碳纳米管‑导电高分子材料/铁氧体复合聚氨酯的制备制造技术

本发明专利技术公开了一种用于辐射防护的碳纳米管‑导电高分子材料/铁氧体复合聚氨酯的制备方法，包括以下步骤：(1)M型铁氧体空心球的合成；(2)导电高分子材料/铁氧体复合空心微球的制备；(3)镍复合含碳纳米管材料的制备；(4)嵌段聚氨酯液的制备；(5)碳纳米管‑导电高分子材料/铁氧体复合聚氨酯的制备。本发明专利技术通过对其关键的材料组成与处理、制备工艺中的参数(如原料的各类与配比，反应的温度与时间等)等进行改进，与现有技术相比能够有效解决现有辐射防护材料吸收频带窄的问题，并且该材料防辐射的有效厚度小，便于实际使用，材料的制备工艺成本也低廉。

【技术实现步骤摘要】
碳纳米管-导电高分子材料/铁氧体复合聚氨酯的制备
本专利技术属于辐射防护材料领域，更具体地，涉及一种用于辐射防护的碳纳米管-聚苯胺/铁氧体复合聚氨酯的制备方法。
技术介绍
随着科学技术的高速发展，现代战争和生活中，人们不得不面临着“隐形杀手”的威胁—各种辐射：微波辐射可通过体表在人体内引起的生物效应和损伤。电磁辐射对人体的中枢神经系统、血液及心血管系统、生殖系统及免疫系统均有不同程度的危害，轻则会使人们感到头晕日眩、四肢乏力、口干舌燥、食欲不振、视力下降、情绪烦躁等，重则导致女子月经不调、男子性机能减退、诱发癌变、导致畸胎等，严重威胁着人们正常学习工作和生活。核辐射包括放射性物质放射出的α射线、β射线、γ射线和中子，能使人体免疫系统受损害，并诱发类似白血病的慢性放射病。X射线照射达到一定剂量时，组织中的细胞被电离辐射灭活，引起以造血组织损伤为主的放射性损伤，甚至导致白血病，皮肤癌等。当眼睛长期受到超剂量辐射时，会引起晶状体病变，发生放射性白内障。目前，激光的应用己经渗透到军事装备中各个方面，也造成了激光威胁，近距离对装备系统进行硬破坏，在远距离对人眼和光电传感器致自和失灵，从而使士兵和装备系统失去作战和生存能力。另外，太空辐射包含γ玛射线、高能中子和宇宙射线，其中来自于太阳的高能中子及宇宙射线中的重离子是宇航员的最大威胁，可能会引发癌症、神经危害和器官变性等疾病。在战争中，各种波的干扰还有可能干扰指挥系统和战地医院治疗诊断设备的失控。因此，无论是军事、民用领域，辐射防护都具有十分重要的意义。辐射防护一般分为反射衰减、吸收衰减与两者兼用型衰减。反射衰减是指防护服采用良导电材料，当受到入射波的照射时产生“集肤”效应，使入射波形成反射回波达到屏蔽的目的；吸收衰减是指当受到入射波照射后，可产生谐振或阻抗匹配作用来耗损辐射能量，从而达到屏蔽的目的；反射与吸收兼用衰减是指防护服采用导电与吸波材料，当受到入射波照射时产生反射衰减与吸收衰减两种效能，从而达到屏蔽的目的。最早用于防护的是金属丝和服饰纤维的混编织物，它对电磁辐射有一定的屏蔽作用，但是手感较硬，厚而重，穿着性能较差。此后，出现了金属纤维和服饰纤维混纺织物，其穿着性能有较大的改善。但是，由于两种纤维难于混合均匀，屏蔽性能不是很理想，甚至还有尖端放电和刺入问题。20世纪70年代初出现了镀银织物，其保护效果好，轻而薄，穿着性能较好，但手感较硬。由于电子产品的普及，接触电磁波的人越来越多，电磁波的防护也越来越受到重视，而化学镀银织物价格昂贵，因而不能得到广泛的应用。20世纪70年代末，国内外又研制成了化学镀铜或镍织物，用来代替镀银织物，其性能相似，但价格较低廉，为实际应用提供了有利条件。20世纪80年代研制出含多元素或多离子的织物，既可屏蔽电场，又可消除磁场，还可以阻隔少量的X射线、紫外线等。