CN110708942B - 一种电磁屏蔽生物材料的制备方法及其制备的防磁板 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电磁屏蔽生物材料的制备方法包括以下步骤：包括以下步骤：步骤一，将毛竹据切成竹片；步骤二，置于浓度为20%的氢氧化钠溶液中浸泡2h；步骤三，置于浓度为3%～10%的氢氧化钠溶液中继续浸泡16～24h；步骤四，用粉碎机将竹材粉碎，然后置于干馏窑里制备竹炭；步骤五，碳化后采用真空加压浸渍工艺将制备的竹炭与分析纯硝酸铁溶液进行混合制备竹炭/硝酸铁复合物；步骤六，将竹炭/硝酸铁复合物二次碳化，粉碎、筛选制得炭粉。选择将竹块加工成竹粉来制备竹炭，目的是提高单元表面积、增大干馏窑中与热气介质的接触面积，能耗低、生产效率高、成炭反应充分，从而提升最终炭得率、炭得率、竹炭石墨化程度和电导率。

Description

一种电磁屏蔽生物材料的制备方法及其制备的防磁板

技术领域

本发明涉及静电耗散材料，具体涉及一种电磁屏蔽生物材料的制备方法及其制备的防磁板。

背景技术

电磁波为人们的通讯、工作和生活带来便利的同时，也带来了许多不利影响。首先，电磁干扰会直接影响人们生产生活各个领域中的电器设备、仪器仪表的正常工作，严重的电磁干扰可使电子装置失灵甚至损坏；其次由电子设备传输的机密信息会因电磁泄露而被他人截获；最后，经过大量科学实验发现，长时间接触低频率的电磁辐射，生物的神经系统、造血系统和免疫细胞功能都会受到损伤，与此同时，电磁辐射对遗传、生育和致畸也会产生影响。为此，必须进行电磁屏蔽。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种电磁屏蔽生物材料的制备方法及其制备的防磁板。

一种电磁屏蔽生物材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，选用3～5年生的毛竹为原料，将毛竹据切成长10～15cm、宽4～7cm的竹片；

步骤二，置于浓度为20%的氢氧化钠溶液中浸泡2h；

步骤三，取出后置于浓度为3%～10%的氢氧化钠溶液中继续浸泡16～24h；

步骤四，用清水冲洗竹材并烘干，烘干后用粉碎机将竹材粉碎，粉碎程度为10目以上的颗粒，然后颗粒连同粉碎残渣一起置于干馏窑里制备竹炭；

步骤五，竹材一次碳化的干馏窑碳化温度为620～720℃、保温时间3～5h、升温速率4～10℃/min；碳化后采用真空加压浸渍工艺将制备的竹炭与分析纯硝酸铁溶液进行混合；倒出多余溶液后，于恒温恒湿箱里 2～3 天后干燥至恒重，得到竹炭/硝酸铁复合物；

步骤六，将竹炭/硝酸铁复合物再次于干馏窑中进行二次碳化，将制得的竹炭样品再次进行粉碎，筛选制得400目以上的炭粉。

优选的，所述步骤五采用真空加压浸渍工艺将制备的竹炭与分析纯硝酸铁溶液进行混合，竹炭的添加比例为54～67wt%，充分搅拌后于浸渍罐中抽真空30～45min并保持50～70min后，再通入氮气加压至 0.8～1.2 MPa，保压 100～140min后取出样品。

优选的，所述步骤五倒出多余溶液后，于温度为 20～30℃、相对湿度为 65～70%的恒温恒湿箱里 2～3 天后干燥至恒重，得到竹炭/硝酸铁复合物，竹炭增重量约为46～52wt%。

优选的，所述步骤六将竹炭/硝酸铁复合物再次于干馏窑中进行二次碳化，升温速率4～7℃/min，先于165～220℃下保持30～50min，继续升温至450～520℃下保持15～30min，继续升温至900～1020℃下保持60～90min后降温冷却；将制得的竹炭样品再次进行粉碎，筛选400目以上炭粉。

