一种EVA/聚吡咯/MXene复合材料及其制备方法与应用
阅读说明：本技术 一种EVA/聚吡咯/MXene复合材料及其制备方法与应用 (EVA/polypyrrole/MXene composite material and preparation method and application thereof ) 是由 金花 于 2021-09-27 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种EVA/聚吡咯/MXene复合材料及其制备方法与应用,将吡咯溶液逐滴加入到MXene分散液中,得到聚吡咯/MXene混合溶液；将EVA与聚吡咯/MXene配合助剂进行混炼加工,制得母料,将所得的母料热压成型,制得EVA/聚吡咯/MXene复合材料。本发明一种EVA/聚吡咯/MXene复合材料及其制备方法与应用解决了现有技术中存在的制备电磁屏蔽材料制备工艺复杂、重量大、环境耐受性差、难以承受一定程度加工变形的问题。(The invention discloses an EVA/polypyrrole/MXene composite material and a preparation method and application thereof, wherein a pyrrole solution is dropwise added into MXene dispersion liquid to obtain a polypyrrole/MXene mixed solution; mixing EVA and polypyrrole/MXene with an auxiliary agent to prepare a master batch, and carrying out hot press molding on the obtained master batch to prepare the EVA/polypyrrole/MXene composite material. The EVA/polypyrrole/MXene composite material and the preparation method and application thereof solve the problems of complex preparation process, heavy weight, poor environmental tolerance and difficulty in bearing certain degree of processing deformation in the prior art for preparing the electromagnetic shielding material.)
技术领域
本发明属于导电复合材料领域，涉及一种EVA/聚吡咯/MXene复合材料及其制备方法与应用。
背景技术
随着水污染、固体废物污染、大气污染越来越受到人类的重视，一些潜在的其他污染也开始受到公众的关注，例如电磁辐射污染。电磁波辐射不仅会干扰各种电子设备，同时当人体处于具有一定电磁辐射强度的环境中时，也会对人体健康造成不良影响。因此，大多数国家的法律规定，电子和电气硬件不能发射电磁波影响其他设备或人体。传统的电磁干扰屏蔽材料是由金属和复合材料组成的，材料具有较高的电导率和介电常数，具有较好的屏蔽效果。虽然金属具有优良的电磁干扰屏蔽性能，但也存在重量大、易腐蚀、加工不良等缺点。
为了满足轻质量电磁干扰屏蔽系统的要求，聚合物基导电复合材料更具有吸引力。聚吡咯是一种常见的导电聚合物，含有共轭双键，由于其具有环境友好、易于大规模合成且成本低等特点受到了人们广泛的关注。然而，纯聚吡咯难溶难熔且延展性差，导致不易加工成型，从而难以单独作为电磁屏蔽材料使用。为了改善聚吡咯的可加工性，制备复合型聚吡咯材料是一种有效且可行的方法。
发明内容
为了达到上述目的，本发明提供一种EVA/聚吡咯/MXene复合材料及其制备方法与应用，解决了现有技术中存在的制备电磁屏蔽材料制备工艺复杂、重量大、环境耐受性差、难以承受一定程度加工变形的问题。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：一种EVA/聚吡咯/MXene复合材料及其制备方法，将吡咯溶液逐滴加入到MXene分散液中，得到聚吡咯/MXene 混合溶液；将EVA与聚吡咯/MXene配合助剂进行混炼加工，制得母料，将所得的母料热压成型，制得EVA/聚吡咯/MXene复合材料。
优选地，上述制备方法具体包括以下步骤：
1)将MXene分散在去离子水中，超声处理1h，得到MXene分散液；
2)将吡咯单体溶解于2mL异丙醇溶液中，然后再将该溶液逐滴加入到6mLMXene 分散液中，室温下搅拌反应12～24h得到聚吡咯/MXene混合溶液，冷冻干燥后得到聚吡咯/MXene粉末；
