一種基于纖維素纖維的聚苯胺電磁屏蔽材料及其制備方法與流程

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本發(fā)明屬于電磁屏蔽材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于纖維素纖維的聚苯胺電磁屏蔽材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，隨著電子工業(yè)的高速發(fā)展，各種商用和家用電子產(chǎn)品的數(shù)量急劇增加，電子產(chǎn)品內(nèi)部使用的集成電路等元器件的越來(lái)越多越來(lái)越小型化。電子產(chǎn)品的靈敏度越高越容易受到外界電磁的干擾，且電子產(chǎn)品發(fā)出的高頻脈沖形成的電磁波也會(huì)造成電磁污染，因此使用電磁屏蔽材料消除或者減少電磁輻射污染，實(shí)現(xiàn)電子電氣設(shè)備與環(huán)境相協(xié)調(diào)的電磁兼容環(huán)境。

電磁屏蔽材料通常使用金屬及其復(fù)合材料，他們具有較好的屏蔽效能，但是存在笨重、效能難以調(diào)節(jié)、需要二次加工、生產(chǎn)效率低和成本高等缺點(diǎn)，聚苯胺、聚吡咯、聚乙炔等導(dǎo)電高分子聚合物是新一類的到電話和我，與傳統(tǒng)的炭黑、石墨、金屬等導(dǎo)電材料相比，導(dǎo)電高高聚物具有電磁屏蔽性能好、質(zhì)量輕、電容率可控、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)。聚苯胺是應(yīng)用最為廣泛的導(dǎo)電高聚物，但是聚苯胺的溶解性和加工性能較差，因此，由苯胺單體在基體聚合物中原位合成聚苯胺納米復(fù)合材料，再與其他溶解性能和加工性能較好的聚合物復(fù)合形成聚苯胺-聚合物復(fù)合材料。

中國(guó)專利CN 102153862B公開(kāi)的一種聚苯胺/碳納米管復(fù)合電磁屏蔽材料的制備方法，將碳納米管羧基化后加入鹽酸溶液中，與含苯胺單體的鹽酸溶液混合反應(yīng)，經(jīng)抽濾真空干燥得到聚苯胺和碳納米管的復(fù)合材料，該方法使用的碳納米管的價(jià)格較貴，不利于市場(chǎng)推廣使用。中國(guó)專利CN 103642039B公開(kāi)的木基聚苯胺電磁屏蔽材料及其制造方法，將木質(zhì)材料進(jìn)行抽真空處理后，浸漬與聚苯胺預(yù)聚體中經(jīng)原位聚合反應(yīng)得到產(chǎn)物，最后經(jīng)清洗干燥得到木基聚苯胺電磁屏蔽材料，該屏蔽材料的原料為薄木、單板、竹片等材料，材料尺寸大厚，成型性差，使用領(lǐng)域受到很大限制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于纖維素纖維的聚苯胺電磁屏蔽材料及其制備方法，采用甘蔗纖維和秸稈纖維作為反應(yīng)原料，采用原位化學(xué)氧化法制備得到聚苯胺聚合物導(dǎo)電復(fù)合材料，本發(fā)明制備條件簡(jiǎn)單，可操作性好，成本低，制備的電磁屏蔽材料中摻雜聚苯胺的排列規(guī)整，結(jié)晶度高，電導(dǎo)率高，具有一維纖維形貌，便于搭接成導(dǎo)電網(wǎng)，提高材料的電磁屏蔽性能。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種基于纖維素纖維的聚苯胺電磁屏蔽材料，所述基于纖維素纖維的聚苯胺電磁屏蔽材料為殼核結(jié)構(gòu)，所述基于纖維素纖維的聚苯胺電磁屏蔽材料以纖維素纖維為核，以摻雜聚苯胺為殼，所述纖維素纖維為甘蔗纖維和秸稈粉末，所述基于纖維素纖維的聚苯胺電磁屏蔽材料采用原位化學(xué)氧化聚合法制備。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述纖維素纖維中甘蔗纖維和秸稈粉末和質(zhì)量比為1-2:1，所述纖維素纖維的尺寸為20-150目。

本發(fā)明還提供一種基于纖維素纖維的聚苯胺電磁屏蔽材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將纖維素纖維與苯胺單體混合，靜置30min，加入摻雜酸溶液中，混合均勻，形成溶液A，冷卻至-10℃-0℃待用；

(2)將氧化劑溶于摻雜酸溶液中，混合均勻，形成溶液B，冷卻至-10℃-0℃待用；

(3)將步驟(2)制備的溶液B緩慢滴入步驟(1)制備的溶液A中，在-10℃-0℃下發(fā)生氧化聚合反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為1-12h，得到反應(yīng)產(chǎn)物；