优选的，所述包括拼接板及单板，所述拼接板为木条通过白乳胶粘接而成，所述单板覆盖于拼接板上下两面，单板与拼接板之间通过大豆胶粘接；将筛选的炭粉分别添加于白乳胶和大豆胶中，添加比例分别为17～25 wt%和13～18 wt%，充分混合均匀后用于人造板制备。

优选的，所述所述单板外表面还覆盖有三聚氰胺装饰纸，将炭粉添加到三聚氰胺胶粘剂中，背胶添加量为10～14wt%、表胶添加量3～7wt%。

优选的，所述所述单板外表面涂覆有油漆，所述油漆中添加有碳粉，炭粉只存在于油漆的腻子层、耐磨漆层和色漆层，添加比例分别为3～5 wt%、9～16wt%和1～3wt%。

有益效果：

毛竹资源丰富、蓄积量高、秆茎比大，是现有工业利用率最高的竹种之一；选择将竹块加工成竹粉来制备竹炭，目的是提高单元表面积、增大干馏窑中与热气介质的接触面积，能耗低、生产效率高、成炭反应充分，从而提升最终炭得率、炭得率、竹炭石墨化程度和电导率。

一次碳化后的竹炭的比表面积和孔隙率得到极大改善，对外界物质的吸附和容纳能力更强；硝酸铁溶液的加入是为了将金属铁元素引入到竹炭中；真空加压浸渍法是为了提高硝酸铁溶液对竹炭的渗入深度和引入率；后续恒温恒湿的处理工艺是为了使硝酸铁溶液充分固化，加大与竹炭的结合力度。

二次碳化是为了竹炭与硝酸铁的反应，一次碳化后竹炭中碳素比例极高，可以加大与硝酸铁的接触面积、促进完全反应；165～220℃下保持30～50min，将硝酸铁将完全分解成铁的氧化物；450～520℃下保持15～30min，铁的氧化物会被碳置换生成碳化铁；900～1020℃下保持60～90min，可以使碳化铁继续被碳置换生成α铁，这种贴具有极好的导电性和磁性，被包含在碳骨架中，这种碳包铁的电阻率不高于10²Ω·cm且可利用其自身磁性进行回收利用。

附图说明

图1是本发明的防磁板结构示意图。

图2是本发明的去静电人造免漆板结构示意图。

图3是本发明的去静电人造油漆板结构示意图。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员理解，下面将结合实施例对本发明作进一步详细描述：

本实施例提供一种电磁屏蔽生物材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，选用3～5年生的毛竹为原料，将毛竹据切成长10～15cm、宽4～7cm的竹片。

毛竹资源丰富、蓄积量高、秆茎比大，是现有工业利用率最高的竹种之一；

步骤二，置于浓度为20%的氢氧化钠溶液中浸泡2h。

20%的氢氧化钠溶液目的是消除竹材竹青和竹黄表面的蜡质层，其主要成分是二氧化硅等绝缘物质，提高表面孔隙率且减少成炭后的残留率，从而加大后续低浓度氢氧化钠溶液等外界物质的渗入深度、渗入量和竹炭的导电率；

步骤三，取出后置于浓度为3%～10%的氢氧化钠溶液中继续浸泡16～24h。

低浓度的氢氧化钠溶液目的是降解木质素和提高竹材结晶度，从而提高炭得率、竹炭石墨化程度和电导率；

步骤四，用清水冲洗竹材并烘干，烘干后用粉碎机将竹材粉碎，粉碎程度为10目以上的颗粒，然后颗粒连同粉碎残渣一起置于干馏窑里制备竹炭。

选择将竹块加工成竹粉来制备竹炭，目的是提高单元表面积、增大干馏窑中与热气介质的接触面积，能耗低、生产效率高、成炭反应充分，从而提升最终炭得率、炭得率、竹炭石墨化程度和电导率；

