CN109796615B - 一种基于石墨烯的抗静电及电磁兼容涂层 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于石墨烯的抗静电及电磁兼容涂层,属于表面涂覆的技术领域。本发明的抗静电及电磁兼容涂层设置在塑料表面,包括依次设置在塑料表面的底层和面层,底层中含有氧化石墨烯,面层中含有纳米石墨烯片。本发明的抗静电及电磁兼容涂层具有良好的稳定性和耐候性,能够以较少的石墨烯用量赋予持久的抗静电和电磁屏蔽效果,成本较低,能够广泛应用于机电以及电子产品塑料外壳上。
Description
技术领域
本发明涉及表面涂覆的技术领域,更具体地说,本发明涉及一种基于石墨烯的抗静电及电磁兼容涂层。
背景技术
由于具有质轻且价格低廉的特点,越来越多的机电以及电子产品等采用了较多的塑料制品,例如塑料外壳等。但塑料为绝缘材料,在使用中会导致电荷聚集而不容易被导出从而容易产生静电。静电的聚集会产生吸引、放电等现象。静电吸引,容易吸附灰尘,容易导致元件污染,影响品质、降低成品率;而放电现象可能会引起电子设备的故障或误动作,造成电磁干扰,甚至击穿精密的电子元件,或者促使元件老化,而多易燃易爆品或粉尘、油雾的生产场所甚至会引起爆炸和火灾,危及人身。机电以及电子产品会产生不同程度的电磁辐射,而电磁辐射不仅会对电子设备间的电磁波产生相互干扰,同时也会产生噪声并导致内部电子产品的效率降低并缩短使用寿命。另外,静电以及电磁干扰本身也会对人体的健康产生危害,例如较弱的电磁波即会感应体内电流刺激神经系统,而在严重的情况下,较强的电磁波有可能对血液产生影响,甚至有可能引发心脏疾病。
为了防止机电以及电子产品的塑料制品的静电污染以及电磁干扰问题,现有技术通常采用电镀金属涂层或涂覆导电涂料的解决手段,但电镀工艺存在工艺复杂并可能产生环保问题,现在已经较少使用。而导电涂料一般分为本征型和添加型,本征型导电涂料的成膜物质为本身具有导电性的高分子聚合物,其生产成本较高,制备工艺复杂,目前规模化工业化应用的不多。而添加型导电涂料的成膜树脂本身不导电,其是通过添加金属导电粒子来形成导电通路,其由于工艺简单、成本较低,而应用广泛,但形成的金属涂层耐蚀性较差,其电磁屏蔽性能随着时间的延长而功能显著下降。
发明内容
为了解决现有技术中的上述技术问题,本发明的目的在于提供一种基于石墨烯的抗静电及电磁兼容涂层。
本发明的基于石墨烯的抗静电及电磁兼容涂层,设置在塑料表面,其特征在于:包括依次设置在塑料表面的底层和面层,所述底层中含有氧化石墨烯,所述面层中含有纳米石墨烯片。
其中,所述底层通过涂覆氧化石墨烯组合物得到,所述氧化石墨烯组合物包括0.5~10wt%的氧化石墨烯,1.0~10.0wt%的金属粉末、0.2~2.0wt%的磷酸酯化合物、0.5~5.0wt%的醋酸盐、0.1~1.5wt%的唑类化合物、5~25wt%的粘结剂树脂,和余量的溶剂。
其中,所述金属粉末可以使用银粉、铜粉、镍粉、银包铜粉或银包镍粉等,并且所述金属粉末的平均粒径(d50)为0.1~2.0μm。
其中,所述磷酸酯化合物可以选择烷基磷酸酯,例如十二烷基磷酸单酯等。
其中,所述唑类化合物优选为三唑类、噻唑类、吡唑类,例如1,2,4-三唑、氨基三唑、苯并三氮唑、2-巯基苯并噻唑、巯基苯并噻唑钠、3,5-二苯基吡唑、3,5-二甲基吡唑等。
其中,所述面层通过涂覆纳米石墨烯片组合物得到,所述纳米石墨烯片组合物包括2.0~20.0wt%的纳米石墨烯片、3.0~15.0wt%的铁氧体、0.5~5.0wt%的分散剂、0.5~2.0wt%的硅烷偶联剂、0.1~1.5wt%的硫酸二烃基酯、10~35wt%的粘结剂树脂,和余量的溶剂。
其中,所述分散剂选自聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚丙烯酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、萘磺酸钠盐甲醛缩聚物、苯磺酸钠盐甲醛缩聚物、烷基酚聚氧乙烯醚磷酸酯或聚氧乙烯丙三醇硼酸酯脂肪酸酯中的一种。优选为聚氧乙烯丙三醇硼酸酯脂肪酸酯。
其中,所述硅烷偶联剂优选为含有环氧基、氨基或巯基官能团的硅烷。所述含有环氧基官能团的硅烷例如可以选择3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷或3-缩水甘油氧基丙基三乙氧基硅烷等。所述含有氨基官能团的硅烷例如可以选择3-氨丙基三甲氧基硅烷或3-氨丙基三乙氧基硅烷。所述含有巯基官能团的硅烷例如可以选择3-巯基丙基三甲氧基硅烷或3-巯基丙基三乙氧基硅烷。
