本發(fā)明涉及高分子涂料制備，具體涉及一種電磁波屏蔽用稀土改性石墨烯涂料的制備方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、隨著科學(xué)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，各種電子設(shè)備被成功應(yīng)用于人們的生活和工作中，但是電子設(shè)備在運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生電磁輻射，從而會(huì)嚴(yán)重影響人們的健康，導(dǎo)致致癌疾病的發(fā)生。另外，各設(shè)備之間的電磁干擾也會(huì)造成信號(hào)被攔截、數(shù)據(jù)丟失等，嚴(yán)重影響電子設(shè)備的性能及其正常運(yùn)行。特別是隨著物聯(lián)網(wǎng)、自動(dòng)駕駛、可穿戴設(shè)備的發(fā)展，電子設(shè)備正朝著結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積小、精度高的方向發(fā)展，要確保這些高度集成、高功率的電子設(shè)備正常運(yùn)行，電磁干擾屏蔽至關(guān)重要。于是電磁屏蔽材料應(yīng)運(yùn)而生，將這些材料制作成屏蔽體將電子元部件、電路、組合件、電纜乃至整個(gè)電子系統(tǒng)的干擾源包圍起來，防止干擾電磁場(chǎng)向外擴(kuò)散或被外界干擾。常見的電磁屏蔽材料有導(dǎo)電膠、導(dǎo)電布、導(dǎo)電泡棉、導(dǎo)電布膠帶、吸波材料。其中吸波材料是一種重要的電磁屏蔽材料，它以涂敷的方式在電子元件或組件以及系統(tǒng)外殼形成涂層來屏蔽電磁輻射，可以應(yīng)用于民用或軍用的電子設(shè)備。

2、本發(fā)明采用自主研發(fā)的稀土改性石墨烯涂料，應(yīng)用于電子設(shè)備中的電子元件或組件以及系統(tǒng)外殼的電磁屏蔽涂層，涂層中所含有的稀土納米氧化物具有局域表面等離子體共振效應(yīng)(lspr效應(yīng))，將電化學(xué)剝離法制備的稀土功能化石墨烯均勻分散至水性聚氨酯樹脂中，形成長效穩(wěn)定的稀土納米斷熱劑，可有效屏蔽紫外、紅外、微波，具有隔熱性、透明性和耐候性良好等諸多優(yōu)點(diǎn)。若將其用于武器裝備的電子設(shè)備隱身涂層，還可以避免被雷達(dá)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)。如“李素芳,陳宗璋.納米石墨烯基復(fù)合吸波材料及其制備方法[p].中國專利：cn

3、101550003a,2009-4-22.”、“邢宏龍,尹清,劉振峰,王磊.一種還原氧化石墨烯和納米氧化鈰復(fù)合的微波吸收材料及制備方法[p].中國專利：cn?105255446?a,2015-11-06.)”現(xiàn)有技術(shù)中，稀土功能化石墨烯均采用水熱法、電沉積法等方法制備而成，而電化學(xué)剝離法制備這種材料沒有被報(bào)道過。另外一種有效成分石墨烯憑借其超高的比表面積本身是優(yōu)異的吸波材料，與稀土納米氧化物搭配起到很好的電磁設(shè)備屏蔽效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了實(shí)現(xiàn)電磁波屏蔽的效果，本發(fā)明將電化學(xué)剝離制備的稀土功能化石墨烯均勻分散至水性聚氨酯樹脂中，制備出稀土改性石墨烯涂料，該涂料涂覆在電子設(shè)備的電子元部件、電路、組合件以及系統(tǒng)外殼上可以屏蔽紅外等電磁輻射，不妨礙電子設(shè)備的正常工作。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種電磁波屏蔽用稀土改性石墨烯涂料的制備方法，具體制備步驟如下：

3、步驟(1)、制備稀土功能化石墨烯：

4、步驟(a)、電化學(xué)剝離制備稀土功能化石墨烯，以石墨紙為陽極，鉑片為陰極，電解液體系為0.5～1.5mol/l?h2so4、0.1～1mol/l稀土的硫酸鹽以及0.1～0.4mol/l?kno3的混合溶液，將石墨紙預(yù)先浸入上述混合溶液15～20min，然后在3～5v的電壓條件下進(jìn)行預(yù)電解20～40min，隨后將電壓升至8～10v，直至石墨烯剝離完畢，獲得一次產(chǎn)物懸浮液；

