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一种导电型橡胶基复合电磁屏蔽材料的制备方法   0    0

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专利申请流程有哪些步骤?
专利申请流程图
申请
申请号:指国家知识产权局受理一件专利申请时给予该专利申请的一个标示号码。唯一性原则。
申请日:提出专利申请之日。
2019-06-30
申请公布
申请公布指发明专利申请经初步审查合格后,自申请日(或优先权日)起18个月期满时的公布或根据申请人的请求提前进行的公布。
申请公布号:专利申请过程中,在尚未取得专利授权之前,国家专利局《专利公报》公开专利时的编号。
申请公布日:申请公开的日期,即在专利公报上予以公开的日期。
2019-10-08
授权
授权指对发明专利申请经实质审查没有发现驳回理由,授予发明专利权;或对实用新型或外观设计专利申请经初步审查没有发现驳回理由,授予实用新型专利权或外观设计专利权。
2021-10-29
预估到期
发明专利权的期限为二十年,实用新型专利权期限为十年,外观设计专利权期限为十五年,均自申请日起计算。专利届满后法律终止保护。
2039-06-30
基本信息
有效性 有效专利 专利类型 发明专利
申请号 CN201910581962.3 申请日 2019-06-30
公开/公告号 CN110204760B 公开/公告日 2021-10-29
授权日 2021-10-29 预估到期日 2039-06-30
申请年 2019年 公开/公告年 2021年
缴费截止日
分类号 C08J5/18C08L9/02C08L1/02C08K3/04 主分类号 C08J5/18
是否联合申请 独立申请 文献类型号 B
独权数量 1 从权数量 0
权利要求数量 1 非专利引证数量 1
引用专利数量 2 被引证专利数量 0
非专利引证 1、2016.06.09Hong Dong等.Highly Transparent andToughened Poly(methyl methacrylate)Nanocomposite Films Containing Networksof Cellulose Nanofibrils《.ACS AppliedMaterials & Interfaces》.2015,第7卷(第45期),25464-25472.;
引用专利 US2019143656A、WO2016086796A 被引证专利
专利权维持 3 专利申请国编码 CN
专利事件 事务标签 公开、实质审查、授权
申请人信息
申请人 第一申请人
专利权人 桂林理工大学 当前专利权人 桂林理工大学
发明人 刘红霞、管宇鹏、徐旭 第一发明人 刘红霞
地址 广西壮族自治区桂林市七星区建干路12号 邮编 541004
申请人数量 1 发明人数量 3
申请人所在省 广西壮族自治区 申请人所在市 广西壮族自治区桂林市
代理人信息
代理机构
专利代理机构是经省专利管理局审核,国家知识产权局批准设立,可以接受委托人的委托,在委托权限范围内以委托人的名义办理专利申请或其他专利事务的服务机构。
北京盛询知识产权代理有限公司 代理人
专利代理师是代理他人进行专利申请和办理其他专利事务,取得一定资格的人。
陈巍
摘要
本发明公开了一种导电型橡胶基复合电磁屏蔽材料的制备方法。首先利用纳米纤维素和氧化石墨烯共稳定的含有橡胶类聚合物的Pickering乳液技术,并结合抽滤法得到纳米纤维素/氧化石墨烯/橡胶复合薄膜,然后采用水合肼还原与二步热压工艺技术制备纳米纤维素/还原氧化石墨烯/橡胶柔性复合电磁屏蔽薄膜,即为导电型橡胶基复合电磁屏蔽材料。本发明制备过程简单,原料易得,制得的复合材料质量轻、厚度小、柔性好,且具有良好的导电性,并且在X波段满足民用电磁屏蔽材料要求,在民用电磁屏蔽材料方面有良好的应用前景。
  • 摘要附图
    一种导电型橡胶基复合电磁屏蔽材料的制备方法
  • 说明书附图:图1
    一种导电型橡胶基复合电磁屏蔽材料的制备方法
  • 说明书附图:图2
    一种导电型橡胶基复合电磁屏蔽材料的制备方法
  • 说明书附图:图3
    一种导电型橡胶基复合电磁屏蔽材料的制备方法
法律状态
序号 法律状态公告日 法律状态 法律状态信息
1 2021-10-29 授权
2 2019-10-08 实质审查的生效 IPC(主分类): C08J 5/18 专利申请号: 201910581962.3 申请日: 2019.06.30
3 2019-09-06 公开
权利要求
权利要求书是申请文件最核心的部分,是申请人向国家申请保护他的发明创造及划定保护范围的文件。
1.一种导电型橡胶基复合电磁屏蔽材料的制备方法,其特征在于具体步骤为:
(1)配制纳米纤维素与氧化石墨烯的共混水分散液,其中纳米纤维素的质量浓度为
0.01~0.1%,氧化石墨烯的质量浓度为0.1~1%;
(2)将步骤(1)配制的共混水分散液与质量浓度为0.5~7%的橡胶溶液按照体积比为1~10:1进行混合,然后在100~1000W的超声波下超声乳化0.5~30分钟,得到纳米纤维素与氧化石墨烯共同稳定的水包油型Pickering乳液,静置12~24小时后得到乳液凝胶;其中橡胶溶液是橡胶溶解在有机溶剂中的溶液;
(3)将步骤(2)中得到的乳液凝胶进行抽滤,并用步骤(2)中橡胶溶液所用的有机溶剂与乙醇的混合溶液洗涤4~6次,得到纳米纤维素/氧化石墨烯/橡胶滤饼;
(4)配制质量浓度为1~20%的水合肼溶液;
(5)将步骤(3)中得到的滤饼浸入到步骤(4)配制的水合肼溶液中,在60~100℃下反应
0.5~3h,然后将滤饼置于热压模具中在60~100℃的烘箱中继续反应并将其烘至半干状态;
(6)将步骤(5)中得到的半干状态滤饼放入平板热压机中进行热压,得到纳米纤维素/还原氧化石墨烯/橡胶柔性复合电磁屏蔽薄膜,即为导电型橡胶基复合电磁屏蔽材料;
所述纳米纤维素为至少一维的尺度在纳米范围内的纤维素材料,包括从原材料提取制备的具有形貌结构的纤维素纳米晶和纤维素纳米纤,其中原材料为棉花、木材、竹子或麻类;
所述氧化石墨烯为单片层结构,片层厚度为0.8~1.2nm;
所述橡胶为未经硫化的生胶、塑炼胶,具体为天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶、丁基橡胶、氯丁橡胶或丁腈橡胶;
所述有机溶剂为二氯甲烷、1,2‑二氯乙烷、氯仿、正己烷或环己烷;
所述步骤(6)中的热压工艺采用两步法:首先在80℃、压力为0.5MPa的条件下热压5~
15min,进一步去除滤饼中的有机溶剂;然后在150℃、压力为12MPa的条件下热压15~
60min;
所述有机溶剂及原料的纯度均为分析纯及以上纯度。
说明书