3)将EVA微球在45℃的烘箱中干燥3h，然后将EVA微球、聚吡咯/MXene粉末、交联剂混合均匀，得到粉料混合物；将所得粉料经混炼加工制得母料；
4)将所得母料热压成型，冷却脱模后制得EVA/聚吡咯/MXene复合材料。
优选地，步骤1)中，MXene纳米片为Ti3C2Tx。
优选地，步骤2)中，吡咯的摩尔分数与MXene的质量比为1:(0.5～2.5)。
优选地，步骤3)中，EVA微球、聚吡咯/MXene粉末、交联剂的重量份数比为 100:(1～10):(0.1～2)。
优选地，步骤3)中，交联剂为三烯丙基异氰脲酸酯或过氧化二异丙苯。
优选地，步骤3)中，混炼加工在转矩流变仪中进行，混炼加工的工艺参数如下：温度为50～100℃，转速为10～50rpm，时间为2～8min；
优选地，步骤3)中，热压成型在热压机中进行，热压成型的工艺参数如下：温度为160～200℃，压力10～30MPa，时间为8～20min。
本发明还公开了采用上述制备方法制得的EVA/聚吡咯/MXene复合材料。
优选地，上述EVA/聚吡咯/MXene复合材料在厚度为2mm时，电磁屏蔽性能可达40dB。
本发明还公开了上述EVA/聚吡咯/MXene复合材料用于制备电磁屏蔽复合材料的应用。
本发明的有益效果是：
(1)本发明公开了一种EVA/聚吡咯/MXene复合材料及其制备方法与应用，采用原位聚合聚吡咯的方法改性MXene纳米片，改善了纯的聚吡咯在聚合过程中易发生团聚以及MXene纳米片的堆叠和聚集的问题，以得到的聚吡咯/MXene为导电填料，通过共混将其引入到EVA中，解决了现有技术中存在的制备电磁屏蔽材料制备工艺复杂、重量大、环境耐受性差、难以承受一定程度加工变形的问题。
(2)本发明还公开了上述制备方法制得的EVA/聚吡咯/MXene复合材料，所述采用原位聚合聚吡咯的方法改性MXene纳米片的方法，区别于传统添加引发剂引发聚吡咯聚合的方法，在室温搅拌条件下通过向MXene分散液中加入聚吡咯单体反应12～24h完成，利用MXene纳米片自带酸性的特点，将吡咯分子质子化，进而诱发链增长反应，最终形成聚吡咯长链。聚合形成的导电聚吡咯分布在MXene纳米片容易发生氧化的地方，能够对其起到钝化保护作用，有效的提高了MXene纳米片的结构稳定性。
(3)本发明还公开了上述EVA/聚吡咯/MXene复合材料用于制备电磁屏蔽复合材料的应用。聚吡咯的引入不仅能保护MXene纳米片，增强MXene纳米片与基体间的相互作用力；同时还能为电磁波提供更多的反射界面和损耗官能团，提高电磁屏蔽性能。当 EVA/聚吡咯/MXene复合材料厚度为2mm时，电磁屏蔽性能可达40dB。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种EVA/聚吡咯/MXene复合材料及其制备方法，步骤如下：
(1)将MXene分散在去离子水中，超声处理1h，得到MXene分散液；
(2)将吡咯单体溶解于2mL异丙醇溶液中，然后再将该溶液逐滴加入到6mLMXene分散液中，室温下搅拌反应12～24h得到聚吡咯/MXene混合溶液，冷冻干燥后得到聚吡咯/MXene粉末；
(3)将EVA微球在45℃的烘箱中干燥3h，然后将EVA微球、聚吡咯/MXene粉末、交联剂混合均匀，得到粉料混合物；将所得粉料在转矩流变仪中进行混炼加工，即为母料；原料在转矩流变仪中进行混炼加工的工艺参数如下：温度为50～100℃，转速为10～50 rpm，时间为2～8min。
(4)将所得母料在热压机中热压成型，冷却脱模后制得EVA/聚吡咯/MXene复合材料。热压成型的工艺参数如下：温度为160～200℃，压力10～30MPa，时间为8～20min。
其中，所述的MXene纳米片为Ti3C2Tx。
其中，所述的吡咯的摩尔分数与MXene的质量比为1:(0.5～2.5)。
其中，所述的EVA微球、聚吡咯/MXene粉末、交联剂的重量份数比为 100:(1～10):(0.1～2)。
其中，所述的交联剂为三烯丙基异氰脲酸酯或过氧化二异丙苯。
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明：
实施例1：
(1)将Ti3C2Tx分散在去离子水中，超声处理1h，得到MXene分散液；
(2)将0.005moL吡咯单体溶解于2mL异丙醇溶液中，然后再将该溶液逐滴加入到6mL，0.005mg/mL的MXene分散液中，室温下搅拌反应12h得到聚吡咯/MXene混合溶液，冷冻干燥后得到聚吡咯/MXene粉末；
(3)将EVA微球在45℃的烘箱中干燥3h，然后将100份EVA微球、5份聚吡咯 /MXene粉末、0.4份三烯丙基异氰脲酸酯混合均匀，得到粉料混合物；将所得粉料在转矩流变仪中进行混炼加工，即为母料；原料在转矩流变仪中进行混炼加工的工艺参数如下：温度为60℃，转速为10rpm，时间为3min。
