一种电磁波屏蔽用稀土改性石墨烯涂料的制备方法及应用

本发明涉及高分子涂料制备，具体涉及一种电磁波屏蔽用稀土改性石墨烯涂料的制备方法及应用。

背景技术：

1、随着科学技术的蓬勃发展，各种电子设备被成功应用于人们的生活和工作中，但是电子设备在运行过程中会产生电磁辐射，从而会严重影响人们的健康，导致致癌疾病的发生。另外，各设备之间的电磁干扰也会造成信号被拦截、数据丢失等，严重影响电子设备的性能及其正常运行。特别是随着物联网、自动驾驶、可穿戴设备的发展，电子设备正朝着结构复杂、体积小、精度高的方向发展，要确保这些高度集成、高功率的电子设备正常运行，电磁干扰屏蔽至关重要。于是电磁屏蔽材料应运而生，将这些材料制作成屏蔽体将电子元部件、电路、组合件、电缆乃至整个电子系统的干扰源包围起来，防止干扰电磁场向外扩散或被外界干扰。常见的电磁屏蔽材料有导电胶、导电布、导电泡棉、导电布胶带、吸波材料。其中吸波材料是一种重要的电磁屏蔽材料，它以涂敷的方式在电子元件或组件以及系统外壳形成涂层来屏蔽电磁辐射，可以应用于民用或军用的电子设备。

2、本发明采用自主研发的稀土改性石墨烯涂料，应用于电子设备中的电子元件或组件以及系统外壳的电磁屏蔽涂层，涂层中所含有的稀土纳米氧化物具有局域表面等离子体共振效应(lspr效应)，将电化学剥离法制备的稀土功能化石墨烯均匀分散至水性聚氨酯树脂中，形成长效稳定的稀土纳米断热剂，可有效屏蔽紫外、红外、微波，具有隔热性、透明性和耐候性良好等诸多优点。若将其用于武器装备的电子设备隐身涂层，还可以避免被雷达发现目标。如“李素芳,陈宗璋.纳米石墨烯基复合吸波材料及其制备方法[p].中国专利：cn

3、101550003a,2009-4-22.”、“邢宏龙,尹清,刘振峰,王磊.一种还原氧化石墨烯和纳米氧化铈复合的微波吸收材料及制备方法[p].中国专利：cn 105255446 a,2015-11-06.)”现有技术中，稀土功能化石墨烯均采用水热法、电沉积法等方法制备而成，而电化学剥离法制备这种材料没有被报道过。另外一种有效成分石墨烯凭借其超高的比表面积本身是优异的吸波材料，与稀土纳米氧化物搭配起到很好的电磁设备屏蔽效果。

技术实现思路

1、为了实现电磁波屏蔽的效果，本发明将电化学剥离制备的稀土功能化石墨烯均匀分散至水性聚氨酯树脂中，制备出稀土改性石墨烯涂料，该涂料涂覆在电子设备的电子元部件、电路、组合件以及系统外壳上可以屏蔽红外等电磁辐射，不妨碍电子设备的正常工作。

2、为实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种电磁波屏蔽用稀土改性石墨烯涂料的制备方法，具体制备步骤如下：

3、步骤(1)、制备稀土功能化石墨烯：

4、步骤(a)、电化学剥离制备稀土功能化石墨烯，以石墨纸为阳极，铂片为阴极，电解液体系为0.5～1.5mol/l h2so4、0.1～1mol/l稀土的硫酸盐以及0.1～0.4mol/l kno3的混合溶液，将石墨纸预先浸入上述混合溶液15～20min，然后在3～5v的电压条件下进行预电解20～40min，随后将电压升至8～10v，直至石墨烯剥离完毕，获得一次产物悬浮液；

5、步骤(b)、真空抽滤，将上述一次产物悬浮液进行5～6次真空抽滤处理，获得二次产物悬浮液；

6、步骤(c)、超声处理，将上述二次产物悬浮液进行超声处理，获得三次产物悬浮液；

7、步骤(d)、冷冻干燥，对上述步骤(c)获得的三次产物悬浮液进行冷冻干燥处理，冷冻干燥时间为46～72h，随后经过打粉机粉碎、过60目筛子获得稀土功能化石墨烯；

8、步骤(2)、制备水性聚氨酯树脂：

9、将1～3份2,2-二羟甲基丙酸dmpa置于真空干燥箱中于60～80℃下干燥30～50min，并利用水浴锅搅拌器将其溶于5～10份n-甲基吡咯烷酮中，随后将1～3份聚四氢呋喃ptmeg、1～3份异佛尔酮二异氰酸酯ipdi以及溶解好的2,2-二羟甲基丙酸装入三口烧瓶中，通入氮气，并在水浴锅中于70～90℃下反应3～6h，搅拌速度为300～400r/pm，降温至30～40℃，添加1～3份三乙胺tea进行中和反应，反应时间为30～50min；将搅拌速度增加至600～900r/pm，并补加10～20份去离子水，再加入0.5～1份乙二胺eda进行扩链反应，反应1～3h，最后经过尼龙网后获得水性聚氨酯树脂；

10、步骤(3)、制备稀土改性石墨烯涂料：

11、将0.5～1份稀土功能化石墨烯、1～3份水性聚氨酯树脂和20～50份水用高速分散机在5000～6000r/min转速下分散30～50min，静置10～30min后依次加入0.1～0.5份流平剂、0.1～0.5份消泡剂、0.1～0.5份增稠剂，继续分散搅拌30～60min，获得稀土改性石墨烯涂料。

