CN106634311A - 一种改性石墨烯电磁屏蔽涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种改性石墨烯电磁屏蔽涂料，其包括改性石墨烯浆料、树脂、颜填料、助剂及溶剂，所述改性石墨烯浆料包括采用改性剂对石墨烯进行改性得到的改性石墨烯，所述改性剂为具有大π键共轭结构的有机分子，所述树脂为丙烯酸树脂。本发明还提供一种改性石墨烯电磁屏蔽涂料的制备方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种涂料，尤其涉及一种改性石墨烯电磁屏蔽涂料及其制备方法。
背景技术
现代战场上电磁环境复杂，各种各样的电磁信号对车(机、弹、船)载电子信息***构成极大威胁，另外电磁脉冲武器所发出的高能电磁波具有更大的危害性。在民用领域，手机、电脑等电子产品产生的电磁辐射也会危害人类健康。于是，人们开始使用电磁屏蔽涂料进行防护。传统电磁屏蔽涂料的产品主要有银系、铜系、镍系以及碳系4类。金属系屏蔽涂料的优点是屏蔽性能高，缺点是密度大(涂层面密度大于200g/m2)、耐腐蚀性差(耐盐雾48h)；而碳系电磁屏蔽涂料主要以碳黑、碳纤维为填料，虽密度小，但导电性能不高，难以应用在屏蔽性能要求高的场合。
石墨烯，为单原子层的石墨，其拥有独特的二维结构和优异的力学、热力学、光学和电学性能。石墨烯的电阻率非常小，只有10-6Ω·cm，其片状结构在二维平面上容易接触形成导电网络。与传统材料相比，石墨烯可突破原有的局限，成为高效的新型屏蔽剂，满足屏蔽材料对“薄、轻、宽、高”的要求。
公告号为CN105331264A的中国专利公开了一种纳米碳材的复合电磁屏蔽涂料，其包括复合屏蔽材料乳液、偶联剂、分散剂、消泡剂、成膜助剂和增稠剂等。该涂料虽具有较好的电磁屏蔽性，但是其附着力、耐冲击性能及耐盐雾性较差。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种具有良好的附着力、耐冲击性能及耐盐雾性的改性石墨烯电磁屏蔽涂料，以解决现有技术中的技术问题。
本发明提供一种改性石墨烯电磁屏蔽涂料，其包括改性石墨烯浆料、树脂、颜填料、助剂及溶剂，所述改性石墨烯浆料包括采用改性剂对石墨烯进行改性得到的改性石墨烯，所述改性剂为具有大π键共轭结构的有机分子，所述树脂为丙烯酸树脂。
其中，所述具有大π键共轭结构的有机分子为芘类及其衍生物中的至少一种。
其中，所述改性石墨烯电磁屏蔽涂料中改性石墨烯浆料所占的质量百分比为0.001％～30％，所述改性石墨烯浆料为通过改性剂对石墨烯浆料中石墨烯改性得到，所述石墨烯浆料购自宁波墨西科技有限公司。
其中，所述石墨烯浆料中石墨烯所占的质量百分数为0.1％～10％。
其中，所述改性石墨烯浆料还包括润湿剂，所述润湿剂为丙二醇、乙醇、甘油、聚乙二醇中的一种。
其中，所述颜填料为钛白粉、硫酸钡粉、云母粉和滑石粉，所述溶剂为丁酮、丙酮、苯、甲苯、二甲苯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、丙酸乙酯中的一种。
其中，所述助剂为定向排列助剂、流平剂、偶联剂、防沉剂和消泡剂中的至少一种，所述定向排列助剂为乙烯醋酸乙烯共聚物、乙烯丙烯酸共聚物中的至少一种，所述流平剂为硅油、聚二甲基硅氧烷、聚醚聚酯改性有机硅氧烷、烷基改性有机硅氧烷中的至少一种，所述偶联剂为乙烯基硅烷、氨基硅烷、甲基丙烯酰氧基硅烷中的至少一种，所述防沉剂为有机膨润土、气相二氧化硅、聚烯烃蜡、聚酰胺蜡、蓖麻油衍生物中的至少一种，所述消泡剂为磷酸三丁酯、苯乙酸月桂醇酯、聚二甲基硅氧烷、正丁醇中的至少一种。
本发明还提供一种上述改性石墨烯电磁屏蔽涂料的制备方法，其包括以下步骤：
