一种电磁屏蔽非织造布及其制备方法

技术领域

本发明属于非织造布技术领域，本发明具体涉及一种电磁屏蔽非织造布及其制备方法。

背景技术

随着科学技术的发展，各种高能射线（如手机、计算机、微波炉）等电子产品得到越来越广泛的应用，电磁辐射产生的累积效应和热效应会对人体健康产生较为严重的危害。此外，当电磁波辐射达到一定强度时，不仅会对人们身体健康造成严重威胁，还能使正常工作的电子设备出现控制失灵等现象。

电磁屏蔽非织造布的常用制备包括浸渍法、涂层法、金属混纺法、化学镀法、磁控溅射法等，将具有优异导电性能的材料，如金属、碳纳米管、石墨烯等，对织物进行修饰，以制备柔软、质轻、耐久的高电磁屏蔽织物。申请号为CN202011557998.7的发明专利公开了一种利用磁控溅射或电镀的方法在经特殊处理后的PET薄膜上沉积金属层，产物屏蔽性能优良，但由于工序复杂，设备和生产成本较高，导致实际应用受限。申请号为CN201811351811.0的专利利用浸渍法结合超声法制备了碳纳米管修饰的非织造布，但纤维网和碳纳米管间的范德华力较弱，碳纳米管容易脱落，这种方法得到的产品在使用过程中的功能耐久性差。申请号为CN202110537560.0的发明专利公开了一种通过浸渍或喷涂的方法将导电石墨烯油墨包覆在非织造布表面并热压以制备电磁屏蔽复合材料的方法，此方法工艺复杂且需要用到多种有机溶剂，生产过程不环保，而且热压后的非织造布柔软性会变差。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的第一个目的是提供一种电磁屏蔽非织造布的制备方法；本发明的第二个目的是提供前述制备方法制得的电磁屏蔽非织造布，该非织造布主要应用于电子设备保护、个人防护材料等。

本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：

一种电磁屏蔽非织造布的制备方法，包括以下步骤：

(1) 将充分干燥后的聚合物母粒或切片喂入熔喷非织造设备中制备粗细均匀的熔喷非织造布；

(2) 常温下，取三羟甲基氨基甲烷于烧杯中，加入去离子水配制Tris缓冲液，待pH稳定后加入盐酸多巴胺并充分溶解，多巴胺在溶液中不断聚合形成聚多巴胺；

(3) 在多巴胺聚合的过程中，将非织造布浸没到聚多巴胺溶液中，并放至恒温震荡箱中不断震荡或置于搅拌器中不断搅拌；

(4) 将碳纳米管进行酸化处理，同时将磁性粉体进行球磨处理，之后利用超声分散的方法将碳纳米管和磁性粉体均匀分散在水中；

(5) 将聚多巴胺修饰的非织造布浸渍在碳纳米管（CNT）和磁性粉体的分散液中，待碳纳米管和磁性粉体吸附完全后，取出放入烘箱进行烘干处理，在经多次水洗-干燥处理后，即可得到基于聚多巴胺仿生修饰的电磁屏蔽非织造布。

作为本申请的优选技术方案，所述步骤(1)中，所述聚合物母粒或切片为任意一种或几种熔融温度低于分解温度的高分子聚合物材料，如聚丙烯（PP）、聚酯、聚乙烯、聚乳酸、聚氨酯(PU)、聚酰胺等中的至少一种,优选为聚丙烯或聚氨酯。

作为本申请的优选技术方案，所述步骤（1）中，所述熔喷工艺参数为：螺杆挤出机的设定温度为：1区160-170℃，2区185-195℃，3区200-230℃，4区215-230℃，5区215-240℃；熔喷模头的设定温度为220-240℃；熔喷纺丝时计量泵的温度为210-230℃，计量泵转速为6-8r/min；牵伸热风的风温分为210-230℃；接收距离为20-30cm；网帘的移动速度为0.3-0.8m/min；光辊和花辊的温度均为80-100℃。

作为本申请的优选技术方案，所述步骤（2）中，Tris缓冲液的pH值为7.5-9，优选8.5-9，盐酸多巴胺的浓度为1.5g/L-2.5 g/L，优选1.6-1.8 g/L。

作为本申请的优选技术方案，所述步骤（3）中，震荡或搅拌时间为8-24 h，优选8-20h，温度为20-50℃，优选20-35℃。

作为本申请的优选技术方案，所述步骤（4）中，酸化处理剂为盐酸、硝酸、硫酸等的至少一种，酸化时间为4-24 h优选8h，酸化温度为70-180℃优选80℃。所述超声分散功率为300-1800 W，分散时间为5-30 min，分散温度为0-60℃，优选10-40℃。所述碳纳米管和磁性粉体分散液的质量分数分别为0.5-10wt%和10-50wt%。

