CN102002294A - 一种电磁屏蔽水性涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电磁屏蔽水性涂料及其制备方法，属于电磁屏蔽涂料领域。涂料组成为：乳液30％～50％，片状金属粉10％～30％，分散剂0.5％～2％，润湿剂0.2％～1％，流平剂0.5％～3％，消泡剂0.5％～1.5％，水25％～40％。制备方法包括：将分散剂、润湿剂、部分消泡剂搅拌溶解在去离子水中；将片状金属粉混合在溶液中，高速搅拌；将乳液加入上述混合料中，搅拌混合；将流平剂和余下消泡剂加入上述混合料中搅拌即可。本发明涂料在100kHz～1.5GHz的频率范围内，屏蔽效能达到60～85dB，所得涂层在自然状态下放置6月以上其表面电阻率基本无变化，适用于建筑体系和有环保要求的其他电磁防护体系。

Description

一种电磁屏蔽水性涂料及其制备方法

技术领域

本发明属于电磁屏蔽涂料领域，特别涉及一种高性能电磁屏蔽水性涂料及其制备方法。

背景技术

随着电子技术的飞速发展，电磁辐射产生的电磁干扰、信息泄露、电磁辐射污染等一系列问题也逐渐加剧，因此迫切需要对电磁辐射进行系统防护，电磁屏蔽技术也越来越显示出其重要性，电磁屏蔽涂料因其成本低、简单适用而应用广泛。目前电磁屏蔽涂料的开发主要是溶剂型，由于人们对环保的要求越来越高，使得研究开发实用性强的水性屏蔽涂料变得越来越急迫，因此通过配方设计优化制得一种综合性能优良的电磁屏蔽水性涂料，并能够应用于有屏蔽和环保要求的场所及建筑物具有非常重要的实际意义。

四川大学申请的专利号为CN 1450137的专利公开了一种水性乳胶型电磁波屏蔽涂料及其制备方法，该屏蔽涂料由水溶性成膜树脂、导电填料、纯净水、增稠剂和成膜助剂制备而成。该专利中水溶性成膜树脂为水性聚氨酯树脂、水性环氧树脂、水性丙烯酸树脂、水性聚乙烯酯、水溶性醇酸树脂中的一种，导电填料至少为铜粉、铝粉、银粉、镍粉、石墨中的一种，或至少为覆盖有镀银层或镀铜层或镀镍层的石墨、玻璃微珠粒中的一种。该专利制备得到的涂料在9KHz～1000MHz的频率范围内，电磁屏蔽效能为45～60dB。水性树脂因要保持水溶性，其相对分子质量会较小且分子量分布较宽，因为树脂的相对分子质量小则水溶性好，相对分子质量高的分子在水中的扩散速度慢，并且相对分子质量大时溶液黏度大，增加了分子运动的阻力；相对分子质量分布宽时水溶性好，因为分子间的互溶效应有利于水溶性的改善。然而低分子量树脂得到的涂层会较脆且容易开裂，不能满足建筑涂料的使用要求，所以我们选用高分子量高弹性的丙烯酸系列乳液，使所得涂料涂膜坚硬，具有良好的附着力、耐水、耐碱性、耐久性和抗开裂性能。对于导电填料，铜粉、铝粉极易氧化，镍粉、石墨以及覆盖有镀银层或镀铜层或镀镍层的石墨、玻璃微珠粒的导电性较差，所以我们选用了具有抗氧化性的镀银铜粉以及高导电性的银粉。由于金属粉密度较大，颗粒状和树枝状的金属粉在乳液中极易沉降，而片状的金属粉因其比表面积较大使得抗沉降性较好，从而有利于提高涂料的电磁屏蔽性能。

发明内容

本发明针对水性电磁屏蔽涂料现有的缺陷及实际需要，提供一种能适用于建筑物，物理性能良好，在100KHz～1.5GHz的频率范围内电磁屏蔽效能高的高性能电磁屏蔽水性涂料及其制备方法。