(1)将改性剂与石墨烯浆料混合，使改性剂对所述石墨烯浆料中的石墨烯进行改性，得到改性石墨烯浆料，其中所述改性剂为具有大π键共轭结构的有机分子，所述改性剂的质量为所述石墨烯浆料的质量的1％～5％；
(2)将改性石墨烯浆料加入树脂中，再加入颜填料、助剂及溶剂，混合均匀，得到改性石墨烯电磁屏蔽涂料。
其中，在步骤(1)将所述改性剂与石墨烯浆料混合之前，还包括通过一润湿剂对所述石墨烯浆料进行预分散的步骤。
相较于现有技术，本发明所述改性石墨烯电磁屏蔽涂料具有以下优点：通过加入改性石墨烯，该涂料的强度、与基材的附着力、耐冲击性、电磁屏蔽性均有显著提高。具体的：
第一，采用芘及其衍生物等这类具有大π键共轭结构的有机分子对石墨烯进行非共价键功能化修饰。利用石墨烯与有机分子改性剂之间的π-π相互作用，使石墨烯在丙烯酸树脂这一弱极性体系中形成稳定的分散，同时又不影响石墨烯的导电性能。
第二，由于丙烯酸树脂对光的主吸收峰处在太阳光谱范围之外，因此该包括丙烯酸树脂的涂料具有优良的耐光性及耐户外老化性能。当采用热塑性丙烯酸树脂时，由于热塑性丙烯酸树脂的玻璃化温度较高，包括热塑性丙烯酸树脂的该涂料可应用于硬质基材，具有硬度高、附着力强、耐划伤、耐老化的优点。
该涂料具有涂层薄、重量轻(较传统电磁屏蔽涂料减轻60％)、功效持久、使用简单方便的特点，可广泛应用于军事装备和高端家用电器，以及民用的手机、电脑等领域。
所述改性石墨烯电磁屏蔽涂料的制备方法具有以下优点：
先通过改性剂对石墨烯进行改性，然后在加入其它各组分，该制备方法较简单，易于操作和实现，可进行工业化生产。
另外，可将石墨烯浆料用润湿剂进行预分散，降低石墨烯的高表面能，有利于石墨烯进行分散。
具体实施方式
下面将对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种改性石墨烯电磁屏蔽涂料。该改性石墨烯电磁屏蔽涂料包括改性石墨烯浆料、树脂、颜填料、助剂及溶剂。所述改性石墨烯浆料包括采用改性剂对石墨烯进行改性得到的改性石墨烯。所述改性剂为具有大π键共轭结构的有机分子。所述树脂为丙烯酸树脂。所述具有大π键共轭结构的有机分子为芘类及其衍生物中的至少一种。
所述改性石墨烯电磁屏蔽涂料中改性石墨烯浆料所占的质量百分比为0.001％～30％。优选的，所述改性石墨烯电磁屏蔽涂料中改性石墨烯浆料所占的质量百分比为0.001％～20％。
所述改性石墨烯浆料为通过改性剂对石墨烯浆料中石墨烯改性得到。所述石墨烯浆料购自宁波墨西科技有限公司。所述石墨烯浆料中石墨烯的质量百分数为0.1％～10％。
所述石墨烯可为自己制备，也可购自宁波墨西科技有限公司。所述石墨烯为单层片状结构，或所述石墨烯为层数在2-50层，层内为碳原子sp2杂化轨道组成六角形蜂巢状晶格、层间为碳原子以π键结合。
所述改性石墨烯浆料还包括润湿剂，所述润湿剂为丙二醇、乙醇、甘油、聚乙二醇中的一种。
所述颜填料的质量占所述改性石墨烯丙烯酸树脂涂料的15％～55％，优选为25％～45％。所述颜填料为钛白粉、硫酸钡粉、云母粉和滑石粉。
所述溶剂的质量占所述改性石墨烯丙烯酸树脂涂料的5％～30％，优选为10％～25％。所述溶剂为丁酮、丙酮、苯、甲苯、二甲苯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、丙酸乙酯中的一种。
所述助剂的质量占所述改性石墨烯丙烯酸树脂涂料的0.1％～10％，优选为1％～5％。所述助剂为定向排列助剂、流平剂、偶联剂、防沉剂和消泡剂中的至少一种。所述定向排列助剂为乙烯醋酸乙烯共聚物、乙烯丙烯酸共聚物中的至少一种，所述流平剂为硅油、聚二甲基硅氧烷、聚醚聚酯改性有机硅氧烷、烷基改性有机硅氧烷中的至少一种，所述偶联剂为乙烯基硅烷、氨基硅烷、甲基丙烯酰氧基硅烷中的至少一种，所述防沉剂为有机膨润土、气相二氧化硅、聚烯烃蜡、聚酰胺蜡、蓖麻油衍生物中的至少一种。所述消泡剂为磷酸三丁酯、苯乙酸月桂醇酯、聚二甲基硅氧烷、正丁醇中的至少一种。
