一种基于石墨烯羰基铁复合材料的水性电磁波吸收涂料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及涂料技术领域，提供一种基于石墨烯羰基铁复合材料的水性电磁波吸收涂料，解决现有技术中，石墨烯及羰基铁在水性体系中极易团聚、难稳定的问题。该涂料具有优异电磁吸波性能，在30MHz～18GHz宽频电磁波段，该涂料衰减达到‑30dB，由以下重量份的各原料组成：防冻剂1～3份、中和剂0.1～0.2份、润湿剂0.1～0.3份、分散剂0.1～1份、消泡剂0.1～0.5份、石墨烯1～5份、羰基铁10～15份、碳酸钙25～40份、罐内防腐剂0.1～0.3份、干膜防霉抗藻剂0.1～0.3份、成膜助剂1～3份、增稠剂1～2份、乳液15～25份、去离子水余量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及涂料
，尤其涉及一种基于石墨烯羰基铁复合材料的水性电磁波吸收涂料及其制备方法。
技术介绍
吸波涂料又称电磁波吸收涂料，是指能将投射到被涂覆材料表面的电磁波能量进行吸收，并将电磁能通过涂料内部的介质损耗转换成热能等其它形式的能量，从而将电磁能耗散掉的一类功能材料。吸波涂料源自军事装备的隐身涂料，如红外隐身涂料、雷达隐身涂料。上世纪九十年代初的海湾战争中，美国使用隐身飞机 F-117A 而成功避开了伊拉克境内的雷达监测系统，吸波涂料因此而震撼全世界。吸波涂料由吸波剂、树脂及各种助剂组成，其中吸波剂的电磁性能决定了吸波涂层的性能好坏，在吸波涂料中起关键作用。吸波剂的种类很多， 根据材料对电磁波的损耗机理，吸波剂可以分为电阻型，电介质型和磁介质型三大类。电阻型吸波剂具有较高的电损耗正切角，主要通过材料的电阻衰减电磁能，碳纤维、导电高聚物、石墨等属于电阻型吸波剂；电介质型吸波剂主要通过介质的电子极化、离子极化或界面极化来吸收、衰减电磁波，铁电陶瓷、钛酸钡等属于电介质型吸波剂；磁介质型吸波剂主要通过磁滞损耗、畴壁共振和后效损耗等磁激化机制来吸收、衰减电磁波，铁氧体、碳基铁等属于磁介质型吸波剂。羰基铁粉具有相对较高的复磁导率，从而对微波频率电磁波具有较强的磁损耗作用，同时由于其居里温度高达 770 ℃ 而对温度稳定性好、匹配厚度小等特点，使得羰基铁粉在吸波领域应用比较广泛。但是由于羰基铁粉与空气的阻抗匹配性不好，密度较大，这在一定程度上限制了它的应用。碳材料具有很多优点，如合适的电性能、密度小、稳定性好、原料来源广泛、制备工艺简单、可被应用于恶劣环境中，是研究广泛的一类电磁波吸收材料。但是，纯碳材料主要的电磁波衰减机制是利用其固有的电损耗，介电常数较大，单独使用时的阻抗匹配特性较差， 因而吸波性能较弱。研究表明，磁介质型吸波剂和电阻型吸波剂的复合可以在发挥两种损耗机制的同时，获得更优的电磁波吸收性能，另外与质轻的碳材料复合还有利于降低吸波剂的重量，获得质轻高效的吸波材料。石墨烯作为一种新型碳材料， 独特的单层结构使其具有有别于其他碳材料的特殊的物理化学性质，这为研究新型电磁波吸收材料带来了新的机遇和挑战。 石墨烯的电导率和热导率高，比表面积大，质量轻，是一种极具潜力的吸波剂基体。与其他碳材料一样，石墨烯作为电磁波吸收材料最大的缺点是不具有磁性及磁损耗，但是石墨烯巨大的比表面积为其进行功能化复合提供了可能。对石墨烯进行磁性粒子负载制备复合材料，磁性粒子的引入有两大作用：1、作为隔离介质减少石墨烯材料干燥过程中重新堆叠呈三维石墨结构；2、提高材料磁性能，增强复合材料的铁磁性。以石墨烯为基底来支撑或承载磁性材料羰基铁可以形成优势互补，一方面质轻的石墨烯可以降低吸波涂料的密度，另一方面两种材料的复合可以使吸波涂料具有多形式的电磁损耗，提升电磁波吸收效能，极大的满足“涂层薄、质量轻、频带宽、吸收强”的吸波材料理想的要求。但是石墨烯及羰基铁在水性体系中极易团聚、难稳定。
技术实现思路