一种高性能电磁屏蔽水性涂料，其特征在于以片状的金属粉为导电填料，丙烯酸类乳液为基料，水为溶剂，并添加相应的助剂制备得到，其组分及其组分含量(质量百分比)为：

组分            含量

乳液            30％～50％

片状的金属粉    10％～30％

分散剂          0.5％～2％

润湿剂          0.2％～1％

流平剂          0.5％～3％

消泡剂          0.5％～1.5％

水2             5％～40％

乳液决定着电磁屏蔽水性涂料附着力、耐水性、耐碱性、耐洗涮性的优劣，丙烯酸乳液具有优良的耐候性、保色性、机械稳定性、成膜性、硬度，且原料来源丰富、成本相对较低等优点，因而选用丙烯酸系列乳液中的一种，例如：纯丙乳液、硅丙乳液、苯丙乳液。

金属粉决定着电磁屏蔽水性涂料屏蔽性能的高低，金属粉体为片状的银粉和镀银铜粉，因为金属粉密度较大，颗粒状和树枝状的金属粉在乳液中极易沉降，而片状的金属粉因其比表面积较大使得抗沉降性较好，故金属粉为片状有利于其在乳液中分散均匀，提高电磁屏蔽性能；银粉导电性高，镀银铜粉导电性高且抗氧化性好，故选用片状的银粉和镀银铜粉能制得高电磁屏蔽性能涂料。

分散剂、润湿剂有助于改善金属粉在涂料中的分散状态，同样决定着电磁屏蔽水性涂料屏蔽性能的高低，因为金属粉与溶剂水的亲润性较差，分散剂、润湿剂的加入极大的改善了两者间的亲润性，使得金属粉能够均匀的分散在涂料中，有利于导电网链的形成，从而提高涂层导电性及屏蔽性能。分散剂为聚羧酸盐类中的一种，例如：聚羧酸钠盐、聚羧酸铵盐，润湿剂为二烷基磺基琥珀酸盐、烷基萘磺酸钠、十二烷基磺酸钠、硫酸月桂酯、烷基吡啶盐氯化物、烷基酚聚氧乙烯醚、聚氧乙烯乙二醇烷基酯、乙炔乙二醇中的一种。

流平剂促使涂料在干燥成膜过程中形成一个平整、光滑、均匀的涂膜，并能改善涂料的粘度，选用丙烯酸类流平剂、醋丁纤维素流平剂、有机硅类流平剂、非离子型聚氨酯流平剂中的一种。

由于乳液本身的组成成分以及分散剂、润湿剂的加入会使得涂料在制备过程中产生大量的气泡，消泡剂能够抑制和消除涂料制备过程中产生的气泡，有助于得到高性能的涂料，选用聚醚类、矿物油、有机硅类消泡剂中的一种。

本发明提供一种高性能电磁屏蔽水性涂料的制备方法，其具体制备过程如下：

(1)将分散剂、润湿剂、部分消泡剂搅拌溶解在去离子水中。

(2)将片状金属粉加入步骤(1)中的混合溶液中进行混合，高速搅拌分散10～20min。

(3)将乳液加入步骤(2)中得到的混合料中，搅拌混合40～50min。

(4)将流平剂和余下消泡剂加入步骤(3)中得到的混合料中搅拌5～10min，得到电磁屏蔽水性涂料。

将上述制得的电磁屏蔽水性涂均匀的料刷涂在基板表面，待涂层表干后刷涂第二遍，之后置于空气中自然干燥。

本发明具有如下优点：

1、所得涂料为乳胶漆，其物理性能良好，涂层状态佳，能应用于有环保要求的场所和建筑物的涂饰，其具体物理性能见下表。

表1涂料物理性能测试结果

2、所提供的电磁屏蔽水性涂料在100KHz～1.5GHz的频率范围内，屏蔽效能达到60～85dB，所得涂层在自然状态下放置6月以上其表面电阻率基本无变化。

3、片状金属粉的使用，能够减轻金属粉的沉降性，提高电磁屏蔽水性涂料的屏蔽效能。

4、分散剂、润湿剂配合使用改善了片状银粉和镀银铜粉在涂料中的分散状态，能够提高电磁屏蔽水性涂料的屏蔽效能。

5、流平剂的加入使制得的涂层均匀、平整、光滑，使得涂层能够满足实际使用要求。

6、以水作为溶剂，环保、低成本，使提供的电磁屏蔽水性涂料能够满足无毒无害的使用要求。

本发明提供的电磁屏蔽水性涂料物理和电磁屏蔽性能良好，除可以适用于建筑体系外，也能使用于有环保要求的其他电磁防护体系。

具体实施方式

实施例1：

该电磁屏蔽水性涂料的基本配方如下：

组分                     组分质量(g)

