CN114213953A - 一种黑色水性高性能电磁波屏蔽涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种黑色水性高性能电磁波屏蔽涂料，该涂料涂敷在导电基材上，按总质量百分含量为100％计，包括以下组分：水性聚氨酯树脂1～30％，水性导电黑色浆10～50％、银包铜导电粉1～10％、水性蜡分散体1～10％、润湿分散剂0.5～2％、流平剂0.1～1％、消泡剂0.1％～1％、增稠剂0.5～1.5％、成膜助剂5～10％、消光粉1～5％，余量为水。水性导电黑色浆与银包铜导电粉具有协同作用，两者相互促进，使本发明的用于导电基材的黑色水性高性能电磁波屏蔽涂料具有明显更低的平面电阻和更好的耐磨性能，屏蔽效能好，解决了目前电磁波屏蔽涂料存在的平面电阻高的问题。

Description

一种黑色水性高性能电磁波屏蔽涂料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及屏蔽涂料技术领域，具体涉及一种黑色水性高性能电磁波屏蔽涂料及其制备方法。
背景技术：
电磁波屏蔽涂料在国内起步较晚，品种较为单一，而且目前的产品多用于工程塑料、木材、玻璃钢等非金属材料上。用于导电基材的高屏蔽性能涂料目前还没有得到很好的推广和应用。目前的电磁屏蔽涂料多数是使用软包装用油墨加入导电粉(如铜或镍等)改性而成，这类产品的表面电阻较高，屏蔽效能低，附着力差，且易掉粉。因此有必要开发一款低表面电阻的电磁波屏蔽涂料。
发明内容：
本发明的目的是提供一种黑色水性高性能电磁波屏蔽涂料及其制备方法，具有平面电阻低、屏蔽效能好、耐磨性好等优点，主要应用于各种电磁兼容环境，如通信、IT、电力、医疗、军工、电子、新能源汽车等领域中，防止电磁信息泄漏，防止电磁辐射污染；有效保障仪器设备正常工作，保障机密信息的安全，保障工作人员的身体健康，解决了目前电磁波屏蔽涂料存在的平面电阻高的问题。
本发明是通过以下技术方案予以实现的：
一种黑色水性高性能电磁波屏蔽涂料，该涂料涂敷在导电基材上，按总质量百分含量为100％计，包括以下组分：水性聚氨酯树脂1～30％，水性导电黑色浆10～50％、银包铜导电粉1～10％、水性蜡分散体1～10％、润湿分散剂0.5～2％、流平剂0.1～1％、消泡剂0.1％～1％、增稠剂0.5～1.5％、成膜助剂5～10％、消光粉1～5％，余量为水。
优选地，按总质量百分含量为100％计，所述涂料包括以下组分：水性聚氨酯树脂20-30％、水性导电黑色浆15-20％、银包铜导电粉3-5％、水性蜡分散体5-10％、润湿分散剂0.5％、流平剂0.1～0.2％，消泡剂0.2％～1％，增稠剂0.5％、成膜助剂5-7％、消光粉1-2％、余量为水。
其中一个实施例，按总质量百分含量为100％计，所述涂料包括以下组分：水性聚氨酯树脂20％、水性导电黑色浆20％、银包铜导电粉5％、水性蜡分散体5％、润湿分散剂0.5％、流平剂0.1％、消泡剂0.2％、增稠剂0.5％、成膜助剂5％、消光粉2％、水41.7％。
另一个实施例，按总质量百分含量为100％计，所述涂料包括以下组分：水性聚氨酯树脂25％、水性导电黑色浆15％、银包铜导电粉3％、水性蜡分散体10％、润湿分散剂0.5％、流平剂0.2％、消泡剂0.2％、增稠剂0.5％、成膜助剂5％、消光粉2％、水38.6％。
在一个实施例，按总质量百分含量为100％计，包括以下组分：水性聚氨酯树脂25％、水性导电黑色浆20％、银包铜导电粉5％、水性蜡分散体10％、润湿分散剂0.5％、增稠剂0.5％、流平剂0.1％、消泡剂1％、成膜助剂7％、消光粉1％、水29.9％。
按总质量百分含量为100％计，所述水性导电黑色浆包括：导电炭黑20～25％、水性超分散剂10～15％和水65～70％，制备方法为：将水性超分散剂加入水中，搅拌均匀后将导电炭黑缓缓加入分散液中，分散均匀后研磨4～6小时，测试细度＜5um即得。
润湿分散剂为分子量为3000～5000Da有机硅润湿分散剂；所述增稠剂为阴离子乳液型增稠剂，包括脲改性的聚氨酯溶液、甲基纤维素；所述消泡剂为非离子型消泡剂，包括聚硅氧烷、聚醚改性硅油；所述流平剂为分子量为30000～5000Da聚醚有机硅型流平剂，包括聚醚改性聚二甲基硅氧烷、聚醚改性硅氧烷；所述成膜助剂为高沸点溶剂，沸点范围为200～280℃，包括二丙二醇甲醚、二丙二醇丁醚、乙二醇单丁醚；所述消光粉为无定型二氧化硅消光粉。
