CN105273564B - 一种防电磁环境污染涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种防电磁环境污染涂料，按质量份数计，成膜树脂15～35份，镍包金属粉或镍包碳粉40～80份，镀Ni‑Sn‑Pr‑B玻璃纤维 5～20份，溶剂30～100份，偶联剂0.5～15 份，分散剂1～5份，其中镍包金属粉或者镍包碳粉中的镍粉重量分数为30‑80%。本发明以镍包金属粉或镍包碳粉和镀Ni‑Sn‑Pr‑B玻璃纤维作为涂料的填充料，以化学稳定性较好的镍包覆在涂料中易氧化的金属铜粉、铁粉、铝粉，能够形成更加完整致密稳定的网状导电骨架，有效提高了屏蔽涂料的抗氧化性和化学稳定性，进一步提高了涂料的屏蔽性能的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及电磁环境污染防护领域，更具体的说是涉及一种防电磁环境污染涂料及其制备方法。
背景技术
电磁屏蔽材料是实现电磁环境污染防护的重要物质基础，可通过如下方式实现对电子电气设备的电磁环境污染防护：（1）在制造电子电气设备的工程塑料中添加导电填料形成整体导电塑料；（2）采用电镀、化学镀金属使电子电气设备的工程塑料外壳表面形成导电镀层；（3）采用喷涂、刷涂电磁屏蔽涂料使电子电气设备的工程塑料外壳表面形成导电涂层；（4）采用喷涂、刷涂电磁波屏蔽涂料使电子电气设备所处房屋的门窗、墙壁、天花板和地面形成电磁屏蔽房而达到屏蔽防护效果。其中，电镀、化学镀工程塑料和添加导电填料形成整体导电塑料的成本较高、施工不方便；而通过喷涂、刷涂电磁屏蔽涂料形成表面导电涂层或电磁波屏蔽房屋的成本不高、施工方便灵活。因此，防电磁环境污染涂料已成为城市电磁环境污染防护与治理的重要材料。
对电磁屏蔽涂料而言，导电填料的成本和导电性能、比重等已成为制约其性价比及其应用的关键因素之一。
传统的电磁屏蔽涂料多由比重大、成本高但导电性优良的金、银、铜、镍、铝等粉末或比重小、成本低但导电性一般的炭黑、石墨、电气石和碳纤维等导电填料组成，因而较大地限制了其市场推广使用。
化学镀是一种成本较低、绿色环保、应用较广泛的表面金属化改性方法，已成为新型电磁屏蔽导电填料的常用制备技术之一。目前，用化学镀技术在金、银、铜、镍等纯金属表面包覆薄层金属，可降低纯金属填料的成本和改善其导电性、抗氧化性能，但其密度仍然过大、易沉降，影响屏蔽涂料的均匀性和稳定性。为此，研究人员以低密度、低成本的石墨、空心微珠、硅酸钙镁矿物晶须、玻璃纤维等无机非金属粉料为基体，用化学镀技术在其表面包覆导电性、化学稳定性和耐腐性较好的金属物质，制备出了性价比较高的轻质导电复合填料。
玻璃纤维是一种成本较低价、比重较小的无机纤维材料，具有不燃性和良好的耐热性和耐化学腐蚀性，但其导电性较差，在一定程度上降低了玻璃纤维的性价比，限制了其应用范围。对玻璃纤维经除油、粗化、敏化、活化等预处理后，利用硼氢化钠还原剂将溶液中镍、锡、镨金属离子化学还原在呈催化活性的玻璃纤维表面，在无外电流通过的情况下，使之形成金属镀层，从而制得导电性良好的表面含Ni-Sn-Pr-B的导电玻璃纤维。与镀Ni-Cu-La-B的导电玻璃纤维相比，镀Ni-Sn-Pr-B的导电玻璃纤维的比重更小、耐化学腐蚀性更好。玻璃纤维作为一种新型无机非金属材料，其导电性较差，通过化学镀等方法制备的导电玻璃纤维，可改善其导电性，提高其性价比，拓宽其用途。与传统的黄铜纤维、铝纤维等相比，导电玻璃纤维的比重小、成本低、导电性好。
未发现镍包覆金属粉或镍包碳粉和镀Ni-Sn-Pr-B玻璃纤维用于制备防电磁波辐射污染功能涂料的专利申请或文献报道。
发明内容
