CN106519816A - 一种吸收电磁波的涂料及其制备方法与用途 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种吸收电磁波的涂料，涂料由以下重量份数的成分组成：25‑32份树脂组合物，35‑42份金属材料，23‑28份改性碳纤维，7‑9份粘结剂，13‑18份分散剂，5‑7份电磁波吸收增强剂，31‑35份溶剂。本发明制备的涂料比重为1.1g/cm³以下，电磁波衰减率达到0.98，解决了常规涂料中比重大、电磁波吸收性能低的问题。

Description

一种吸收电磁波的涂料及其制备方法与用途

技术领域

本发明属于涂料技术领域，具体涉及一种吸收电磁波的涂料及其制备方法。

背景技术

随着信息社会的飞速发展，电子产品日趋普及。电子产品在给人们带来巨大便利的同时，也带来了一定的危害。尤其是内藏信息处理装置的电子机器的广泛应用，CPU的运算速度越来越高速化，由此产生的高频电磁波辐射和噪声污染也越来越严重。恶化的电磁环境不仅对人类生活日益依赖的信息、计算机和各种电子系统的信号传播产生影响，造成系统装置误动作，带来不可预知的灾难，而且会对人类的身体健康带来威胁。鉴于此，国际卫生组织把电磁波污染列为第二大环境污染。

为了解决上述问题，自六十年代起，在屏蔽材料的基础上开始探索电磁波吸收材料这种功能性材料。电磁波吸收材料的种类有很多，如烧结铁氧化片、海绵式吸收体，涂料型电磁波吸收材料等。对于目前研制的涂料型电磁波吸收材料采用较多的为磁性材料、糖基铁粉等制作的涂料，不仅产品比重大，成本高，不利于产业化发展。海南大学CN101255292A研发了一种高吸收轻量型电磁波吸收涂料，比重小于1.2g/cm³；CN101819842A报道了一种用于电磁波吸收涂料的C-SiO2-Fe/M磁性介孔复合材料的制备方法，通过在介孔材料合成的过程中添加金属盐，不仅提高了金属的单分散性和稳定性，而且在获得优异的电磁波吸收性能的同时，有利于拓展吸收频段，达到“薄、轻、宽、强”的目标；但制备过程比较苛刻，例如“升温速率严格控制在1℃/min”，不利于产业化的放大与生产。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，对涂料进行功能改进，提供一种电磁波吸收涂料。本发明电磁波吸收涂料不仅具有良好的电磁波吸收性能，衰减率达到0.98；且比重更小，达到1.1g/cm³。

根据本发明的第一个方面，本发明提供了一种吸收电磁波涂料，所述涂料由以下重量份数的成分组成：

25-32份树脂组合物，35-42份金属材料，23-28份改性碳纤维，7-9份粘结剂，13-18份分散剂，5-7份电磁波吸收增强剂，31-35份溶剂；

上述树脂组合物由重量比聚苯乙烯树脂:丙烯酸树脂:丙烯腈-苯乙烯共聚物＝3:2:1的组合物组成；

上述树脂组合物通过以下制备方法制备：1)称取聚苯乙烯树脂、丙烯酸树脂、丙烯腈-苯乙烯共聚物至于球磨机中研磨至粒度D90为20微米后过20微米楔形筛板；剩余未通过筛板的树脂混合物继续研磨直至所有树脂组合物均通过筛板；2)对粉碎过筛后的树脂置于ZGH型三维高速立式混合机中混合，混合机主轴转速设置为50rpm，混合3h得树脂组合物；

上述金属材料由摩尔比为Ce(NH₄)₂(NO₃)₆：Al₂O₃：Mn(NO₃)₂·4H₂O：La(NO₃)₃·6H₂O：2-嘧啶胺＝3:5:2：7：9组合物组成；所述金属材料的制备方法包括以下步骤：1)将摩尔比为Ce(NH₄)₂(NO₃)₆：γ-Al₂O₃：Mn(NO₃)₂·4H₂O：La(NO₃)₃·6H₂O：2-嘧啶胺＝3:5:2：7：9的混合物于反应釜中，然后向反应釜中添加含5％wt醋酸水溶液于50℃下分散搅拌2h，醋酸水溶液用量为混合物的两倍重量；2)将搅拌分散后产品真空蒸干、正庚烷淋洗；然后于80℃下干燥；3)将干燥后的产品粉碎至粒径为30目以下，得金属材料。