技术领域

[0001] 本发明属于功能高分子复合材料领域,特别涉及一种基于纳米纤维素和氧化石墨烯共同稳定的Pickering乳液技术来制备导电型橡胶基复合电磁屏蔽材料的方法。

背景技术

[0002] 当前社会,电子设备在极大改善人们生活的同时也在危害着人体健康,电磁辐射污染已成为新一重大污染源,因此开发新型、价廉、应用面广的电磁屏蔽材料是当前的研究热点之一。聚合物基电磁屏蔽材料由于其密度小、耐腐蚀、易加工、电磁屏蔽效能调节性加等优势,逐渐占据电磁屏蔽材料市场。但传统聚合物基电磁屏蔽材料厚度大,柔性差,脆性大,越来越难以适应电子设备的小型化与可穿戴化的发展趋势。所以高性能,低厚度的柔性电磁屏蔽材料是当前研究的主要方向。
[0003] 导电橡胶在传感器材料,光电材料,电磁屏蔽材料中均有良好的应用前景。由于橡胶拥有良好的密封性和优异机械性能,易加工性等优点从而成为柔性电磁屏蔽材料基体的优秀选择。其中复合碳系导电橡胶拥有质量轻,导电性高,易于加工等特点,随着纳米碳材料的发展,尤其是拥有出色力学与导电性的石墨烯材料出现,为未来复合导电橡胶提供了新的发展方向。
[0004] 传统的石墨烯/橡胶纳米复合材料一般采用溶液共混法、乳胶共混法以及机械共混法。这些方法往往制备过程较复杂、所需能耗大,且石墨烯在橡胶基体中的均匀分散性程度较低而限制了其导电性能的提高。因此,本发明采用Pickering乳液技术开发一种工艺简便、成本低廉、绿色无污染的、还原氧化石墨烯均匀分散在橡胶基体中的高导电型柔性复合电磁屏蔽材料的制备方法,具有一定的现实意义。