为解决上述的技术问题，本发明提供一种防电磁环境污染涂料及其制备方法，本发明以镍包金属粉或镍包碳粉、镀Ni-Sn-Pr-B玻璃纤维作复合填料，用高分子树脂作成膜物质，经混炼、研磨、过滤等工序，可制得防电磁环境污染功能涂料，制得的涂料能够有效的屏蔽电磁污染，涂料的屏蔽效果持续时间长。
本发明采用以下技术方案：
一种防电磁环境污染涂料，按质量份数计，
成膜树脂 15～35份
镍包金属粉或镍包碳粉 40～80份
镀Ni-Sn-Pr-B玻璃纤维 5～20份
溶剂 30～100份
偶联剂 0.5～15 份
分散剂 1～5份，
其中镍包金属粉或者镍包碳粉中的镍粉重量分数为30-80%。
成膜树脂是一种导电性较差的高分子物质，对电磁波几乎也没有屏蔽作用。屏蔽复合涂料之所以能够导电，是由于导电填料粒子之间的相互接触状况形成一定的导电网骨架的缘故。但是现有的多数屏蔽复合涂料的导电网骨架不稳定，屏蔽效果也相应不稳定。申请人在实验过程中发现，用镍包金属粉或镍包碳粉和纤维状镀Ni-Sn-Pr-B玻璃纤维被偶联剂处理后，它们之间具有桥接作用，这种桥接作用能够使得镍包金属粉或镍包碳粉粒子之间的相互联接点增多，填料颗粒接触几率增多，形成的三维导电网络骨架更加完整致密。在电磁波的作用下，载流子的浓度增加，载流子的迁移通道增多，因此，涂层材料的电导率自然会增大，形成的三维导电网络骨架变得完整致密，载流子的迁移通道达到最大值，屏蔽复合涂料的电阻率达到最低值，涂层对电磁波能量的反射损耗、吸收损耗达到最大，因此，本发明的涂料涂层对电磁波的屏蔽性能能够达到最佳值，具有突出的实质性特点和显著的进步。
所述镍包金属粉为粒径1.25～150μm的镍包铜粉、镍包铁粉和/或镍包铝粉中的一种。镍包碳粉也为粒径1.25～150μm。
所述镀Ni-Sn-Pr-B玻璃纤维的长径比为50～200，长度为15~100 μm，直径为10~30μm, 含Ni 20~50wt%、Sn 1~20wt%、Pr 0.5~5 wt%、B 0.5~5 wt%。
镀Ni-Sn-Pr-B玻璃纤维的含Ni 20~40wt%、Sn 1~12wt%、Pr 0.5~2 wt%、B 0.5~2wt%
成膜树脂可以为环氧树脂、丙烯酸树脂、硅树脂、醇酸树脂、酚醛树脂、聚氨酯、聚酯树脂中的至少一种。
偶联剂可以为硅烷、硼酸酯、铝酸酯或钛酸酯中的一种。
溶剂为乙酸丁酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、醋酸乙酯、甲醇、乙醇、正丁醇、甲乙酮、丙酮、甲苯、二甲苯中的至少一种。
所述的分散剂为有机膨润土。
如前所述的涂料的制备方法，a、将质量浓度为0.5～10%偶联剂溶液和镍包金属粉或镍包碳粉 、镀Ni-Sn-Pr-B玻璃纤维混合，在常温下用球磨机研磨20～60分钟，待分散均匀后，于温度80～120℃烘干得混合物，备用；b、将分散剂和固含量为40～70%的成膜树脂一起，与处理过的上述混合物，溶剂混合，在常温下用研磨机研磨2～5次，过滤、调节粘度4＃杯20～50秒，获得防电磁环境污染涂料。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明以镍包金属粉或镍包碳粉和镀Ni-Sn-Pr-B玻璃纤维作为涂料的填充料，与传统电磁波屏蔽涂料相比，每平方米屏蔽涂层的成本降低了20-40%；
2、本发明以镍包金属粉或镍包碳粉和镀Ni-Sn-Pr-B玻璃纤维作为涂料的填充料，以化学稳定性较好的镍包覆在涂料中易氧化的金属铜粉、铁粉、铝粉，能够形成更加稳定、致密的网状导电骨架，有效提高了屏蔽涂料的抗氧化性和化学稳定性，进一步提高了涂料的屏蔽性能的稳定性；
3、所提供的涂料在宽频区域对电磁波有良好的屏蔽作用，在电磁波频率为10 kHz~1.5 GHz范围内，其电磁波屏蔽效能可达50~68dB。
具体实施方式