纯丙乳液                 35

片状的镀银铜粉(含银量5％)30

聚羧酸钠盐分散剂         2

二烷基磺基琥珀酸盐润湿剂 1

非离子型聚氨酯流平剂     1.5

矿物油消泡剂             1

去离子水                 29.5

涂料制备方法如下：

首先将分散剂、润湿剂、部分消泡剂搅拌溶解在去离子水中，溶解完全后加入片状镀银铜粉进行混合，高速搅拌分散20min。将上述得到的混合料中加入纯丙乳液，搅拌40min。最后加入流平剂和余下消泡剂搅拌5min，即得到电磁屏蔽水性涂料。

将上述制得的电磁屏蔽水性涂均匀的料刷涂在基板表面，待涂层表干后刷涂第二遍，之后置于空气中自然干燥，24小时后侧其表面电阻率为0.0325Ω/cm²。

实施例2：

该电磁屏蔽水性涂料的基本配方如下：

组分                        组分质量(g)

纯丙乳液                    45

片状的镀银铜粉(含银量20％)  25

聚羧酸铵盐分散剂            0.5

二烷基磺基琥珀酸盐润湿剂    1

非离子型聚氨酯流平剂        3

有机硅消泡剂    0.5

去离子水        25

涂料制备方法如下：

首先将分散剂、润湿剂、部分消泡剂搅拌溶解在去离子水中，溶解完全后加入片状镀银铜粉进行混合，高速搅拌分散15min。将上述得到的混合料中加入纯丙乳液，搅拌50min。最后加入流平剂和余下消泡剂搅拌5min，即得到电磁屏蔽水性涂料。

将上述制得的电磁屏蔽水性涂均匀的料刷涂在基板表面，待涂层表干后刷涂第二遍，之后置于空气中自然干燥，24小时后侧其表面电阻率为0.0201Ω/cm²。实施例3：

该电磁屏蔽水性涂料的基本配方如下：

组分                        组分质量(g)

苯丙乳液                    50

片状的镀银铜粉(含银量25％)  20

聚羧酸钠盐分散剂            0.8

烷基吡啶盐氯化物润湿剂      0.2

有机硅类流平剂              1.5

矿物油消泡剂                1

去离子水                    26.5

涂料制备方法如下：

首先将分散剂、润湿剂、部分消泡剂搅拌溶解在去离子水中，溶解完全后加入片状镀银铜粉进行混合，高速搅拌分散10min。将上述得到的混合料中加入苯丙乳液，搅拌40min。最后加入流平剂和余下消泡剂搅拌10min，即得到电磁屏蔽水性涂料。

将上述制得的电磁屏蔽水性涂均匀的料刷涂在基板表面，待涂层表干后刷涂第二遍，之后置于空气中自然干燥，24小时后侧其表面电阻率为0.0187Ω/cm²。

实施例4：该电磁屏蔽水性涂料的基本配方如下：

组分                     组分质量(g)

硅丙乳液                 30

片状的镀银铜粉(含银量5％)25

聚羧酸钠盐分散剂         1.5

烷基吡啶盐氯化物润湿剂   1

有机硅类流平剂           1

聚醚类消泡剂             1.5

去离子水                 40

涂料制备方法如下：

首先将分散剂、润湿剂、部分消泡剂搅拌溶解在去离子水中，溶解完全后加入片状镀银铜粉进行混合，高速搅拌分散10min。将上述得到的混合料中加入硅丙乳液，搅拌50min。最后加入流平剂和余下消泡剂搅拌10min，即得到电磁屏蔽水性涂料。

将上述制得的电磁屏蔽水性涂均匀的料刷涂在基板表面，待涂层表干后刷涂第二遍，之后置于空气中自然干燥，24小时后侧其表面电阻率为0.0372Ω/cm²。

实施例5：

该电磁屏蔽水性涂料的基本配方如下：

组分                        组分质量(g)

纯丙乳液                    50

片状银粉                    10

聚羧酸钠盐分散剂            1.5

聚氧乙烯乙二醇烷基酯润湿剂  1

醋丁纤维素流平剂            2.5

有机硅消泡剂                1.5

去离子水                    33.5

涂料制备方法如下：

首先将分散剂、润湿剂、部分消泡剂搅拌溶解在去离子水中，溶解完全后加入片状银粉进行混合，高速搅拌分散10min。将上述得到的混合料中加入纯丙乳液，搅拌40min。最后加入流平剂和余下消泡剂搅拌10min，即得到电磁屏蔽水性涂料。

