CN103319999A

CN103319999A - 一种基于石墨烯的新型防电磁辐射保护膜的制备方法

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Publication number: CN103319999A
Application number: CN2013102188326A
Authority: CN
Inventors: 严六明; 刘慧婷; 岳宝华; 韩帅元; 张叶沛
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2013-06-04
Filing date: 2013-06-04
Publication date: 2013-09-25

Abstract

本发明涉及一种防止手机、电脑、电视等电子设备电磁辐射的涂料，主要由石墨烯和成膜材料组成，包括涂料的组成和涂覆方法两个部分。属防辐射材料技术领域。由该涂料制备的涂层，不但具有良好的防电磁辐射性能，还具有优越的透明度，可以涂覆在电子设备的显示屏上。将该涂料涂覆在显示屏上后，不影响显示分辨率和亮度，不影响设备的正常使用，不影响外观，具有很强的实用性。也可以将该涂料涂覆于PET膜上，制成防电磁辐射贴膜。

Description

一种基于石墨烯的新型防电磁辐射保护膜的制备方法

技术领域

本发明涉及一种基于石墨烯的新型防电磁辐射保护膜的制备方法，利用石墨烯所具有的导电性，屏蔽手机、电脑、电视机等电子设备的电磁辐射对于人类健康的危害。由于石墨烯具有透明性，本发明不但可以用于这些设备的背面，还可以用于设备的屏幕，从正面防止电磁辐射对使用者的危害。本发明属于防电磁辐射材料技术领域。

背景技术

随着手机、电脑、电视机等电子产品的普及和频繁使用，其产生的电磁辐射对使用者健康的危害也日益为人们所重视。其中头部，特别是大脑与手机和电脑的距离最近，是人体最容易受电磁辐射的危害的器官。

L??nn等的研究发现，使用手机10年以上患听神经瘤的危险显著增加（Epidemiology, 15, 653）。Johansen等针对眼色素层黑色素瘤病例的对照研究发现，暴露于移动电话电磁辐射的人群患眼色素层黑色素瘤的危险性增加4倍（Br. J. Cancer, 86, 348）。北京、上海等地的医院调查也表明，长期使用手机者患脑瘤的概率高出未使用者80%。曹兆进等研究还发现，使用手机年限与胸闷、恶心、食欲减退呈正相关，说明长期使用手机可能引起神经衰弱症状异常率增加（《卫生研究》，29，366）。

正因如此许多国家规定了人体组织对电磁辐射的最大比吸收率，即单位时间内单位质量器官组织吸收电磁辐射的能量，也称SAR值（specific absorption rate）。由中国疾病预防控制中心环境与健康相关产品安全所、中国计量科学研究院、信息产业部电信研究院等起草，国家标准化管理委员会发布的GB 21288-2007移动电话电磁辐射局部暴露限值中，规定了靠近人体头部使用，能发射30 MHz～6 GHz电磁辐射的移动电话的头部暴露限值，为任意10 g人体组织，任意连续6 min平均比吸收率SAR值不得超过2.0 W·kg^-1。美国规定的最大允许SAR值为1.6 W·kg^-1，欧洲国家等规定为2.0 W·kg^-1。

电磁辐射的穿透性极强，一般只能利用导电性能良好的金属层、金属网才有屏蔽作用；因此，主要措施为：

1、防电磁辐射镀层：为了减少手机的电磁辐射，手机厂商常在塑料材质的机壳外面或内部镀覆一层金属镀层，可以在一定程度上吸收、屏蔽电磁辐射。但是这些手机机壳大多用不透明材料制作，只能屏蔽部分电磁辐射，尤其不能屏蔽正对使用者的手机显示屏的电磁辐射。

2、防电磁辐射涂层：在机壳外涂覆含金属粉末的涂层，也可以屏蔽来自手机内部的电磁辐射。这类材料常常涂覆于手机的背面和天线，对防止从手机背面和天线辐射的电磁辐射效果良好，但同样不能屏蔽来自正面显示屏处的电磁辐射。