步骤五，竹材一次碳化的干馏窑碳化温度为620～720℃、保温时间3～5h、升温速率4～10℃/min；碳化后采用真空加压浸渍工艺将制备的竹炭与分析纯硝酸铁溶液进行混合，竹炭的添加比例为54～67wt%，充分搅拌后于浸渍罐中抽真空30～45min并保持50～70min后，再通入氮气加压至 0.8～1.2 MPa，保压 100～140min后取出样品；倒出多余溶液后，于温度为 20～30℃、相对湿度为 65～70%的恒温恒湿箱里 2～3 天后干燥至恒重，得到竹炭/硝酸铁复合物，竹炭增重量约为46～52wt%。

采用干馏法不仅可以获得竹炭，还可产生竹醋液等竹材副产品，利用效率高；一次碳化后的竹炭的比表面积和孔隙率高达220～400m²/g和55～75%，远高于竹材自身70～90m²/g的比表面积和45～60%的孔隙率，对外界物质的吸附和容纳能力更强；采用此制备参数可以有效提高炭得率21.4～26.7%、降低电阻率10⁵Ω·cm以下；硝酸铁溶液的加入是为了将金属铁元素引入到竹炭中；真空加压浸渍法是为了提高硝酸铁溶液对竹炭的渗入深度和引入率；后续恒温恒湿的处理工艺是为了使硝酸铁溶液充分固化，加大与竹炭的结合力度；

步骤六，将竹炭/硝酸铁复合物再次于干馏窑中进行二次碳化，升温速率4～7℃/min，先于165～220℃下保持30～50min，继续升温至450～520℃下保持15～30min，继续升温至900～1020℃下保持60～90min后降温冷却；将制得的竹炭样品再次进行粉碎，筛选400目以上炭粉。

二次碳化是为了竹炭与硝酸铁的反应，一次碳化后竹炭中碳素比例高达80%，可以加大与硝酸铁的接触面积、促进完全反应；165～220℃下保持30～50min，将硝酸铁将完全分解成铁的氧化物；450～520℃下保持15～30min，铁的氧化物会被碳置换生成碳化铁；900～1020℃下保持60～90min，可以使碳化铁继续被碳置换生成α铁，这种贴具有极好的导电性和磁性，被包含在碳骨架中，这种碳包铁的电阻率不高于102Ω·cm且可利用其自身磁性进行回收利用。

如图1所示，一种通过上述电磁屏蔽生物材料制备的防磁板，包括拼接板2及单板3，所述拼接板2为木条1通过白乳胶粘接而成，所述单板3覆盖于拼接板2上下两面，单板3与拼接板2之间通过大豆胶粘接；将筛选的炭粉分别添加于白乳胶和大豆胶中，添加比例分别为17%～25%和13%～18%，充分混合均匀后用于人造板制备，制备得到防磁板。制备所得的防磁板体积电阻率为10³～10⁵Ω·cm，在频率为0～30GHz的电磁波辐射下，电磁屏蔽效能为3～70dB，是一种具有良好电磁屏蔽功能的材料；防磁板自身的胶合强度、静曲强度和浸渍剥离性能得到大大改善，胶合强度为1.24～1.59MPa、静曲强度为18.6～21.9 MPa且各胶层几乎无剥离。

如图2所示，所述单板3外表面还覆盖有三聚氰胺装饰纸4，将炭粉添加到三聚氰胺胶粘剂中，背胶添加量为10%～14%、表胶添加量3%～7%，制备得到防磁免漆板。制备所得的防磁免漆板体积电阻率为10³～10⁵Ω·cm、表面电阻率为10⁴～10⁶Ω·cm，在频率为0～30GHz的电磁波辐射下，电磁屏蔽效能为3～70dB，是一种具有良好电磁屏蔽功能的材料；防磁板自身的胶合强度、静曲强度和浸渍剥离性能得到大大改善，胶合强度为1.24～1.59MPa、静曲强度为18.6～21.9 MPa且各胶层几乎无剥离。

