭黑5～15份；球形纳米二氧化硅粒子200～300份；分散介质100～150份。本发明制备工艺简便，生产成本低廉等优点，更重要的是解决了电磁波对人体的危害，在剪切增稠液体制备的柔性防护材料的特性上有了新的突破。

Description

一种电磁屏蔽型剪切增稠液体及其制备方法
技术领域
本发明涉及功能性材料技术领域，尤其是涉及一种具有电磁屏蔽功能的剪切增稠液体及其制备方法。
背景技术
剪切增稠液在一般情况下呈现液体或分散胶体的状态，当受到超过某一临界剪切或者冲击作用时，其粘度迅速上升，呈现出固体一般的抵抗能力。当外力撤销后，剪切增稠液又恢复原来的状态，是一种可逆的非牛顿流体行为。其独特的剪切增稠特性使得STF广泛应用于各类防护材料。
剪切增稠是一种可逆的非牛顿流体行为。流体通常呈浓缩的胶质悬浮液状，在迅速增加的剪切应力下，其黏性有很大的增加。STF是一种处于固、液混合状态的纳米粒子溶液，由极其微小的硅微粒分散悬浮在有机溶剂中组成。在分散介质的选择上，通常要求其无毒、稳定不易变质、适应温度范围广、黏度不太大且有一定的悬浮能力。常见的分散介质有乙二醇(EG)、丙二醇(PG)、丁二醇(BG)，最常用的为聚乙二醇(PEG)。
在我们生活中，无线通信产品都是高频的电磁波。随着科技的进步，电磁波对人体的危害越来越大，更有甚者，可能导致癌症。因此，制备具有电磁屏蔽的防护性材料是有必要的。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明申请人提供了一种电磁屏蔽型剪切增稠液体及其制备方法。本发明制备工艺简便，生产成本低廉等优点，更重要的是解决了电磁波对人体的危害，在剪切增稠液体制备的柔性防护材料的特性上有了新的突破。
本发明的技术方案如下：
一种电磁屏蔽型剪切增稠液体，所述剪切增稠液体所含原料及各原料的重量份数为：
所述分散介质为聚3,4-乙撑二氧噻吩与聚苯乙烯磺酸的混合液，两者的用量比例为1:1～2.5。
所述碳纳米管的粒径为2～10nm；所述石墨的粒径为2～10nm；所述炭黑的粒径为2～10nm；所述球形二氧化硅粒子的粒径为10～20nm。
一种所述电磁屏蔽型剪切增稠液体的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)在25～45℃的温度下，将5～15份的碳纳米管、5～15份的石墨、5～15份的炭黑以及200～300份的球形纳米二氧化硅粒子加入到100～150份的分散介质中，打开超声波和恒速搅拌仪，超声波为20000～30000赫兹，恒速搅拌仪转速为600r/min～800r/min，分散40～80分钟，得到均匀的分散液；
(2)然后将步骤(1)所得分散液放置在真空烘箱中，25～45℃温度下静置12～20小时，气泡去除，得到了稳定的有电磁屏蔽效果的剪切增稠液体；各原料以质量份数计。
一种所述电磁屏蔽型剪切增稠液体的应用，所述电磁屏蔽型剪切增稠液体通过浸轧、喷涂或塑封技术用于纤维织物的复合。
所述石墨经过预处理，所述预处理的方法为：将纳米尺寸的石墨与硅烷偶联剂KH570混合，溶解在无水乙醇中，经过超声分散，抽滤、真空干燥制得表面改性的纳米石墨。所述石墨与硅烷偶联剂KH570的质量比为1:5～20；所述无水乙醇的用量为石墨与硅烷偶联剂KH570总质量的15～30倍。
所述碳纳米管、炭黑均经过冷冻干燥处理。
本发明有益的技术效果在于：
一般剪切增稠液都注重力学性能，而本发明开发其电学性能。所用分散相能进一步增加剪切增稠效果，而分散相和分散介质均为导电材料，电阻率低，具有良好的导电性，对电磁屏蔽有显著作用。
本发明选用的碳纳米管具有高强度、高模量、结构稳定、韧性很好等优点，而且碳纳米管上的碳原子的P电子形成大范围的离域π键，共轭效应明显，具有良好的导电性。所用石墨的化学性质稳定，石墨中每个碳原子与其他碳原子只形成3个共价键,每个碳原子仍然保留1个自由电子来传输电荷，所以石墨的导电性良好；导电炭黑具有较低的电阻率，导电性好；本发明采用多种碳系材料搭配使用，各组分间相互配伍，协同作用，使最终产品具有较好的性能。
本发明分散介质为PEDOT:PSS，稳定性好，电导率高，具有良好的导电性；其中PEDOT分子结构简单、能隙小、电导率高，PSS是聚苯乙烯磺酸盐，两者混合，能极大的增加PEDOT的溶解性。
附图说明
图1为本发明制备方法的流程示意图。