3、防电磁辐射贴膜：也有公司开发的防辐射贴膜，利用金属镀层和涂层的优越电导率屏蔽电磁辐射，但这类贴膜也只能粘贴在手机的背面。部分公司利用金属网制成贴膜，可以粘贴于手机的正反两面，防辐射效果明显优于前者。但是，却对通话质量，显示屏的清晰度和亮度等等造成了影响。

本发明通过在手机、电脑、电视等的表面涂覆石墨烯涂层或粘贴石墨烯防辐射膜的方法屏蔽电磁辐射对使用者的危害，具有防电磁辐射性能好，不影响屏幕显示亮度和分辨率，也不影响产品外观和使用性能等特点。不同于其他防电磁辐射材料，石墨烯是透明的导电材料，可以涂覆或粘贴于手机正反两面，克服了传统产品只能涂覆手机的局部区域的缺点，进一步将强对使用者的保护作用。虽然，大量国内外专利都采用涂覆的方法防止电磁辐射，但将石墨烯涂层涂覆于显示屏幕的方法未见文献和专利报道。

发明内容

本产品的目的是提供一种基于石墨烯的新型的电磁辐射保护膜的制备方法。

本发明制备了用于吸收和屏蔽电磁辐射的基于石墨烯的透明导电涂料，既可以涂覆于手机、电脑、电视等的背面，也可以涂覆于这些设备的显示屏表面，防止电磁辐射从正面伤害使用者。本发明利用石墨烯所特有的导电性和透明性，制成涂料后涂覆于显示屏表面，可以吸收从显示屏辐射的电磁波，不影响显示亮度、分辨率、外观。

本发明是一种基于石墨烯的防电磁辐射保护膜的制备方法，其特征在于具有以下的工艺过程和步骤：

a、石墨烯的制备：(1) 将100份浓硫酸、30～40份过硫酸钾、30～40份五氧化二磷、20～40份石墨粉搅拌混合，反应后得到预氧化石墨烯，经过滤、洗涤、烘干后备用；(2) 在100份浓H₂SO₄中加入1份第(1)步得到的预氧化石墨，10～11份KMnO₄继续反应，用去离子水终止反应后再加入10份双氧水后得亮黄色悬浊液，经盐酸中和、去离子水洗涤、烘干后得到氧化石墨烯；(3) 将0.1份氧化石墨烯加入100份去离子水中，超声剥离后取上层清液，加入0.2份水合肼还原，得到石墨烯，烘干后备用；

b、涂料的制备：(1) 将现场制备的0.1～0.2份石墨烯分散于100份水性聚氨酯乳液之中，加入0.3～0.6份3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶联剂，制成石墨烯防电磁辐射涂料；加入硅烷偶联剂后，涂料应立即使用；(2) 或者先按70 : 30的比例配制水溶性丙烯酸树脂和氨基酸树脂的混合溶液，混合溶液总浓度为5 %～10 %；在该树脂溶液中加入0.1 %～0.2 %的石墨烯，得到透明的石墨烯防电磁辐射涂料；

c、涂层的制备：(1) 将石墨烯防电磁辐射涂料直接涂覆在手机、电脑、电视机等设备的屏幕和机壳上，室温养护固化形成防电磁辐射膜；(2) 或将石墨烯防电磁辐射涂料涂覆于PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）涂膜材料的表面，涂层厚度为20～200 mm，养护固化后制成防电磁辐射贴膜，贴附在有关设备的显示屏幕上。

本发明所述的涂抹材料除了上述的PET外，还可以是由氨基树脂与丙烯酸树脂组成的热固型材料，也可以是由聚氨酯树脂等与交联剂组成的双组份室温固化型材料，或其他热固型或双组分室温固化型材料。如果成膜材料是氨基酸树脂和丙烯酸树脂组成的体系，必须高温烘烤固化，烘烤温度和时间由成膜材料的特性决定，一般为130 ^oC / 60分～150 ^oC / 30分。如果成膜材料是聚氨酯树脂等和交联剂组成的双组份体系，交联剂组分必须在使用时加入，及时使用。这时，湿膜可以在室温或略高于室温、但不影响被涂器件性能的温度交联固化。

