CN114369410A - 一种黑色水性石墨烯电磁波屏蔽涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种黑色水性石墨烯电磁波屏蔽涂料，该涂料涂抹在导电基材上，按总质量百分含量为100％计，包括以下组分：水性聚氨酯树脂5～30％、水性导电黑色浆5～30％、石墨烯分散液1～10％、水性聚四氟乙烯蜡分散体1～10％、润湿分散剂0.5～1.5％、增稠剂0.5～1％，流平剂0.1～1％，成膜助剂3～10％，余量为水。水性导电黑色浆与石墨烯分散液协同作用，通过水性导电黑色浆辅助提升导电效果，通过石墨烯分散液提升涂料的硬度和导电性，两者共同作用，增强涂料的电磁波屏蔽性能。

Description

一种黑色水性石墨烯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石墨烯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。由于导电类基材的硬度和表面能较低，市面上现有的主流屏蔽涂料大多数存在韧性差、附着力低、耐刮耐磨性差和屏蔽效果不足等问题。水性电磁波屏蔽涂料由于干燥较慢，理化性能不足，在导电类基材上的应用较少。目前导电基材用电磁屏蔽涂料多数是使用普通溶剂型油墨加入导电材料改性而成，污染性强，对人体的危害较大，缺乏专用性强、屏蔽性能优异的导电基材用电磁波屏蔽涂料。

发明内容：

本发明的目的是提供一种黑色水性石墨烯电磁波屏蔽涂料及其制备方法，该涂料采用水作溶剂，涂抹在导电基材上，具有表面电阻低、耐磨性好、不易掉粉、硬度高等优点，主要应用于各种电磁兼容环境，如通信、IT、电力、医疗、电子、军工、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，解决电子系统与电子设备及电子元器件之间的电磁干扰问题，也解决了现有导电基材用电磁屏蔽涂料使用普通溶剂型油墨污染性强的问题。

本发明是通过以下技术方案予以实现的：

一种黑色水性石墨烯电磁波屏蔽涂料，该涂料涂抹在导电基材上，按总质量百分含量为100％计，包括以下组分：水性聚氨酯树脂5～30％、水性导电黑色浆5～30％、石墨烯分散液1～10％、水性聚四氟乙烯蜡分散体(水性PTFE蜡分散体)1～10％、润湿分散剂0.5～1.5％、增稠剂0.5～1％，流平剂0.1～1％，成膜助剂3～10％，余量为水。

优选地，按总质量百分含量为100％计，包括以下组分：水性聚氨酯树脂15～27％、水性导电黑色浆20～30％、石墨烯分散液2～10％、水性聚四氟乙烯蜡分散体(水性PTFE蜡分散体)5～10％、润湿分散剂0.5～1％、增稠剂0.5～1％，流平剂0.3～1％，成膜助剂5～7％，余量为水。

优选地，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％、石墨烯分散液3％、水性聚四氟乙烯蜡分散体(水性PTFE蜡分散体)5％、润湿分散剂0.5％、增稠剂0.5％、流平剂0.5％、成膜助剂5％，水45.5％。

进一步改进，按总质量百分含量为100％计，包括以下组分：水性聚氨酯树脂15％、水性导电黑色浆27％、石墨烯分散液2％、水性聚四氟乙烯蜡分散体(水性PTFE蜡分散体)10％、润湿分散剂0.5％、增稠剂0.5％、流平剂0.3％、成膜助剂7％，水37.7％。

作为上述方案的进一步改进，按总质量百分含量为100％计，包括以下组分：水性聚氨酯树脂27％、水性导电黑色浆20％、石墨烯分散液2％、水性聚四氟乙烯蜡分散体(水性PTFE蜡分散体)10％、润湿分散剂0.5％、增稠剂0.5％、流平剂0.3％，成膜助剂6％，水33.7％。

按重量百分含量为100％计，所述水性导电黑色浆包括：导电炭黑15～40％、水性超分散剂5～15％、水55～65％，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即可。

按重量百分含量为100％计，所述石墨烯分散液包括：石墨烯5～25％、润湿分散剂5～15％、水70～80％，其制备方法为：将润湿分散剂加入水中，均匀搅拌后将石墨烯缓缓加入分散液中，分散均匀后研磨6-8小时，测试细度<5um即可。

所述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型增稠剂，包括脲改性的聚氨酯溶液、甲基纤维素；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或者聚醚改性硅氧烷；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。

所述导电基材包括导电金属箔、导电布、导电塑料薄膜。

所述导电金属箔包括铜箔、铝箔、银箔、锡箔、不锈钢箔；所述导电布包括导电无纺布、导电玻纤布、金属化纤维布；所述导电塑料薄膜包括PET、PP、PI、PEEK。

所述的用于导电基材的黑色水性石墨烯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、石墨烯分散液和润湿分散剂加入水中充分分散，得到分散液；