其中,所述硫酸二烃基酯例如可以选择硫酸二甲酯或硫酸二乙酯等,添加少量的硫酸二烃基酯可以改进纳米石墨烯片、铁氧体与粘结剂树脂的亲和性,配合合适的分散剂使用能够获得均匀且稳定的分散效果,进而能够提高涂层的抗静电和电磁屏蔽性能。
其中,所述粘结剂树脂为水分散型聚氨酯或水分散型聚氨酯丙烯酸酯共聚物。
与现有技术相比,本发明的基于石墨烯的抗静电及电磁兼容涂层具有以下有益效果:
本发明的抗静电及电磁兼容涂层通过氧化石墨烯层和石墨烯片层的双层设计结构获得了良好的稳定性和耐候性,能够以较少的石墨烯用量赋予了持久的抗静电和电磁屏蔽效果,而且成本较低,能够广泛应用于机电以及电子产品塑料外壳上。
具体实施方式
以下将结合具体实施例对本发明的基于石墨烯的抗静电及电磁兼容涂层做进一步的阐述,以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
在现有的包含金属颗粒和/或石墨烯的导电涂层的基础上,本发明通过设计包含氧化石墨烯层和石墨烯片层的双层结构,能够以较少的石墨烯用量获得了兼有良好的力学性能、耐候性能以及电磁屏蔽效果的复合涂层。所述的氧化石墨烯层不仅赋予了在湿热的环境下复合涂层与塑料壳体之间的粘结性,而且可增强复合涂层整体的抗电磁屏蔽效果,其中的石墨烯片层中兼有高导电性以及磁性,通过磁性材料和导电性优异的石墨烯片的分散复合增强了涡轮损耗和电损耗。在本发明中,纳米石墨烯片组合物中添加有少量的硫酸二烃基酯,添加的硫酸二烃基酯可以改进纳米石墨烯片、铁氧体与粘结剂树脂的亲和性,配合合适的分散剂使用能够获得均匀且稳定的分散效果,进而显著提高了涂层的抗静电和电磁屏蔽性能。
具体来说,为了解决机电或电子产品的静电污染以及电磁干扰问题,本发明提供了以下技术方案。
本发明的基于石墨烯的抗静电及电磁兼容涂层,包括依次设置在塑料表面的底层和面层,底层中含有氧化石墨烯,面层中含有纳米石墨烯片。底层的厚度为1~15μm,面层的厚度为10~50μm。在本发明中,面层发挥主要的电磁屏蔽作用,面层的厚度为整个兼容涂层厚度的50~90%。作为优选地,底层的厚度为1~10μm,所述面层的厚度为20~50μm。所述底层通过涂覆氧化石墨烯组合物得到,所述面层通过涂覆纳米石墨烯片组合物得到。其中的氧化石墨烯组合物和纳米石墨烯片组合物分散均匀后可通过常规的涂覆方法,例如喷涂、刷涂、旋涂、刮涂等工艺施加到塑料基材上,而且通过在20~80℃固化即可。
在本发明中,所采用的氧化石墨烯和纳米石墨烯片采用市售产品。市售的氧化石墨烯粉末一般是由氧化石墨烯溶胶通过真空冷冻干燥获得。冷冻干燥过程中不会失去表面含氧基团以及引起氧化石墨烯层间重叠。加水以及溶剂后通过超声分散可得到均匀稳定的分散液。由于含有大量含氧基团,具有较好的水溶性,并且和树脂的亲和性较好。作为示例性地,在本发明的实施例以及比较例中采用的氧化石墨烯的含氧基团的氧含量在30~40%,微片尺寸为0.5~3μm,厚度为0.55~1.2nm左右,无沉淀。纳米石墨烯片具有大的直径/厚度比,不仅具有非常优异的导电性能,而且配合铁氧体使用能够发挥协同的电磁屏蔽效果。作为示例性地,本发明的实施例以及比较例中采用的纳米石墨烯片厚度在4~20nm,微片直径约为5~10μm。
更进一步地,所述氧化石墨烯组合物除了含有0.5~10wt%的氧化石墨烯以外,还进一步包括1.0~10.0wt%的金属粉末、0.2~2.0wt%的磷酸酯化合物、0.5~5.0wt%的醋酸盐、0.1~1.5wt%的唑类化合物、5~25wt%的粘结剂树脂,和余量的溶剂。所述金属粉末可以使用银粉、铜粉、镍粉、银包铜粉或银包镍粉等,并且金属粉末的平均粒径(d50)为0.1~2.0μm。磷酸酯化合物可以选择烷基磷酸酯,例如十二烷基磷酸单酯等。唑类化合物优选为三唑类、噻唑类、吡唑类,例如1,2,4-三唑、氨基三唑、苯并三氮唑、2-巯基苯并噻唑、巯基苯并噻唑钠、3,5-二苯基吡唑、3,5-二甲基吡唑等。选择烷基磷酸酯一方面可以起到润湿分散作用,而且更为重要的是配合唑类化合物使用,提高了含有金属粉末的混合体系的稳定性,能够保证底层与塑料基材持久的粘结性。在本发明中,为了方便分散,粘结剂树脂使用水分散型聚氨酯或水分散型聚氨酯丙烯酸酯共聚物。作为溶剂只要能够通过高速分散机分散均匀即可,在本发明的组合物中不受限制,可以包括水或有机溶剂,或者有机溶剂与水的组合物。有机溶剂例如可以选择多醇、醇醚、酯类溶剂等。作为多醇类溶剂例如可以选择乙二醇、二乙二醇、丙二醇、丁二醇、己二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇等。作为醇醚类溶剂例如可以选择乙二醇单甲基醚、乙二醇单乙基醚、乙二醇单丁基醚等。作为酯类溶剂可以选择醋酸乙酯、二甲基碳酸酯、碳酸甲乙酯、碳酸丙烯酯等。所述氧化石墨烯组合物在高速分散机中分散处理(例如转速为1500rpm的条件下分散处理1个小时)。