Ce(NH₄)₂(NO₃)₆是一种稀土金属复盐，广泛应用于电子、军事、石油化工等领，如硝化及硝酸酯化、氧化和催化氧化、引发加成和聚合等化学反应得到了广泛应用；γ-Al₂O₃是氢氧化铝在140-150℃的低温环境下脱水制得，工业上也叫活性氧化铝、铝胶。其结构中氧离子近似为立方面心紧密堆积，Al³⁺不规则地分布在由氧离子围成的八面体和四面体空隙之中；在石油炼制和石油化工中是常用的吸附剂、催化剂和催化剂载体；在工业上是变压器油、透平油的脱酸剂，还用于色层分析。Mn(NO₃)₂·4H2O无机化合物，与还原剂、硫、磷等混合受热、撞击、摩擦可爆；用于金属表面磷化处理、制备电子元件、用作微量分析测定银的试剂及氧化剂、陶瓷着色,制催化剂等。La(NO₃)₃·6H₂O是一种易溶于水和醇的金属盐，常用于制光学玻璃、萤光粉、陶瓷电容添加剂、石油精制加工催化剂。

本发明参考CN 1840589A中的评价方法，以电磁波吸收性能为评价指标；采取高通量筛选对存在的不同价态的不同金属进行评价，最终确定以Ce(NH₄)₂(NO₃)₆、Al₂O₃、Mn(NO₃)₂·4H₂O、La(NO₃)₃·6H₂O为金属来源，使得制备出的涂料在涂膜的厚度为20-35微米时，电磁波的衰减率达到0.98。

上述改性碳纤维由以下制备方法制备所得：将粒径小于20微米的碳纤维在2N的氨水溶液中于50℃下超声搅拌浸泡24h，过滤，然后于120℃干燥所得。

上述粘结剂由等重量的聚乙烯缩丁醛和α-环糊精组成；

上述分散剂由正硅酸乙酯和枸橼酸组成，重量比为正硅酸乙酯：枸橼酸＝1：2；

上述溶剂由体积比二甲苯：甲基叔丁基醚：乙二醇二甲醚＝3：1：5的混合物组成；

上述电磁波吸收增强剂由Co₃O₄与RuO₂组成，重量比RuO₂：Co₃O₄＝2：1，在本发明中添加Co₃O₄与RuO₂组成的混合物可以使电磁波的衰减率由0.685提高到0.98以上；而且其中缺少Co₃O₄或RuO₂任一组分，其电磁波的衰减率均达不到良好有益效果，而且当RuO₂：Co₃O₄为2：1时效果最佳。

优选的，一种吸收电磁波涂料，所述涂料由以下重量份数的成分组成：

28份树脂组合物，39份金属材料，26份改性碳纤维，8份粘结剂，15份分散剂，7份电磁波吸收增强剂，30份溶剂。

根据本发明的又一个方面，本发明的一种吸收电磁波涂料比重为1.0-1.1g/cm³。

根据本发明的另一个方面，本发明提供了一种吸收电磁波涂料的制备方法，包括以下步骤：

1)将树脂组合物加入装有冷凝器的反应釜中，然后氮气置换反应釜内空气；

2)溶剂通过真空泵入反应釜中，开启搅拌，升温至体系沸腾，保温搅拌2h对树脂进行溶剂改性；

3)降温至30℃，在氮气的保护下向反应釜中添加金属材料，搅拌均匀；

4)依次加入改性碳纤维、粘结剂混匀于40℃保温搅拌2h；

5)升温至50℃，然后添加分散剂，保温搅拌分散5h；

6)降温至20-30℃加入电磁波吸收增强剂搅拌混匀，出料分装得电磁波吸收涂料。

本发明制备的吸收电磁波涂料可广泛喷涂于电器上，在电器上喷涂的吸收电磁波涂料厚度为优选为10-35微米。

本发明吸收电磁波涂料与现有技术相比具有以下优点：

1)采取同样的评价方法，本发明制备的涂料与CN 1840589A制备的涂料相比在电磁波吸收性能方面基本一致，甚至优于专利产品(本发明衰减率达到0.98，CN 1840589A发明最优为0.97)；

2)本发明制备的产品比重小，达到1.1g/cm3以下，优于市场产品。

具体实施方式

实施例1

一、组成：按重量分数称取以下物质：

25份树脂组合物，树脂组合物由重量比聚苯乙烯树脂:丙烯酸树脂:丙烯腈-苯乙烯共聚物＝3:2:1的组合物组成；树脂组合物通过以下制备方法制备：1)称取聚苯乙烯树脂、丙烯酸树脂、丙烯腈-苯乙烯共聚物至于球磨机中研磨至粒度D90为20微米后过20微米楔形筛板；剩余未通过筛板的树脂混合物继续研磨直至所有树脂组合物均通过筛板；2)对粉碎过筛后的树脂置于ZGH型三维高速立式混合机中混合，混合机主轴转速设置为50rpm，混合3h得树脂组合物；