(4)將步驟(3)制備得到的反應(yīng)產(chǎn)物分別用蒸餾水和乙醇進(jìn)行過(guò)濾和洗滌，在60℃下真空干燥后得到基于纖維素纖維的聚苯胺電磁屏蔽材料。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(1)中，纖維素纖維為甘蔗纖維和秸稈粉末，所述甘蔗纖維和秸稈粉末和質(zhì)量比為1-2:1，纖維素纖維的尺寸為20-150目。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(1)中，纖維素纖維的制備方法為：將甘蔗粉末和秸稈粉末浸潤(rùn)于硝酸溶液中，在110℃下回流2.5h，加入3wt％的氫氧化鈉溶液，繼續(xù)回流1.5h，冷卻至室溫，充分洗滌，取出，在50℃下充分干燥得到纖維素纖維。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(1)中，纖維素纖維和苯胺單體的質(zhì)量比為1-2：1-2。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(1)中，苯胺在溶液A中的含量為0.25-0.35g/mL。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(1)或者步驟(2)中，摻雜酸溶液的摻雜酸為鹽酸、硫酸、樟腦磺酸和十二烷基苯磺酸中的一種，摻雜酸溶液的濃度為0.5-2mol/L。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(2)中，氧化劑為過(guò)硫酸鈉和重絡(luò)酸鉀的混合物，所述過(guò)硫酸鈉和重絡(luò)酸鉀的質(zhì)量比為1-2：1-2，氧化劑在溶液B中的含量為0.55-2.2g/ml。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(3)中，溶液B中氧化劑與溶液A中苯胺單體的質(zhì)量比為3.5-4:1。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

(1)本發(fā)明制備的基于纖維素纖維的聚苯胺電磁屏蔽材料采用纖維素纖維作作為反應(yīng)原料，纖維素纖維作為一種天然化合物，是由拖桿β-D-咇喃葡萄糖環(huán)通過(guò)苷鍵連接起來(lái)的線性高分子，具有來(lái)源廣，不污染環(huán)境，成本低廉，可再生的特點(diǎn)，而且以纖維素纖維作為核，聚苯胺可沉積在相鄰纖維素的交叉處和褶皺處，既能提高聚苯胺與纖維素纖維的結(jié)合力，又能增強(qiáng)電磁屏蔽材料的結(jié)構(gòu)，而且纖維素纖維較為平整的表面促使聚苯胺在纖維素纖維的表面形成薄片，促進(jìn)聚苯胺的結(jié)晶，而且纖維經(jīng)酸化預(yù)處理后，活性更高，更有利于苯胺陽(yáng)離子和纖維素羥基之間形成氫鍵作用，更有利于聚苯胺的形成以及與纖維素纖維的結(jié)合。

(2)本發(fā)明制備的基于纖維素纖維的聚苯胺電磁屏蔽材料采用原位化學(xué)氧化反應(yīng)，聚合條件簡(jiǎn)單，可操控性強(qiáng)，在原位反應(yīng)過(guò)程中甘蔗纖維和秸稈纖維中羧基、羥基等活性基團(tuán)在混合氧化劑的作用下進(jìn)一步活化，與苯胺上的氨基之間形成化學(xué)鍵或者氫鍵，誘導(dǎo)聚苯胺的排列更加規(guī)整、結(jié)晶度更好，有利于提高電磁屏蔽材料的電導(dǎo)率。

(3)本發(fā)明制備的基于纖維素纖維的聚苯胺電磁屏蔽材料為殼核結(jié)構(gòu)，有利于發(fā)揮導(dǎo)電的聚苯胺殼層和電介質(zhì)的纖維素纖維內(nèi)核之間的協(xié)同效應(yīng)，電磁波可在殼層內(nèi)部有效的發(fā)生反射，延長(zhǎng)了電磁波穿透材料的有效路徑，提高了材料的電磁屏蔽性能。

(4)本發(fā)明制備的基于纖維素纖維的聚苯胺電磁屏蔽材料由于內(nèi)部為纖維素纖維，因此制備的電磁屏蔽材料局域一維纖維形貌，便于搭接成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，可作為功能添加劑與其他高分子材料復(fù)合，也可以單獨(dú)作為原料壓制形成導(dǎo)電紙張，可在電極、氣敏期間、膜等方面應(yīng)用。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合具體實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明，在此本發(fā)明的示意性實(shí)施例以及說(shuō)明用來(lái)解釋本發(fā)明，但并不作為對(duì)本發(fā)明的限定。

實(shí)施例1：

(1)將質(zhì)量比為1:1的甘蔗粉末和秸稈粉末浸潤(rùn)于硝酸溶液中，在110℃下回流2.5h，加入3wt％的氫氧化鈉溶液，繼續(xù)回流1.5h，冷卻至室溫，充分洗滌，取出，在50℃下充分干燥得到纖維素纖維。

(2)將50目的4g的纖維素纖維與5.8g苯胺單體混合，靜置30min，加入20ml的1.5mol/L的硫酸溶液中，混合均勻，形成溶液A，冷卻至-10℃-0℃待用。

(3)將質(zhì)量比為12.39g的過(guò)硫酸鈉和9.61g的重絡(luò)酸鉀氧化劑溶于20ml的1.5mol/L的硫酸溶液中，混合均勻，形成溶液B，冷卻至-10℃-0℃待用。

(4)將溶液B緩慢滴入溶液A中，在0℃下發(fā)生氧化聚合反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為4h，得到反應(yīng)產(chǎn)物。