作为上述方案的进一步改进，所述导电基材包括导电铜箔、导电聚酯纤维布、导电PET膜。
所述的用于导电基材的黑色水性高性能电磁波屏蔽涂料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将水性导电黑色浆、银包铜导电粉和润湿分散剂加入水中充分分散，得到混合液；
(2)将步骤(1)的混合液加入到水性聚氨酯树脂中，充分分散至均匀；
(3)继续加入水性蜡分散体，充分混合；
(4)最后加入流平剂、消泡剂、增稠剂、成膜助剂、消光粉，继续搅拌，用旋转粘度计测量时控制粘度为10～500Mpa.s即可。
本发明还保护所述的用于导电基材的黑色水性高性能电磁波屏蔽涂料在通信、IT、电力、医疗、电子、军工、新能源汽车等领域中的应用，包括防止电子系统与电子设备之间发生电磁干扰、防止电磁信息泄漏、防止电磁辐射污染。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、水性导电黑色浆与银包铜导电粉具有协同作用，两者相互促进，使本发明的用于导电基材的黑色水性高性能电磁波屏蔽涂料具有明显更低的表面电阻和更好的耐磨性能。
2、平面电阻比目前市面上的现有产品低，目前普通产品在25mm*25mm接触面积的测试条件下，电阻一般为300-500mΩ，而本发明的用于导电基材的黑色水性高性能电磁波屏蔽涂料的电阻仅为40-50mΩ。
3、韧性好，耐磨，不易掉粉，本发明的用于导电基材的黑色水性高性能电磁波屏蔽涂料在5公斤压力、20mm*20mm接触面积的测试条件下，耐磨性可以达到500-1000次不透底，遮光率保持在1.5％以下。
总之，本发明具有平面电阻低、屏蔽效能好、耐磨性好等优点，主要应用于各种电磁兼容环境，如通信、IT、电力、医疗、军工、电子、新能源汽车等领域中，防止电磁信息泄漏，防止电磁辐射污染；有效保障仪器设备正常工作，保障机密信息的安全，保障工作人员的身体健康，解决了目前电磁波屏蔽涂料存在的平面电阻高的问题。
具体实施方式：
以下是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。
实施例1：一种用于导电基材的黑色水性高性能电磁波屏蔽涂料，按总质量百分含量为100％计，包括以下组分：水性聚氨酯树脂20％、水性导电黑色浆20％、银包铜导电粉5％、水性蜡分散体5％、润湿分散剂0.5％、流平剂0.1％、消泡剂0.2％、增稠剂0.5％、成膜助剂5％、消光粉2％、水41.7％。
所述水性聚氨酯树脂其固含量为40±1％，粘度为30～500mpa.s,羟基含量为1％，玻璃化转变温度Tg为35℃。
按总质量百分含量为100％计，所述水性导电黑色浆包括：导电炭黑20％、水性超分散剂10％，余为水，制备方法为：将水性超分散剂加入水中，搅拌均匀后将导电炭黑缓缓加入分散液中，分散均匀后研磨4～6小时，测试细度＜5um即得。
所述银包铜导电粉银含量为10％，平均粒径(D50)为4.5-5nm；所述水性蜡分散体其固含量为55％，熔点为320℃。
润湿分散剂为分子量为3000～5000Da有机硅润湿分散剂；所述增稠剂为脲改性的聚氨酯溶液；所述消泡剂为聚硅氧烷；所述流平剂为分子量为30000～5000Da聚醚改性聚二甲基硅氧烷；所述成膜助剂为二丙二醇甲醚；所述消光粉为无定型二氧化硅消光粉。
本实施例所述用于导电基材的黑色水性高性能电磁波屏蔽涂料的制备方法包括如下步骤：
(1)按照各组分的质量百分含量，将水性导电黑色浆、银包铜导电粉和润湿分散剂加入水中充分分散，得到混合液；
(2)将步骤(1)的混合液加入到水性聚氨酯树脂中，充分分散至均匀；
(3)继续加入水性蜡分散体，充分混合；
(4)最后加入流平剂、消泡剂、增稠剂、成膜助剂、消光粉，继续搅拌，用旋转粘度计测量时控制粘度为10-500Mpa.s即可。
实施例2：