35份金属材料，金属材料由摩尔比为Ce(NH4)2(NO3)6：Al2O3：Mn(NO3)2·4H2O：La(NO3)3·6H2O：2-嘧啶胺＝3:5:2：7：9组合物组成；金属材料由以下制备方法制备1)将摩尔比为Ce(NH4)2(NO3)6：γ-Al2O3：Mn(NO3)2·4H2O：La(NO3)3·6H2O：2-嘧啶胺＝3:5:2：7：9的混合物于反应釜中，然后向反应釜中添加含5％wt醋酸水溶液于50℃下分散搅拌2h，醋酸水溶液用量为混合物的两倍重量；2)将搅拌分散后产品真空蒸干、正庚烷淋洗；然后于80℃下干燥；3)将干燥后的产品粉碎至粒径为30目以下，得金属材料。

23份改性碳纤维，改性碳纤维由以下制备方法制备所得：将粒径小于20微米的碳纤维在2N的氨水溶液中于50℃下超声搅拌浸泡24h，过滤，然后于120℃干燥所得。

7份粘结剂，上述粘结剂由等重量的聚乙烯缩丁醛和α-环糊精组成；

13份分散剂，上述分散剂由正硅酸乙酯和枸橼酸组成，重量比为正硅酸乙酯：枸橼酸＝1：2；

5份电磁波吸收增强剂，上述电磁波吸收增强剂由Co3O4与RuO2组成，重量比RuO2：Co3O4＝2：1

31份溶剂；溶剂由体积比二甲苯：甲基叔丁基醚：乙二醇二甲醚＝3：1：5的混合物组成；

二、制备方法

1)将树脂组合物加入装有冷凝器的反应釜中，然后氮气置换反应釜内空气；

2)溶剂通过真空泵入反应釜中，开启搅拌，升温至体系沸腾，保温搅拌2h对树脂进行溶剂改性；

3)降温至30℃，在氮气的保护下向反应釜中添加金属材料，搅拌均匀；

4)依次加入改性碳纤维、粘结剂混匀于40℃保温搅拌2h；

5)升温至50℃，然后添加分散剂，保温搅拌分散5h；

6)降温至20-30℃加入电磁波吸收增强剂搅拌混匀，出料分装得电磁波吸收涂料。

对本发明制备的电磁波吸收涂料测试其比重，数值为1.02g/cm3。

实施例2

按重量分数称取以下物质：

32份树脂组合物，42份金属材料，28份改性碳纤维，9份粘结剂，18份分散剂，7份电磁波吸收增强剂，35份溶剂；

其中树脂组合物、金属材料、改性碳纤维、粘结剂、分散剂、电磁波吸收增强剂、溶剂各组成及其制备方法同实施例1一致。

其中涂料的制备方法同实施例1一致

对本发明制备的电磁波吸收涂料测试其比重，数值为1.05g/cm3。

实施例3

按重量分数称取以下物质：

27份树脂组合物，39份金属材料，27份改性碳纤维，9份粘结剂，17份分散剂，6份电磁波吸收增强剂，33份溶剂；

其中树脂组合物、金属材料、改性碳纤维、粘结剂、分散剂、电磁波吸收增强剂、溶剂各组成及其制备方法同实施例1一致。

其中涂料的制备方法同实施例1一致.

对本发明制备的电磁波吸收涂料测试其比重，数值为1.07g/cm3。

实施例4

按重量分数称取以下物质：

28份树脂组合物，39份金属材料，26份改性碳纤维，8份粘结剂，15份分散剂，7份电磁波吸收增强剂，32份溶剂；

其中树脂组合物、金属材料、改性碳纤维、粘结剂、分散剂、电磁波吸收增强剂、溶剂各组成及其制备方法同实施例1一致。

其中涂料的制备方法同实施例1一致

对本发明制备的电磁波吸收涂料测试其比重，数值为1.0g/cm3。

电磁波吸收性能评价：

参照CN 1840589A的评价方法，以衰减率为指标，对实施例1-4制备的涂料在电磁波吸收性能方面进行评价，结果如下表1所示：

表1本发明制备涂料电磁波吸收性能指标

备注：对比例1与实施例1区别仅在于没有添加电磁波吸收增强剂(Co₃O₄和RuO₂)，其余组分和制备方法均与实施例1严格保持一致；对比例2与实施例1区别仅在于没有添加电磁波吸收增强剂Co₃O₄，以RuO₂代替实施例1中Co₃O₄和RuO₂，对比例2中RuO₂使用量与实施例1中Co₃O₄和RuO₂总量一致，其余组分和制备方法均与实施例1严格保持一致；对比例3与实施例1区别仅在于没有添加电磁波吸收增强剂RuO₂，以Co₃O₄代替实施例1中Co₃O₄和RuO₂，对比例2中Co₃O₄使用量与实施例1中Co₃O₄和RuO₂总量一致，其余组分和制备方法均与实施例1严格保持一致。

