一种水性电磁波屏蔽涂料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种水性电磁波屏蔽涂料及其制备方法。其成分包括水溶性负载金属纳米颗粒的杂化材料、水溶性树脂、硅烷偶联剂、白碳黑、水性丙烯酸分散剂、消泡剂、水和乙醇；水溶性负载金属纳米颗粒的杂化材料由载体分子A、稳定剂分子B和金属纳米颗粒构成。其制备方法包括：将水溶性负载金属纳米颗粒的杂化材料、水和硅烷偶联剂充分混合，然后和水与乙醇混合溶剂混合制备乙组份；将水溶性树脂、白碳黑、分散剂、消泡剂和水与乙醇混合溶剂充分混合制备甲组份；将甲和乙两组分混合均匀即得所述水性电磁波屏蔽涂料。所述制备方法工艺简单、易操作，水性电磁波屏蔽涂料使用频率在50～2000MHz范围内均达到‑50dB以上的屏蔽效能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电磁波屏蔽涂料技术，特别涉及一种水性电磁波屏蔽涂料及其制备方法。
技术介绍
以计算机和通讯机为代表的电子信息设备在正常工作时产生的电磁信息泄漏给信息安全带来的危害日渐突出，信息泄漏已经引起了社会各界的关注。尤其是近几年，窃密与反窃密斗争已发展成为高技术条件下的激烈电子对抗，因此防止信息泄漏和保障信息安全已成为世界各国尤其是军事部门重要的研究课题。随着电子工业的高速发展，各类电子仪器广泛应用于各行各业及家庭，在给人们带来很大方便的同时，也带来了一系列电磁波干扰的负面影响。一方面，与我们日常工作与生活密切相关的电磁辐射源如移动电话、计算机、游戏机、微波炉和彩色电视机等由于距离甚近，会形成强辐射，对人体健康构成威胁。另一方面，强大的电磁污染必将导致大量的无屏障保护的电子设备在使用中出现误操作、功能串换、杂音、图像紊乱、电波障碍、通讯干扰和机要信息泄漏等情况。电磁干扰辐射还可能造成政治、军事、经济和工业等保密信息的泄密。通过在这些系统或器件的电磁波泄漏处涂覆屏蔽涂料，可有效减少电磁信号的泄漏，降低系统之间的相互影响，保障信息安全。传统溶剂型屏蔽涂料在使用过程中不可避免的会挥发出大量有害物质，对环境和人们的身心健康造成有害影响，因此屏蔽涂料水性化是屏蔽涂料发展的重点趋势。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种水性电磁波屏蔽涂料及其制备方法，该水性电磁波屏蔽涂料是一种理化性能优良、绿色环保、宽频带和高屏蔽效能的水性电磁波屏蔽材料，可解决现有技术存在的问题。本专利技术的一种水性电磁波屏蔽涂料，其成分包括水溶性负载金属纳米颗粒的杂化材料、水溶性树脂、硅烷偶联剂、白碳黑、水性丙烯酸分散剂、消泡剂、水和乙醇；所述水溶性负载金属纳米颗粒的杂化材料中，羧基、氨基和金属纳米颗粒间通过离子键和配位键键接；所述羧基和氨基分属分子A和分子B的分子链；所述分子A和所述分子B中，羧基含量、氨基含量和羟基含量之和大于等于所述分子A和所述分子B的摩尔量之和的160％，A和B复合络合物中的羧基、氨基和羟基亲水性基团是保证复合络合物水溶性的主要因素，160％这个数值是保证复合络合物能够有水溶性的最低数值；所述通过离子键和配位键键接的羧基和所述通过离子键和配位键键接的氨基含量之和大于等于所述分子A和所述分子B中羧基和氨基摩尔量之和的30％；所述分子A的相对分子量≥10000，除了羧基的O或氨基的N之外，分子主链主要由C和H组成；所述分子B的相对分子量≤5000，除了羧基的O或氨基的N之外，分子主链主要由C和H组成；所述水溶性负载金属纳米颗粒的杂化材料的结构通式为：或者其中，分子链重复单元个数m≥0，n>0；R1、R2和R3官能团分别为以下官能团中的一种：阳离子基团、阴离子基团或极性非离子基团；所述阳离子基团为叔铵基或季铵基；所述阴离子基团为羧酸基；所述极性非离子基团为羟基、醚基、氨基、酰胺基、巯基或卤基；M为金属纳米颗粒，由Mx+的金属离子经过还原剂还原而成，Mx+中价态x的值为1～3，为：Ag+、Au3+或Pd2+。结构通式示意图中稳定的三角形键合形式形成的机理如下：分子A和B中的-COO-和-NH3+因为正负电荷的吸引，产生静电引力，即形成离子键；-COO-中的羟基氧上有孤对电子，因此孤对电子进入银离子的空轨道与银离子发生共价配位结合，形成配位键；-NH3+中的N原子也存在孤对电子，同样能够提供孤对电子与银离子形成配位键结合。银离子在稳定的三角形键合下由还原剂还原成原子态，在此过程中，结构通式示意图中的三角形键合形式依旧能够稳定存在。在此过程中，反应体系的pH值对体系中-COO-、-NH3+和Ag+键合结构的形成有很大的影响。分子A或分子B中的-NH2在pH值<7的情况下，能与溶液中过量的H质子结合形成-NH3+；随着pH值的升高，至中性或碱性条件下，溶液中游离的H质子减少，不能再形成-NH3+的结构。