一种用于导电基材的黑色水性高性能电磁波屏蔽涂料，按总质量百分含量为100％计，包括以下组分：水性聚氨酯树脂25％、水性导电黑色浆15％、银包铜导电粉3％、水性蜡分散体10％、润湿分散剂0.5％、增稠剂0.5％、流平剂0.2％、消泡剂0.2％、成膜助剂5％、消光粉2％、水38.6％。
本实施例所述用于导电基材的黑色水性高性能电磁波屏蔽涂料的制备方法同实施例1。
实施例3：
一种用于导电基材的黑色水性高性能电磁波屏蔽涂料，按总质量百分含量为100％计，包括以下组分：水性聚氨酯树脂25％、水性导电黑色浆20％、银包铜导电粉5％、水性蜡分散体10％、润湿分散剂0.5％、增稠剂0.5％、流平剂0.1％、消泡剂1％、成膜助剂7％、消光粉1％、水29.9％。
本实施例所述用于导电基材的黑色水性高性能电磁波屏蔽涂料的制备方法同实施例1。
对比例1：
参考实施例1，不同之处在于，本对比例不添加银包铜导电粉。
一种黑色水性电磁波屏蔽涂料，按总质量百分含量为100％计，包括以下组分：水性聚氨酯树脂20％、水性导电黑色浆25％、水性蜡分散体5％、润湿分散剂0.5％、流平剂0.1％、消泡剂0.2％、增稠剂0.5％、成膜助剂5％、消光粉2％、水41.7％。
本对比例黑色水性电磁波屏蔽涂料的制备方法包括如下步骤：
(1)按照各组分的质量百分含量，将水性导电黑色浆和润湿分散剂加入水中充分分散，得到混合液；
(2)将步骤(1)的混合液加入到水性聚氨酯树脂中，充分分散至均匀；
(3)继续加入水性蜡分散体，充分混合；
(4)最后加入流平剂、消泡剂、增稠剂、成膜助剂、消光粉，继续搅拌，用旋转粘度计测量时控制粘度为10～500Mpa.s即可。
对比例2：
参考实施例1，不同之处在于，本对比例没有使用水性导电黑色浆。
一种黑色水性电磁波屏蔽涂料，按总质量百分含量为100％计，包括以下组分：水性聚氨酯树脂20％、银包铜导电粉25％、水性蜡分散体5％、润湿分散剂0.5％、流平剂0.1％、消泡剂0.2％、增稠剂0.5％、成膜助剂5％、消光粉2％、水41.7％。
本对比例黑色水性电磁波屏蔽涂料的制备方法包括如下步骤：
(1)按照各组分的质量百分含量，将银包铜导电粉和润湿分散剂加入水中充分分散，得到混合液；
(2)将步骤(1)的混合液加入到水性聚氨酯树脂中，充分分散至均匀；
(3)继续加入水性蜡分散体，充分混合；
(4)最后加入流平剂、消泡剂、增稠剂、成膜助剂、消光粉，继续搅拌，用旋转粘度计测量时控制粘度为10～500Mpa.s即可。
对实施例1-3及对比例1-2所制备的电磁波屏蔽涂料的涂料参数及涂布参数进行测定，测试方法如下：
1)粘度：使用旋转粘度计进行测试；
2)细度：使用刮板细度计测试；
3)电阻：
线电阻：将涂布好的膜材按1800mm*30mm规格裁剪，使用数显电阻仪器，将接头接在样品的两端，待电阻稳定后读数，平行测试3次取平均值作为样品的电阻值；
平面电阻：将涂布好的膜材裁剪为A4样大小，使用数显电阻仪，接头接在测量用制具的两端，制具为纯铜制作，与待测物接触面积为25*25mm。将制具轻轻放在待测物表面，使用秒表计时，1分钟后读数，平行测试3次取平均值；
4)屏蔽效能:法兰同轴装置测试法(30MHz-1.5GHz)，采用1GHz的频率测试；
5)附着力：使用3M600#胶带，均匀贴在产品表面，长度30公分，使用2公斤的滚轮，匀速压10次来回后，以3m/min的速度将胶带从产品表面剥离，观察产品表面和胶带表面的情况，产品涂层表面无脱落透底，胶带表面无黑色颗粒残留判定为合格，否则判定为不合格；
6)耐磨性：使用无尘布作为摩擦介质，接触面积20mm*20mm，压力5公斤，频率60次/分钟，测试时摩擦到露出原始基材的颜色，记录摩擦次数，平行测试3次取平均值；
7)透光率：使用LS117透色率仪，测试涂料厚度为2μm时的透光率，平行测试3次取平均值作为透光率值；
8)抗回粘性：将样品裁剪成直径8cm的圆形，将两片样品叠放在一起，使用2公斤的压力将其压住，接触面积与样品面积一致，测试温度为70℃，湿度为95％。每24小时观察2片样品的黏粘情况，若有黏粘的情况，则视为产生回粘。
所得结果如表1所示：
表1
Figure BDA0003446961190000081
Figure BDA0003446961190000091