本发明还提供一种改性石墨烯电磁屏蔽涂料的制备方法。该制备方法包括以下步骤：
S1，将改性剂与石墨烯浆料混合，使改性剂对所述石墨烯浆料中的石墨烯进行改性，得到改性石墨烯浆料，其中所述改性剂为具有大π键共轭结构的有机分子，所述改性剂的质量为所述石墨烯浆料的质量的1％～5％；
S2，将改性石墨烯浆料加入树脂中，再加入颜填料、助剂及溶剂，混合均匀，得到改性石墨烯电磁屏蔽涂料。
在步骤S1将所述改性剂与石墨烯浆料混合之前，还包括通过一润湿剂对所述石墨烯浆料进行预分散的步骤。所述润湿剂为丙二醇、乙醇、甘油、聚乙二醇中的一种。加入的润湿剂占石墨烯浆料的质量分数为0.1％～0.3％。
具体的，将石墨烯浆料放入一高速分散机中进行预分散30分钟～1小时，然后添加丙二醇等润湿剂搅拌30分钟～1小时。
在步骤S1中，向石墨烯浆料中加入芘及其衍生物等改性剂，或者向石墨烯浆料与分散剂的混合物中加入芘及其衍生物，搅拌一段时间，然后进行砂磨，再用高精度的乳化机进行乳化，得到改性石墨烯浆料。
优选的，所述改性剂的加入量占所述石墨烯浆料的质量百分比为1.5％～3.5％。
所述改性石墨烯电磁屏蔽涂料可通过无气喷涂、空气喷涂、静电喷涂等公布方法施工。得到的涂层厚度优选为10微米～50微米，更优选为20微米～40微米。
下面结合具体实施例对本发明所述改性石墨烯电磁屏蔽涂料及其制备方法进行说明：
实施例1
该改性石墨烯电磁屏蔽涂料的配方为(以下均为质量分数)：
其中，颜填料为钛白粉、硫酸钡粉、云母粉和滑石粉；溶剂为甲苯；助剂为乙烯醋酸乙烯共聚物、有机硅氧烷、甲基丙烯酰氧基硅烷、气相二氧化硅、苯乙酸月桂醇酯，依次分别作为定向排列助剂、流平剂、偶联剂、防沉剂和消泡剂。
所述改性石墨烯浆料的制备方法如下：
(1)将石墨烯浆料放入一高速分散机中进行预分散30分钟，然后添加丙二醇搅拌30分钟，其中丙二醇的质量为石墨烯浆料的质量的0.2％；
(2)向步骤(1)得到的混合物中加入芘，搅拌1小时，然后进行砂磨，再用高精度的乳化机进行乳化，得到改性石墨烯浆料，其中芘的质量为石墨烯浆料的质量的3％。
改性石墨烯电磁屏蔽涂料的制备：将制备好的改性石墨烯浆料加入到丙烯酸树脂中，然后加入颜填料、溶剂、助剂分散均匀，然后放入砂磨机中研磨10分钟后即制得该改性石墨烯丙烯酸树脂涂料。
进一步的，对该得到的改性石墨烯丙烯酸树脂涂料进行测试，测试结果见表1。
表1
实施例2
该改性石墨烯电磁屏蔽涂料配方为(以下均为质量分数)：
其中，颜填料为钛白粉、硫酸钡粉、云母粉和滑石粉；溶剂为二甲苯；助剂为乙烯醋酸乙烯共聚物、有机硅氧烷、甲基丙烯酰氧基硅烷、气相二氧化硅、苯乙酸月桂醇酯，依次分别作为定向排列助剂、流平剂、偶联剂、防沉剂和消泡剂。
所述改性石墨烯浆料的制备方法同实施例1。
改性石墨烯电磁屏蔽涂料的制备：将制备好的改性石墨烯浆料加入到丙烯酸树脂中，然后加入颜填料、溶剂、助剂分散均匀，然后放入砂磨机中研磨10分钟后即制得该改性石墨烯丙烯酸树脂涂料。
实施例3
该改性石墨烯电磁屏蔽涂料配方为(以下均为质量分数)：
其中，颜填料为钛白粉、硫酸钡粉、云母粉和滑石粉；溶剂为二甲苯；助剂为乙烯醋酸乙烯共聚物、有机硅氧烷、甲基丙烯酰氧基硅烷、气相二氧化硅、苯乙酸月桂醇酯，依次分别作为定向排列助剂、流平剂、偶联剂、防沉剂和消泡剂。
所述改性石墨烯浆料的制备方法同实施例1。
改性石墨烯电磁屏蔽涂料的制备：将制备好的改性石墨烯浆料加入到丙烯酸树脂中，然后加入颜填料、溶剂、助剂搅拌均匀，然后放入砂磨机中研磨10分钟后即制得该改性石墨烯丙烯酸树脂涂料。
对比例1
该丙烯酸树脂涂料配方为(以下均为质量分数)：
其中，颜填料为钛白粉、硫酸钡粉、云母粉和滑石粉；溶剂为二甲苯；助剂为乙烯醋酸乙烯共聚物、有机硅氧烷、甲基丙烯酰氧基硅烷、气相二氧化硅、苯乙酸月桂醇酯，依次分别作为定向排列助剂、流平剂、偶联剂、防沉剂和消泡剂。