在本发明中,纳米石墨烯片组合物包括2.0~20.0wt%的纳米石墨烯片、3.0~15.0wt%的铁氧体、0.5~5.0wt%的分散剂、0.5~2.0wt%的硅烷偶联剂、0.1~1.5wt%的硫酸二烃基酯、10~35wt%的粘结剂树脂,和余量的溶剂。所述的铁氧体可采用Fe3O4或者添加有镍、锌的Fe3O4,并且所述铁氧体的平均粒径(d50)为0.1~2.0μm。作为示例性地,本发明的实施例以及比较例中采用平均粒径为0.1~0.2μm的Fe3O4作为铁氧体材料。在本发明中,分散剂选自聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚丙烯酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、萘磺酸钠盐甲醛缩聚物、苯磺酸钠盐甲醛缩聚物、烷基酚聚氧乙烯醚磷酸酯或聚氧乙烯丙三醇硼酸酯脂肪酸酯中的一种。优选为聚氧乙烯丙三醇硼酸酯脂肪酸酯,能够获得更好的电磁屏蔽效果。硅烷偶联剂优选为含有环氧基、氨基或巯基官能团的硅烷。所述含有环氧基官能团的硅烷例如可以选择3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷或3-缩水甘油氧基丙基三乙氧基硅烷等。所述含有氨基官能团的硅烷例如可以选择3-氨丙基三甲氧基硅烷或3-氨丙基三乙氧基硅烷。所述含有巯基官能团的硅烷例如可以选择3-巯基丙基三甲氧基硅烷或3-巯基丙基三乙氧基硅烷。硫酸二烃基酯例如可以选择硫酸二甲酯或硫酸二乙酯等,添加少量的硫酸二烃基酯可以改进纳米石墨烯片、铁氧体与粘结剂树脂的亲和性,配合合适的分散剂使用能够获得均匀且稳定的分散效果,进而能够提高涂层的抗静电和电磁屏蔽性能。采用的粘结剂树脂和溶剂与上述相同,在此不再赘述。纳米石墨烯片组合物在高速分散机中分散处理(例如转速为1500rpm的条件下分散处理1个小时),在使用时根据涂布方法可添加粘度调节剂调节粘度。
需要声明的是在具体实施方式部分的描述主要是为了说明本发明的技术方案的特征和优点,而不是对本发明的要求或者保护范围的限制。
实施例1
本实施例在ABS塑料基材上制备一种由底层和面层组成的抗静电及电磁兼容涂层。底层通过在塑料基材表面喷涂氧化石墨烯组合物得到,面层通过在底层表面喷涂纳米石墨烯片组合物得到。
氧化石墨烯组合物由3.0wt%的氧化石墨烯、5.0wt%的铜粉(平均粒径0.2μm)、1.2wt%的十二烷基磷酸单酯、3.0wt%的醋酸钠、1.0wt%的苯并三氮唑、10wt%的水分散型聚氨酯、12wt%的乙二醇单丁基醚,和余量的去离子水组成。首先将氧化石墨烯加入去离子水中分散后,然后滴加醋酸钠并搅拌30min;随后加入水分散型聚氨酯、十二烷基磷酸单酯和苯并三氮唑搅拌10min;最后加入铜粉和乙二醇单丁基醚并在高速分散机中在转速为1500rpm的条件下搅拌1个小时,密封存储备用。在ABS塑料基材上喷涂上述配制的氧化石墨烯组合物并干燥得到膜厚为5.0μm的底层。
纳米石墨烯片组合物由2.0wt%的纳米石墨烯片、10.0wt%的Fe3O4(平均粒径0.2μm)、3.0wt%的聚乙烯吡咯烷酮、1.0wt%的3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷、1.0wt%的硫酸二甲酯、10wt%的水分散型聚氨酯、12wt%的乙二醇单丁基醚,和余量的去离子水组成。首先将纳米石墨烯片加入到去离子水中,并加入聚乙烯吡咯烷酮并超声分散10分钟,然后添加Fe3O4和水分散型聚氨酯并在高速分散机中在转速为1500rpm的条件下搅拌30分钟,最后加入硫酸二甲酯、3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷和乙二醇单丁基醚在转速为1500rpm的条件下搅拌30分钟,密封存储备用。在底层上喷涂上述配制的纳米石墨烯片组合物干燥得到膜厚为15.0μm的面层。
随后,在30℃的温度条件下干燥固化20分钟即得到本实施例的抗静电及电磁兼容涂层。
实施例2