发明内容

[0005] 本发明的目的是提供一种导电型橡胶基复合电磁屏蔽材料的制备方法。
[0006] 本发明思路:利用氧化石墨烯与纳米纤维素共同稳定含有橡胶聚合物的有机溶液的O/W型Pickering乳液技术,结合抽滤、还原和热压工艺技术来制备基于还原氧化石墨烯和纳米纤维素的三维网络结构增强的橡胶基复合材料。凭借还原氧化石墨在橡胶基体中的三维网络结构的形成,提高其在橡胶基体中的分散性,进而得到具有高导电性的橡胶基柔性复合电磁屏蔽薄膜材料。
[0007] 具体步骤为:
[0008] (1)配制纳米纤维素与氧化石墨烯的共混水分散液,其中纳米纤维素的质量浓度为0.01 0.1%,氧化石墨烯的质量浓度为0.1 1%。~ ~
[0009] (2)将步骤(1)配制的共混水分散液与质量浓度为0.5 7%的橡胶溶液按照体积比~为1 10:1进行混合,然后在100 1000W的超声波下超声乳化0.5 30分钟,得到纳米纤维素与~ ~ ~
氧化石墨烯共同稳定的水包油型Pickering乳液,静置12 24小时后得到乳液凝胶;其中橡~
胶溶液是橡胶溶解在有机溶剂中的溶液。
[0010] (3)将步骤(2)中得到的乳液凝胶进行抽滤,并用步骤(2)中橡胶溶液所用的有机溶剂与乙醇的混合溶液洗涤4 6次,得到纳米纤维素/氧化石墨烯/橡胶滤饼。~
[0011] (4)配制质量浓度为1 20%的水合肼溶液。~
[0012] (5)将步骤(3)中得到的滤饼浸入到步骤(4)配制的水合肼溶液中,在60 100℃下~反应0.5 3h,然后将滤饼置于热压模具中在60 100℃的烘箱中继续反应并将其烘至半干状~ ~
态。
[0013] (6)将步骤(5)中得到的半干状态滤饼放入平板热压机中进行热压,得到纳米纤维素/还原氧化石墨烯/橡胶柔性复合电磁屏蔽薄膜,即为导电型橡胶基复合电磁屏蔽材料。
[0014] 所述纳米纤维素为至少一维的尺度在纳米范围内的纤维素材料,包括从原材料提取制备的具有形貌结构的纤维素纳米晶和纤维素纳米纤,其中原材料为棉花、木材、竹子或麻类。
[0015] 所述氧化石墨烯为单片层结构,片层厚度为0.8 1.2nm。~
[0016] 所述橡胶为未经硫化的生胶、塑炼胶,具体为天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶、丁基橡胶、氯丁橡胶或丁腈橡胶。
[0017] 所述有机溶剂为二氯甲烷、1,2‑二氯乙烷、氯仿、正己烷或环己烷。
[0018] 所述步骤(6)中的热压工艺采用两步法:首先在80℃、压力为0.5MPa的条件下热压5 15min,进一步去除滤饼中的有机溶剂;然后在150℃、压力为12MPa的条件下热压15~ ~
60min。
[0019] 所述化学试剂及原料的纯度均为分析纯及以上纯度。
[0020] 本发明方法的优点:
[0021] (1)本发明方法适用于从各种原材料提取制备的不同形貌的纳米纤维素、利用各种制备方法制备的氧化石墨烯以及各种橡胶,易于大规模推广。
[0022] (2)本发明方法中所用试剂都是常见试剂,价格便宜,且制备过程简便快速。
[0023] (3)本发明方法制得的柔性复合电磁屏蔽薄膜,质量轻,厚度小,具有良好的导电性,并且在X波段满足民用电磁屏蔽材料要求,在民用电磁屏蔽材料方面有良好的应用前景。