(2)将步骤(1)的分散液加入到水性聚氨酯树脂中，充分分散至均匀；

(3)继续加入PTFE蜡分散体，充分混合；

(4)最后加入增稠剂、流平剂、成膜助剂，继续搅拌,用旋转粘度计测量时控制粘度为10～500cps即可。

本发明还保护所述的用于导电基材的黑色水性石墨烯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。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、水性导电黑色浆与石墨烯分散液协同作用，通过水性导电黑色浆辅助提升导电效果，通过石墨烯分散液提升涂料的硬度和导电性，两者共同作用，增强涂料的电磁波屏蔽性能。

2、使用水性聚氨酯树脂增强涂膜的韧性和导电性。

3、得到的涂料表面电阻低，平面电阻仅为10-50mΩ，目前市面上普通产品的平面电阻一般为300-500mΩ(接触面积：30mm*30mm)。

4、韧性好，耐磨，不易掉粉，透光率可保持在1.5％以下，拉升强度可达12MPa以上，断裂伸长率可到300％以上。

5、硬度高，在PVC底材上，本发明涂料的硬度可以达到1H以上。

总之，本发明得到的涂料具有表面电阻低、涂层韧性好，耐磨，不易掉粉、硬度高、电磁波屏蔽性能好等优点。

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石墨烯电磁波屏蔽涂料，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％、石墨烯分散液3％、PTFE蜡分散体5％、润湿分散剂0.5％、流平剂0.5％、增稠剂0.5％、成膜助剂5％、水45.5％。

所述水性聚氨酯树脂为阴离子聚醚型水性聚氨酯，其固含量为35±1％，摆杆硬度为120-140S。

所述水性导电黑色浆为自行制备，按总重量百分含量为100％计，其成分为导电炭黑20％、水性超分散剂15％，余为水。其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，分散均匀后使用篮式砂磨机研磨4-6小时，测试细度<5um为合格。

所述石墨烯分散液为自行制备，按总重量百分含量为100％计，其成分为石墨烯10、非离子型润湿剂分散剂10、余为水，其中所使用的石墨烯为单层片状结构，层数小于5。制备方法为：将润湿分散剂加入水中，均匀搅拌后将石墨烯片粉缓缓加入分散液中，分散均匀后研磨6～8小时，测试细度<5um后静置24小时复测，若仍<5um可以使用，不然需要重新研磨，直至细度<5um。

所述PTFE蜡分散体固含量为55％，熔点为320℃。

所述润湿分散剂为有机硅润湿分散剂，分子量为3000～5000Da；所述增稠剂为甲基纤维素，所述流平剂为分子量为30000～5000Da聚醚改性硅氧烷；所述成膜助剂为二丙二醇甲醚。

本实施例所述用于导电基材的黑色水性石墨烯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、石墨烯分散液和润湿分散剂加入水中充分分散，得到分散液；

(2)将步骤(1)的分散液加入到水性聚氨酯树脂中，充分分散至均匀；

(3)继续加入PTFE蜡分散体，充分混合；

(4)最后加入增稠剂、流平剂、成膜助剂，继续搅拌,用旋转粘度计测量时控制粘度为10～500cps即可。

对比例1：

参考实施例1，不同之处在于，不添加石墨烯分散液。

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23％、PTFE蜡分散体5％、润湿分散剂0.5％、流平剂0.5％、增稠剂0.5％、成膜助剂5％、水45.5％。

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，得到分散液；

(2)将步骤(1)的分散液加入到水性聚氨酯树脂中，充分分散至均匀；

(3)加入PTFE蜡分散体，充分混合；

(4)加入增稠剂、流平剂、成膜助剂，继续搅拌,用旋转粘度计测量时控制粘度为10～500cps即可。

对比例2：

参考实施例1，不同之处在于，不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％、石墨烯分散液23％、PTFE蜡分散体5％、润湿分散剂0.5％、增稠剂0.5％、流平剂0.5％、成膜助剂5％、水45.5％。

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，将石墨烯分散液和润湿分散剂加入水中充分分散，得到分散液；

(2)将步骤(1)的分散液加入到水性聚氨酯树脂中，充分分散至均匀；

(3)加入PTFE蜡分散体，充分混合；

(4)加入增稠剂、流平剂、成膜助剂，继续搅拌，用旋转粘度计测量时控制粘度为10～500cps即可。

实施例2：

一种用于导电基材的黑色水性石墨烯电磁波屏蔽涂料，按总质量百分含量为100％计，包括以下组分：水性聚氨酯树脂15％、水性导电黑色浆27％、石墨烯分散液2％、PTFE蜡分散体10％、润湿分散剂0.5％、流平剂0.3％、增稠剂0.5％、成膜助剂7％、水37.7％。

本实施例所述用于导电基材的黑色水性石墨烯电磁波屏蔽涂料的制备方法与实施例1相同。

实施例3：

一种用于导电基材的黑色水性石墨烯电磁波屏蔽涂料，按总质量百分含量为100％计，包括以下组分：水性聚氨酯树脂27％、水性导电黑色浆20％、石墨烯分散液2％、PTFE蜡分散体10％、润湿分散剂0.5％、流平剂0.3％、增稠剂0.5％、成膜助剂6％、水33.7％。