本实施例在ABS塑料基材上制备一种由底层和面层组成的抗静电及电磁兼容涂层。底层通过在塑料基材表面喷涂氧化石墨烯组合物得到,面层通过在底层表面喷涂纳米石墨烯片组合物得到。
氧化石墨烯组合物由5.0wt%的氧化石墨烯、3.0wt%的铜粉(平均粒径0.2μm)、0.5wt%的十二烷基磷酸单酯、5.0wt%的醋酸钠、0.3wt%的2-巯基苯并噻唑、15wt%的水分散型聚氨酯、8wt%的醋酸乙酯,和余量的去离子水组成。首先将氧化石墨烯加入去离子水中分散后,然后滴加醋酸钠并搅拌30min;随后加入水分散型聚氨酯、十二烷基磷酸单酯和2-巯基苯并噻唑,搅拌10min;最后加入铜粉和醋酸乙酯并在高速分散机中在转速为1500rpm的条件下搅拌1个小时,密封存储备用。在ABS塑料基材上喷涂上述配制的氧化石墨烯组合物并干燥得到膜厚为3.0μm的底层。
纳米石墨烯片组合物由5.0wt%的纳米石墨烯片、12.0wt%的Fe3O4(平均粒径0.2μm)、5.0wt%的十二烷基苯磺酸钠、1.2wt%的3-氨丙基三甲氧基硅烷、1.5wt%的硫酸二甲酯、15wt%的水分散型聚氨酯、10wt%的乙二醇单甲基醚,和余量的去离子水组成。首先将纳米石墨烯片加入到去离子水中,并加入十二烷基苯磺酸钠并超声分散10分钟,然后添加Fe3O4和水分散型聚氨酯并在高速分散机中在转速为1500rpm的条件下搅拌30分钟,最后加入硫酸二甲酯、3-氨丙基三甲氧基硅烷和乙二醇单甲基醚在转速为1500rpm的条件下搅拌30分钟,密封存储备用。在底层上喷涂上述配制的纳米石墨烯片组合物干燥得到膜厚为15.0μm的面层。
随后,在50℃的温度条件下干燥固化10分钟即得到本实施例的抗静电及电磁兼容涂层。
实施例3
本实施例在ABS塑料基材上制备一种由底层和面层组成的抗静电及电磁兼容涂层。底层通过在塑料基材表面喷涂氧化石墨烯组合物得到,面层通过在底层表面喷涂纳米石墨烯片组合物得到。
氧化石墨烯组合物由5.0wt%的氧化石墨烯、3.0wt%的铜粉(平均粒径0.2μm)、0.5wt%的十二烷基磷酸单酯、5.0wt%的醋酸钠、0.3wt%的2-巯基苯并噻唑、15wt%的水分散型聚氨酯、8wt%的醋酸乙酯,和余量的去离子水组成。首先将氧化石墨烯加入去离子水中分散后,然后滴加醋酸钠并搅拌30min;随后加入水分散型聚氨酯、十二烷基磷酸单酯和2-巯基苯并噻唑,搅拌10min;最后加入铜粉和醋酸乙酯并在高速分散机中在转速为1500rpm的条件下搅拌1个小时,密封存储备用。在ABS塑料基材上喷涂上述配制的氧化石墨烯组合物并干燥得到膜厚为3.0μm的底层。
纳米石墨烯片组合物由4.0wt%的纳米石墨烯片、12.0wt%的Fe3O4(平均粒径0.2μm)、5.0wt%的聚氧乙烯丙三醇硼酸酯脂肪酸酯、1.2wt%的3-氨丙基三甲氧基硅烷、1.5wt%的硫酸二甲酯、15wt%的水分散型聚氨酯、10wt%的乙二醇单甲基醚,和余量的去离子水组成。首先将纳米石墨烯片加入到去离子水中,并加入聚氧乙烯丙三醇硼酸酯脂肪酸酯并超声分散10分钟,然后添加Fe3O4和水分散型聚氨酯并在高速分散机中在转速为1500rpm的条件下搅拌30分钟,最后加入硫酸二甲酯、3-氨丙基三甲氧基硅烷和乙二醇单甲基醚在转速为1500rpm的条件下搅拌30分钟,密封存储备用。在底层上喷涂上述配制的纳米石墨烯片组合物干燥得到膜厚为15.0μm的面层。
随后,在50℃的温度条件下干燥固化10分钟即得到本实施例的抗静电及电磁兼容涂层。
实施例4
本实施例在PVC塑料基材上制备由底层和面层组成的抗静电及电磁兼容涂层。底层通过在塑料基材表面喷涂氧化石墨烯组合物得到,面层通过在底层表面喷涂纳米石墨烯片组合物得到。
氧化石墨烯组合物由3.0wt%的氧化石墨烯、5.0wt%的铜粉(平均粒径0.2μm)、0.5wt%的十二烷基磷酸单酯、3.0wt%的醋酸钠、1.0wt%的氨基三唑、10wt%的水分散型聚氨酯、10wt%的二甲基碳酸酯,和余量的去离子水组成。首先将氧化石墨烯加入去离子水中分散后,然后滴加醋酸钠并搅拌30min;随后加入水分散型聚氨酯、十二烷基磷酸单酯和氨基三唑搅拌10min;最后加入铜粉和二甲基碳酸酯并在高速分散机中在转速为1500rpm的条件下搅拌1个小时,密封存储备用。在PVC塑料基材上喷涂上述配制的氧化石墨烯组合物并干燥得到膜厚为2.0μm的底层。