根据以上结果可知，本发明的黑色水性高性能电磁波屏蔽涂料中，水性导电黑色浆与银包铜导电粉产生了协同作用，与对比例1单独使用水性导电黑色浆以及对比例2单独使用银包铜导电粉相比，本发明实施例1的黑色水性高性能电磁波屏蔽涂料具有明显更低的平面电阻和更好的耐磨性能。
对比例3：
将实施例1的黑色水性高性能电磁波屏蔽涂料分别应用于导电基材(导电聚酯纤维布)和非导电基材(PET膜、PA膜)上，测试其电阻、屏蔽效能、附着力、抗回粘性等性能，测试方法同上，结果如表2所示。
表2
Figure BDA0003446961190000092
根据以上结果可知，本发明的黑色水性电磁波屏蔽涂料应用在导电基材上时，相比应用于非导电基材，具有明显更优的导电性能和屏蔽性能。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种黑色水性高性能电磁波屏蔽涂料，其特征在于，该涂料涂敷在导电基材上，按总质量百分含量为100％计，包括以下组分：水性聚氨酯树脂1～30％，水性导电黑色浆10～50％、银包铜导电粉1～10％、水性蜡分散体1～10％、润湿分散剂0.5～2％、流平剂0.1～1％、消泡剂0.1％～1％、增稠剂0.5～1.5％、成膜助剂5～10％、消光粉1～5％，余量为水。
2.根据权利要求1所述的涂料，其特征在于，按总质量百分含量为100％计，所述涂料包括以下组分：水性聚氨酯树脂20-30％、水性导电黑色浆15-20％、银包铜导电粉3-5％、水性蜡分散体5-10％、润湿分散剂0.5％、流平剂0.1～0.2％，消泡剂0.2％～1％，增稠剂0.5％、成膜助剂5-7％、消光粉1-2％、余量为水。
3.根据权利要求1所述的涂料，其特征在于，按总质量百分含量为100％计，所述涂料包括以下组分：水性聚氨酯树脂20％、水性导电黑色浆20％、银包铜导电粉5％、水性蜡分散体5％、润湿分散剂0.5％、流平剂0.1％、消泡剂0.2％、增稠剂0.5％、成膜助剂5％、消光粉2％、水41.7％。
4.根据权利要求1所述的涂料，其特征在于，按总质量百分含量为100％计，所述涂料包括以下组分：水性聚氨酯树脂25％、水性导电黑色浆15％、银包铜导电粉3％、水性蜡分散体10％、润湿分散剂0.5％、流平剂0.2％、消泡剂0.2％、增稠剂0.5％、成膜助剂5％、消光粉2％、水38.6％。
5.根据权利要求1所述的涂料，其特征在于，按总质量百分含量为100％计，包括以下组分：水性聚氨酯树脂25％、水性导电黑色浆20％、银包铜导电粉5％、水性蜡分散体10％、润湿分散剂0.5％、增稠剂0.5％、流平剂0.1％、消泡剂1％、成膜助剂7％、消光粉1％、水29.9％。
6.根据权利要求1所述的涂料，其特征在于，按总质量百分含量为100％计，所述水性导电黑色浆包括：导电炭黑20～25％、水性超分散剂10～15％和水65～70％。
7.根据权利要求1所述的涂料，其特征在于，润湿分散剂为分子量为3000～5000Da有机硅润湿分散剂；所述增稠剂为脲改性的聚氨酯溶液、甲基纤维素中的任一种；所述流平剂为为分子量为30000～5000Da聚醚改性聚二甲基硅氧烷、聚醚改性硅氧烷中的任一种；所述消泡剂聚硅氧烷、聚醚改性硅油中的任一种；所述成膜助剂为二丙二醇甲醚、二丙二醇丁醚、乙二醇单丁醚中的任一种；所述消光粉为无定型二氧化硅消光粉。
8.根据权利要求1所述的涂料，其特征在于，所述导电基材包括导电铜箔、导电聚酯纤维布、导电PET膜。
9.权利要求1所述的用于导电基材的黑色水性高性能电磁波屏蔽涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将水性导电黑色浆、银包铜导电粉和润湿分散剂加入水中充分分散，得到混合液；
(2)将步骤(1)的混合液加入到水性聚氨酯树脂中，充分分散至均匀；
(3)继续加入水性蜡分散体，充分混合；
(4)最后加入流平剂、消泡剂、增稠剂、成膜助剂、消光粉，继续搅拌，用旋转粘度计测量时控制粘度为10～500Mpa.s即可。
10.权利要求1所述的用于导电基材的黑色水性高性能电磁波屏蔽涂料在通信、IT、电力、医疗、电子、军工、新能源汽车中的应用。
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