本发明制备的涂料可用于电器上，喷涂的吸收电磁波涂料厚度为10-35微米，涂膜厚度在10-35微米产品的电磁波吸收性能可保持在0.98以上。

Claims (7)

1.一种吸收电磁波的涂料，所述涂料由以下重量份数的成分组成：25-32份树脂组合物，35-42份金属材料，23-28份改性碳纤维，7-9份粘结剂，13-18份分散剂，5-7份电磁波吸收增强剂，31-35份溶剂；

所述树脂组合物由重量比聚苯乙烯树脂:丙烯酸树脂:丙烯腈-苯乙烯共聚物＝3:2:1的组合物组成；

所述树脂组合物通过以下制备方法制备：1)称取聚苯乙烯树脂、丙烯酸树脂、丙烯腈-苯乙烯共聚物至于球磨机中研磨至粒度D90为20微米后过20微米楔形筛板；剩余未通过筛板的树脂混合物继续研磨直至所有树脂组合物均通过筛板；2)对粉碎过筛后的树脂置于ZGH型三维高速立式混合机中混合，混合机主轴转速设置为50rpm，混合3h得树脂组合物；

所述金属材料由摩尔比为Ce(NH₄)₂(NO₃)₆：Al₂O₃：Mn(NO₃)₂·4H₂O：La(NO₃)₃·6H₂O：2-嘧啶胺＝3:5:2：7：9组合物组成；

所述改性碳纤维由以下制备方法制备所得：将粒径小于20微米的碳纤维在2N的氨水溶液中于50℃下超声搅拌浸泡24h，过滤，然后于120℃干燥所得；

所述粘结剂由等重量的聚乙烯缩丁醛和α-环糊精组成；

所述分散剂由正硅酸乙酯和枸橼酸组成，重量比为正硅酸乙酯：枸橼酸＝1：2；

所述溶剂由体积比为二甲苯：甲基叔丁基醚：乙二醇二甲醚＝3：1：5的混合物组成；

所述电磁波吸收增强剂由Co₃O₄和RuO₂组成。

2.根据权利要求1所述的一种吸收电磁波的涂料，其特征在于：所述涂料由以下重量份数的成分组成：28份树脂组合物，39份金属材料，26份改性碳纤维，8份粘结剂，15份分散剂，7份电磁波吸收增强剂，32份溶剂。

3.根据权利要求1或2所述的一种吸收电磁波的涂料，其特征在于：所述涂料比重为1.0-1.1g/cm³。

4.根据权利要求1或2所述的一种吸收电磁波的涂料，其特征在于：所述电磁波吸收增强剂中按重量比RuO₂：Co₃O₄＝2：1。

5.根据权利要求1或2所述的一种吸收电磁波的涂料，其特征在于：所述金属材料由以下制备方法制备所得：

1)将摩尔比为Ce(NH₄)₂(NO₃)₆：Al₂O₃：Mn(NO₃)₂·4H₂O：La(NO₃)₃·6H₂O：2-嘧啶胺＝3:5:2：7：9的混合物于反应釜中，然后向反应釜中添加含5％wt醋酸水溶液于50℃下分散搅拌2h，醋酸水溶液用量为混合物的两倍重量；

2)将搅拌分散后产品真空蒸干、正庚烷淋洗，然后于80℃下干燥；

3)将干燥后的产品粉碎至粒径为30目以下，得金属材料。

6.一种权利要求1或2所述的一种吸收电磁波的涂料的制备方法，包括以下步骤：

1)将树脂组合物加入装有冷凝器的反应釜中，然后氮气置换反应釜内空气；

2)溶剂通过真空泵入反应釜中，开启搅拌，升温至体系沸腾，保温搅拌2h对树脂进行溶剂改性；

3)降温至30℃，在氮气的保护下向反应釜中添加金属材料，搅拌均匀；

4)依次加入改性碳纤维、粘结剂混匀于40℃保温搅拌2h；

5)升温至50℃，然后添加分散剂，保温搅拌分散5h；

6)降温至20-30℃加入电磁波吸收增强剂搅拌混匀，出料分装得电磁波吸收涂料。

7.一种权利要求1或2所述的吸收电磁波的涂料的用途，其特征在于：所述吸收电磁波的涂料涂装于电器设备上，涂料厚度为10-35微米。