纳米石墨烯片组合物由3.0wt%的纳米石墨烯片、10.0wt%的Fe3O4(平均粒径0.2μm)、3.0wt%的萘磺酸钠盐甲醛缩聚物、1.5wt%的3-巯基丙基三甲氧基硅烷、1.2wt%的硫酸二乙酯、10wt%的水分散型聚氨酯、12wt%的乙二醇单丁基醚,和余量的去离子水组成。首先将纳米石墨烯片加入到去离子水中,并加入萘磺酸钠盐甲醛缩聚物并超声分散10分钟,然后添加Fe3O4和水分散型聚氨酯并在高速分散机中在转速为1500rpm的条件下搅拌30分钟,最后加入硫酸二乙酯、3-巯基丙基三甲氧基硅烷和乙二醇单丁基醚在转速为1500rpm的条件下搅拌30分钟,密封存储备用。在底层上喷涂上述配制的纳米石墨烯片组合物干燥得到膜厚为18.0μm的面层。
随后,在50℃的温度条件下干燥固化10分钟即得到本实施例的抗静电及电磁兼容涂层。
实施例5
本实施例在PVC塑料基材上制备由底层和面层组成的抗静电及电磁兼容涂层。底层通过在塑料基材表面喷涂氧化石墨烯组合物得到,面层通过在底层表面喷涂纳米石墨烯片组合物得到。
氧化石墨烯组合物由3.0wt%的氧化石墨烯、5.0wt%的铜粉(平均粒径0.2μm)、1.2wt%的十二烷基磷酸单酯、3.0wt%的醋酸钠、1.5wt%的巯基苯并噻唑钠、10wt%的水分散型聚氨酯、15wt%的乙二醇单丁基醚,和余量的去离子水组成。首先将氧化石墨烯加入去离子水中分散后,然后滴加醋酸钠并搅拌30min;随后加入水分散型聚氨酯、十二烷基磷酸单酯和巯基苯并噻唑钠搅拌10min;最后加入铜粉和乙二醇单丁基醚并在高速分散机中在转速为1500rpm的条件下搅拌1个小时,密封存储备用。在PVC塑料基材上喷涂上述配制的氧化石墨烯组合物并干燥得到膜厚为2.0μm的底层。
纳米石墨烯片组合物由3.0wt%的纳米石墨烯片、10.0wt%的Fe3O4(平均粒径0.2μm)、3.0wt%的烷基酚聚氧乙烯醚磷酸酯、1.5wt%的3-巯基丙基三甲氧基硅烷、1.2wt%的硫酸二乙酯、10wt%的水分散型聚氨酯、12wt%的乙二醇单丁基醚,和余量的去离子水组成。首先将纳米石墨烯片加入到去离子水中,并加入烷基酚聚氧乙烯醚磷酸酯并超声分散10分钟,然后添加Fe3O4和水分散型聚氨酯并在高速分散机中在转速为1500rpm的条件下搅拌30分钟,最后加入硫酸二乙酯、3-巯基丙基三甲氧基硅烷和乙二醇单丁基醚在转速为1500rpm的条件下搅拌30分钟,密封存储备用。在底层上喷涂上述配制的纳米石墨烯片组合物干燥得到膜厚为18.0μm的面层。
随后,在50℃的温度条件下干燥固化10分钟即得到本实施例的抗静电及电磁兼容涂层。
实施例6
本实施例在PVC塑料基材上制备由底层和面层组成的抗静电及电磁兼容涂层。底层通过在塑料基材表面喷涂氧化石墨烯组合物得到,面层通过在底层表面喷涂纳米石墨烯片组合物得到。
氧化石墨烯组合物由3.0wt%的氧化石墨烯、5.0wt%的铜粉(平均粒径0.2μm)、1.2wt%的十二烷基磷酸单酯、3.0wt%的醋酸钠、1.5wt%的巯基苯并噻唑钠、10wt%的水分散型聚氨酯、15wt%的乙二醇单丁基醚,和余量的去离子水组成。首先将氧化石墨烯加入去离子水中分散后,然后滴加醋酸钠并搅拌30min;随后加入水分散型聚氨酯、十二烷基磷酸单酯和巯基苯并噻唑钠搅拌10min;最后加入铜粉和乙二醇单丁基醚并在高速分散机中在转速为1500rpm的条件下搅拌1个小时,密封存储备用。在PVC塑料基材上喷涂上述配制的氧化石墨烯组合物并干燥得到膜厚为2.0μm的底层。
纳米石墨烯片组合物由3.0wt%的纳米石墨烯片、10.0wt%的Fe3O4(平均粒径0.2μm)、3.0wt%的聚氧乙烯丙三醇硼酸酯脂肪酸酯、1.5wt%的3-巯基丙基三甲氧基硅烷、1.2wt%的硫酸二乙酯、10wt%的水分散型聚氨酯、12wt%的乙二醇单丁基醚,和余量的去离子水组成。首先将纳米石墨烯片加入到去离子水中,并加入聚氧乙烯丙三醇硼酸酯脂肪酸酯并超声分散10分钟,然后添加Fe3O4和水分散型聚氨酯并在高速分散机中在转速为1500rpm的条件下搅拌30分钟,最后加入硫酸二乙酯、3-巯基丙基三甲氧基硅烷和乙二醇单丁基醚在转速为1500rpm的条件下搅拌30分钟,密封存储备用。在底层上喷涂上述配制的纳米石墨烯片组合物干燥得到膜厚为18.0μm的面层。
随后,在50℃的温度条件下干燥固化10分钟即得到本实施例的抗静电及电磁兼容涂层。
比较例1