如图3所示，所述单板3外表面涂覆有油漆5，所述油漆5中添加有碳粉，炭粉只存在于油漆的腻子层、耐磨漆层和色漆层，添加比例分别为3%～5%、9%～16%和1%～3%，制备得到防磁油漆板。制备所得的防磁油漆板体积电阻率为10³～10⁵Ω·cm、表面电阻率为10⁴～10⁶Ω·cm，在频率为0～30GHz的电磁波辐射下，电磁屏蔽效能为3～70dB，是一种具有良好电磁屏蔽功能的材料；防磁板自身的胶合强度、静曲强度和浸渍剥离性能得到大大改善，胶合强度为1.24～1.59MPa、静曲强度为18.6～21.9 MPa且各胶层几乎无剥离。

以上为本发明的其中具体实现方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些显而易见的替换形式均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种电磁屏蔽生物材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，选用3～5年生的毛竹为原料，将毛竹锯切成长10～15cm、宽4～7cm的竹片；

步骤二，将步骤一中锯切好的竹片置于浓度为20%的氢氧化钠溶液中浸泡2h；

步骤三，将步骤二中浸泡后的竹片取出后置于浓度为3%～10%的氢氧化钠溶液中继续浸泡16～24h；

步骤四，用清水冲洗步骤三浸泡后的竹材并烘干，烘干后用粉碎机将竹材粉碎，粉碎程度为10目以上的颗粒，然后颗粒连同粉碎残渣一起置于干馏窑里制备竹炭；

步骤五，将步骤四中处理完的竹材放入到干馏窑中进行一次碳化，一次碳化的干馏窑碳化温度为620～720℃、保温时间为3～5h、升温速率为4～10℃/min；碳化后采用真空加压浸渍工艺将制备的竹炭与分析纯硝酸铁溶液进行混合；然后倒出多余溶液后，于恒温恒湿箱里 2～3 天后干燥至恒重，得到竹炭/硝酸铁复合物；

步骤六，步骤六将竹炭/硝酸铁复合物再次于干馏窑中进行二次碳化，升温速率为4～7℃/min，先于165～220℃下保持30～50min，继续升温至450～520℃下保持15～30min，继续升温至900～1020℃下保持60～90min后降温冷却；将制得的竹炭样品再次进行粉碎，筛选400目以上炭粉。

2.根据权利要求1所述的电磁屏蔽生物材料的制备方法，其特征在于：步骤五采用真空加压浸渍工艺将制备的竹炭与分析纯硝酸铁溶液进行混合，竹炭的添加比例为54～67wt%，充分搅拌后于浸渍罐中抽真空30～45min并保持50～70min后，再通入氮气加压至 0.8～1.2 MPa，保压 100～140min后取出样品。

3.根据权利要求2所述的电磁屏蔽生物材料的制备方法，其特征在于：步骤五倒出多余溶液后，于温度为 20～30℃、相对湿度为 65～70%的恒温恒湿箱里 2～3 天后干燥至恒重，得到竹炭/硝酸铁复合物。

4.一种如权利要求3所述电磁屏蔽生物材料的制备方法制备的防磁板，其特征在于：包括拼接板及单板，所述拼接板为木条通过白乳胶粘接而成，所述单板覆盖于拼接板上下两面，单板与拼接板之间通过大豆胶粘接；将筛选的所述炭粉分别添加于白乳胶和大豆胶中，添加比例分别为17～25 wt%和13～18 wt%，充分混合均匀后用于防磁板制备。

5.根据权利要求4所述的防磁板，其特征在于：所述单板外表面还覆盖有三聚氰胺装饰纸，将所述炭粉添加到三聚氰胺胶粘剂中，背胶添加量为10～14wt%、表胶添加量为3～7wt%。

6.根据权利要求4所述的防磁板，其特征在于：所述单板外表面涂覆有油漆，所述油漆中添加有所述炭粉，所述炭粉只存在于油漆的腻子层、耐磨漆层和色漆层，添加比例分别为3～5 wt%、9～16wt%和1～3wt%。

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