CN111171703A - 基于MXene二维材料电磁屏蔽涂层的制备及应用 - Google Patents

基于MXene二维材料电磁屏蔽涂层的制备及应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电磁屏蔽材料技术领域，尤其涉及基于MXene二维材料电磁屏蔽涂层的制备及应用。为了进一步提高电磁屏蔽涂料的电磁屏蔽效果，本发明提供一种基于MXene二维材料的光固化涂层，由树脂基聚合单体、光引发剂、流平剂、分散剂、电磁屏蔽材料组成，本发明所制备的基于MXene二维材料的光固化涂层具有良好的电磁屏蔽效果，电磁屏蔽性能可达到2000～25000dBcm2g‑1；本发明所制备的基于MXene二维材料的光固化涂层具有较好的力学性能，其硬度可达到6H；本发明通过调节脂肪族聚氨酯类齐聚物与丙烯酸酯单体的比例和含量来调节光固化涂层的力学性能和电磁屏蔽效果，工艺简单，具有良好的应用前景。

Description

基于MXene二维材料电磁屏蔽涂层的制备及应用
技术领域
本发明涉及电磁屏蔽材料技术领域，尤其涉及基于MXene二维材料电磁屏蔽涂层的制备及应用。
背景技术
电磁屏蔽涂料是电导率在10-10s·cm-1以上，具有传导电流和排除积累静电荷能力的涂料。该涂料一般含有基体树脂、溶剂和导电填料，可以在基材上形成电磁屏蔽涂层。电磁屏蔽涂层一方面可以防止环境中电磁波辐射对电子产品信号的干扰，使电子产品的信号保真、稳定；另一方面可以防止电子产品对环境的电磁波辐射污染，使电子产品的信号保密。该涂料作为一种流体材料，具有制备方法简单、成本低廉、可以方便地喷涂或刷涂于各种形状的塑料制品表面，形成导电的电磁屏蔽涂层，从而达到电磁波屏蔽的目的，广泛应用于电子元件和线路板印刷、建筑业、运输及军事、航空航天等领域。电磁屏蔽涂料的关键成分在于导电填料，因此开发兼具良好导电性及磁性的导电填料是高性能电磁屏蔽涂料的关键。
石墨烯作为高比表面积和高电导率的碳材料，具有良好的电磁屏蔽性能，人们通常将石墨烯、改性石墨烯或石墨烯复合材料作为填料添加到涂料中以获得具有电磁屏蔽效果的涂料，例如中国发明专利CN104169213 A公开了一种金属-片状石墨烯粉末及含有其的电磁波屏蔽用涂料组合物。该专利将金属结合于片状石墨烯粉末以减少接触电阻。但金属存在抗氧化性差的缺陷，往往在使用过程中造成屏蔽性能下降的问题。中国发明专利CN105111913 A公开了一种石墨烯/纳米铁氧体基水性电磁屏蔽涂料及其制备方法。其采用铁氧体纳米颗粒负载在片状石墨烯表面的石墨烯/铁氧体纳米复合材料作为填料。但铁氧体抗腐蚀性能差，同时铁氧体作为氧化物其导电性能差，虽然结合了纳米结构铁氧体的磁性能，但对石墨烯优异的导电性能会产生不利影响。
MXene是一种新型的具有类石墨烯结构的二维材料，其化学式为Mn+1Xn Tx，其中n＝1，2，3，M为前过渡金属元素(如Ti，Sc，Zr，Nb等)，X为碳或/和氮元素，Tx为表面官能团(如-OH，-O，-F)。MXene的前驱体MAX相是一类三元层状化合物，同时具备陶瓷和金属的优良特性，化学式为Mn+1AXn，其中M，X，n与上述相同，A为Ⅲ或Ⅳ主族元素。目前通过刻蚀的方法已制备得到20多种MXene，包括Ti3C2Tx，Ti2CTx，Nb4C3Tx等，其中Ti3C2Tx是第一种被制备出来的MXene，也是目前研究最深入最广泛的可应用于超级电容器、锂离子电池、染料吸附、生物传感器的二维材料。