丙烯酸树脂涂料的制备：将丙烯酸树脂、颜填料、溶剂、助剂分散均匀，然后放入砂磨机中研磨10分钟后即制得该丙烯酸树脂涂料。
采用表2中的参数以手工喷涂方式将实施例1～3、对比例1的涂料在试样板的表面进行涂覆得到涂层。试样板为ABS胶板，尺寸为W15×L30×0.3cm。得到的涂层的厚度为20±2μm。
表2手工喷涂参数
| 手工喷涂 | |
| 喷涂粘度，S | 9.5-15.5 |
| 喷涂压力，MPa | 0.35-0.65 |
| 喷涂距离，cm | 15-30 |
| 干燥条件 | 80±5℃×30min |
依据标准GB/T 9286-1998及GJB 6190-2008对对比例1、实施例1～3的所得的涂层的附着力、电磁屏蔽性进行测试。测试结果如表3所示。
表3
由表3可见，相对于对比例1，实施例1～3所得的涂层的附着力有提升，并且电磁屏蔽性能优异。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种改性石墨烯电磁屏蔽涂料，其特征在于，其包括改性石墨烯浆料、树脂、颜填料、助剂及溶剂，所述改性石墨烯浆料包括采用改性剂对石墨烯进行改性得到的改性石墨烯，所述改性剂为具有大π键共轭结构的有机分子，所述树脂为丙烯酸树脂。
2.一种如权利要求1所述的改性石墨烯电磁屏蔽涂料，其特征在于，所述具有大π键共轭结构的有机分子为芘类及其衍生物中的至少一种。
3.一种如权利要求1所述的改性石墨烯电磁屏蔽涂料，其特征在于，所述改性石墨烯电磁屏蔽涂料中改性石墨烯浆料所占的质量百分比为0.001％～30％，所述改性石墨烯浆料为通过改性剂对石墨烯浆料中石墨烯改性得到，所述石墨烯浆料购自宁波墨西科技有限公司。
4.一种如权利要求3所述的改性石墨烯电磁屏蔽涂料，其特征在于，所述石墨烯浆料中石墨烯所占的质量百分数为0.1％～10％。
5.一种如权利要求3所述的改性石墨烯电磁屏蔽涂料，其特征在于，所述改性石墨烯浆料还包括润湿剂，所述润湿剂为丙二醇、乙醇、甘油、聚乙二醇中的一种。
6.一种如权利要求1所述的改性石墨烯电磁屏蔽涂料，其特征在于，所述颜填料为钛白粉、硫酸钡粉、云母粉和滑石粉，所述溶剂为丁酮、丙酮、苯、甲苯、二甲苯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、丙酸乙酯中的一种。
7.一种如权利要求1所述的改性石墨烯电磁屏蔽涂料，其特征在于，所述助剂为定向排列助剂、流平剂、偶联剂、防沉剂和消泡剂中的至少一种，所述定向排列助剂为乙烯醋酸乙烯共聚物、乙烯丙烯酸共聚物中的至少一种，所述流平剂为硅油、聚二甲基硅氧烷、聚醚聚酯改性有机硅氧烷、烷基改性有机硅氧烷中的至少一种，所述偶联剂为乙烯基硅烷、氨基硅烷、甲基丙烯酰氧基硅烷中的至少一种，所述防沉剂为有机膨润土、气相二氧化硅、聚烯烃蜡、聚酰胺蜡、蓖麻油衍生物中的至少一种，所述消泡剂为磷酸三丁酯、苯乙酸月桂醇酯、聚二甲基硅氧烷、正丁醇中的至少一种。
8.一种如权利要求1～7任一项改性石墨烯电磁屏蔽涂料的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：
(1)将改性剂与石墨烯浆料混合，使改性剂对所述石墨烯浆料中的石墨烯进行改性，得到改性石墨烯浆料，其中所述改性剂为具有大π键共轭结构的有机分子，所述改性剂的质量为所述石墨烯浆料的质量的1％～5％；
(2)将改性石墨烯浆料加入树脂中，再加入颜填料、助剂及溶剂，混合均匀，得到改性石墨烯电磁屏蔽涂料。
9.一种如权利要求8所述的改性石墨烯电磁屏蔽涂料的制备方法，其特征在于，在步骤(1)将所述改性剂与石墨烯浆料混合之前，还包括通过一润湿剂对所述石墨烯浆料进行预分散的步骤。
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