CN114735968B - 具有电磁吸收功能和防水功能的建筑材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种具有电磁吸收功能和防水功能建筑材料的制备方法，包括以下步骤：将四氧化三铁、铁粉、二氧化硅、富勒烯混合均匀，然后在1000～1200℃下进行煅烧；将煅烧后的物料冷却后，再与金刚烷、树脂、偶联剂和溶剂搅拌混合，制得建筑材料。该方法利用富勒烯特殊的电子结构，再配合铁的氧化物和金刚烷的作用，使制得的建筑材料具有较好的电磁波吸收功能，特别是对高频率波段14～18GHz的吸收效果，以及具有良好的防水性能。本发明还提供一种由该方法制得的具有电磁吸收功能和防水功能的建筑材料。

Description

具有电磁吸收功能和防水功能的建筑材料及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种具有电磁吸收功能和防水功能的建筑材料及其制备方法。
背景技术
随着科技的发展，电子产品越来越多，电磁辐射也充满人类生存的环境，其中部分高频电磁波对人体或电子仪器都存在损害或潜在的不利影响。例如电磁波对飞机的飞行存在不利干扰，高频电磁波对人体健康存在不利影响。
如果使用对电磁波具有高反射率的建筑材料，则由于城市高楼林立，势必会导致反射出来的电磁波对其他物体或人造成伤害。因此，需要提供一种对电磁波具有良好吸收作用的建筑材料。
现有技术中常用的对电磁波具有吸收效果的锰的氧化物、铁的氧化物来制备具有电磁吸收功能的建筑材料，然而，这类具有电磁波吸收功能的建筑材料对2～18GHz频率范围的电磁波的吸收效果较差，则通常只有-2至-10dB的反射率，即使进一步引入氧化石墨烯来制备电磁波吸收材料，则通常也只有-15dB的反射率。而且现有技术中制得的这类电磁波吸收材料往往对高频段14～18GHz电磁波的吸收性能明显弱。
另外，具有电磁吸收功能的建筑材料往往需要在露天环境中使用，因此需具有较好的防水性能；但是，现有技术中具有电磁波吸收功能的建筑材料往往没有兼顾到防水功能。因此，在现有技术中，施用吸波建筑材料时通常要搭配一层防水涂层以解决其不防水问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有电磁吸收功能和防水功能建筑材料的制备方法，该方法制得的建筑材料具有较好的电磁波吸收功能，特别是对高频率波段14～18GHz的吸收效果，以及具有良好的防水性能。
为实现发明目的，采用以下技术方案：
一种具有电磁吸收功能和防水功能建筑材料的制备方法，包括以下步骤：
将四氧化三铁、铁粉、二氧化硅、富勒烯混合均匀，然后在1000～1200℃下进行煅烧；将煅烧后的物料冷却后，再与金刚烷、树脂、偶联剂和溶剂搅拌混合，制得建筑材料。
本发明充分利用具有特殊电子杂化方式、特殊形状的富勒烯，配合铁的氧化物、铁粉、二氧化硅，混合后进行煅烧(且只需一次煅烧)，得到煅烧后的物料，再利用立体状分子结构的金刚烷，以及树脂、偶联剂和溶剂的共同作用，制得呈浆料状的建筑材料。本发明利用上述富勒烯特殊的电子结构，再配合铁的氧化物和金刚烷的作用，可显著提升建筑材料对电磁波的吸收效果，特别是对高频率波段14～18GHz的吸收效果显著提高。而且金刚烷、树脂、偶联剂的加入有助于提升建筑材料的防水性能。
所述富勒烯为C60～C100，例如C60、C70、C80、C90、C100。
优选地，所述富勒烯为球状，球状的富勒烯有更好的电磁波的吸收能力；更优选地，富勒烯为C60，这是由于C60最容易制得，且呈球状。
所述树脂为聚氨酯树脂或环氧树脂。
所述偶联剂为硅烷偶联剂。
所述溶剂为有机溶剂，选自乙醇、丙醇、丙酮中的至少一种。
本发明的方法中，各原料的添加量按重量份计为：四氧化三铁20份、铁粉1～10份、二氧化硅40～80份、富勒烯0.5～5份、金刚烷1～5份、金刚烷1～5份、树脂40～60份、偶联剂1～10份和溶剂100～200份。
所述煅烧的时间为1～2小时。
