[发明专利]石墨烯/纳米铁氧体基水性电磁屏蔽涂料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电磁波屏蔽涂料领域，具体涉及石墨烯/纳米铁氧体基水性电磁屏蔽涂料及其制备方法。

背景技术

电子、电气、通讯及信息产业的飞速发展为人们的生活、工作带来巨大方便的同时，使得电磁波辐射污染成为继废水污染、废气污染、固体废弃物污染、噪声污染之后一种新的环境污染，不仅对人们日常通信设备、计算机和其它电子系统造成严重干扰，对信息安全造成严重威胁，而且对人体健康带来不可估量的损害。吸波材料是一类能吸收、衰减投射到它表面的电磁波，并将其转化成热能耗散掉或使电磁波因干涉而消失的功能材料。采用吸波材料防止电磁波辐射污染以保护环境、保障信息安全以及人体健康，已成为当前国际上努力探索的一个重大课题。各种吸波材料中，吸波涂料即电磁波屏蔽涂料以其选材广泛、施工方便灵活、实用性强及性价比高等特点而倍受青睐。

CN103205174A公开了一种电磁屏蔽型导电涂料及其制备方法，该涂料通过加入含镁粉末赋予涂料导电性和电磁屏蔽功能。CN10389746A公开了一种高性能的复合石墨烯导电涂料的制备方法，该复合石墨烯导电涂料以石墨烯与无机涂料复合起来制备导电涂料。现有技术的电磁屏蔽涂料几乎以有机物作为溶剂，易对环境造成污染，且大多集中在单一导电型涂料。单一导电型涂料存在屏蔽频率窄、屏蔽效能相对较差的缺点。因此开发兼具良好导电性及磁性的复合填料是高性能电磁屏蔽涂料的关键。石墨烯是由单层六角元胞碳原子组成的蜂窝状二维晶体，它具有高机械强度、优异的导电性、高化学稳定性等特点，与其他碳材料相比，石墨烯特殊的二维片状结构和独特的物理化学性质使得它在吸波材料领域的应用具备了得天独厚的优势。铁氧体吸波材料是铁系金属氧化物或复合氧化物，属于亚铁磁性材料。其吸波性能来源于铁磁性和介电性能，其相对磁导率和相对介电常数均呈复数形式，既能产生介电损耗又能产生磁损耗，因此具有良好的吸波性能。以石墨烯为导电材料、以铁氧体为导磁材料的复合吸波材料可以将石墨烯优异的导电性和纳米结构铁氧体的磁性相结合，可使涂料同时具备电损耗和磁损耗，改善单一导电填料的吸波性能。

发明内容

有鉴于此，为了解决现有技术单一导电物质的电磁屏蔽涂料屏蔽效能差的问题，本发明公开了一种以导电导磁复合材料为填料的水性电磁屏蔽涂料及其制备方法，以兼具电损耗和磁损耗的复合吸波材料作为填料，将石墨烯与铁氧体纳米材料进行复合，制备出兼具石墨烯的导电性和纳米铁氧体良好磁性能的石墨烯/纳米铁氧体复合吸波材料，再与树脂及其它助剂复合制备电磁屏蔽涂料，则可弥补石墨烯只具备导电损耗而无磁损耗的缺点。可实现电磁吸收的阻抗匹配，拓宽吸收频段，改善单一导电填料的吸波性能，从而满足实际应用对电磁屏蔽材料“薄、轻、宽、强”的综合要求。

本发明的目的是这样实现的：石墨烯/纳米铁氧体基水性电磁屏蔽涂料，由电磁屏蔽填料、水性成膜树脂、纯净水、分散剂、成膜助剂组成；其配比按重量百分比为：电磁屏蔽填料10～55％，水性成膜树脂30～70％，纯净水10～30％，分散剂3～5％，成膜助剂1～2％。所述的电磁屏蔽填料为石墨烯/纳米铁氧体复合电磁屏蔽材料，其特征在于，铁氧体颗粒负载在片状石墨烯表面。铁氧体通式为MFe₂O₄，其中M为Cu、Ni、Co、Mn、Zn、Fe中的一种或几种；所述的水性成膜树脂为水性丙烯酸酯、水性聚氨酯、水性环氧树脂中的一种；所述的分散剂为阳离子表面活性剂或阴离子表面活性剂或非离子型表面活性剂中的一种；所述成膜助剂为醇类、酯醇类、醇醚类或醇醚的任意一种或两种以上混合而成脂类。

该电磁屏蔽水性涂料的具体制备步骤如下：通过Hummers法制备氧化石墨烯分散液；将含有M与铁离子的金属盐溶解于水配成溶液，加入一定体积的氧化石墨烯分散液，超声分散30分钟；用氢氧化钠溶液调节pH值为11，最后加入Na₂S₂O₃·5H₂O，移入反应釜，密封，置于烘箱中，100℃～220℃静置反应1～48小时；离心洗涤后制得石墨烯/纳米铁氧体复合电磁屏蔽填料；电磁屏蔽填料研磨后加入分散剂、纯净水超声分散；再将其加入水性成膜树脂中，加入成膜树脂在砂磨机中研磨分散，使其均匀分散，即得到本发明的水性电磁屏蔽涂料。

下面详细描述本发明的技术方案：

A.氧化石墨烯分散液的准备。以天然鳞片石墨为原料，采用Hummers法制备氧化石墨，由氧化石墨超声剥离制备氧化石墨烯分散液。氧化石墨烯分散液含量为0.1～20mg/mL；