一种具有导电梯度结构的皮革及其制备方法与应用

本发明属于皮革鞣制，涉及一种具有导电梯度结构的皮革及其制备方法与应用。

背景技术：

1、皮革具有丰富的多尺度孔隙，可为入射电磁波提供合适的传播通道；纤维内复杂三维网络交联结构，可以对电磁波形成多次漫反射。二者协同作用能有效减少射出电磁波的数量，达到电磁屏蔽的目的。此外，皮革胶原纤维上富含羧基和氨基，具有相反电荷的它们可以充当电偶极，增强胶原纤维对入射电磁波的介电损耗。同时，羧基与氨基可以作为活性基团与导电材料进行化学键结合，便于构建稳定、连续的导电网络，增强电磁波进入皮革内部的数量，有利于皮革对电磁波吸收损耗。

2、现有技术对于电磁屏蔽皮革的制备通常是在皮革表面涂覆或者抽滤导电材料制备导电涂层，从而得到电磁屏蔽皮革。例如，在皮革表面喷涂纳米金属粉体(银、铜、银包铜、四氧化三铁、镍和锌)分散液及成膜剂，使其干燥后获得具有电磁屏蔽性能的皮革材料(cn105219895a)；将多壁碳纳米管包覆金属纳米粒子抽滤浸涂在皮革基体上，研制了一种轻质、高性能的电磁屏蔽皮革，该皮革具有76db的优异电磁屏蔽效能。然而上述方法制备条件严苛、程序繁琐，且导电材料仅存在于材料表面，容易破坏皮革本身的柔软性、耐久性，使其在智能化穿戴材料方面的应用受到限制。因此，提供一种可以充分发挥皮革材料在电磁屏蔽领域的优势，直接在皮革内部构建导电网络，且具有优良性能的电磁屏蔽皮革具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种具有导电梯度结构的皮革及其制备方法与应用。该皮革利用水滑石、炭黑、聚吡咯等导电材料，通过超声或物理机械作用使其进入皮革胶原纤维内部，对皮革胶原纤维进行改性。此方法可以增加皮革纤维结构的多孔性，便于电磁波在皮革内部发生多重反射；同时，导电材料在胶原纤维内部构建导电网络，使制备好的电磁屏蔽皮革的电阻降低，有利于增强对电磁波的介电损耗。该方法可以赋予成革热稳定性和电磁屏蔽性能。

2、第一方面，本发明提供了一种具有导电梯度结构的皮革的制备方法，包括：一种具有导电梯度结构的皮革的制备方法，其特征在于，包括：向经过预处理的酸皮浴液中加入具有吸波性能的介电材料进行第一次浸渍处理，获得介电皮革；

3、将所述介电皮革置于含导电材料的溶液中进行第二次浸渍处理，获得导电皮革；

4、将所述导电皮革置于含聚合物单体的溶液中第三次浸渍处理，加入氧化剂进行聚合反应后，获得具有导电梯度结构的皮革。

5、进一步地，本发明所述的具有导电梯度结构的皮革的制备方法中，所述预处理为浸酸处理；

6、所述浸酸处理中的浴液ph为2.5～3.5。

7、进一步地，本发明所述的具有导电梯度结构的皮革的制备方法中，所述具有吸波性能的介电材料为水滑石；

8、所述水滑石质量为水质量的5％～10％。

9、进一步地，本发明所述的具有导电梯度结构的皮革的制备方法中，所述第一次浸渍处理包括：转动，调节ph，静置；

10、所述调整ph为4～6；

11、所述转动的时间为2～4h；

12、所述静置的时间为6～24h。

13、进一步地，本发明所述的具有导电梯度结构的皮革的制备方法中，所述导电材料为炭黑。

14、进一步地，本发明所述的具有导电梯度结构的皮革的制备方法中，所述第二次浸渍处理包括：调整ph，超声，转动；

15、所述调整ph为5.5～7；

16、所述超声的时间为15min；

17、所述转动的时间为2～6h。

18、进一步地，本发明所述的具有导电梯度结构的皮革的制备方法中，所述聚合物单体为吡咯，所述氧化剂为三氯化铁。

19、进一步地，本发明所述的具有导电梯度结构的皮革的制备方法中，所述第三次浸渍处理包括：转动；

20、所述转动的时间为1～2h。

21、第二方面，本发明还提供了由具有导电梯度结构的皮革的制备方法制备的具有导电梯度结构的皮革。

22、进一步地，本发明提供的具有导电梯度结构的皮革截面的sem图中则包括六边形片层结构的水滑石、球状结构的炭黑以及包裹纤维的聚吡咯，这均说明导电材料进入皮革内部，并稳定存在于胶原纤维上。

