CN1935916A - 石墨基电磁屏蔽复合涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于工程塑料电磁波屏蔽的纳米石墨基复合涂料及其制备方法，并探讨了其施工条件，属于电磁屏蔽技术领域。该方法首先将天然鳞片石墨经过膨胀、粉碎、插层与表面改性，制备得到纳米石墨薄片改性料。再对其进行预分散处理，加入一定量匹配的树脂、溶剂和助剂，搅拌均匀后，研磨即可。该产品制备工艺简单，成本较低，在300MHz～1.5GHz频段，其电磁屏蔽效能SE可达到40dB，且作为流体材料，易于在塑料表涂覆，因此该涂料对于解决ABS、PVC等工程塑料的电磁屏蔽问题有极为广泛的应用和推广价值。

Description

石墨基电磁屏蔽复合涂料及其制备方法

技术领域

本发明属于电磁波屏蔽涂料领域，涉及一种纳米石墨微片填料或者石墨微片填料与导电金属粉混合的多组分填料组成的石墨基电磁屏蔽复合涂料及其制备方法。

背景技术

随着高分子材料的不断开发和塑料成型技术的日益发展，工程塑料制件以其独特的优点在电子工业中倍受青睐。但通用高分子材料几乎无电磁屏蔽作用，使以工程塑料为机壳的信息技术处理设备及其他电子仪器设备在使用过程中有可能作为发射源造成空间电磁波污染，或作为接收源受到外界电磁波的干扰，这便又限制了工程塑料在电子工业中的广泛应用。为解决这一难题，研制有效的流体电磁屏蔽涂料，涂刷于各种形状的工程塑料表面形成屏蔽涂层，是一种行之有效的方法。

目前，国内外普遍使用的是单纯的金属系导电填料电磁波屏蔽涂料，如银、铜、镍、金属纤维等，因而成本居高不下，此外，金属涂料的稳定性不好，比重大。而碳系填料成本低廉、质轻、稳定性好、环境适应性强，但多半导电性相对要差些。但石墨由于其特殊的结构，导电性较好、热膨胀系数小、耐热性优良、在高温下尺寸和机械性能稳定、且具有自润滑特性，是良好的导电填料。S.Syed Azim等人〔S.Syed Azim，A.Satheesh，K.K.Ramu，S.Ramu，G.Venkatachari，Studies on graphite based conductive paint coatings，Progressin Organic Coat ings，2005.〕将片状石墨与碳黑混合作为导电填料同环氧树脂复合制备导电涂料，最佳导电涂膜电阻率可降至2×10^-5MΩ·cm(填料含量为55vol％，石墨与碳黑比为85∶15)，主要是作为抗静电涂料。D.D.L.Chung等人〔Jingyao Cao，D.D.L.Chung，Colloidal graphite as an admixture in cement and as a coatingon cement for electromagnetic interference shielding，Cementand Concrete Research 33(2003)1737-1740.〕将胶态石墨添加至陶瓷基体中制备电磁屏蔽涂料，填充分数0.92vol％时，电磁屏蔽效能达到22dB(1GHz，厚度为0.4mm左右)。而专利(公开号CN1147211A)则公开了一种普通石墨填料导电复合涂料，由于其石墨粒子粒径比较大(平均粒径为0.5μm)，制备的涂料屏蔽性能较差，主要是用作彩色显象管的抗静电涂料。以上文献制备的复合导电涂料均不能满足普通的电磁屏蔽要求(电磁屏蔽效能SE须在30dB以上)。

发明内容

本发明的目的是提供一种电磁屏蔽性能较好的石墨基电磁屏蔽复合涂料。

本发明的另一个目的是提供一种电磁屏蔽性能较好的石墨基电磁屏蔽复合涂料的制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：石墨基电磁屏蔽复合涂料，包括下列组分：

纳米石墨微片       10～50重量份

分散剂             0～4重量份

成膜树脂           20～89.8重量份

混合溶剂           适量

还包括0～60重量份金属粉和0～3重量份偶联剂。

上述纳米石墨微片是二维纳米结构，直径为1～20μm，厚度为30～80nm(径厚比250左右)，状似圆盘或无规片状。

上述成膜树脂为丙烯酸酸树脂、醇酸树脂、酚醛树脂、环氧树脂、聚胺酯、硝基漆中的一种。

上述分散剂为阳离子表面活性剂或者中性表面活性剂中的一种。

上述偶联剂为铝酸酯系列、钛酸酯系列中的一种。

上述混合溶剂为正丁醇、醋酸丁酯、环己酮、松节油、天那水、二甲苯中的任意一种或两种以上混合而成。

石墨基电磁屏蔽复合涂料的制备方法，通过如下步骤实现：

一、备料：按以下重量份称取下列组分：

纳米石墨微片         10～50重量份

分散剂               0～4重量份

成膜树脂             20～89.8重量份

混合溶剂             适量

二、涂料制备：首先将纳米石墨微片浸润于易挥发有机溶剂中，稍微搅拌后加入分散剂，置于烘箱内待易挥发有机溶剂挥发完毕；再将成膜树脂加入混合溶剂至溶解；然后将经预处理的纳米石墨微片与已经溶解的成膜树脂混合研磨，直至混合均匀为止，即得本发明的石墨基电磁屏蔽复合涂料。