图2为本发明剪切增稠液体与织物复合的浸轧工艺示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明进行具体描述。
实施例1
一种电磁屏蔽型剪切增稠液体的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)在25℃的温度下，将15份的碳纳米管(粒径为2nm)、15份的石墨(粒径为2nm)、15份的炭黑(粒径为2nm)以及300份的球形纳米二氧化硅粒子(粒径为10nm)加入到150份的分散介质(聚3,4-乙撑二氧噻吩与聚苯乙烯磺酸的混合液，两者的用量比例为1:2.5)中，打开超声波和恒速搅拌仪，超声波为25000赫兹，恒速搅拌仪转速为700r/min，分散60分钟，得到均匀的分散液；
(2)然后将步骤(1)所得分散液放置在真空烘箱中，45℃温度下静置10小时，气泡去除，得到了稳定的有电磁屏蔽效果的剪切增稠液体；各原料以质量份数计。
实施例2
一种电磁屏蔽型剪切增稠液体的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)在25℃的温度下，将10份的碳纳米管(粒径为4nm)、15份的石墨(粒径为4nm)、5份的炭黑(粒径为4nm)以及250份的球形纳米二氧化硅粒子(粒径为12nm)加入到125份的分散介质(聚3,4-乙撑二氧噻吩与聚苯乙烯磺酸的混合液，两者的用量比例为1:2.3)中，打开超声波和恒速搅拌仪，超声波为20000赫兹，恒速搅拌仪转速为600r/min，分散60分钟，得到均匀的分散液；
(2)然后将步骤(1)所得分散液放置在真空烘箱中，25℃温度下静置15小时，气泡去除，得到了稳定的有电磁屏蔽效果的剪切增稠液体；各原料以质量份数计。
实施例3
一种电磁屏蔽型剪切增稠液体的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)在25℃的温度下，将5份的碳纳米管(粒径为6nm)、15份的石墨(粒径为6nm)、10份的炭黑(粒径为6nm)以及200份的球形纳米二氧化硅粒子(粒径为14nm)加入到100份的分散介质(聚3,4-乙撑二氧噻吩与聚苯乙烯磺酸的混合液，两者的用量比例为1:2)中，打开超声波和恒速搅拌仪，超声波为25000赫兹，恒速搅拌仪转速为700r/min，分散60分钟，得到均匀的分散液；
(2)然后将步骤(1)所得分散液放置在真空烘箱中，50℃温度下静置5小时，气泡去除，得到了稳定的有电磁屏蔽效果的剪切增稠液体；各原料以质量份数计。
实施例4
一种电磁屏蔽型剪切增稠液体的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)在25℃的温度下，将15份的碳纳米管(粒径为8nm)、15份的石墨(粒径为8nm)、15份的炭黑(粒径为8nm)以及300份的球形纳米二氧化硅粒子(粒径为17nm)加入到150份的分散介质(聚3,4-乙撑二氧噻吩与聚苯乙烯磺酸的混合液，两者的用量比例为1:2.5)中，打开超声波和恒速搅拌仪，超声波为25000赫兹，恒速搅拌仪转速为700r/min，分散60分钟，得到均匀的分散液；
(2)然后将步骤(1)所得分散液放置在真空烘箱中，25℃温度下静置15小时，气泡去除，得到了稳定的有电磁屏蔽效果的剪切增稠液体；各原料以质量份数计。
所述石墨经过预处理，所述预处理的方法为：将0.2g纳米尺寸的石墨与2g硅烷偶联剂KH570混合，溶解在40g无水乙醇中，经过超声分散10h，然后抽滤，期间用无水乙醇清洗滤饼；将滤饼放入真空干燥箱中，在80℃下真空干燥4h，粉碎滤饼即得到表面改性纳米石墨。
实施例5
一种电磁屏蔽型剪切增稠液体的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)在25℃的温度下，将10份的碳纳米管(粒径为10nm)、10份的石墨(粒径为10nm)、10份的炭黑(粒径为10nm)以及250份的球形纳米二氧化硅粒子(粒径为20nm)加入到125份的分散介质(聚3,4-乙撑二氧噻吩与聚苯乙烯磺酸的混合液，两者的用量比例为1:2)中，打开超声波和恒速搅拌仪，超声波为25000赫兹，恒速搅拌仪转速为700r/min，分散60分钟，得到均匀的分散液；
(2)然后将步骤(1)所得分散液放置在真空烘箱中，25℃温度下静置15小时，气泡去除，得到了稳定的有电磁屏蔽效果的剪切增稠液体；各原料以质量份数计。