(4)将所得母料在热压机中热压成型，冷却脱模后制得EVA/聚吡咯/MXene复合材料。热压成型的工艺参数如下：温度为160℃，压力10MPa，时间为8min。
实施例2：
(1)将Ti3C2Tx分散在去离子水中，超声处理1h，得到MXene分散液；
(2)将0.009moL吡咯单体溶解于2mL异丙醇溶液中，然后再将该溶液逐滴加入到6mL，0.0108mg/mL的MXene分散液中，室温下搅拌反应15h得到聚吡咯/MXene 混合溶液，冷冻干燥后得到聚吡咯/MXene粉末；
(3)将EVA微球在45℃的烘箱中干燥3h，然后将100份EVA微球、4份聚吡咯 /MXene粉末、0.5份过氧化二异丙苯混合均匀，得到粉料混合物；将所得粉料在转矩流变仪中进行混炼加工，即为母料；原料在转矩流变仪中进行混炼加工的工艺参数如下：温度为50℃，转速为15rpm，时间为2min。
(4)将所得母料在热压机中热压成型，冷却脱模后制得EVA/聚吡咯/MXene复合材料。热压成型的工艺参数如下：温度为170℃，压力20MPa，时间为9min。
实施例3：
(1)将Ti3C2Tx分散在去离子水中，超声处理1h，得到MXene分散液；
(2)将0.012moL吡咯单体溶解于2mL异丙醇溶液中，然后再将该溶液逐滴加入到6mL，0.018mg/mL的MXene分散液中，室温下搅拌反应16h得到聚吡咯/MXene混合溶液，冷冻干燥后得到聚吡咯/MXene粉末；
(3)将EVA微球在45℃的烘箱中干燥3h，然后将100份EVA微球、6份聚吡咯 /MXene粉末、1.7份过氧化二异丙苯混合均匀，得到粉料混合物；将所得粉料在转矩流变仪中进行混炼加工，即为母料；原料在转矩流变仪中进行混炼加工的工艺参数如下：温度为70℃，转速为30rpm，时间为4min。
(4)将所得母料在热压机中热压成型，冷却脱模后制得EVA/聚吡咯/MXene复合材料。热压成型的工艺参数如下：温度为180℃，压力15MPa，时间为10min。
实施例4：
(1)将Ti3C2Tx分散在去离子水中，超声处理1h，得到MXene分散液；
(2)将0.015moL吡咯单体溶解于2mL异丙醇溶液中，然后再将该溶液逐滴加入到6mL，0.0216mg/mL的MXene分散液中，室温下搅拌反应18h得到聚吡咯/MXene 混合溶液，冷冻干燥后得到聚吡咯/MXene粉末；
(3)将EVA微球在45℃的烘箱中干燥3h，然后将100份EVA微球、8份聚吡咯 /MXene粉末、1.3份三烯丙基异氰脲酸酯混合均匀，得到粉料混合物；将所得粉料在转矩流变仪中进行混炼加工，即为母料；原料在转矩流变仪中进行混炼加工的工艺参数如下：温度为80℃，转速为25rpm，时间为5min。
(4)将所得母料在热压机中热压成型，冷却脱模后制得EVA/聚吡咯/MXene复合材料。热压成型的工艺参数如下：温度为175℃，压力20MPa，时间为15min。
实施例5：
(1)将Ti3C2Tx分散在去离子水中，超声处理1h，得到MXene分散液；
(2)将0.007moL吡咯单体溶解于2mL异丙醇溶液中，然后再将该溶液逐滴加入到6mL，0.014mg/mL的MXene分散液中，室温下搅拌反应20h得到聚吡咯/MXene混合溶液，冷冻干燥后得到聚吡咯/MXene粉末；
(3)将EVA微球在45℃的烘箱中干燥3h，然后将100份EVA微球、9份聚吡咯 /MXene粉末、1份过氧化二异丙苯混合均匀，得到粉料混合物；将所得粉料在转矩流变仪中进行混炼加工，即为母料；原料在转矩流变仪中进行混炼加工的工艺参数如下：温度为85℃，转速为35rpm，时间为7min。
(4)将所得母料在热压机中热压成型，冷却脱模后制得EVA/聚吡咯/MXene复合材料。热压成型的工艺参数如下：温度为155℃，压力20MPa，时间为12min。
实施例6：
(1)将Ti3C2Tx分散在去离子水中，超声处理1h，得到MXene分散液；
(2)将0.003moL吡咯单体溶解于2mL异丙醇溶液中，然后再将该溶液逐滴加入到6mL，0.0075mg/mL的MXene分散液中，室温下搅拌反应24h得到聚吡咯/MXene 混合溶液，冷冻干燥后得到聚吡咯/MXene粉末；
(3)将EVA微球在45℃的烘箱中干燥3h，然后将100份EVA微球、10份聚吡咯/MXene粉末、2份三烯丙基异氰脲酸酯混合均匀，得到粉料混合物；将所得粉料在转矩流变仪中进行混炼加工，即为母料；原料在转矩流变仪中进行混炼加工的工艺参数如下：温度为100℃，转速为50rpm，时间为8min。
(4)将所得母料在热压机中热压成型，冷却脱模后制得EVA/聚吡咯/MXene复合材料。热压成型的工艺参数如下：温度为200℃，压力30MPa，时间为20min。
需要说明的是，在本申请中，诸如第一、第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。