石墨基电磁屏蔽复合涂料的制备方法，通过如下步骤实现：

一、备料：按以下重量份称取下列组分：

纳米石墨微片       10～50重量份

分散剂             0～4重量份

金属粉             0～60重量份

偶联剂             0～3重量份

成膜树脂           20～89.8重量份

混合溶剂           适量

二、涂料制备：首先将纳米石墨微片浸润于混合溶剂中，边搅拌边加入分散剂，置于超声波中超声分散10～30分钟；再将偶联剂溶解于易挥发有机溶剂溶剂中，加入金属粉，稍微搅拌后置于烘箱内待易挥发有机溶剂挥发完毕；再将成膜树脂加入混合溶剂至溶解；最后将预处理的纳米石墨微片，金属粉和成膜树脂三者混合研磨，直至混合均匀为止，即得本发明的石墨基电磁屏蔽复合涂料。

本发明采用纳米石墨微片作为主要的导电填料，目前文献以纳米石墨微片作为导电填料制备电磁屏蔽涂料尚未见报道，纳米石墨微片由于其导电性良好，且具有特殊的圆盘形状结构、纳米尺寸和高的径厚比(径厚比为250左右)，复合时易于褡裢形成导电网络，制得的导电涂料电磁屏蔽效果良好。而将其与导电金属粉混合后作为导电填料制备复合导电涂料，则可以发挥不同类型填料的优势互补的效果。该产品制备工艺简单，成本较低，在300MHz～1.5GHz频段，其电磁屏蔽效能SE可达到40dB，且作为流体材料，易于在塑料表涂覆，因此该涂料对于解决ABS、PVC等工程塑料的电磁屏蔽问题有极为广泛的应用和推广价值。

具体实施方式

以下结合实例，对本发明做进一步的描述。

实施例1：

本发明的石墨基电磁屏蔽复合涂料，包括下列组分：

纳米石墨微片           30重量份

十二烷基磺酸钠         1.5重量份

丙烯酸树脂             68.5重量份

正丁醇与醋酸丁酯       适量

其中，纳米石微片的直径为1～20μm，厚度为30～80nm，径厚比为250左右，状似圆盘或无规片状。

其中，正丁醇与醋酸丁酯的体积比为1∶1。

本发明的石墨基电磁屏蔽复合涂料的制备方法，通过如下步骤实现：

一、备料：按以下重量份称取下列组分：

纳米石墨微片                    30重量份

十二烷基磺酸钠                  1.5重量份

丙烯酸树脂                      68.5重量份

正丁醇与醋酸丁酯(体积比1∶1)    适量

其中，纳米石微片的直径为1～20μm，厚度为30～80nm，径厚比为250左右，状似圆盘或无规片状。

二、涂料制备：首先将纳米石墨微片浸润于丙酮溶剂中，稍微搅拌后加入十二烷基磺酸钠溶液，置于烘箱内待丙酮挥发完毕；再将丙烯酸树脂加入正丁醇与醋酸丁酯的混合溶剂中至溶解；然后将经预处理的纳米石墨微片与已经溶解的丙烯酸树脂混合，置于锥形磨循环研磨10次以上，直至混合均匀为止，即得本发明的石墨基电磁屏蔽复合涂料。

本发明石墨基电磁屏蔽复合涂料的应用举例如下：

将实施例1所得的石墨基电磁屏蔽复合涂料冷却15分钟后，加入混合溶剂调节至15～20秒(涂-4杯法)，喷涂于ABS基板上，常温干燥即可。

该产品固化后技术指标如下：

颜色         深灰色或黑色

涂层外观     平整均匀，无明显缺痕

厚度         350μm

表面电阻     0.5～0.6Ω/cm²

屏蔽效能     41dB(1.5GHz)