本比较例在ABS塑料基材上制备一种抗静电及电磁兼容涂层。该涂层通过喷涂纳米石墨烯片组合物得到。该纳米石墨烯片组合物由2.0wt%的纳米石墨烯片、10.0wt%的Fe3O4(平均粒径0.2μm)、3.0wt%的聚乙烯吡咯烷酮、1.0wt%的3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷、1.0wt%的硫酸二甲酯、10wt%的水分散型聚氨酯、12wt%的乙二醇单丁基醚,和余量的去离子水组成。首先将纳米石墨烯片加入到去离子水中,并加入聚乙烯吡咯烷酮并超声分散10分钟,然后添加Fe3O4和水分散型聚氨酯并在高速分散机中在转速为1500rpm的条件下搅拌30分钟,最后加入硫酸二甲酯、3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷和乙二醇单丁基醚在转速为1500rpm的条件下搅拌30分钟,密封存储备用。在ABS塑料基材喷涂上述配制的纳米石墨烯片组合物干燥得到膜厚为20.0μm的面层,随后在30℃的温度条件下干燥固化20分钟即可。
比较例2
本比较例在ABS塑料基材上制备一种由底层和面层组成的抗静电及电磁兼容涂层。底层通过在塑料基材表面喷涂氧化石墨烯组合物得到,面层通过在底层表面喷涂纳米石墨烯片组合物得到。
氧化石墨烯组合物由3.0wt%的氧化石墨烯、5.0wt%的铜粉(平均粒径0.2μm)、3.0wt%的醋酸钠、2.2wt%的苯并三氮唑、10wt%的水分散型聚氨酯、12wt%的乙二醇单丁基醚,和余量的去离子水组成。首先将氧化石墨烯加入去离子水中分散后,然后滴加醋酸钠并搅拌30min;随后加入水分散型聚氨酯和苯并三氮唑搅拌10min;最后加入铜粉和乙二醇单丁基醚并在高速分散机中在转速为1500rpm的条件下搅拌1个小时。在ABS塑料基材上喷涂上述配制的氧化石墨烯组合物并干燥得到膜厚为5.0μm的底层。
纳米石墨烯片组合物由2.0wt%的纳米石墨烯片、10.0wt%的Fe3O4(平均粒径0.2μm)、3.0wt%的聚乙烯吡咯烷酮、1.0wt%的3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷、1.0wt%的硫酸二甲酯、10wt%的水分散型聚氨酯、12wt%的乙二醇单丁基醚,和余量的去离子水组成。首先将纳米石墨烯片加入到去离子水中,并加入聚乙烯吡咯烷酮并超声分散10分钟,然后添加Fe3O4和水分散型聚氨酯并在高速分散机中在转速为1500rpm的条件下搅拌30分钟,最后加入硫酸二甲酯、3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷和乙二醇单丁基醚在转速为1500rpm的条件下搅拌30分钟,密封存储备用。在底层上喷涂上述配制的纳米石墨烯片组合物干燥得到膜厚为15.0μm的面层。
随后,在30℃的温度条件下干燥固化20分钟即得到本比较例的抗静电及电磁兼容涂层。
比较例3
本比较例在ABS塑料基材上制备一种由底层和面层组成的抗静电及电磁兼容涂层。底层通过在塑料基材表面喷涂氧化石墨烯组合物得到,面层通过在底层表面喷涂纳米石墨烯片组合物得到。
氧化石墨烯组合物由3.0wt%的氧化石墨烯、5.0wt%的铜粉(平均粒径0.2μm)、2.2wt%的十二烷基磷酸单酯、3.0wt%的醋酸钠、10wt%的水分散型聚氨酯、12wt%的乙二醇单丁基醚,和余量的去离子水组成。首先将氧化石墨烯加入去离子水中分散后,然后滴加醋酸钠并搅拌30min;随后加入水分散型聚氨酯和十二烷基磷酸单酯搅拌10min;最后加入铜粉和乙二醇单丁基醚并在高速分散机中在转速为1500rpm的条件下搅拌1个小时。在ABS塑料基材上喷涂上述配制的氧化石墨烯组合物并干燥得到膜厚为5.0μm的底层。
纳米石墨烯片组合物由2.0wt%的纳米石墨烯片、10.0wt%的Fe3O4(平均粒径0.2μm)、3.0wt%的聚乙烯吡咯烷酮、1.0wt%的3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷、1.0wt%的硫酸二甲酯、10wt%的水分散型聚氨酯、12wt%的乙二醇单丁基醚,和余量的去离子水组成。首先将纳米石墨烯片加入到去离子水中,并加入聚乙烯吡咯烷酮并超声分散10分钟,然后添加Fe3O4和水分散型聚氨酯并在高速分散机中在转速为1500rpm的条件下搅拌30分钟,最后加入硫酸二甲酯、3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷和乙二醇单丁基醚在转速为1500rpm的条件下搅拌30分钟,密封存储备用。在底层上喷涂上述配制的纳米石墨烯片组合物干燥得到膜厚为15.0μm的面层。
随后,在30℃的温度条件下干燥固化20分钟即得到本比较例的抗静电及电磁兼容涂层。
比较例4
本比较例在ABS塑料基材上制备一种由底层和面层组成的抗静电及电磁兼容涂层。底层通过在塑料基材表面喷涂氧化石墨烯组合物得到,面层通过在底层表面喷涂纳米石墨烯片组合物得到。