对于分子A和分子B中的-COOH而言，在强酸条件pH值<2时，-COOH的离解受到抑制，体系中-COO-的含量较少，因此对银离子的络合能力大大减弱；随着pH值增大，与银离子的络合能力逐渐增大，当溶液pH值达到5～7时，-COO-与银离子结合程度趋于最大；但是当体系的pH值再提高时，又会破坏-NH3+的结构，从而破坏使体系稳定的三角结构关系。因此，为了形成稳定的如示意图中所示的稳定的三角形键合形式，所以必须有效的调控体系的pH值，并保证pH值的范围为4～6。作为优选的技术方案：如上所述的一种水性电磁波屏蔽涂料，带氨基的分子B还包含羟基或羧基；带羧基的分子B还包含羟基或氨基；所述羧基位于分子主链或支链；所述氨基位于分子主链或支链。所述分子A的分子主链还包括有机物中常见的元素O、N或S；所述分子B的分子主链还包括有机物中常见的元素O、N或S。如上所述的一种水性电磁波屏蔽涂料，所述水溶性负载金属纳米颗粒的杂化材料中金属纳米颗粒的负载量为10～825mg/g；所述水溶性树脂为水性聚氨酯、水性丙烯酸酯和水性环氧树脂中的一种或几种的混合物；所述硅烷偶联剂为KH550、KH560、KH570和KH171中的一种或几种的混合物；所述分散剂为六偏磷酸钠、三聚磷酸钠、焦磷酸钠、聚丙烯酸钠、聚醚改性硅油或苯乙烯-顺丁烯二酸共聚物的铵盐；所述消泡剂为聚醚改性聚硅氧烷或聚二甲基硅氧烷。如上所述的一种水性电磁波屏蔽涂料，按重量份计算，所述水溶性负载金属纳米颗粒的杂化材料为5～40重量份；所述水溶性树脂为20～30重量份；所述硅烷偶联剂为0.5～1重量份；所述白碳黑为0.5～1重量份；所述分散剂为0.5～1重量份；所述消泡剂为0.1～0.3重量份；所述水和乙醇为20～40重量份；所述水和乙醇的体积比为10～15:1。如上所述的一种水性电磁波屏蔽涂料，所述水性电磁波屏蔽涂料使用频率在50～2000MHz范围内均达到-50dB以上的屏蔽效能。本专利技术还提供了一种水性电磁波屏蔽涂料的制备方法，包括以下步骤：1)将含分子A物质的水溶液与含分子B物质的水溶液混合，调节反应体系的pH值至4～6，然后向混合液中滴加金属离子盐溶液，滴加完毕后搅拌，随后滴加还原剂溶液，滴加完毕后再持续搅拌，即得到负载金属纳米颗粒杂化材料的水溶液，持续搅拌并加入沉淀剂，过滤收集沉淀物，沉淀物干燥后即得到水溶性负载金属纳米颗粒的杂化材料；含分子A物质与含分子B物质交叉含有羧基和氨基，即：含分子A物质含羧基时，含分子B物质含有氨基；反之，含分子A物质含氨基时，含分子B物质含有羧基；含分子A物质与含分子B物质交叉含有羧基和氨基，即：含分子A物质含羧基时，含分子B物质含有氨基；反之，含分子A物质含氨基时，含分子B物质含有羧基；2)将所述水溶性负载金属纳米颗粒的杂化材料溶解于5～10重量份水中，搅拌溶解均匀，加入一定量硅烷偶联剂，超声分散60～90min；在60～80℃烘箱中加热60～90min，自然冷却后用转速为2000～3000r/min的高速分散机分散10～30min，得到预处理填料；3)按比例将所述水溶性树脂、白碳黑、分散剂、消泡剂和10～20重量份水与乙醇混合溶剂充分混合，搅拌均匀，制成甲组分；4)将所述预处理填料和5～10重量份水与乙醇混合溶剂用转速为1000～3000r本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水性电磁波屏蔽涂料，其特征在于：其成分包括水溶性负载金属纳米颗粒的杂化材料、水溶性树脂、硅烷偶联剂、白碳黑、分散剂、消泡剂、水和乙醇；所述水溶性负载金属纳米颗粒的杂化材料中，羧基、氨基和金属纳米颗粒间通过离子键和配位键键接；所述羧基和氨基分属分子A和分子B的分子链；所述分子A和所述分子B中，羧基含量、氨基含量和羟基含量之和大于等于所述分子A和所述分子B的摩尔量之和的160％；所述通过离子键和配位键键接的羧基和所述通过离子键和配位键键接的氨基含量之和大于等于所述分子A和所述分子B中羧基和氨基摩尔量之和的30％；所述分子A的相对分子量≥10000，除了羧基的O或氨基的N之外，分子主链主要由C和H组成；所述分子B的相对分子量≤5000，除了羧基的O或氨基的N之外，分子主链主要由C和H组成；所述水溶性负载金属纳米颗粒的杂化材料的结构通式为：或者其中，分子链重复单元个数m≥0，n>0；R1、R2和R3官能团分别为以下官能团中的一种：阳离子基团、阴离子基团或极性非离子基团；所述阳离子基团为叔铵基或季铵基；所述阴离子基团为羧酸基；所述极性非离子基团为羟基、醚基、氨基、酰胺基、巯基或卤基；M为金属纳米颗粒，由Mx+的金属离子经过还原剂还原而成，Mx+中价态x的值为1～3，为：Ag+、Au3+或Pd2+。...