5、步驟(b)、真空抽濾，將上述一次產(chǎn)物懸浮液進(jìn)行5～6次真空抽濾處理，獲得二次產(chǎn)物懸浮液；

6、步驟(c)、超聲處理，將上述二次產(chǎn)物懸浮液進(jìn)行超聲處理，獲得三次產(chǎn)物懸浮液；

7、步驟(d)、冷凍干燥，對(duì)上述步驟(c)獲得的三次產(chǎn)物懸浮液進(jìn)行冷凍干燥處理，冷凍干燥時(shí)間為46～72h，隨后經(jīng)過打粉機(jī)粉碎、過60目篩子獲得稀土功能化石墨烯；

8、步驟(2)、制備水性聚氨酯樹脂：

9、將1～3份2,2-二羥甲基丙酸dmpa置于真空干燥箱中于60～80℃下干燥30～50min，并利用水浴鍋攪拌器將其溶于5～10份n-甲基吡咯烷酮中，隨后將1～3份聚四氫呋喃ptmeg、1～3份異佛爾酮二異氰酸酯ipdi以及溶解好的2,2-二羥甲基丙酸裝入三口燒瓶中，通入氮?dú)?，并在水浴鍋中?0～90℃下反應(yīng)3～6h，攪拌速度為300～400r/pm，降溫至30～40℃，添加1～3份三乙胺tea進(jìn)行中和反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為30～50min；將攪拌速度增加至600～900r/pm，并補(bǔ)加10～20份去離子水，再加入0.5～1份乙二胺eda進(jìn)行擴(kuò)鏈反應(yīng)，反應(yīng)1～3h，最后經(jīng)過尼龍網(wǎng)后獲得水性聚氨酯樹脂；

10、步驟(3)、制備稀土改性石墨烯涂料：

11、將0.5～1份稀土功能化石墨烯、1～3份水性聚氨酯樹脂和20～50份水用高速分散機(jī)在5000～6000r/min轉(zhuǎn)速下分散30～50min，靜置10～30min后依次加入0.1～0.5份流平劑、0.1～0.5份消泡劑、0.1～0.5份增稠劑，繼續(xù)分散攪拌30～60min，獲得稀土改性石墨烯涂料。

12、所述電解液體系為1mol/l?h2so4、0.5mol/l稀土的硫酸鹽、0.2mol/l?kno3的混合溶液。

13、所述電解液中稀土的硫酸鹽，稀土元素為鈰、鑭、鐠、釹、钷、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥、鈧、釔中的任意一種。

14、所述超聲處理的工藝參數(shù)為超聲時(shí)間為30～60min，頻率為40～90hz。

15、所述流平劑為丙烯酸酯類、醋丁纖維素類、硝化纖維素類、二苯基聚硅氧烷、甲基苯基聚硅氧烷、有機(jī)基改性聚硅氧烷、聚醚有機(jī)硅類、有機(jī)氟類中的任意一種。

16、所述消泡劑為硅油、聚醚類、高級(jí)醇、礦物油、植物油、壬基酚聚氧乙烯醚、皂鹽、op系列乳化劑、吐溫系列乳化劑、司盤系列乳化劑中的任意一種。

17、所述增稠劑為有機(jī)膨潤土、鈉基鵬潤土、硅藻土、硅凝膠、纖維素醚類、淀粉、明膠、海藻酸鈉、干酪素、瓜爾膠、甲殼胺、阿拉伯樹膠、黃原膠、大豆蛋白膠、天然橡膠、羊毛脂、瓊脂中的任意一種。

18、一種電磁波屏蔽用稀土改性石墨烯涂料的應(yīng)用，應(yīng)用于電子設(shè)備的電磁波屏蔽或者作為隱身涂層。

19、本發(fā)明的稀土功能化石墨烯制備原理如下：在電場(chǎng)力的作用下，硫酸根陰離子插層到陽極石墨層間剝離成石墨烯，而稀土陽離子遷移到陰極鉑電極表面，并在kno3催化劑的作用下在陰極表面形成稀土的金屬氧化物，隨后金屬氧化物在電場(chǎng)力的作用下脫落與石墨烯復(fù)合成稀土功能化石墨烯。