将上述制得的电磁屏蔽水性涂均匀的料刷涂在基板表面，待涂层表干后刷涂第二遍，之后置于空气中自然干燥，24小时后侧其表面电阻率为0.0219Ω/cm²。

实施例6：

该电磁屏蔽水性涂料的基本配方如下：

组分                        组分质量(g)

硅丙乳液                    40

片状的镀银铜粉(含银量15％)  30

聚羧酸铵盐分散剂            1

聚氧乙烯乙二醇烷基酯润湿剂  0.5

非离子型聚氨酯流平剂        0.5

聚醚类消泡剂                1

去离子水                    27

涂料制备方法如下：

首先将分散剂、润湿剂、部分消泡剂搅拌溶解在去离子水中，溶解完全后加入片状镀银铜粉进行混合，高速搅拌分散20min。将上述得到的混合料中加入硅丙乳液，搅拌40min。最后加入流平剂和余下消泡剂搅拌5min，即得到电磁屏蔽水性涂料。

将上述制得的电磁屏蔽水性涂均匀的料刷涂在基板表面，待涂层表干后刷涂第二遍，之后置于空气中自然干燥，24小时后侧其表面电阻率为0.0238Ω/cm²。

实施例7：

该电磁屏蔽水性涂料的基本配方如下：

组分                组分质量(g)

硅丙乳液                  45

片状银粉                  20

聚羧酸钠盐分散剂          1.4

聚氧乙烯乙二醇烷基酯润湿剂0.6

非离子型聚氨酯流平剂      2

矿物油消泡剂              1

去离子水                  30

涂料制备方法如下：

首先将分散剂、润湿剂、部分消泡剂搅拌溶解在去离子水中，溶解完全后加入片状银粉进行混合，高速搅拌分散20min。将上述得到的混合料中加入硅丙乳液，搅拌40min。最后加入流平剂和余下消泡剂搅拌5min，即得到电磁屏蔽水性涂料。

将上述制得的电磁屏蔽水性涂均匀的料刷涂在基板表面，待涂层表干后刷涂第二遍，之后置于空气中自然干燥，24小时后侧其表面电阻率为0.0103Ω/cm²。

Claims (7)

1.一种电磁屏蔽水性涂料，其特征在于，以片状金属粉为导电填料，丙烯酸类乳液为基料，水为溶剂，并添加相应的助剂，其组分及其质量百分为：

乳液30％～50％

片状金属粉10％～30％

分散剂0.5％～2％

润湿剂0.2％～1％

流平剂0.5％～3％

消泡剂0.5％～1.5％

水25％～40％

其中片状金属粉体为银粉和镀银铜粉，镀银铜粉中银含量为5％～25％。

2.按照权利要求1的涂料，其特征在于，丙烯酸系列乳液为纯丙乳液、硅丙乳液、苯丙乳液中的一种。

3.按照权利要求1的涂料，其特征在于，分散剂为聚羧酸盐类中的一种。

4.按照权利要求1的涂料，其特征在于，润湿剂为二烷基磺基琥珀酸盐、烷基萘磺酸钠、十二烷基磺酸钠、硫酸月桂酯、烷基吡啶盐氯化物、烷基酚聚氧乙烯醚、聚氧乙烯乙二醇烷基酯、乙炔乙二醇中的一种。

5.按照权利要求1的涂料，其特征在于，流平剂为丙烯酸类流平剂、醋丁纤维素流平剂、有机硅类流平剂、非离子型聚氨酯流平剂中的一种。

6.按照权利要求1的涂料，其特征在于，消泡剂为聚醚类、矿物油、有机硅类消泡剂中的一种。

7.权利要求1的一种电磁屏蔽水性涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将分散剂、润湿剂、部分消泡剂搅拌溶解在去离子水中；

(2)将片状金属粉加入步骤(1)中的混合溶液中进行混合，高速搅拌分散10～20min；

(3)将乳液加入步骤(2)中得到的混合料中，搅拌混合40～50min；

(4)将流平剂和余下消泡剂加入步骤(3)中得到的混合料中搅拌5～10min，得到电磁屏蔽水性涂料。