进入电子时代后，人们要求能够最大限度的吸收微波。纳米吸波材料具有质量轻、厚度薄、吸收的频带宽、吸收能力强的特点，在吸收微波这方面则显示出巨大的优越性。在过去的几十年，聚苯胺(Polyaniline,PANI)因其电导率可控、成本低、热稳定性和化学稳定性的特点，碳纳米管因其独特的性质，这两种材料均引起研究者们的关注，特别是电导率和力学性能方面，在电磁屏蔽、微波吸收应用方面也有报道。尽管这些辐射防护材料能在一定程度上取得辐射防护的效果，但由于当今的辐射来源广泛，频带宽，这些材料的辐射防护效果往往不尽如人意；此外，为了达到防护的效果，这些辐射防护材料往往厚度大，重量也大，不便于实际使用。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术的目的在于提供一种用于辐射防护的碳纳米管-导电高分子材料/铁氧体复合聚氨酯的制备方法，其中通过对其关键的材料组成与处理、制备工艺中的参数(如原料的各类与配比，反应的温度与时间等)等进行改进，与现有技术相比能够有效解决现有辐射防护材料吸收频带窄的问题，并且该材料防辐射的有效厚度小，便于实际使用，材料的制备工艺成本也低廉。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种用于辐射防护的碳纳米管-导电高分子材料/铁氧体复合聚氨酯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)M型铁氧体空心球的合成：将Fe(NO3)3和Ba(NO3)2按12：1的摩尔比配制成金属离子浓度为0.1mol/L～1mol/L的硝酸盐混合溶液；接着，将该硝酸盐混合溶液滴加到质量百分浓度为0.5％～10％的柠檬酸溶液中，搅拌均匀，然后向所述柠檬酸溶液中加入氨水，得到pH值为6.5～7.5的混合体系I；然后，向所述混合体系I中加入聚乙二醇，使所述混合体系I中聚乙二醇的浓度为0～25g/L；接着，搅拌该混合体系I得到溶胶，再将所述溶胶在40℃～100℃水浴加热2h～10h，然后再将该溶胶在60℃～200℃干燥得到凝胶；然后，将所述凝胶在100℃～200℃加热得到前驱体粉末，研磨该前驱体粉末，并将该前驱体粉末在300℃～600℃预烧0～3h，然后再在600℃～1200℃煅烧1h～6h，即得到M型铁氧体空心球；(2)导电高分子材料/铁氧体复合空心微球的制备：向1L水中加入0.5g～100g表面活性剂和10g～200g所述步骤(1)得到的M型铁氧体空心球，超声分散0.1h～5h后形成M型铁氧体空心球溶液；接着，向所述M型铁氧体空心球溶液中加入10g～200g导电高分子材料单体，搅拌1h～24h后冷却至0℃形成混合体系II；然后，向该混合体系II中加入0.1L～1L过硫酸铵/盐酸的水溶液，所述过硫酸铵/盐酸的水溶液中过硫酸铵与盐酸的摩尔比为10:1～1:10、总溶质的质量百分浓度为5％～15％；接着，反应2h～48h，然后过滤得到滤渣；接着，清洗该滤渣即得到导电高分子材料/铁氧体复合空心微球；所述导电高分子材料单体为噻吩、吡咯和苯胺中的一种或多种；(3)镍复合含碳纳米管材料的制备：将含碳纳米管的材料用0.01mol/L～1mol/L的硝酸溶液在100℃下回流处理3h～24h，然后过滤，过滤得到的含碳纳米管的材料再用质量百分浓度为0.5％～20％聚乙烯醇溶液在20℃～80℃下氧化处理3h～24h，接着再过滤，过滤得到的滤渣即分散的含碳纳米管的材料；然后，将这些分散的含碳纳米管的材料与镍进行复合得到镍复合含碳纳米管材料；(4)