一种四氧化三铁/聚吡咯复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种四氧化三铁/聚吡咯复合纤维材料及其制备方法，是以胶原纤维为分散基底均匀分散纳米四氧化三铁，原位聚合生成聚吡咯作为电介质型吸波剂对胶原纤维进行包覆，解决了纳米材料易团聚的难题，防止了纳米材料的迁移。该纤维材料利用纳米四氧化三铁作为磁介质型吸波剂，聚吡咯作为电介质型吸波剂，共同吸收衰减电磁波，同时具有增强胶原纤维的磁损耗和介电损耗的性能。本发明专利技术选用的材料来源广泛、成本低廉，制备过程简洁、环保、对设备依赖程度低，是一种制备双功能型四氧化三铁/聚吡咯纳米复合纤维材料的有效途径。

【技术实现步骤摘要】
一种四氧化三铁/聚吡咯复合材料及其制备方法
本专利技术属于电磁波屏蔽及吸收材料领域，具体涉及一种利用胶原纤维纤维制备的具有电磁波屏蔽性能和微波吸收性能的双功能型纳米复合纤维材料的方法。
技术介绍
电磁波辐射已被世卫组织列为继水源、大气、噪声之后的第四大环境污染源，成为危害人类健康的隐形“杀手”，导致人类生存空间的电磁环境日益恶化（Ameli,A.;JungP.U.;Park,C.B.Electricalpropertiesandelectromagneticinterferenceshieldingeffectivenessofpolypropylene/carbonfibercompositefoams[J].Carbon,2013,60,379-391.）。近年来，防治电磁波污染主要通过两种途径：（一）以反射损耗为主的电磁波屏蔽材料，利用良导体对电磁波产生的反射损耗来衰减电磁波，如炭黑、碳纳米管、石墨烯等碳基材料（何和智,杨彪,刘玥彤,等.炭黑/聚乙烯复合材料的电磁屏蔽性能[J].塑料,2010,39(3):43-47.Li,N.;Huang,Y.;Du,F.Electromagneticinterference(EMI)shieldingofsingle-walledcarbonnanotubeepoxycomposites[J].NanoLetter,2006,6:1141-1145.Eswaraiah,V.;Sankaranarayanan,V.;Ramaprabhu,S.Functionalizedgraphene-PVDFfoamcompositesforEMIshielding[J].MacromolecularMaterialsandEngineering,2011,296:894-898.），或者铜粉、镍粉、银纤维等金属填料（Byeon,J.H.;Kim,J.W.AerosolbasedfabricationofaCu/polymeranditsapplicationforelectromagneticinterferenceshielding[J].ThinSolidFilms,2011,520:1048-1052.吴行,陈家钊,涂铭旌.电磁屏蔽涂料镍填料的表面偶联处理研究[J].功能材料,2000,31(3):262-264.Liu,H.;Ge,X.W.;Ni,Y.H.Synthesisandcharacterizationofpolyacylonitrile-silvernanocompositesbyirradiation[J].RadiationPhysicsandChemistry,2001,61,89.），或聚苯胺、聚噻吩、聚吡咯等导电高分子材料（牟世辉,魏海石.掺杂型聚苯胺导电涂料的研究[J].电镀与精饰,2010,32(3):33-35.杜永,蔡克峰.聚噻吩及其衍生物、聚噻吩基复合材料的导电性能研究进展[J]．材料导报,2010,24(21):69-73.Taka,T.EMIshieldingmeasurementsonpoly(3-octylthiophene)blends[J].Syntheticmetals,1991,41:1177-1180.）。（二）以吸收损耗为主的电磁波吸收材料，主要依靠吸波剂（介电材料、磁性材料）与电磁场的相互作用来衰减电磁波，其中电介质型吸波剂包括金属纤维、炭黑、特种碳纤维及高导电性高聚物等（赵伯琳,王卓,饶克谨.多向定向铁纤维吸波材料的雷达反射特性研究[J].电波科学学报,2004,19(3):280-285.解帅,冀志江,杨洋,等.炭黑-矿棉基双层吸波材料的微波吸收性能[J].硅酸盐学报,2015,04:526-531.刘渊,刘祥萱,陈鑫,等.碳纤维表面α-Fe的MOCVD生长制备及吸波性能研究[J].无机材料学报,2013,28(12):1328-1332.刘引烽，李琛骏，关士友.导电聚合物在吸波材料中的应用[J].高分子通报,2014,12:81-88.），磁介质型吸波剂包括纳米铁氧体、纳米四氧化三铁、纳米铁、钴、镍、锌及其合金粉等（陈宁,王海滨,霍冀川,等.铁氧体吸波材料的制备研究进展[J].