【技术特征摘要】
1.一种水性电磁波屏蔽涂料，其特征在于：其成分包括水溶性负载金属纳米颗粒的杂化材料、水溶性树脂、硅烷偶联剂、白碳黑、分散剂、消泡剂、水和乙醇；所述水溶性负载金属纳米颗粒的杂化材料中，羧基、氨基和金属纳米颗粒间通过离子键和配位键键接；所述羧基和氨基分属分子A和分子B的分子链；所述分子A和所述分子B中，羧基含量、氨基含量和羟基含量之和大于等于所述分子A和所述分子B的摩尔量之和的160％；所述通过离子键和配位键键接的羧基和所述通过离子键和配位键键接的氨基含量之和大于等于所述分子A和所述分子B中羧基和氨基摩尔量之和的30％；所述分子A的相对分子量≥10000，除了羧基的O或氨基的N之外，分子主链主要由C和H组成；所述分子B的相对分子量≤5000，除了羧基的O或氨基的N之外，分子主链主要由C和H组成；所述水溶性负载金属纳米颗粒的杂化材料的结构通式为：或者其中，分子链重复单元个数m≥0，n>0；R1、R2和R3官能团分别为以下官能团中的一种：阳离子基团、阴离子基团或极性非离子基团；所述阳离子基团为叔铵基或季铵基；所述阴离子基团为羧酸基；所述极性非离子基团为羟基、醚基、氨基、酰胺基、巯基或卤基；M为金属纳米颗粒，由Mx+的金属离子经过还原剂还原而成，Mx+中价态x的值为1～3，为：Ag+、Au3+或Pd2+。2.根据权利要求1所述的一种水性电磁波屏蔽涂料，其特征在于：带氨基的分子B还包含羟基或羧基；带羧基的分子B还包含羟基或氨基；所述羧基位于分子主链或支链；所述氨基位于分子主链或支链；所述分子A的分子主链还包括元素O、N或S；所述分子B的分子主链还包括元素O、N或S。3.根据权利要求1所述的一种水性电磁波屏蔽涂料，其特征在于：所述水溶性负载金属纳米颗粒的杂化材料中金属纳米颗粒的负载量为10～825mg/g；所述水溶性树脂为水性聚氨酯、水性丙烯酸酯和水性环氧树脂中的一种或几种的混合物；所述硅烷偶联剂为KH550、KH560、KH570和KH171中的一种或几种的混合物；所述分散剂为六偏磷酸钠、三聚磷酸钠、焦磷酸钠、聚丙烯酸钠、聚醚改性硅油或苯乙烯-顺丁烯二酸共聚物的铵盐；所述消泡剂为聚醚改性聚硅氧烷或聚二甲基硅氧烷。4.根据权利要求1所述的一种水性电磁波屏蔽涂料，其特征在于：按重量份计算，所述水溶性负载金属纳米颗粒的杂化材料为5～40重量份；所述水溶性树脂为20～30重量份；所述硅烷偶联剂为0.5～1重量份；所述白碳黑为0.5～1重量份；所述分散剂为0.5～1重量份；所述消泡剂为0.1～0.3重量份；所述水和乙醇为20～40重量份；所述水和乙醇的体积比为10～15:1。5.根据权利要求1所述的一种水性电磁波屏蔽涂料，其特征在于：所述水性电磁波屏蔽涂料使用频率在50～2000MHz范围内均达到-50dB以上的屏蔽效能。6.如权利要求1～5中任一项所述的一种水性电磁波屏蔽涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将含分子A物质的水溶液与含分子B物质的水溶液混合，调节反应体系的pH值至4～6，然后向混合液中滴加金属离子盐溶液，滴加完毕后搅拌，随后滴加还原剂溶液，滴加完毕后再持续搅拌，即得到负载金属纳米颗粒杂化材料的水溶液，持续搅拌并加入沉淀剂，过滤收集沉淀物，沉淀物干燥后即得到水溶性负载金属纳米颗粒的杂化材料；含分子A物质与含分子B物质交叉含有羧基和氨基，即：含分子A物质含羧基时，含分子B物质含有氨基；反之，含分子A物质含氨基时，含分子B物质含有羧基；2)将所述水溶性负载金属纳米颗粒的杂化材料溶解于5～1...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙宾，朱美芳，陈龙，纪晓寰，周哲，江晓泽，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海;31