优选的，所述超声分散功率为1000 W，分散时间为10 min，分散温度为40℃。

优选的，所述碳纳米管和磁性粉体分散液的质量分数分别为3-5wt%和10-40wt%。

作为本申请的优选技术方案，所述步骤（5）中，浸渍时间为10-90 min，浸渍温度为0-40℃。

本发明与现有技术相比的优点是：

本发明从天然的贻贝中获得灵感，利用与贻贝中粘结剂化学结构及性质相似的聚多巴胺作为粘合剂，将碳纳米管牢牢地粘附在纤维表面赋予非织造布优异的导电性和电磁屏蔽性能。相对于依靠静电吸附、层压或热压等方式将碳纳米管和织物复合，使用聚多巴胺作为碳纳米管和织物间的粘结剂，黏附效果更强也更持久，并可以保留非织造布质轻、柔软的特性，叠层使用屏蔽效果更佳。另外，本方法制备工艺流程简单、高效，并且制备过程中采用的试剂均为水系溶液，安全无毒，符合绿色环保可持续的要求，有利于大规模工业化生产。

附图说明

图1是熔喷法制备的聚丙烯非织造布纤维表面结构图；

图2是经多巴胺处理后的聚丙烯非织造布纤维表面结构图；

图3是黏附碳纳米管后的聚丙烯非织造布纤维表面结构图；

图4是本发明实施例4中电磁屏蔽非织造布的屏蔽效能图（同轴法，单层厚度为0.7-0.9 mm）。

具体实施方式

下面通过具体实施例详述本发明，但不限制本发明的保护范围。如无特殊说明，本发明所采用的实验方法均为常规方法，所用实验器材、材料、试剂等均可从商业途径获得。其中，电磁屏蔽效能测试方法依照GJB6190-2008规定的法兰同轴装置法进行试样的准备、测试和计算。

实施例1

一种电磁屏蔽非织造布的制备方法，包括以下步骤：

将充分干燥后的PP母粒喂入熔喷非织造设备，螺杆挤出机的设定温度为：1区165℃，2区190℃，3区220℃，4区225℃，5区230℃；熔喷模头的设定温度为230℃；熔喷纺丝时计量泵的温度为220℃，计量泵转速为7r/min；牵伸热风的风温分为220℃；接收距离为25cm；网帘的移动速度为0.5m/min；光辊和花辊的温度均为90℃；制备粗细均匀的熔喷丙纶非织造布；

取三羟甲基氨基甲烷于烧杯中，加入去离子水配置Tris缓冲液，待pH稳定在9.0后加入1.8 g/ml的盐酸多巴胺，不断搅拌使其充分溶解并开始聚合；

在多巴胺聚合过程中，将非织造布浸没到聚多巴胺溶液中，并放至恒温震荡箱中不断震荡，震荡时间为20h ，震荡温度为20 ℃；

将碳纳米管用盐酸进行酸化处理，酸化时间为6 h，酸化温度为80℃。同时将四氧化三铁进行球磨处理，之后利用超声分散的方法将碳纳米管和四氧化三铁均匀分散在水中，超声分散功率为1000 W，分散时间为10 min，分散温度为40℃。得到质量分数为4wt%的CNT和10wt%的四氧化三铁的分散液；

将聚多巴胺修饰的非织造布浸渍在碳纳米管和四氧化三铁的分散液中，30 min后取出放入烘箱进行烘干处理，温度为60℃。在经多次水洗-干燥处理后，得到基于聚多巴胺仿生修饰的电磁屏蔽非织造布。

经测试，此电磁屏蔽非织造布对电磁波的阻尼效果达到20 dB，并且在水洗20次后，对电磁波的阻尼效果衰减小于10%。

实施例2

一种电磁屏蔽非织造布的制备方法，包括以下步骤：

将充分干燥后的PP母粒喂入熔喷非织造设备, 螺杆挤出机的设定温度为：1区165℃，2区190℃，3区220℃，4区225℃，5区230℃；熔喷模头的设定温度为230℃；熔喷纺丝时计量泵的温度为220℃，计量泵转速为7 r/min；牵伸热风的风温分为220℃；接收距离为25cm；网帘的移动速度为0.5 m/min；光辊和花辊的温度均为90℃；制备粗细均匀的熔喷丙纶非织造布；

取三羟甲基氨基甲烷于烧杯中，加入去离子水配置Tris缓冲液，待pH稳定在9.0后加入1.8 g/ml的盐酸多巴胺，不断搅拌使其充分溶解并开始聚合；

在多巴胺聚合过程中，将非织造布浸没到聚多巴胺溶液中，并放至置于搅拌器中持续搅拌，搅拌温度25℃，搅拌时间18 h；

将碳纳米管用盐酸进行酸化处理，酸化时间为6 h，酸化温度为80℃。同时将镍粉进行球磨处理，之后利用超声分散的方法将碳纳米管和镍粉均匀分散在水中，超声分散功率为1000 W，分散时间为10 min，分散温度为20℃。得到质量分数为4wt%的CNT和20wt%的四氧化三铁的分散液；

