[发明专利]一种隔离结构碳纳米管/聚乳酸电磁屏蔽复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及导电聚合物复合材料制备技术领域，特别涉及碳纳米管(以下简称CNT)/聚乳酸(以下简称PLA)隔离结构导电聚合物复合材料的制备。

背景技术

电磁辐射不仅对电器设备造成电磁干扰，也对人类的身体健康产生了危害，且随着电子设备的迅速发展，电磁污染问题也越来越严重。因此，电磁屏蔽材料的研发已成为学术界和工业界越来越关注的重要课题。导电聚合物复合材料(CPCs)相比传统金属屏蔽材料，具有质轻、易加工、抗腐蚀和性能大幅可调等优点，已成为极具应用前景的新型电磁屏蔽材料。目前关于CPCs电磁屏蔽的相关研究中，基体材料大部分为石油基聚合物，如聚乙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯等(狄莹莹,等.复合材料学报2012,29,36-41；杜彦,等.中国塑料2012,22-26；陈梦婷,等.高等学校化学学报2013,34,2228-2232；YanDX,etal.AdvancedFunctionalMaterials2015,25,559-566.)。然而，近年来石油资源的日益枯竭及石油基聚合物的不可降解性带来了严重的环境问题，因此非石油基聚合物及其电磁屏蔽材料逐渐受到人们的关注(董奇志,等.材料导报2013,27,66-72.)。聚乳酸(PLA)来源于可再生的植物资源(例如玉米、木薯等的提取物)，是一种完全可降解的环境友好材料(KumarB,etal.SensorsandActuatorsB-Chemical2012,161,621-628；LuX,etal.PolymersforAdvancedTechnologies2014,25,1515-1522.)，并且具有良好的力学性能(拉伸强度40～60MPa，弹性模量3000～4000MPa)(FrackowiakS,etal.Materials&Design2015,65,749-756.)，被认为最具发展前景的非石油基聚合物。

一般而言，复合材料电磁屏蔽性能与其电性能密切相关，电导率越高，电磁屏蔽效能越高(周坤豪,等.化工进展2012,31,1258-1262.)。为使CPCs达到基本的商业电磁屏蔽水平(20dB)，通常需要其电导率高于1S/m(ThomassinJM,etal.MaterialsScienceandEngineeringR2013,74,211-232.)。CNT是一种用于制备CPCs的性能良好的导电填料，具有优异的电导率和极大的长径比。然而，CNT间范德华力容易使其发生团聚，难以在聚合物基体中实现良好的分散，导致高CNT含量下才能实现导电通路的搭建以及良好的电磁屏蔽性能。Al-Saleh等通过熔融法制备了CNT/聚丙烯导电复合材料，发现CNT体积含量为7.5％时，电磁屏蔽效能(EMISE)达到34.8dB(Al-SalehMH,etal.Carbon2009,47,1738-1746.)。Mahmoodi等报道了CNT/聚碳酸酯体系，在CNT质量分数为5％时，EMISE仅为17.2dB(MahmoodiM,etal.Carbon2012,50,1455-1464)。而CPCs中高的CNT含量通常会导致复合材料的力学性能变差，可加工性降低，加工成本增加。

为了降低导致填料的含量，将导电填料选择性分散在聚合物基体粒子界面处构建隔离结构是一种有效的方法。在导电填料含量较低的情况下，也能够获得高导电率的CPCs复合材料(PangH,etal.MaterialsLetters2010,64,2226-2229.)，因此，隔离结构广泛应用于电磁屏蔽材料领域。Al-Saleh等制备了铜纳米线/聚苯乙烯隔离结构复合材料，发现铜纳米线体积分数为2.1％时，复合材料的EMISE可以达到35dB(Al-SalehMH,etal.CompositesParta-AppliedScienceandManufacturing2011,42,92-97.)。在我们之前申请的专利中，通过原位热还原的方式制备的隔离结构石墨烯/超高分子量聚乙烯(UHMWPE)复合材料，仅在0.66vol％填料含量下，EMISE就达到了28.3-32.4dB(YanDX,etal.Nanotechnology2014,25,145705.)。另外，我们还制备了石墨/UHMWPE复合材料，在石墨质量分数为2％时，EMISE接近20dB(JiangX,etal.RSCAdvances2015,5,22587-22592.)。就目前申请的专利和文献而言，隔离结构CPCs的基体主要是石油基聚合物，其不可降解性和大量应用不仅对我们的生活环境造成严重的污染，同时对生态系统也产生恶劣影响。