嵌段聚氨酯液的制备：将10g羟基封端的羟基硅油、10g～25g端异氰酸酯基的化合物、以及0.5g～5g氨基或烷氧基封端的硅烷偶联剂溶于100g水中，于30℃～80℃反应5h～24h，得到甲苯二异氰酸酯的嵌段共聚物；将三乙胺、以及带氨基或烷氧基的有机硅溶于蒸馏水中形成第三溶液，所述第三溶液中三乙胺与带氨基或烷氧基的有机硅的质量比为0.1：1～1：0.1，所述第三溶液中三乙胺的质量百分浓度为1％～10％；接着，在30℃～80℃下将10g～25g所述甲苯二异氰酸酯的嵌段共聚物溶于所述第三溶液中，然后以100转/秒～10000转/秒的速率剪切乳化1h～24h，即得到有机硅扩链的嵌段聚氨酯液；(5)碳纳米管-导电高分子材料/铁氧体复合聚氨酯的制备：将所述步骤(2)中得到的导电高分子材料/铁氧体复合空心微球、以及所述步骤(3)中得到的镍复合含碳纳米管材料溶于所述步骤(4)中的有机硅扩本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于辐射防护的碳纳米管‑导电高分子材料/铁氧体复合聚氨酯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)M型铁氧体空心球的合成：将Fe(NO3)3和Ba(NO3)2按12：1的摩尔比配制成金属离子浓度为0.1mol/L～1mol/L的硝酸盐混合溶液；接着，将该硝酸盐混合溶液滴加到质量百分浓度为0.5％～10％的柠檬酸溶液中，搅拌均匀，然后向所述柠檬酸溶液中加入氨水，得到pH值为6.5～7.5的混合体系I；然后，向所述混合体系I中加入聚乙二醇，使所述混合体系I中聚乙二醇的浓度为0～25g/L；接着，搅拌该混合体系I得到溶胶，再将所述溶胶在40℃～100℃水浴加热2h～10h，然后再将该溶胶在60℃～200℃干燥得到凝胶；然后，将所述凝胶在100℃～200℃加热得到前驱体粉末，研磨该前驱体粉末，并将该前驱体粉末在300℃～600℃预烧0～3h，然后再在600℃～1200℃煅烧1h～6h，即得到M型铁氧体空心球；(2)导电高分子材料/铁氧体复合空心微球的制备：向1L水中加入0.5g～100g表面活性剂和10g～200g所述步骤(1)得到的M型铁氧体空心球，超声分散0.1h～5h后形成M型铁氧体空心球溶液；接着，向所述M型铁氧体空心球溶液中加入10g～200g导电高分子材料单体，搅拌1h～24h后冷却至0℃形成混合体系II；然后，向该混合体系II中加入0.1L～1L过硫酸铵/盐酸的水溶液，所述过硫酸铵/盐酸的水溶液中过硫酸铵与盐酸的摩尔比为10:1～1:10、总溶质的质量百分浓度为5％～15％；接着，反应2h～48h，然后过滤得到滤渣；接着，清洗该滤渣即得到导电高分子材料/铁氧体复合空心微球；所述导电高分子材料单体为噻吩、吡咯和苯胺中的一种或多种；(3)镍复合含碳纳米管材料的制备：将含碳纳米管的材料用0.01mol/L～1mol/L的硝酸溶液在100℃下回流处理3h～24h，然后过滤，过滤得到的含碳纳米管的材料再用质量百分浓度为0.5％～20％聚乙烯醇溶液在20℃～80℃下氧化处理3h～24h，接着再过滤，过滤得到的滤渣即分散的含碳纳米管的材料；然后，将这些分散的含碳纳米管的材料与镍进行复合得到镍复合含碳纳米管材料；(4)嵌段聚氨酯液的制备：将10g羟基封端的羟基硅油、10g～25g端异氰酸酯基的化合物、以及0.5g～5g氨基或烷氧基封端的硅烷偶联剂溶于100g水中，于30℃～80℃反应5h～24h，得到甲苯二异氰酸酯的嵌段共聚物；将三乙