MXene二维纳米材料具有特殊的层状微观结构、良好的热力学稳定性和机械性能以及具备纳米材料丰富多样的物理和化学性质，被广泛研究用作轻型高效的电磁波吸收材料。MXene具有大量的缺陷，能够帮助实现电磁波的增强吸收；MXene表面有活性官能团，使其能够与其他的离子或分子进行复合反应，从而实现其吸波性能的改善和调控；MXene有较大的二维层间距，能够对电磁波进行多层反射和散射，提升材料对入射电磁波的吸收效果。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：如何进一步提高电磁屏蔽涂料的电磁屏蔽效果，针对上述技术问题，本发明提供一种基于MXene二维材料的光固化涂层及其制备方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
本发明提供一种基于MXene二维材料的光固化涂层，以重量份数计，包括以下成分：
Figure BDA0002374649520000031
所述树脂基聚合单体，以重量份数计，包括以下成分：
丙烯酸酯齐聚物 30-50份
丙烯酸酯单体 20-40份
所述电磁屏蔽材料是Ti3C2二维材料的寡层分散液。
具体地，所述丙烯酸酯齐聚物与丙烯酸酯单体的重量比为1:0.5-0.8。
具体地，所述丙烯酸酯齐聚物为脂肪族聚氨酯丙烯酸酯齐聚物。
具体地，所述脂肪族聚氨酯丙烯酸酯齐聚物是：CN8000NS、CN8003NS、CN8011NS或CN981888NS。
具体地，所述丙烯酸酯单体是与MXene具有有良好相容性的丙烯酸酯单体。
具体地，所述丙烯酸酯单体是HEA、HEMA、HPMA、HPA、PEGDA、DMAPMA、DMAA或AA。
具体地，所述光引发剂为自由基型光引发剂。
具体地，所述流平剂为水性流平剂、丙烯酸流平剂或聚氨酯流平剂。
具体地，所述流平剂为BYK-333、BYK-358N、或BG2020。
具体地，所述Ti3C2二维材料为寡层MXene，厚度为2～4nm，片层尺寸为2～5μm。
具体地，所述Ti3C2二维材料按照以下方法制备：
将1g氟化锂和20mL浓度为9mol/L盐酸加入到聚四氟乙烯烧杯中，搅拌30min，缓慢加入1gTi3AlC2(400目，纯度98％)，在35℃下持续搅拌24h后，用去离子水在3500rpm的转速下反复离心，直至溶液pH值呈中性，取上层墨绿色液体，得到Ti3C2二维材料的寡层分散液即为电磁屏蔽材料。
一种基于MXene二维材料的光固化涂层的制备方法，按照以下步骤制备：
(1)将电磁屏蔽材料、树脂基聚合单体、光引发剂、流平剂、分散剂混合，在500rpm下搅拌0.5h使得各物料混合均匀，即得到基于MXene二维材料的光固化涂料；
(2)将步骤(1)的得到的基于MXene二维材料的光固化涂料涂抹于不同的基材上，在光照下固化成膜，即得到基于MXene二维材料的光固化涂层。
具体地，所述的基材为玻璃、织物、纸张或木材。
本发明的有益效果是：
(1)本发明所制备的基于MXene二维材料的光固化涂层具有良好的电磁屏蔽效果，电磁屏蔽性能可达到2000～25000dB cm2g-1；
(2)本发明所制备的基于MXene二维材料的光固化涂层具有较好的力学性能，其硬度可达到6H；
(3)本发明通过调节脂肪族聚氨酯类齐聚物与丙烯酸酯单体的比例和含量来调节光固化涂层的力学性能和电磁屏蔽效果，工艺简单，具有良好的应用前景。
具体实施方式
现在结合实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例
本发明所使用的电磁屏蔽材料的制备实施例：
将1g氟化锂和20mL浓度为9mol/L盐酸加入到聚四氟乙烯烧杯中，搅拌30min，缓慢加入1gTi3AlC2(400目，纯度98％)，在35℃下持续搅拌24h后，用去离子水在3500rpm的转速下反复离心，直至溶液pH值呈中性，取上层墨绿色液体，得到Ti3C2二维材料的寡层分散液即为电磁屏蔽材料。
基于MXene二维材料的光固化涂层的制备实施例：