化工新型材料,2009,11:8-10.Xiang,J.;Chu,Y.Q.;Zhang,X.H.;etal.MagneticandmicrowaveabsorptionpropertiesofelectrospunCo0.5Ni0.5Fe2O4nanofibers[J].AppliedSurfaceScience,2012,263:320-325.Xiang,J.;Li,J.;Zhang,X.H.;etal.MagneticcarbonnanofiberscontaininguniformlydispersedFe/Co/Ninanoparticlesasstableandhigh-performanceelectromagneticwaveabsorbers.JournalofMaterialsChemistryA,2014,2:16905-16914.）。然而，传统的电磁波屏蔽材料对电磁波的衰减主要以反射损耗为主，吸收损耗较弱，入射电磁波经反射后对电磁环境造成二次污染，无法满足人们构建良好电磁生存环境的需求。为降低反射，需要使屏蔽体表面的电磁性质与电磁波空间阻抗相匹配，使电磁波能最大限度地透入屏蔽体进而被吸收，这要求吸波剂具有匹配的电磁性质。而传统的电磁波吸收材料是由高分子聚合物基体和吸波剂组成，吸波剂在高分子聚合物基体中的聚集状态及含量都会影响屏蔽材料的电磁波吸收性能，这就要求吸波剂在高分子聚合物基体中的含量较大并被均匀分散。然而，当吸波剂的含量较大时极易产生团聚现象，难以在高分子聚合物基体内分散均匀。此外，以吸收损耗为主的电磁波屏蔽材料难以实现较高的电磁屏蔽性能的要求。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术以胶原纤维纤维（Collagenfiber，CF）为分散基底，利用纤维之间阻隔磁介质型吸波剂纳米四氧化三铁，然后通过原位聚合反应在其表面包覆一层电介质型吸波剂聚吡咯（Polypyrrole，PPy），将四氧化三铁固定在胶原纤维纤维表面防止迁移。导电聚吡咯与纳米四氧化三铁通过不同配比复合达到阻抗匹配的目的，并通过磁损耗和介电耗共同吸收衰减电磁波；同时，该纳米复合纤维完整保留了胶原纤维纤维的多层级结构，增长了电磁波在屏蔽体内部的传输路径，与纳米四氧化三铁、聚吡咯协同作用吸收衰减电磁波。因此，该四氧化三铁/聚吡咯纳米复合纤维材料既具有电磁波屏蔽性能，也具有电磁波吸收性能。一种四氧化三铁/聚吡咯复合材料，由如下重量份配比的原料制成：胶原纤维10份、乙醇500份、纳米四氧化三铁1~5份、吡咯单体5~9份。进一步的，该材料由如下重量份配比的原料制成：胶原纤维10份、乙醇500份、纳米四氧化三铁3份、吡咯单体7份。一种四氧化三铁/聚吡咯复合材料的制备方法，包括如下步骤：（1）取胶原纤维溶于乙醇溶液中，均匀搅拌后加入纳米四氧化三铁，并置于0~5℃的冰水浴持续搅拌1h，得混合溶液A；（2）将吡咯单体加入混合溶液A中，0~5℃冰水浴避光本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种四氧化三铁/聚吡咯复合材料，其特征在于，该材料由如下重量份配比的原料制成：胶原纤维10份、乙醇500份、纳米四氧化三铁1~5份、吡咯单体5~9份。

【技术特征摘要】
2018.05.11 CN 20181044891381.一种四氧化三铁/聚吡咯复合材料，其特征在于，该材料由如下重量份配比的原料制成：胶原纤维10份、乙醇500份、纳米四氧化三铁1~5份、吡咯单体5~9份。2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，该材料由如下重量份配比的原料制成：胶原纤维10份、乙醇500份、纳米四氧化三铁3份、吡咯单体7份。3.根据权利要求1或2所述的四氧化三铁/聚吡咯复合材料的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：（1）取胶原纤维分散于乙醇溶液中，均匀搅拌后加入纳米四氧化三铁，并置于0~5℃的冰水浴持续搅拌1h，得混合溶液A；（2）将吡咯单体加入混合溶液A中，0~5℃冰水浴避光持续搅拌0.5h，得混合溶液B；（3）配置三氯化铁溶液，缓慢滴加到混合溶液B中，0~5℃冰水浴避光持续搅拌反应20h，反应结束后充分洗涤、过滤、干燥，得到四氧化三铁/聚吡咯复合材料；（4）将四氧化三铁/聚吡咯复合材料分别压制成不同厚度的圆片和圆环，测试其电磁波屏蔽性能和电磁波吸收性能。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述胶原纤维选自家畜动...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄鑫，刘畅，石碧，廖学品，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川,51