所述四氧化三铁、铁粉、二氧化硅、富勒烯的粒径为300～500目。
本发明将煅烧后的物料冷却至常温后，与金刚烷、树脂、偶联剂和溶剂在常温下进行搅拌混合即可，无需特意调整温度；所述的常温为10～35℃。
进一步，本发明方法还加入硅酸盐，用于提升建筑材料的电磁波吸收性能；所述硅酸盐与二氧化硅一同加入。所述硅酸盐的添加量为二氧化硅的5～20wt％。优选地，硅酸盐选自硅酸钠、硅酸钙、硅酸钾或硅酸镁。
进一步地，本发明方法中加入溶剂的同时，还可加入羟甲基纤维素和/或乙烯基硅氧烷，有助于提升材料的防水性。所述羟甲基纤维素和/或乙烯基硅氧烷的加入量分别为树脂的1～5wt％。
本发明还提供一种由上述制备方法制得的具有电磁吸收功能和防水功能的建筑材料。
相对于现有技术，本发明的有益效果如下：
本发明利用富勒烯的特殊电子结构和形状，结合铁的氧化物和金刚烷的作用，使制得的建筑材料对电磁波有良好的吸收效果，特别是对人体伤害较大的高频率波段14～18GHz的吸收效果得到显著提高；而且金刚烷、树脂、偶联剂的加入有助于提升建筑材料的防水性能。其中本发明采用的金刚烷起到桥梁作用，使得制得的建筑材料同时具有电磁波吸收功能和防水性能。因此本发明制得的建筑材料可直接应用在建筑外墙上。此外本发明还加入了铁粉和二氧化硅辅助吸收电磁波，增加本发明建筑材料吸收电磁波的效果；而且二氧化硅还具有一定的填充作用，能够降低产品成本。
具体实施方式
以下实施例仅用于阐述本发明，而本发明的保护范围并非仅仅局限于以下实施例。所述技术领域的普通技术人员依据以上本发明公开的内容和各参数所取范围，均可实现本发明的目的。
实施例1
按重量份数计，四氧化三铁20份、铁粉5份、二氧化硅50份、富勒烯C60 0.8份，过400目筛后，在500转/分钟下搅拌30分钟，混合均匀，然后在1100℃下进行煅烧1.5小时，得到煅烧后的物料，然后冷却至20℃，再将煅烧后的物料与金刚烷5份、聚氨酯树脂50份、硅烷偶联剂8份和乙醇150份，在常温下搅拌混合，制得建筑材料。
实施例2
与实施例1相比，实施例2在加入二氧化硅的同时，也加入硅酸钠，其加入量为二氧化硅质量的5％(即2.5份)。其余步骤与实施例1相同。
实施例3
与实施例1相比，实施例3在加入树脂的同时，也加入羟甲基纤维素和乙烯基硅氧烷，羟甲基纤维素和乙烯基硅氧烷的加入量都为树脂质量的2％(即各1份)。其余步骤与实施例1相同。
实施例4
按重量份数计，四氧化三铁20份、铁粉1份、二氧化硅80份、富勒烯C70 5份，过500目筛后，在500转/分钟下搅拌30分钟，混合均匀，然后在1000℃下进行煅烧1小时，得到煅烧后的物料，然后冷却至30℃，再将煅烧后的物料与金刚烷1份、环氧树脂60份、硅烷偶联剂2份、乙烯基硅氧烷1份和丙醇100份，在常温下搅拌混合，制得建筑材料。
实施例5
按重量份数计，四氧化三铁20份、铁粉10份、二氧化硅40份、富勒烯C80 0.5份、硅酸镁8份，过300目筛后，在500转/分钟下搅拌30分钟，混合均匀，然后在1200℃下进行煅烧2小时，得到煅烧后的物料，然后冷却至25℃，再将煅烧后的物料与金刚烷3份、聚氨酯树脂40份、硅烷偶联剂10份和丙酮200份，在常温下搅拌混合，制得建筑材料。
实施例6
按重量份数计，四氧化三铁20份、铁粉5份、二氧化硅50份、富勒烯C100 2份、硅酸钙5份，过300目筛后，在500转/分钟下搅拌30分钟，混合均匀，然后在1100℃下进行煅烧2小时，得到煅烧后的物料，然后冷却至25℃，再将煅烧后的物料与金刚烷5份、聚氨酯树脂40份、硅烷偶联剂10份、羟甲基纤维素0.4份，以及乙醇100份和丙醇100份，在常温下搅拌混合，制得建筑材料。
对比例1
对比例1用碳纳米管代替实施例1中的富勒烯，其余步骤与实施例1相同。
对比例2
对比例2不加入金刚烷，其余步骤与实施例1相同。
对比例3
对比例3中的煅烧温度为800℃，其余步骤与实施例1相同。
对比例4
对比例4中的煅烧温度为1300℃，其余步骤与实施例1相同。
产品效果测试
1.电磁波吸收性能