实施例2：

本发明的石墨基电磁屏蔽复合涂料，包括下列组分：

纳米石墨微片     20重量份

十二烷基磺酸钠        1.0重量份

镍粉                  30重量份

铝酸酯                0.5重量份

丙烯酸树脂            48.5重量份

正丁醇与醋酸丁酯      适量

其中，纳米石墨微片的直径为1～20μm，厚度为3080nm，径厚比为250左右，状似圆盘；镍粉为微米级。

其中，正丁醇与醋酸丁酯的体积比为1∶1。

本发明的石墨基电磁屏蔽复合涂料的制备方法，通过如下步骤实现：

一、备料

按以下重量份称取下列组分：

纳米石墨微片                    20重量份

十二烷基磺酸钠                  1.0重量份

镍粉                            30重量份

铝酸酯                          0.5重量份

丙烯酸树脂                      48.5重量份

正丁醇与醋酸丁酯(体积比1∶1)    适量

其中，纳米石墨微片的直径为1～20μm，厚度为30～80nm，径厚比为250左右，状似圆盘；镍粉为微米级。

二、涂料制备：首先将纳米石墨微片浸润于正丁醇与醋酸丁酯的混合溶剂中，边搅拌边加入十二烷基磺酸钠溶液，置于超声波中超声分散15分钟左右；再将铝酸酯溶解于丙酮溶剂中，加入镍粉，稍微搅拌后置于烘箱内待丙酮挥发完毕；再将丙烯酸树脂加入正丁醇与醋酸丁酯的混合溶剂至溶解；最后将预处理的纳米石墨微片，镍粉和丙烯酸树脂三者混合，置于锥形磨循环研磨10次以上，直至混合均匀为止，即得本发明的石墨基电磁屏蔽复合涂料。

本发明石墨基电磁屏蔽复合涂料的应用举例如下：将实施例2所得的石墨基电磁屏蔽复合涂料冷却15分钟后，加入混合溶剂调节至15～20秒(涂-4杯法)，喷涂于ABS基板上，常温干燥即可。

该产品固化后技术指标如下：

颜色            深灰色

涂层外观        平整均匀，无明显缺痕

厚度            50μm

表面电阻        2.5～3.0Ω/cm²

屏蔽效能        22dB(1.5GHz)(依据ASTM D4935-99)

Claims (9)

1、石墨基电磁屏蔽复合涂料，其特征在于：包括下列组分：

纳米石墨微片                 10～50重量份

分散剂                       0～4重量份

成膜树脂                     20～89.8重量份

混合溶剂                     适量。

2、根据权利要求1所述的石墨基电磁屏蔽复合涂料，其特征在于：还包括0～60重量份金属粉和0～3重量份偶联剂。

3、根据权利要求1所述的石墨基电磁屏蔽复合涂料，其特征在于：上述纳米石墨微片是二维纳米结构，直径为1～20μm，厚度为30～80nm(径厚比250左右)，状似圆盘或无规片状。

4、根据权利要求1所述的石墨基电磁屏蔽复合涂料，其特征在于：上述成膜树脂为丙烯酸酸树脂、醇酸树脂、酚醛树脂、环氧树脂、聚胺酯、硝基漆中的一种。

5、根据权利要求1所述的石墨基电磁屏蔽复合涂料，其特征在于：上述分散剂为阳离子表面活性剂或者中性表面活性剂中的一种。

6、根据权利要求2所述的石墨基电磁屏蔽复合涂料，其特征在于：上述偶联剂为铝酸酯系列、钛酸酯系列中的一种。

7、根据权利要求1所述的石墨基电磁屏蔽复合涂料，其特征在于：上述混合溶剂为正丁醇、醋酸丁酯、环己酮、松节油、天那水、二甲苯中的任意一种或两种以上混合而成。

8、石墨基电磁屏蔽复合涂料的制备方法，其特征在于：通过如下步骤实现：

一、备料：按以下重量份称取下列组分：

纳米石墨微片                  10～50重量份

分散剂                        0～4重量份

成膜树脂                      20～89.8重量份

混合溶剂                   适量

二、涂料制备：首先将纳米石墨微片浸润于易挥发有机溶剂中，稍微搅拌后加入分散剂，置于烘箱内待易挥发有机溶剂挥发完毕；再将成膜树脂加入混合溶剂至溶解；然后将经预处理的纳米石墨微片与已经溶解的成膜树脂混合研磨，直至混合均匀为止，即得本发明的石墨基电磁屏蔽复合涂料。

9、石墨基电磁屏蔽复合涂料的制备方法，其特征在于：通过如下步骤实现：

一、备料：按以下重量份称取下列组分：

纳米石墨微片                 10～50重量份

分散剂                       0～4重量份

金属粉                       0～60重量份

偶联剂                       0～3重量份

成膜树脂                     20～89.8重量份

混合溶剂                     适量

二、涂料制备：首先将纳米石墨微片浸润于混合溶剂中，边搅拌边加入分散剂，置于超声波中超声分散10～30分钟；再将偶联剂溶解于易挥发有机溶剂溶剂中，加入金属粉，稍微搅拌后置于烘箱内待易挥发有机溶剂挥发完毕；再将成膜树脂加入混合溶剂至溶解；最后将预处理的纳米石墨微片，金属粉和成膜树脂三者混合研磨，直至混合均匀为止，即得本发明的石墨基电磁屏蔽复合涂料。