[发明专利]一种电磁屏蔽植物纤维复合材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种电磁屏蔽植物纤维复合材料及其制备方法。该方法包括：在植物纤维表面形成聚多巴胺活性层，然后借助聚多巴胺层的还原性将溶液中的金属离子还原形成纳米金属层，从而实现在植物纤维上固定金属纳米粒子，金属纳米粒子以植物纤维为载体，通过将植物纤维与高分子材料加工共混使金属粒子均匀的分布在基体中，得到金属纳米粒子/植物纤维复合材料，实现材料的功能化。本发明反应条件温和，加工工艺简单，材料轻质高强，金属纳米粒子分散均匀使材料对电磁波产生吸收反射和抵消等作用，赋予了材料电磁屏蔽的特性，可应用于电磁防护领域。

技术领域

本发明属于功能化植物纤维复合材料技术领域，具体涉及一种电磁屏蔽植物纤维复合材料及其制备方法与应用。

背景技术

随着现代科技水平的迅速提高，越来越多的电子产品出现在日常生活当中，随之而来的电磁波引起问题日益严重，不但对电子仪器设备造成干扰与损坏, 影响其正常工作，而且污染环境，危害健康。在现有的电磁防护技术中，铁磁材料和金属良导体材料具有较高的电导率与优异的力学性能，但多数金属材料密度大、难加工、易腐蚀等缺点而限制了应用；填充复合型屏蔽材料的影响因素较多，其屏蔽效果常与导电填料在塑料基体中的分散程度、填充量和加工过程等因素密切相关，常常发生团聚，难以分散均匀；表面涂层薄膜屏蔽材料具有导电性能优良与屏蔽效果明显等优点，但在表层的导电薄膜附着力低，容易发生破损、脱落,并且加工过程可能损伤基体，二次加工性能较差，对加工环境有一定要求。

目前的大部分电磁屏蔽技术的加工复杂且材料性能不均一，如中国专利201711174910.1公开的一种电磁屏蔽材料，其将磁粉和导电碳黑加入塑料之中使材料具有电磁屏蔽的效果，然而磁粉和导电碳黑直接加入在基体中很容易使填料发生团聚，无法均匀的分散在基体之中而影响材料的性能。中国专利 201811375301.7公开的一种电磁屏蔽用镀铜镍纤维织物的制备工艺，其将纤维织物上进行化学镀铜制成柔性的电磁屏蔽材料，镀层与织物粘附强且耐磨性好，但采用的化学镀铜方法较为复杂，所用试剂对环境和人体也有一定危害。

全世界环保意识的提高对材料工程和设计产生了巨大的影响，从自然资源中开发高性能材料的趋势日益明显。由于天然纤维(如秸秆、竹纤维、麻纤维、木屑等)具有高强度、资源丰富、廉价易得、可回收降解、对环境友好、低成本等优点，在高分子复合材料中使用天然纤维作为增强材料同时赋予特殊功能的趋势越来越明显。

多巴胺是一种贻贝黏附蛋白的衍生物，可在金属、非金属、聚合物以及各种亲水性和疏水性材料表面形成聚多巴胺涂层，聚多巴胺涂层通常很薄(几十纳米)，非常坚固，并且涂层上含有邻苯二酚、胺、亚胺等多种官能团，有利于通过后续反应实现材料表面的功能化。聚多巴胺涂层能直接还原一些氧化性较强的金属离子还原成单质，从而实现在材料表面上形成金属镀层。利用多巴胺特性可在棉织物上化学镀银得到柔性电磁屏蔽材料，但未有在植物纤维上进行化学镀并与高分子加工共混制成具有一定强度的电磁屏蔽材料。

发明内容

本发明为了赋予植物纤维复合材料电磁屏蔽功能，提供了一种植物纤维表面功能化的改性方法，操作简单，容易加工，所得的金属纳米粒子/植物纤维复合材料具有良好的机械强度和电磁屏蔽功能。

本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。

本发明提供的电磁屏蔽植物纤维复合材料是一种金属纳米粒子/植物纤维复合材料，其先在植物纤维表面附着聚多巴胺层，然后通过氧化还原反应使溶液中的金属离子还原为金属单质附着在聚多巴胺层，再将改性后的植物纤维与高分子材料熔融共混、成型加工制得金属纳米粒子/植物纤维复合材料(即所述电磁屏蔽植物纤维复合材料)。

本发明提供的一种电磁屏蔽植物纤维复合材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)多巴胺溶液的制备：将三羟甲基氨基甲烷盐酸盐与蒸馏水混合均匀配制成Tris缓冲液后，用稀盐酸调节pH后，将盐酸多巴胺加入Tris缓冲液中，混合均匀，得到多巴胺溶液；