所述石墨经过预处理，所述预处理的方法为：将0.2g纳米尺寸的石墨与2g硅烷偶联剂KH570混合，溶解在40g无水乙醇中，经过超声分散10h，然后抽滤，期间用无水乙醇清洗滤饼；将滤饼放入真空干燥箱中，在80℃下真空干燥4h，粉碎滤饼即得到表面改性纳米石墨。
所述碳纳米管、炭黑均经过冷冻干燥处理，冷冻干燥的温度为-30℃，压强为5帕。
对比例
将300质量份的10nm二氧化硅粒子逐渐加入100质量份的聚乙二醇溶液中。在25℃的温度下，经超声波和恒速搅拌仪，超声波为20000赫兹，恒速搅拌仪转速为600r/min，分散均匀后，将其放置在真空烘箱，25℃温度下静置10小时，去除气泡，最终得到物理化学性能稳定的剪切增稠液。
测试例：
1、粘度测试：打开旋转流变仪，把测量转子连接到测量头上，等待主机自动识别出转子型号。进行零间隙校正，完成后，单击“↑”按钮使测量头抬起一定高度，把适量样品加控温下板的中心位置。单击“↓”按钮，测试转子下降，根据提示清理转子周围多余的样品。清理完成后，让椎板降到测量位置。测试程序设定好后，开始测试实施例及对比例所得产品的粘度，测试结果如表1所示。
表1
由表格可以看出随着分散相中碳纳米管、石墨和炭黑的比例增加，最大粘度也在逐渐增大，临界剪切速率减小，所以，碳纳米管、石墨和炭黑的加入能增强剪切增稠液的效果。
2、将实施例1～5及对比例所得剪切增稠液通过浸轧技术与超高分子量聚乙烯平稳织物进行复合，浸轧具体工艺为，采用三浸三压的方式，上下压辊压强为0.2MPa，压辊转速为1rad/s；所得产品性能测试结果如表2所示。
表2
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 对比例
初始电阻/kΩ 8 12 32 5 6 60
最终电阻/kΩ 0.6 1.4 4.3 0.2 0.4 7.1
屏蔽效能SE/dB 49.5 40.3 35.3 63.2 54.6 5.4
屏蔽率/％ 99.75 98.89 98.34 99.98 99.89 40.30
由表格可以看出，随着分散相中碳纳米管、石墨和炭黑的比例增加，初始电阻和最终电阻逐渐降低，屏蔽率逐渐升高，因此，纳米管、石墨和炭黑可以减小剪切增稠液的电阻，从而使剪切增稠液导电性能更好，电磁屏蔽性能更好。

Claims (8)

1.一种电磁屏蔽型剪切增稠液体，其特征在于所述剪切增稠液体所含原料及各原料的重量份数为：
2.根据权利要求1所述的电磁屏蔽型剪切增稠液体，其特征在于所述分散介质为聚3,4-乙撑二氧噻吩与聚苯乙烯磺酸的混合液，两者的用量比例为1:1～2.5。
3.根据权利要求1所述的电磁屏蔽型剪切增稠液体，其特征在于所述碳纳米管的粒径为2～10nm；所述石墨的粒径为2～10nm；所述炭黑的粒径为2～10nm；所述球形二氧化硅粒子的粒径为10～20nm。
4.一种权利要求1所述电磁屏蔽型剪切增稠液体的制备方法，其特征在于所述制备方法包括如下步骤：
(1)在25～45℃的温度下，将5～15份的碳纳米管、5～15份的石墨、5～15份的炭黑以及200～300份的球形纳米二氧化硅粒子加入到100～150份的分散介质中，打开超声波和恒速搅拌仪，超声波为20000～30000赫兹，恒速搅拌仪转速为600r/min～800r/min，分散40～80分钟，得到均匀的分散液；
(2)然后将步骤(1)所得分散液放置在真空烘箱中，25～45℃温度下静置12～20小时，气泡去除，得到了稳定的有电磁屏蔽效果的剪切增稠液体；各原料以质量份数计。
5.一种权利要求1所述电磁屏蔽型剪切增稠液体的应用，其特征在于所述电磁屏蔽型剪切增稠液体通过浸轧、喷涂或塑封技术用于纤维织物的复合。
6.根据权利要求1所述的电磁屏蔽型剪切增稠液体，其特征在于所述石墨经过预处理，所述预处理的方法为：将纳米尺寸的石墨与硅烷偶联剂KH570混合，溶解在无水乙醇中，经过超声分散，抽滤、真空干燥制得表面改性的纳米石墨。
7.根据权利要求6所述的电磁屏蔽型剪切增稠液体，其特征在于所述石墨与硅烷偶联剂KH570的质量比为1:5～20；所述无水乙醇的用量为石墨与硅烷偶联剂KH570总质量的15～30倍。
8.根据权利要求1所述的电磁屏蔽型剪切增稠液体，其特征在于所述碳纳米管、炭黑均经过冷冻干燥处理。
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