本实施例所述用于导电基材的黑色水性石墨烯电磁波屏蔽涂料的制备方法与实施例1相同。

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30*30mm。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)硬度：使用铅笔硬度计测试；

7)韧性：使用电子剥离力试验机测试涂膜的拉伸强度和断裂伸长率，试样宽度为10mm，长度为200mm，剥离加载速度为300mm/分钟，使试样拉伸至断裂，读取断裂过程中的最大值和断裂时的伸长值。计算拉伸强度和断裂伸长率，平行测试3次取平均值；

8)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。

所得结果如表1所示：

表1

根据以上结果可知，水性导电黑色浆与石墨烯分散液产生了协同作用，与对比例1单独使用水性导电黑色浆以及对比例2单独使用石墨烯分散液相比，本发明的黑色水性石墨烯电磁波屏蔽涂料通过水性导电黑色浆辅助提升导电效果，通过石墨烯分散液提升涂料的硬度、韧性、导电性，两者协同作用，从而增强涂料的电磁波屏蔽性能。

对比例3：

将实施例1的黑色水性电磁波屏蔽涂料分别均匀涂覆于导电基材(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，测试结果如表2所示。

表2

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电磁波屏蔽性能。

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)

1.一种黑色水性石墨烯电磁波屏蔽涂料，其特征在于，该涂料涂抹在导电基材上，按总质量百分含量为100％计，包括以下组分：水性聚氨酯树脂5～30％、水性导电黑色浆5～30％、石墨烯分散液1～10％、水性聚四氟乙烯蜡分散体1～10％、润湿分散剂0.5～1.5％、增稠剂0.5～1％，流平剂0.1～1％，成膜助剂3～10％，余量为水。

2.根据权利要求1所述黑色水性石墨烯电磁波屏蔽涂料，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15～27％、水性导电黑色浆20～30％、石墨烯分散液2～10％、水性聚四氟乙烯蜡分散体5～10％、润湿分散剂0.5～1％、增稠剂0.5～1％，流平剂0.3～1％，成膜助剂5～7％，余量为水。

3.根据权利要求1所述黑色水性石墨烯电磁波屏蔽涂料，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20％、水性导电黑色浆20％、石墨烯分散液3％、水性聚四氟乙烯蜡分散体5％、润湿分散剂0.5％、增稠剂0.5％、流平剂0.5％、成膜助剂5％，水45.5％。

4.根据权利要求1所述黑色水性石墨烯电磁波屏蔽涂料，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15％、水性导电黑色浆27％、石墨烯分散液2％、水性聚四氟乙烯蜡分散体10％、润湿分散剂0.5％、增稠剂0.5％、流平剂0.3％、成膜助剂7％，水37.7％。

5.根据权利要求1所述黑色水性石墨烯电磁波屏蔽涂料，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27％、水性导电黑色浆20％、石墨烯分散液2％、水性聚四氟乙烯蜡分散体10％、润湿分散剂0.5％、增稠剂0.5％、流平剂0.3％，成膜助剂6％，水33.7％。

6.根据权利要求1所述黑色水性石墨烯电磁波屏蔽涂料，其特征在于，按重量百分含量为100％计，所述水性导电黑色浆包括：导电炭黑15～40％、水性超分散剂5～15％、水55～65％；所述石墨烯分散液包括：石墨烯5～25％、润湿分散剂5～15％、水70～80％。

7.根据权利要求1所述黑色水性石墨烯电磁波屏蔽涂料，其特征在于，所述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；所述流平剂为分子量为30000～5000Da聚醚改性聚二甲基硅氧烷或者聚醚改性硅氧烷；所述成膜助剂选自二丙二醇甲醚、二丙二醇丁醚、乙二醇单丁醚中的任一种；所述导电基材包括导电金属箔、导电布、导电塑料薄膜。

8.根据权利要求7所述黑色水性石墨烯电磁波屏蔽涂料，其特征在于，所述导电金属箔包括铜箔、铝箔、银箔、锡箔、不锈钢箔；所述导电布包括导电无纺布、导电玻纤布、金属化纤维布；所述导电塑料薄膜包括PET、PP、PI、PEEK。

9.权利要求1所述的用于导电基材的黑色水性石墨烯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、石墨烯分散液和润湿分散剂加入水中充分分散，得到分散液；

(2)将步骤(1)的分散液加入到水性聚氨酯树脂中，充分分散至均匀；

(3)继续加入PTFE蜡分散体，充分混合；

(4)最后加入增稠剂、流平剂、成膜助剂，继续搅拌,用旋转粘度计测量时控制粘度为10～500cps即可。

10.权利要求1所述的用于导电基材的黑色水性石墨烯电磁波屏蔽涂料在通信、IT、电力、医疗、电子、军工、新能源汽中的应用。