实施方案

[0027] 下面结合具体实施例对本发明做进一步描述,但本发明不局限于以下实施例,以下实施例中所使用的化学试剂和原料均为分析纯。
[0028] 实施例1:
[0029] 将0.03wt% 纤维素纳米纤维与0.3wt% 氧化石墨烯共混水分散液作为水相、2wt% 丁晴橡胶的1,2‑二氯乙烷溶液作为油相,按照水油体积比3:1混合超声30min,使其乳化成纳米纤维素/氧化石墨烯稳定的水包油型Pickering乳液,并静置24小时得乳液凝胶。然后将乳液凝胶进行抽滤,并用1,2‑二氯乙烷和乙醇的混合溶液多次洗涤,最终得到纳米纤维素/氧化石墨烯/丁晴橡胶滤饼。继而将所得滤饼浸入到质量浓度为3.0%的水合肼溶液中于80℃下反应1小时后,将滤饼重新置于热压模具中并在80℃烘箱中继续反应并将其烘至半干状态。最后将半干态滤饼放入平板热压机中进行二步热压,首先在80℃,压力为0.5MPa的条件下热压5min,进一步去除滤饼中的有机溶剂;然后在150℃,压力为12MPa的条件下热压
30min,即得到纳米纤维素/还原氧化石墨烯/橡胶柔性复合电磁屏蔽薄膜。
[0030] 实施例2:
[0031] 将0.03wt% 纤维素纳米纤维与0.3wt% 氧化石墨烯共混水分散液作为水相、2wt% 丁晴橡胶的1,2‑二氯乙烷溶液作为油相,按照水油体积比4:1混合超声30min,使其乳化成纳米纤维素/氧化石墨烯稳定的水包油型Pickering乳液,并静置24小时得乳液凝胶。然后将乳液凝胶进行抽滤,并用1,2‑二氯乙烷和乙醇的混合溶液多次洗涤,最终得到纳米纤维素/氧化石墨烯/丁晴橡胶滤饼。继而将所得滤饼浸入到质量浓度为3.0%的水合肼溶液中于80℃下反应1小时后,将滤饼重新置于热压模具中并在80℃烘箱中继续反应并将其烘至半干状态。最后将半干态滤饼放入平板热压机中进行二步热压,首先在80℃,压力为0.5MPa的条件下热压5min,进一步去除滤饼中的有机溶剂;然后在150℃,压力为12MPa的条件下热压
30min,即得到纳米纤维素/还原氧化石墨烯/橡胶柔性复合电磁屏蔽薄膜。
[0032] 实施例3:
[0033] 将0.03wt% 纤维素纳米纤维与0.3wt% 氧化石墨烯共混水分散液作为水相、5wt% 丁晴橡胶的1,2‑二氯乙烷溶液作为油相,按照水油体积比3:1混合超声30min,使其乳化成纳米纤维素/氧化石墨烯稳定的水包油型Pickering乳液,并静置24小时得乳液凝胶。然后将乳液凝胶进行抽滤,并用1,2‑二氯乙烷和乙醇的混合溶液多次洗涤,最终得到纳米纤维素/氧化石墨烯/丁晴橡胶滤饼。继而将所得滤饼浸入到质量浓度为3.0%的水合肼溶液中于80℃下反应1小时后,将滤饼重新置于热压模具中并在80℃烘箱中继续反应并将其烘至半干状态。最后将半干态滤饼放入平板热压机中进行二步热压,首先在80℃,压力为0.5MPa的条件下热压5min,进一步去除滤饼中的有机溶剂;然后在150℃,压力为12MPa的条件下热压
30min,即得到纳米纤维素/还原氧化石墨烯/橡胶柔性复合电磁屏蔽薄膜。
[0034] 实施例4:
[0035] 将0.03wt% 纤维素纳米纤维与0.3wt% 氧化石墨烯共混水分散液作为水相、5wt% 丁晴橡胶的1,2‑二氯乙烷溶液作为油相,按照水油体积比4:1混合超声30min,使其乳化成纳米纤维素/氧化石墨烯稳定的水包油型Pickering乳液,并静置24小时得乳液凝胶。然后将乳液凝胶进行抽滤,并用1,2‑二氯乙烷和乙醇的混合溶液多次洗涤,最终得到纳米纤维素/氧化石墨烯/丁晴橡胶滤饼。继而将所得滤饼浸入到质量浓度为3.0%的水合肼溶液中于80℃下反应1小时后,将滤饼重新置于热压模具中并在80℃烘箱中继续反应并将其烘至半干状态。最后将半干态滤饼放入平板热压机中进行二步热压,首先在80℃,压力为0.5MPa的条件下热压5min,进一步去除滤饼中的有机溶剂;然后在150℃,压力为12MPa的条件下热压
30min,即得到纳米纤维素/还原氧化石墨烯/橡胶柔性复合电磁屏蔽薄膜。
[0036] 实施例1制得的柔性复合电磁屏蔽薄膜的厚度仅为0.10mm,可卷曲并且复原后无破损(见附图1),且具有优异的导电性。实施例2制得的柔性复合电磁屏蔽薄膜的电导率最高达到99.7 S/m(见附图2),并且其在X波段(8.2 12.4GHz)的各频率上电磁屏蔽效能保持~稳定,其平均屏蔽效能最优,达到25.6dB (见附图3)。

附图说明

[0024] 图1为本发明实施例1制备的柔性复合电磁屏蔽薄膜的宏观照片。
[0025] 图2为本发明实施例1、2、3和4制备的柔性复合电磁屏蔽薄膜的电导率测试图。
[0026] 图3为本发明实施例1、2、3和4制备的柔性复合电磁屏蔽薄膜在X波段(8.2~12.4GHz)的屏蔽效能曲线。
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