将聚多巴胺修饰的非织造布浸渍在碳纳米管和镍粉的分散液中，20 min后取出放入烘箱进行烘干处理，温度为90℃。在经多次水洗-干燥处理后，得到基于聚多巴胺仿生修饰的电磁屏蔽非织造布。

经测试，此电磁屏蔽非织造布对电磁波的阻尼效果达到25 dB，并且在水洗15次后，对电磁波的阻尼效果衰减小于10％。

实施例3

一种电磁屏蔽非织造布的制备方法，包括以下步骤：

将充分干燥后的PU母粒喂入熔喷非织造设备, 螺杆挤出机的设定温度为：1区165℃，2区190℃，3区220℃，4区225℃，5区230℃；熔喷模头的设定温度为230℃；熔喷纺丝时计量泵的温度为220℃，计量泵转速为7r/min；牵伸热风的风温分为220℃；接收距离为25cm；网帘的移动速度为0.5m/min；光辊和花辊的温度均为90℃；制备粗细均匀的熔喷氨纶非织造布；

取三羟甲基氨基甲烷于烧杯中，加入去离子水配置Tris缓冲液，待pH稳定在8.5后加入1.8 g/ml的盐酸多巴胺，不断搅拌使其充分溶解并开始聚合；

在多巴胺聚合过程中，将非织造布浸没到聚多巴胺溶液中，并放至置于恒温振荡箱中中持续振荡，振荡温度20℃，时间18 h；

将碳纳米管用盐酸进行酸化处理，酸化时间为6 h，酸化温度为80℃。同时将铁粉进行球磨处理，之后利用超声分散的方法将碳纳米管和铁粉均匀分散在水中，超声分散功率为1000 W，分散时间为10 min，分散温度为10℃。得到质量分数为5wt%的CNT和30wt%的四氧化三铁的分散液；

将聚多巴胺修饰的非织造布浸渍在碳纳米管和铁粉的分散液中，30 min后取出放入烘箱进行烘干处理，烘干温度为60℃。在经多次水洗-干燥处理后，得到基于聚多巴胺仿生修饰的电磁屏蔽非织造布。

经测试，此电磁屏蔽非织造布对电磁波的阻尼效果达到30 dB，并且在水洗20次后，对电磁波的阻尼效果衰减小于15％。

实施例4

一种电磁屏蔽非织造布的制备方法，包括以下步骤：

将充分干燥后的PU母粒喂入熔喷非织造设备, 螺杆挤出机的设定温度为：1区165℃，2区190℃，3区220℃，4区225℃，5区230℃；熔喷模头的设定温度为230℃；熔喷纺丝时计量泵的温度为220℃，计量泵转速为7 r/min；牵伸热风的风温分为220℃；接收距离为25cm；网帘的移动速度为0.5 m/min；光辊和花辊的温度均为90℃；制备粗细均匀的熔喷氨纶非织造布；

取三羟甲基氨基甲烷于烧杯中，加入去离子水配置Tris缓冲液，待pH稳定在8.5后加入2.5g/ml的盐酸多巴胺，不断搅拌使其充分溶解并开始聚合；

在多巴胺聚合过程中，将非织造布浸没到聚多巴胺溶液中，并放至置于搅拌器中持续搅拌，搅拌温度35℃，搅拌时间8 h；

将碳纳米管用盐酸进行酸化处理，酸化时间为6 h，酸化温度为80℃。同时将铁粉进行球磨处理，之后利用超声分散的方法将碳纳米管和铁粉均匀分散在水中，超声分散功率为1000 W，分散时间为10 min，分散温度为40℃。得到质量分数为3 wt%的CNT和40 wt%的四氧化三铁的分散液；

将聚多巴胺修饰的非织造布浸渍在碳纳米管和铁粉的分散液中，30 min后取出放入烘箱进行烘干处理，烘干温度为60℃。在经多次水洗-干燥处理后，得到基于聚多巴胺仿生修饰的电磁屏蔽非织造布。

经测试，此电磁屏蔽非织造布对电磁波的阻尼效果达到25 dB，并且在水洗15次后，对电磁波的阻尼效果衰减小于20％。

以上所述实施方式仅为本发明的优选实施例，而并非本发明可行实施的全部实施例。对于本领域的一般技术人员而言，在不背离本发明原理和精神的前提下对其所作出的任何显而易见的改动，都应当被认为包含在本发明的权利要求保护范围之内。