12、所述电解液体系为1mol/l h2so4、0.5mol/l稀土的硫酸盐、0.2mol/l kno3的混合溶液。

13、所述电解液中稀土的硫酸盐，稀土元素为铈、镧、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钪、钇中的任意一种。

14、所述超声处理的工艺参数为超声时间为30～60min，频率为40～90hz。

15、所述流平剂为丙烯酸酯类、醋丁纤维素类、硝化纤维素类、二苯基聚硅氧烷、甲基苯基聚硅氧烷、有机基改性聚硅氧烷、聚醚有机硅类、有机氟类中的任意一种。

16、所述消泡剂为硅油、聚醚类、高级醇、矿物油、植物油、壬基酚聚氧乙烯醚、皂盐、op系列乳化剂、吐温系列乳化剂、司盘系列乳化剂中的任意一种。

17、所述增稠剂为有机膨润土、钠基鹏润土、硅藻土、硅凝胶、纤维素醚类、淀粉、明胶、海藻酸钠、干酪素、瓜尔胶、甲壳胺、阿拉伯树胶、黄原胶、大豆蛋白胶、天然橡胶、羊毛脂、琼脂中的任意一种。

18、一种电磁波屏蔽用稀土改性石墨烯涂料的应用，应用于电子设备的电磁波屏蔽或者作为隐身涂层。

19、本发明的稀土功能化石墨烯制备原理如下：在电场力的作用下，硫酸根阴离子插层到阳极石墨层间剥离成石墨烯，而稀土阳离子迁移到阴极铂电极表面，并在kno3催化剂的作用下在阴极表面形成稀土的金属氧化物，随后金属氧化物在电场力的作用下脱落与石墨烯复合成稀土功能化石墨烯。

20、本发明的有益效果：将本发明的稀土改性石墨烯涂料涂覆在铝制载体上，赋予了载体较高的电池屏蔽效能，在8～12ghz(x波段)内的电磁屏蔽效能大于40db。本发明涂料中的稀土功能化石墨烯制备工艺简单，绿色环保，相比于水热合成法等实验室合成方法，便于产品的大规模生产，适合涂料工业原料的生产需求。

技术特征：

1.一种电磁波屏蔽用稀土改性石墨烯涂料的制备方法，其特征在于，具体制备步骤如下：

2.根据权利要求1所述的一种电磁波屏蔽用稀土改性石墨烯涂料的制备方法，其特征在于，所述电解液体系为1mol/l h2so4、0.5mol/l稀土的硫酸盐、0.2mol/lkno3的混合溶液。

3.根据权利要求1或2所述的一种电磁波屏蔽用稀土改性石墨烯涂料的制备方法，其特征在于，所述电解液中稀土的硫酸盐，稀土元素为铈、镧、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钪、钇中的任意一种。

4.根据权利要求3所述的一种电磁波屏蔽用稀土改性石墨烯涂料的制备方法，其特征在于，所述超声处理的工艺参数为超声时间为30～60min，频率为40～90hz。

5.根据权利要求4所述的一种电磁波屏蔽用稀土改性石墨烯涂料的制备方法，其特征在于，所述流平剂为丙烯酸酯类、醋丁纤维素类、硝化纤维素类、二苯基聚硅氧烷、甲基苯基聚硅氧烷、有机基改性聚硅氧烷、聚醚有机硅类、有机氟类中的任意一种。

6.根据权利要求5所述的一种电磁波屏蔽用稀土改性石墨烯涂料的制备方法，其特征在于，所述消泡剂为硅油、聚醚类、高级醇、矿物油、植物油、壬基酚聚氧乙烯醚、皂盐、op系列乳化剂、吐温系列乳化剂、司盘系列乳化剂中的任意一种。

7.根据权利要求6所述的一种电磁波屏蔽用稀土改性石墨烯涂料的制备方法，其特征在于，所述增稠剂为有机膨润土、钠基鹏润土、硅藻土、硅凝胶、纤维素醚类、淀粉、明胶、海藻酸钠、干酪素、瓜尔胶、甲壳胺、阿拉伯树胶、黄原胶、大豆蛋白胶、天然橡胶、羊毛脂、琼脂中的任意一种。

8.一种电磁波屏蔽用稀土改性石墨烯涂料的应用，其特征在于，所述电磁波屏蔽用稀土改性石墨烯涂料采用权利要求1-7任一所述制备方法制备，所述电磁波屏蔽用稀土改性石墨烯涂料应用于电子设备的电磁波屏蔽或者作为隐身涂层。

技术总结本发明属于高分子涂料制备技术领域，公开了一种电磁波屏蔽用稀土改性石墨烯涂料的制备方法及应用。首先利用电化学剥离法制备稀土功能化石墨烯，随后合成水性聚氨酯树脂，再将稀土功能化石墨烯、水性聚氨酯树脂和水均匀混合，并添加流平剂、消泡剂、增稠剂，最后过尼龙网后制备成稀土改性石墨烯涂料。本发明可取得以下有益效果：将本发明的稀土改性石墨烯涂料涂覆在铝制载体上，赋予了载体较高的电池屏蔽效能，在8～12GHz(X波段)内的电磁屏蔽效能大于40dB。技术研发人员：胡亮,张开悦,蒋晓漫,唐沁茹,唐一巧,杨媛媛受保护的技术使用者：沈阳理工大学技术研发日：技术公布日：2024/9/9