23、第三方面，本发明提供了具有导电梯度结构的皮革用于制备电磁屏蔽材料中的应用。

24、进一步地，本发明提供的具有导电梯度结构的皮革的电磁屏蔽效能为45db，并且具有导电梯度结构的皮革的电磁屏蔽性能主要以吸收损耗为主，有效避免了高导电材料的反射损耗，更有利于降低电磁污染。

25、与现有技术相比，本发明提供的技术方案至少具备下述的有益效果或优点：

26、本发明通过浸渍使得水滑石渗透进皮革内部，水滑石上的羟基以及金属离子与皮革胶原蛋白上的氨基和羧基进行化学键的结合，改善皮革的介电性，皮革的胶原纤维结构得到了适度的松弛，为炭黑和吡咯单体的深入渗透创造了有利条件。除此之外，得到的水滑石介电皮革比酸皮的纤维上具有更多的活性位点，可以与改性炭黑进行静电吸附和化学键结合，便于在内部构建连续的导电网络。最后将吡咯渗透进内部并在纤维上原位聚合，可以填充纳米导电材料的缺陷，聚吡咯均匀覆盖在胶原纤维上，有效增强导电性。

27、本发明制备的聚吡咯/炭黑/水滑石导电皮革在皮革纤维内部构建高导电(导电聚合物层)-良好导电(导电纳米材料层)-介电(吸波材料层)的导电梯度结构，能够有效降低皮革表面电阻，与空气形成良好阻抗匹配，使电磁波充分入射到皮革内部进行损耗。该梯度结构能够使皮革获得良好电磁屏蔽效能的同时降低反射损耗增加吸收损耗，从而解决高导电类电磁屏蔽材料反射损耗高于吸收损耗的问题。

28、本发明制备的聚吡咯/炭黑/水滑石导电皮革内部具有连续稳定的三维立体导电网络，可以增加电磁波在皮革内部的传输路径，使电磁能以热能的形式进一步耗散，有效避免电磁波发生透射。该方法操作简单，无需昂贵设备，生产成本低，可用于大规模生产。因此，本发明提供一种简易的智能皮革制备方法，对传统皮革工业的改革发展具有重要意义。

技术特征：

1.一种具有导电梯度结构的皮革的制备方法，其特征在于，包括：向经过预处理的酸皮浴液中加入具有吸波性能的介电材料进行第一次浸渍处理，获得介电皮革；

2.根据权利要求1所述的具有导电梯度结构的皮革的制备方法，其特征在于，所述预处理为浸酸处理；

3.根据权利要求1所述的具有导电梯度结构的皮革的制备方法，其特征在于，所述具有吸波性能的介电材料为水滑石；

4.根据权利要求1所述的具有导电梯度结构的皮革的制备方法，其特征在于，所述第一次浸渍处理包括：转动，调节ph，静置；

5.根据权利要求1所述的具有导电梯度结构的皮革的制备方法，其特征在于，所述导电材料为炭黑。

6.根据权利要求1所述的具有导电梯度结构的皮革的制备方法，其特征在于，所述第二次浸渍处理包括：调整ph，超声，转动；

7.根据权利要求1所述的具有导电梯度结构的皮革的制备方法，其特征在于，所述聚合物单体为吡咯，所述氧化剂为三氯化铁。

8.根据权利要求1所述的具有导电梯度结构的皮革的制备方法，其特征在于，所述第三次浸渍处理包括：转动；

9.一种如权利要求1～8中任一项所述的具有导电梯度结构的皮革的制备方法制备的具有导电梯度结构的皮革。

10.一种如权利要求9所述的具有导电梯度结构的皮革用于制备电磁屏蔽材料中的应用。

技术总结
本发明公开了一种具有导电梯度结构的皮革及其制备方法与应用，所述方法通过超声和物理机械作用，使水滑石、炭黑、聚吡咯等导电材料进入皮革胶原纤维内部，对皮革的胶原纤维进行改性。本发明提供的制备方法可以增加皮革纤维结构的多孔性，便于电磁波在皮革内部发生多重反射；同时，导电材料在胶原纤维内部构建导电网络，制备具有导电梯度结构的皮革，有利于增强导电材料对电磁波的吸收损耗。本发明提供的制备方法制得的电磁屏蔽皮革，收缩温度为77℃，电磁屏蔽效能为45dB，说明本发明所述皮革具有较好的热稳定性和电磁屏蔽性能。

技术研发人员：周永香,张芯妍
受保护的技术使用者：陕西科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5