参照JCT 2499-2018《建筑材料吸收电磁波性能测试方法》，对实施例1～2、对比例1～3制得的建筑材料测试2～18GHz波段电磁波的平均反射率，以及测试14～18GHz波段电磁波的平均反射率，结果如表1。
表1
Figure BDA0003548175840000041
Figure BDA0003548175840000051
从表1可以看出，实施例1～2的建筑材料对电磁波的吸收效果好，特别是对14～18GHz波段电磁波的平均反射率小，表示本发明制得的建筑材料对14～18GHz波段电磁波的吸收效果更好。实施例3～6的吸收电磁波性能与实施例1～2相近。
其中本发明实施例的效果优于对比例1，说明了具有特殊电子结构和形状的富勒烯能够有效提高本发明建筑材料对电磁波的吸收效果，对14～18GHz波段电磁波吸收效果的提高更为明显。而且表1的结果表明，金刚烷的加入显著提高了材料对电磁波吸收效果；1000～1200℃煅烧温度制得的建筑材料能获得优良的电磁波吸收效果，煅烧温度低于1000℃或高于1200℃均显著降低建筑材料的电磁波吸收效果。
2.防水性测试
按照《界面渗透型防水涂料质量检验评定标准》DBJ01-54-2001(该标准要求48小时吸水量比小于等于65％，抗透水压力比大于等于200％，则为合格)测试本发明产品的防水性，结果如表2。
表2
实施例1 实施例3 对比例2
48小时吸水量(％) 32 25 51
抗透水压力比(％) 441 492 315
从表2可以看出，本发明制得的建筑材料具有优良的防水性，而且实施例3的防水性优于实施例1。从实施例1与对比例2对比可知，本发明采用金刚烷能够显著提高所述建筑材料的防水效果。
本发明可用其他的不违背本发明的精神或主要特征的具体形式来概述。本发明的上述实施例都只能认为是对本发明的说明而不是限制。因此凡是依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种具有电磁吸收功能和防水功能建筑材料的制备方法，其特征是，包括以下步骤：
将四氧化三铁、铁粉、二氧化硅、富勒烯混合，然后在1000～1200℃下进行煅烧；将煅烧后的物料冷却后，再与金刚烷、树脂、偶联剂和溶剂搅拌混合，制得建筑材料；
各原料的添加量按重量份计为：四氧化三铁20份、铁粉1～10份、二氧化硅40～80份、富勒烯0.5～5份、金刚烷1～5份、树脂40～60份、偶联剂1～10份和溶剂100～200份。
2.根据权利要求1所述的具有电磁吸收功能和防水功能建筑材料的制备方法，其特征是，所述富勒烯为C60～C100。
3.根据权利要求2所述的具有电磁吸收功能和防水功能建筑材料的制备方法，其特征是，所述富勒烯为C60。
4.根据权利要求1所述的具有电磁吸收功能和防水功能建筑材料的制备方法，其特征是，还加入硅酸盐；所述硅酸盐的添加量为二氧化硅的5～20wt％，与二氧化硅一同加入；所述硅酸盐选自硅酸钠、硅酸钙、硅酸钾或硅酸镁。
5.根据权利要求1所述的具有电磁吸收功能和防水功能建筑材料的制备方法，其特征是，加入溶剂的同时，还加入羟甲基纤维素和/或乙烯基硅氧烷；所述羟甲基纤维素和/或乙烯基硅氧烷的加入量分别为树脂的1～5wt％。
6.根据权利要求1所述的具有电磁吸收功能和防水功能建筑材料的制备方法，其特征是，所述四氧化三铁、铁粉、二氧化硅、富勒烯的粒径为300～500目。
7.根据权利要求1所述的具有电磁吸收功能和防水功能建筑材料的制备方法，其特征是，所述树脂为聚氨酯树脂或环氧树脂；所述偶联剂为硅烷偶联剂；所述溶剂为有机溶剂，选自乙醇、丙醇、丙酮中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的具有电磁吸收功能和防水功能建筑材料的制备方法，其特征是，所述煅烧的时间为1～2小时。
9.一种由权利要求1～8任一项所述的制备方法制得的具有电磁吸收功能和防水功能的建筑材料。
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