下面对本发明作进一步的说明。本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。
一种防电磁环境污染涂料，按质量份数计，
成膜树脂 15～35份
镍包金属粉或镍包碳粉 40～80份
镀Ni-Sn-Pr-B玻璃纤维 5～20份
溶剂 30～100份
偶联剂 0.5～15 份
分散剂 1～5份，
其中镍包金属粉或者镍包碳粉中的镍粉重量分数为30-80%。
所述镍包金属粉为粒径1.25～150μm的镍包铜粉、镍包铁粉和/或镍包铝粉中的一种。
所述镀Ni-Sn-Pr-B玻璃纤维的长径比为50～200，长度为15~100 μm，直径为10~30μm, 含Ni 20~50wt%、Sn 1~20wt%、Pr 0.5~5 wt%、B 0.5~5 wt%。
成膜树脂可以为环氧树脂、丙烯酸树脂、硅树脂、醇酸树脂、酚醛树脂、聚氨酯、聚酯树脂中的至少一种。
偶联剂可以为硅烷、硼酸酯、铝酸酯或钛酸酯中的一种。
溶剂为乙酸丁酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、醋酸乙酯、甲醇、乙醇、正丁醇、甲乙酮、丙酮、甲苯、二甲苯中的至少一种。
所述的分散剂为有机膨润土。
如前所述的涂料的制备方法， a、将质量浓度为0.5～10%偶联剂溶液和镍包金属粉或镍包碳粉 、镀Ni-Sn-Pr-B玻璃纤维混合，再加入分散剂后在常温下用球磨机研磨20～60分钟，待分散均匀后，于温度80～120℃烘干得混合物，备用；b、将固含量为40～70%的成膜树脂，与处理过的上述混合物，溶剂混合，在常温下用研磨机研磨2～5次，过滤、调节粘度4＃杯20～50秒，获得防电磁环境污染涂料。
实施例1
将平均粒径为20μm镍包铜粉55克，纤维直径为10μm、纤维长径比为60、纤维含Ni40 wt%、Sn 2 wt%、Pr 0.5wt%、B 0.7 wt%的镀Ni-Sn-Pr-B玻璃纤维12克，加入配制好的12克钛酸酯甲苯溶液中，钛酸酯浓度为7wt%，用球磨机研磨30分钟，待分散均匀后，在温度100℃烘干，将含有2.68g有机膨润土的、固含量为固含量为65%的酚醛树脂18克与上述表面处理过的复合填料65克和甲苯55克混合，在常温下用研磨机研磨2～5次，过滤、调节粘度4＃杯20～50秒，获得防电磁环境污染涂料。
实施例2
将平均粒径为15μm的镍包铁粉60克，纤维直径为10μm、纤维长径比为70、纤维含Ni20 wt%、Sn 10 wt%、Pr 0.5 wt%、B 0.5 wt%的镀Ni-Sn-Pr-B玻璃纤维10克，加入配制好的10克硅烷乙醇溶液中，硅烷溶液浓度为8wt%，用球磨机研磨30分钟，待分散均匀后，在温度80℃烘干。将含有3g有机膨润土的、固含量为60%的丙烯酸树脂20克与上述表面处理过的复合填料70克和乙醇50克混合，在常温下用研磨机研磨2～5次，过滤、调节粘度4＃杯20～50秒，获得防电磁环境污染涂料。
实施例3
将平均粒径为40μm镍包铝粉50克，纤维直径为20μm、纤维长径比为80、纤维含Ni30 wt%、Sn 5 wt%、Pr 0.7wt%、B 0.5 wt%的镀Ni-Sn-Pr-B玻璃纤维5克，加入配制好的8克铝酸酯甲苯溶液中，铝酸酯浓度为10wt%，用球磨机研磨20分钟，待分散均匀后，在温度80℃烘干。将含有1g有机膨润土的、固含量为70 wt%的25克环氧树脂与上述表面处理过的复合填料60克和丙酮45克混合，在常温下用研磨机研磨2～5次，过滤、调节粘度4＃杯20～50秒，获得防电磁环境污染涂料。