胺、以及带氨基或烷氧基的有机硅溶于蒸馏水中形成第三溶液，所述第三溶液中三乙胺与带氨基或烷氧基的有机硅的质量比为0.1：1～1：0.1，所述第三溶液中三乙胺的质量百分浓度为1％～10％；接着，在30℃～80℃下将10g～25g所述甲苯二异氰酸酯的嵌段共聚物溶于所述第三溶液中，然后以100转/秒～10000转/秒的速率剪切乳化1h～24h，即得到有机硅扩链的嵌段聚氨酯液；(5)碳纳米管‑导电高分子材料/铁氧体复合聚氨酯的制备：将所述步骤(2)中得到的导电高分子材料/铁氧体复合空心微球、以及所述步骤(3)中得到的镍复合含碳纳米管材料溶于所述步骤(4)中的有机硅扩链的嵌段聚氨酯液中，以100转/秒～10000转/秒的速率剪切处理1h～24h后得到碳纳米管‑导电高分子材料/铁氧体复合聚氨酯；所述导电高分子材料/铁氧体复合空心微球、所述镍复合含碳纳米管材料和所述有机硅扩链的嵌段聚氨酯液的质量比为(1～3)：(1～3)：(2～3)。...

【技术特征摘要】
1.一种用于辐射防护的碳纳米管-导电高分子材料/铁氧体复合聚氨酯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)M型铁氧体空心球的合成：将Fe(NO3)3和Ba(NO3)2按12：1的摩尔比配制成金属离子浓度为0.1mol/L～1mol/L的硝酸盐混合溶液；接着，将该硝酸盐混合溶液滴加到质量百分浓度为0.5％～10％的柠檬酸溶液中，搅拌均匀，然后向所述柠檬酸溶液中加入氨水，得到pH值为6.5～7.5的混合体系I；然后，向所述混合体系I中加入聚乙二醇，使所述混合体系I中聚乙二醇的浓度为0～25g/L；接着，搅拌该混合体系I得到溶胶，再将所述溶胶在40℃～100℃水浴加热2h～10h，然后再将该溶胶在60℃～200℃干燥得到凝胶；然后，将所述凝胶在100℃～200℃加热得到前驱体粉末，研磨该前驱体粉末，并将该前驱体粉末在300℃～600℃预烧0～3h，然后再在600℃～1200℃煅烧1h～6h，即得到M型铁氧体空心球；(2)导电高分子材料/铁氧体复合空心微球的制备：向1L水中加入0.5g～100g表面活性剂和10g～200g所述步骤(1)得到的M型铁氧体空心球，超声分散0.1h～5h后形成M型铁氧体空心球溶液；接着，向所述M型铁氧体空心球溶液中加入10g～200g导电高分子材料单体，搅拌1h～24h后冷却至0℃形成混合体系II；然后，向该混合体系II中加入0.1L～1L过硫酸铵/盐酸的水溶液，所述过硫酸铵/盐酸的水溶液中过硫酸铵与盐酸的摩尔比为10:1～1:10、总溶质的质量百分浓度为5％～15％；接着，反应2h～48h，然后过滤得到滤渣；接着，清洗该滤渣即得到导电高分子材料/铁氧体复合空心微球；所述导电高分子材料单体为噻吩、吡咯和苯胺中的一种或多种；(3)镍复合含碳纳米管材料的制备：将含碳纳米管的材料用0.01mol/L～1mol/L的硝酸溶液在100℃下回流处理3h～24h，然后过滤，过滤得到的含碳纳米管的材料再用质量百分浓度为0.5％～20％聚乙烯醇溶液在20℃～80℃下氧化处理3h～24h，接着再过滤，过滤得到的滤渣即分散的含碳纳米管的材料；然后，将这些分散的含碳纳米管的材料与镍进行复合得到镍复合含碳纳米管材...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢绮萍，李世普，易峰涛，戴红莲，张智勇，张平，李汉军，
申请(专利权)人：中国人民解放军广州军区武汉总医院，
类型：发明
国别省市：湖北;42