20、本發(fā)明的有益效果：將本發(fā)明的稀土改性石墨烯涂料涂覆在鋁制載體上，賦予了載體較高的電池屏蔽效能，在8～12ghz(x波段)內(nèi)的電磁屏蔽效能大于40db。本發(fā)明涂料中的稀土功能化石墨烯制備工藝簡單，綠色環(huán)保，相比于水熱合成法等實(shí)驗(yàn)室合成方法，便于產(chǎn)品的大規(guī)模生產(chǎn)，適合涂料工業(yè)原料的生產(chǎn)需求。

技術(shù)特征：

1.一種電磁波屏蔽用稀土改性石墨烯涂料的制備方法，其特征在于，具體制備步驟如下：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電磁波屏蔽用稀土改性石墨烯涂料的制備方法，其特征在于，所述電解液體系為1mol/l?h2so4、0.5mol/l稀土的硫酸鹽、0.2mol/lkno3的混合溶液。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種電磁波屏蔽用稀土改性石墨烯涂料的制備方法，其特征在于，所述電解液中稀土的硫酸鹽，稀土元素為鈰、鑭、鐠、釹、钷、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥、鈧、釔中的任意一種。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種電磁波屏蔽用稀土改性石墨烯涂料的制備方法，其特征在于，所述超聲處理的工藝參數(shù)為超聲時(shí)間為30～60min，頻率為40～90hz。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種電磁波屏蔽用稀土改性石墨烯涂料的制備方法，其特征在于，所述流平劑為丙烯酸酯類、醋丁纖維素類、硝化纖維素類、二苯基聚硅氧烷、甲基苯基聚硅氧烷、有機(jī)基改性聚硅氧烷、聚醚有機(jī)硅類、有機(jī)氟類中的任意一種。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種電磁波屏蔽用稀土改性石墨烯涂料的制備方法，其特征在于，所述消泡劑為硅油、聚醚類、高級(jí)醇、礦物油、植物油、壬基酚聚氧乙烯醚、皂鹽、op系列乳化劑、吐溫系列乳化劑、司盤系列乳化劑中的任意一種。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種電磁波屏蔽用稀土改性石墨烯涂料的制備方法，其特征在于，所述增稠劑為有機(jī)膨潤土、鈉基鵬潤土、硅藻土、硅凝膠、纖維素醚類、淀粉、明膠、海藻酸鈉、干酪素、瓜爾膠、甲殼胺、阿拉伯樹膠、黃原膠、大豆蛋白膠、天然橡膠、羊毛脂、瓊脂中的任意一種。

8.一種電磁波屏蔽用稀土改性石墨烯涂料的應(yīng)用，其特征在于，所述電磁波屏蔽用稀土改性石墨烯涂料采用權(quán)利要求1-7任一所述制備方法制備，所述電磁波屏蔽用稀土改性石墨烯涂料應(yīng)用于電子設(shè)備的電磁波屏蔽或者作為隱身涂層。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于高分子涂料制備技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種電磁波屏蔽用稀土改性石墨烯涂料的制備方法及應(yīng)用。首先利用電化學(xué)剝離法制備稀土功能化石墨烯，隨后合成水性聚氨酯樹脂，再將稀土功能化石墨烯、水性聚氨酯樹脂和水均勻混合，并添加流平劑、消泡劑、增稠劑，最后過尼龍網(wǎng)后制備成稀土改性石墨烯涂料。本發(fā)明可取得以下有益效果：將本發(fā)明的稀土改性石墨烯涂料涂覆在鋁制載體上，賦予了載體較高的電池屏蔽效能，在8～12GHz(X波段)內(nèi)的電磁屏蔽效能大于40dB。

技術(shù)研發(fā)人員：胡亮,張開悅,蔣曉漫,唐沁茹,唐一巧,楊媛媛
受保護(hù)的技術(shù)使用者：沈陽理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/9/9