实施例4 将平均粒径为100μm镍包碳粉40克，纤维直径为18μm、纤维长径比为60、纤维含Ni 25wt%、Sn 12wt%、Pr 1.0wt%、B 2.0 wt%的镀Ni-Sn-Pr-B玻璃纤维20克，加入配制好的15克铝酸酯甲苯溶液中，铝酸酯浓度为10wt%，用球磨机研磨20分钟，待分散均匀后，在温度80℃烘干。将含有1.5g有机膨润土分散剂的、固含量为70 wt%的15克丙烯酸树脂与上述表面处理过的复合填料60克和乙醇60克混合，在常温下用研磨机研磨2～5次，过滤、调节粘度4＃杯20～50秒，获得防电磁环境污染涂料。
实施例5
将平均粒径为150μm镍包铝粉80克，纤维直径为15μm、纤维长径比为60、纤维含Ni30wt%、Sn 1wt%、Pr 2.0wt%、B 2.0 wt%的镀Ni-Sn-Pr-B玻璃纤维15克，加入配制好的6克硼酸酯甲苯溶液中，硼酸酯浓度为10wt%，用球磨机研磨20分钟，待分散均匀后，在温度80℃烘干。将含有5g有机膨润土分散剂的、固含量为70 wt%的35克环氧树脂与上述表面处理过的复合填料60克和丙酮45克混合，在常温下用研磨机研磨2～5次，过滤、调节粘度4＃杯20～50秒，获得防电磁环境污染涂料。
实施例1-实施例5得到的涂料的性能均符合表1和表2中的测量结果。
如上所述即为本发明的实施例。本发明不局限于上述实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下做出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种防电磁环境污染涂料，其特征在于：按质量份数计，
成膜树脂 15～35份
镍包金属粉或镍包碳粉 40～80份
镀Ni-Sn-Pr-B玻璃纤维 5～20份
溶剂 30～100份
偶联剂 0.5～15 份
分散剂 1～5份，
其中镍包金属粉或者镍包碳粉中的镍粉重量分数为30-80%。
2.根据权利要求1所述的涂料，其特征在于：所述镍包金属粉为粒径1.25～150μm的镍包铜粉、镍包铁粉和/或镍包铝粉。
3.根据权利要求1所述的涂料，其特征在于：所述镀Ni-Sn-Pr-B玻璃纤维的长径比为50～200，长度为15~100 μm，直径为10~30 μm。
4.根据权利要求1所述的涂料，其特征在于：所述镀Ni-Sn-Pr-B玻璃纤维含Ni 20~50wt%、Sn 1~20wt%、Pr 0.5~5 wt%、B 0.5~5 wt%。
5.根据权利要求4所述的涂料，其特征在于：镀Ni-Sn-Pr-B玻璃纤维的含Ni 20~40wt%、Sn 1~12wt%、Pr 0.5~2 wt%、B 0.5~2wt%。
6.根据权利要求1所述的涂料，其特征在于：成膜树脂为环氧树脂、丙烯酸树脂、硅树脂、醇酸树脂、酚醛树脂、聚氨酯、聚酯树脂中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的涂料，其特征在于：偶联剂为硅烷、硼酸酯、铝酸酯或钛酸酯中的一种。
8.根据权利要求1所述的涂料，其特征在于：溶剂为乙酸丁酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、甲醇、乙醇、正丁醇、甲乙酮、丙酮、甲苯、二甲苯中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的涂料，其特征在于所述的分散剂为有机膨润土。
10.如权利要求1-9任一项所述的涂料的制备方法，其特征在于：a、将质量浓度为0.5～10%偶联剂溶液和镍包金属粉或镍包碳粉 、镀Ni-Sn-Pr-B玻璃纤维混合，在常温下用球磨机研磨20～60分钟，待分散均匀后，于温度80～120℃烘干得混合物，备用；b、将分散剂和固含量为40～70%的成膜树脂一起，与处理过的上述混合物，溶剂混合，在常温下用研磨机研磨2～5次，过滤、调节粘度4＃杯20～50秒，获得防电磁环境污染涂料。
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