氧化石墨烯组合物由3.0wt%的氧化石墨烯、5.0wt%的铜粉(平均粒径0.2μm)、1.2wt%的烷基酚聚氧乙烯醚磷酸酯、3.0wt%的醋酸钠、1.0wt%的苯并三氮唑、10wt%的水分散型聚氨酯、12wt%的乙二醇单丁基醚,和余量的去离子水组成。首先将氧化石墨烯加入去离子水中分散后,然后滴加醋酸钠并搅拌30min;随后加入水分散型聚氨酯、烷基酚聚氧乙烯醚磷酸酯和苯并三氮唑搅拌10min;最后加入铜粉和乙二醇单丁基醚并在高速分散机中在转速为1500rpm的条件下搅拌1个小时。在ABS塑料基材上喷涂上述配制的氧化石墨烯组合物并干燥得到膜厚为5.0μm的底层。
纳米石墨烯片组合物由2.0wt%的纳米石墨烯片、10.0wt%的Fe3O4(平均粒径0.2μm)、3.0wt%的聚乙烯吡咯烷酮、1.0wt%的3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷、1.0wt%的硫酸二甲酯、10wt%的水分散型聚氨酯、12wt%的乙二醇单丁基醚,和余量的去离子水组成。首先将纳米石墨烯片加入到去离子水中,并加入聚乙烯吡咯烷酮并超声分散10分钟,然后添加Fe3O4和水分散型聚氨酯并在高速分散机中在转速为1500rpm的条件下搅拌30分钟,最后加入硫酸二甲酯、3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷和乙二醇单丁基醚在转速为1500rpm的条件下搅拌30分钟,密封存储备用。在底层上喷涂上述配制的纳米石墨烯片组合物干燥得到膜厚为15.0μm的面层。
随后,在30℃的温度条件下干燥固化20分钟即得到本比较例的抗静电及电磁兼容涂层。
比较例5
本比较例在ABS塑料基材上制备一种由底层和面层组成的抗静电及电磁兼容涂层。底层通过在塑料基材表面喷涂氧化石墨烯组合物得到,面层通过在底层表面喷涂纳米石墨烯片组合物得到。
氧化石墨烯组合物由5.0wt%的氧化石墨烯、3.0wt%的铜粉(平均粒径0.2μm)、0.5wt%的十二烷基磷酸单酯、5.0wt%的醋酸钠、0.3wt%的2-巯基苯并噻唑、15wt%的水分散型聚氨酯、8wt%的醋酸乙酯,和余量的去离子水组成。首先将氧化石墨烯加入去离子水中分散后,然后滴加醋酸钠并搅拌30min;随后加入水分散型聚氨酯、十二烷基磷酸单酯和2-巯基苯并噻唑,搅拌10min;最后加入铜粉和醋酸乙酯并在高速分散机中在转速为1500rpm的条件下搅拌1个小时,密封存储备用。在ABS塑料基材上喷涂上述配制的氧化石墨烯组合物并干燥得到膜厚为3.0μm的底层。
纳米石墨烯片组合物由4.0wt%的纳米石墨烯片、12.0wt%的Fe3O4(平均粒径0.2μm)、5.0wt%的聚氧乙烯丙三醇硼酸酯脂肪酸酯、1.2wt%的3-氨丙基三甲氧基硅烷、15wt%的水分散型聚氨酯、10wt%的乙二醇单甲基醚,和余量的去离子水组成。首先将纳米石墨烯片加入到去离子水中,并加入聚氧乙烯丙三醇硼酸酯脂肪酸酯并超声分散10分钟,然后添加Fe3O4和水分散型聚氨酯并在高速分散机中在转速为1500rpm的条件下搅拌30分钟,最后加入3-氨丙基三甲氧基硅烷和乙二醇单甲基醚在转速为1500rpm的条件下搅拌30分钟。在底层上喷涂上述配制的纳米石墨烯片组合物干燥得到膜厚为15.0μm的面层。
随后,在50℃的温度条件下干燥固化10分钟即得到本比较例的抗静电及电磁兼容涂层。
比较例6
本比较例在PVC塑料基材上制备由底层和面层组成的抗静电及电磁兼容涂层。底层通过在塑料基材表面喷涂氧化石墨烯组合物得到,面层通过在底层表面喷涂纳米石墨烯片组合物得到。
氧化石墨烯组合物由3.0wt%的氧化石墨烯、5.0wt%的铜粉(平均粒径0.2μm)、1.2wt%的十二烷基磷酸单酯、3.0wt%的醋酸钠、1.5wt%的巯基苯并噻唑钠、10wt%的水分散型聚氨酯、15wt%的乙二醇单丁基醚,和余量的去离子水组成。首先将氧化石墨烯加入去离子水中分散后,然后滴加醋酸钠并搅拌30min;随后加入水分散型聚氨酯、十二烷基磷酸单酯和巯基苯并噻唑钠搅拌10min;最后加入铜粉和乙二醇单丁基醚并在高速分散机中在转速为1500rpm的条件下搅拌1个小时,密封存储备用。在PVC塑料基材上喷涂上述配制的氧化石墨烯组合物并干燥得到膜厚为2.0μm的底层。