(1)将电磁屏蔽材料、树脂基聚合单体、光引发剂、流平剂、分散剂混合，在500rpm下搅拌0.5h使得各物料混合均匀，即得到基于MXene二维材料的光固化涂料；
(2)将步骤(1)的得到的基于MXene二维材料的光固化涂料涂抹于不同的基材上，在光照下固化成膜，即得到基于MXene二维材料的光固化涂层。
实施例1-6均按照上述方法制备基于MXene二维材料的光固化涂层，不同之处见下表：
表1
Figure BDA0002374649520000051
表1中：Ti3AlC2/溶剂，5mg/mL表示Ti3AlC2在溶剂中的质量浓度为5mg/mL；A代表丙烯酸酯齐聚物；B代表丙烯酸单体；A/B代表丙烯酸酯齐聚物/丙烯酸单体；A/B，20/10代表20重量份数的丙烯酸酯齐聚物与10重量份数的丙烯酸单体的复合物。
对比例1-4同实施例6，不同之处在于见表2：
表2
Figure BDA0002374649520000061
实施例1-6及对比例1-4的测试结果如下表3所示：
Figure BDA0002374649520000062
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种基于MXene二维材料的光固化涂层，其特征在于，以重量份数计，包括以下成分：
Figure FDA0002374649510000011
所述树脂基聚合单体，以重量份数计，包括以下成分：
丙烯酸酯齐聚物 30-50份
丙烯酸酯单体 20-40份
所述电磁屏蔽材料是Ti3C2二维材料的寡层分散液。
2.根据权利要求1所述的一种基于MXene二维材料的光固化涂层，其特征在于：所述丙烯酸酯齐聚物为脂肪族聚氨酯丙烯酸酯齐聚物。
3.根据权利要求2所述的一种基于MXene二维材料的光固化涂层，其特征在于：所述脂肪族聚氨酯丙烯酸酯齐聚物是：CN8000NS、CN8003NS、CN8011NS或CN981888NS。
4.根据权利要求1所述的一种基于MXene二维材料的光固化涂层，其特征在于：所述丙烯酸酯单体是与MXene具有有良好相容性的丙烯酸酯单体。
5.根据权利要求1所述的一种基于MXene二维材料的光固化涂层，其特征在于：所述丙烯酸酯单体是HEA、HEMA、HPMA、HPA、PEGDA、DMAPMA、DMAA或AA。
6.根据权利要求1所述的一种基于MXene二维材料的光固化涂层，其特征在于：所述光引发剂为自由基型光引发剂。
7.根据权利要求1所述的一种基于MXene二维材料的光固化涂层，其特征在于：所述流平剂为水性流平剂、丙烯酸流平剂或聚氨酯流平剂。
8.根据权利要求1所述的一种基于MXene二维材料的光固化涂层，其特征在于：所述Ti3C2二维材料为寡层MXene，厚度为2～4nm，片层尺寸为2～5μm。
9.根据权利要求1所述的一种基于MXene二维材料的光固化涂层，其特征在于，所述Ti3C2二维材料按照以下方法制备：
将1g氟化锂和20mL浓度为9mol/L盐酸加入到聚四氟乙烯烧杯中，搅拌30min，缓慢加入1g Ti3AlC2，在35℃下持续搅拌24h后，用去离子水在3500rpm的转速下反复离心，直至溶液pH值呈中性，取上层墨绿色液体，得到Ti3C2二维材料的寡层分散液即为电磁屏蔽材料。
10.一种基于MXene二维材料的光固化涂层的制备方法，其特征在于，按照以下步骤制备：
(1)将电磁屏蔽材料、树脂基聚合单体、光引发剂、流平剂、分散剂混合，在500rpm下搅拌0.5h使得各物料混合均匀，即得到基于MXene二维材料的光固化涂料；
(2)将步骤(1)的得到的基于MXene二维材料的光固化涂料涂抹于不同的基材上，在光照下固化成膜，即得到基于MXene二维材料的光固化涂层。
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