本发明的涂覆方法包括旋涂、喷涂、浸涂等。

具体实施方法

下面结合实施实例对本发明进行详细说明。

实施例一

本实施例的第1～3步制备氧化石墨烯和石墨烯，第4步制备石墨烯涂料，第5步涂覆石墨烯防辐射涂料形成涂层，并烘干养护涂层。

1、首先在2000 mL三口瓶中加入120 mL浓硫酸，然后在不断搅拌下依次缓慢加入20 g 过硫酸钾和20 g五氧化二磷。升温至80^oC，加入12 g石墨粉，搅拌至呈蓝色后继续搅拌6小时。此时，反应混合物呈深蓝色粘稠状。冷却至室温后，过滤，洗涤至滤液呈中性，无SO₄ ^2-检出，得预氧化石墨，供下一步直接使用，也可烘干备用。

2、在冰水混合浴中放置一2000 mL三口烧瓶，加入800 mL浓H₂SO₄。开启搅拌器，将浓H₂SO₄冷却至4^oC以下，缓慢加入上述预氧化石墨。再缓慢加入120 g KMnO₄，搅拌数分钟后升温至35^oC。继续反应150分钟后，缓慢加入去离子水，同时控制体系温度，至无气体产生。升温至95^oC，再搅拌15分钟。将反应混合物转移至5000 mL烧杯中，然后2400 mL去离子水终止反应。自然冷却至室温后，加入60 mL双氧水，产物呈亮黄色悬浊液。过滤，依次用10%盐酸溶液和去离子水洗涤至接近中性，得到氧化石墨烯，供下步直接使用，也可在65^oC烘干备用。

3、将0.1 g氧化石墨烯加入存有100 mL去离子水的250 mL烧杯中，超声剥离90分钟。离心20分钟后取上层液体，加入水合肼，在90^oC还原反应2小时。将混合物用乙醇和去离子水洗涤至接近中性，得到石墨烯，供下步使用，也可干燥后备用。

4、按70 : 30的比例配制水溶性丙烯酸树脂和氨基酸树脂的混合树脂溶液，溶液总浓度为5 %～10 %。在该树脂溶液中加入0.1 %的石墨烯，得到透明的石墨烯防电磁辐射涂料。

5、通过喷涂的方法，将该石墨烯防电磁辐射涂料涂覆于PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）涂抹材料上，在130^oC的烘箱中烘烤1小时，得到防电磁辐射贴膜。

实施例二

本实施例的第1步制备氧化石墨烯和石墨烯，第2步制备石墨烯涂料并涂覆于显示屏表面，室温养护成膜，第3步是另外将防辐射涂料涂覆于PET薄膜，得到防辐射贴膜。

1、石墨烯的制备方法同实例一的1～3步，也可以利用外购石墨烯作原料。

2、将制备或购置的石墨烯在去离子水中仔细分散30 min后，加入氨基丙基三甲氧基硅烷偶联剂，浓度约为0.3～0.6 %，超声分散约30分钟。然后，一边搅拌一边慢慢加入水性聚丙烯酸乳液，搅拌10分钟，得防辐射涂料。最后，将涂料均匀地涂覆于手机屏幕等，室温或略高于室温的温度养护成膜。

3、也可以将上述防辐射涂料涂覆于PET膜的表面，养护成膜后得到防电磁辐射贴膜，粘贴于手机屏幕等。

实施例三

2、将制备或购置的石墨烯在去离子水中仔细搅拌分散30分钟后，加入3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶联剂，浓度约为0.3～0.6 %，超声分散约30分钟。然后，一边搅拌一边慢慢加入水性聚氨酯乳液（如Bayer的DISPERCOLL U54等），搅拌10分钟，得防辐射涂料。最后，将防辐射涂料均匀地涂覆于手机屏幕等，室温或略高于室温的温度下养护成膜。

Claims

1.一种基于石墨烯的防电磁辐射保护膜的制备方法，其特征在于具有以下的工艺过程和步骤：

2.如权利要求所述的一种基于石墨烯的防辐射保护膜的制备方法，其特征在于：所述的涂抹材料除了上述的PET材料外，还可以是由氨基树脂与丙烯酸树脂组成的热固型材料；也可以是由聚氨酯树脂等与交联剂组成的双组份室温固化型材料；或其他热固型或双组分室温固化型材料。