纳米石墨烯片组合物由3.0wt%的纳米石墨烯片、10.0wt%的Fe3O4(平均粒径0.2μm)、3.0wt%的聚氧乙烯丙三醇硼酸酯脂肪酸酯、1.5wt%的3-巯基丙基三甲氧基硅烷、1.2wt%的磷酸二甲酯、10wt%的水分散型聚氨酯、12wt%的乙二醇单丁基醚,和余量的去离子水组成。首先将纳米石墨烯片加入到去离子水中,并加入聚氧乙烯丙三醇硼酸酯脂肪酸酯并超声分散10分钟,然后添加Fe3O4和水分散型聚氨酯并在高速分散机中在转速为1500rpm的条件下搅拌30分钟,最后加入磷酸二甲酯、3-巯基丙基三甲氧基硅烷和乙二醇单丁基醚在转速为1500rpm的条件下搅拌30分钟。在底层上喷涂上述配制的纳米石墨烯片组合物干燥得到膜厚为18.0μm的面层。
随后,在50℃的温度条件下干燥固化10分钟即得到本比较例的抗静电及电磁兼容涂层。
将实施例1~6以及比较例1~6制备的涂层,放置于相对于相对湿度为85%温度为20℃的条件下24小时,然后放置于相对湿度为85%温度为80℃的条件下24小时作为一个循环。重复上述循环3次进行老化试验。老化试验后按照GB/T9286-1998的划格实验测试涂层的粘附性(其试验结果分级为0~5级),并测试涂层的电磁屏蔽效能。结果如表1所示。
表1
附着力 | 100MHz衰减值 | 500MHz衰减值 | 1000MHz衰减值 | |
实施例1 | 0 | 43 | 43 | 38 |
实施例2 | 1 | 47 | 47 | 42 |
实施例3 | 0 | 55 | 54 | 51 |
实施例4 | 1 | 46 | 45 | 42 |
实施例5 | 0 | 45 | 44 | 41 |
实施例6 | 0 | 56 | 55 | 50 |
比较例1 | 4 | 39 | 37 | 33 |
比较例2 | 3 | 41 | 40 | 35 |
比较例3 | 3 | 42 | 42 | 36 |
比较例4 | 3 | 41 | 40 | 37 |
比较例5 | 1 | 45 | 44 | 42 |
比较例6 | 0 | 47 | 46 | 41 |
对于本领域的普通技术人员而言,具体实施例只是对本发明进行了示例性描述,显然本发明具体实现并不受上述方式的限制,只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进,或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的,均在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种基于石墨烯的抗静电及电磁兼容涂层,设置在塑料表面,其特征在于:包括依次设置在塑料表面的底层和面层,所述底层中含有氧化石墨烯,所述面层中含有纳米石墨烯片;
其中:所述底层通过涂覆氧化石墨烯组合物得到,所述氧化石墨烯组合物包括0.5~10wt%的氧化石墨烯,1.0~10.0wt%的金属粉末、0.2~2.0wt%的十二烷基磷酸单酯、0.5~5.0wt%的醋酸盐、0.1~1.5wt%的唑类化合物、5~25wt%的粘结剂树脂,和余量的溶剂,所述粘结剂树脂为水分散型聚氨酯或水分散型聚氨酯丙烯酸酯共聚物;
所述面层通过涂覆纳米石墨烯片组合物得到,所述纳米石墨烯片组合物包括2.0~20.0wt%的纳米石墨烯片、3.0~15.0wt%的铁氧体、0.5~5.0wt%的分散剂、0.5~2.0wt%的硅烷偶联剂、0.1~1.5wt%的硫酸二烃基酯、10~35wt%的粘结剂树脂,和余量的溶剂,所述粘结剂树脂为水分散型聚氨酯或水分散型聚氨酯丙烯酸酯共聚物。
2.根据权利要求1所述的抗静电及电磁兼容涂层,其特征在于:所述金属粉末为银粉、铜粉、镍粉、银包铜粉或银包镍粉,所述金属粉末的平均粒径为0.1~2.0μm。
3.根据权利要求1所述的抗静电及电磁兼容涂层,其特征在于:所述唑类化合物为三唑类化合物、噻唑类化合物或吡唑类化合物。
4.根据权利要求1所述的抗静电及电磁兼容涂层,其特征在于:所述分散剂选自聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚丙烯酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、萘磺酸钠盐甲醛缩聚物、苯磺酸钠盐甲醛缩聚物、烷基酚聚氧乙烯醚磷酸酯或聚氧乙烯丙三醇硼酸酯脂肪酸酯中的一种。
5.根据权利要求1所述的抗静电及电磁兼容涂层,其特征在于:所述硅烷偶联剂为含有环氧基、氨基或巯基官能团的硅烷。
6.根据权利要求1所述的抗静电及电磁兼容涂层,其特征在于:所述硫酸二烃基酯为硫酸二甲酯或硫酸二乙酯。
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