因此，针对以上内容，本专利技术提供一种基于石墨烯羰基铁复合材料的水性电磁波吸收涂料，解决现有技术中，石墨烯及羰基铁在水性体系中极易团聚、难稳定的问题。该涂料具有优异电磁吸波性能，在30MHz～18GHz宽频电磁波段，该涂料衰减达到-30dB。为达到上述目的，本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种基于石墨烯羰基铁复合材料的水性电磁波吸收涂料，由以下重量份的各原料组成：防冻剂 1～3份中和剂 0.1～0.2份润湿剂 0.1～0.3份分散剂 0.1～1份消泡剂 0.1～0.5份石墨烯 1～5份羰基铁 10～15份碳酸钙 25～40份罐内防腐剂 0.1～0.3份干膜防霉抗藻剂 0.1～0.3份成膜助剂 1～3份增稠剂 1～2份乳液 15～25份去离子水 余量。进一步的改进是：所述乳液为丙烯酸酯-苯乙烯共聚物乳液，固含48～50%，pH =8.0，共聚物的颗粒的粒径为0.15～0.2微米，产品粘度为1500～1600mPa.s，产品最低成膜温度22℃，产品玻璃化温度35℃。进一步的改进是：所述防冻剂为丙二醇或丙二醇醚中的任意一种或两者以任意比混合的混合物。进一步的改进是：所述中和剂为2-氨基-2-甲基-1-丙醇、二甲基乙醇胺、乙醇胺、氢氧化钾、氢氧化钠中的任意一种或两种以上以任意比混合的混合物。进一步的改进是：所述润湿剂为聚氧乙烯烷基醚、聚氧乙烯多元醇醚、聚氧乙烯聚氧丙烯酸嵌段共聚物、脂肪酸聚乙二醇酯、多元醇酯、脂肪胺聚氧乙烯醚加成物中的任意一种或两种以上以任意比混合的混合物。进一步的改进是：所述分散剂为高分子嵌段共聚物、多聚磷酸盐、聚羧酸盐中的任意一种或两种以上以任意比混合的混合物。它们具有很好的颜料分散效果，降低体系粘度，很好的稳定分散颜填料。进一步的改进是：所述消泡剂为有机硅消泡剂、脂肪烃的乳化物、非硅酮有机酯碳氢化合物、含疏水粒子矿物油混合物中的任意一种或两种以上以任意比混合的混合物。进一步的改进是：所述罐内防腐剂为1，2-苯并异噻唑啉-3-酮（BIT）和2-甲基-5-氯-4-异噻咪唑-3-酮和2-甲基-4-异噻咪唑-3-酮（CMIT/MIT）以任意比混合的混合物 。进一步的改进是：所述干膜防霉抗藻剂为碘代丙炔基氨基甲酸酯、苯并咪唑氨基甲酸甲酯与N/-(3,4-二氯苯基)-N,N-二甲基脲的复配体中的任意一种或两种以上以任意比混合的混合物。进一步的改进是：所述石墨烯为采用机械剥离石墨法生产，由单层和部分寡层石墨烯堆积而成的粉体，具有以下技术指标：外观，黑灰色粉末；厚度＜5nm，直径5-20nm，含水率＜2%；堆积密度0.02-0.04 g/ml；所述羰基铁为CO与铁在高温高压下生成的深灰色粉末；所述碳酸钙为高速气流粉碎方解石生产的白色粉末，具有以下技术指标：粒径D60(µm)≤3.0，白度%≥96，吸油量20-24；所述成膜助剂为十二醇酯，它可以显著降低涂料的成膜温度；所述增稠剂为羟乙基纤维素、聚氨酯增稠剂或改性聚脲增稠剂中的任一种或两种以上以任意比混合的混合物，它们不仅具有非常良好的增稠效率，而且具有很好的耐水性，有利于涂膜的耐水性。一种基于石墨烯羰基铁复合材料的水性电磁波吸收涂料的制备方法，具有如下处理步骤：（1）按各组分的重量份数准备物料：防冻剂 1～3份、中和剂 0.1～0.2份、润湿剂 0.1～0.3份、分散剂0.1～1份、消泡剂0.1～0.5份、碳酸钙25～40份、石墨烯1～5份、羰基铁10～15份、罐内防腐剂0.1～0.3份、干膜防霉抗藻剂0.1～0.3份、成膜助剂1～3份、增稠剂1～2份、乳液15～25份、去离子水余量；（2）按顺序将去离子水、润湿剂、分散剂、一半的消泡剂、防冻剂、中和剂、石墨烯、碳酸钙、羰基铁加入搅拌缸中，高速分散均匀；（3）把以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于石墨烯羰基铁复合材料的水性电磁波吸收涂料，其特征在于：由以下重量份的各原料组成：防冻剂               1～3份中和剂               0.1～0.2份润湿剂               0.1～0.3份分散剂               0.1～1份消泡剂               0.1～0.5份石墨烯               1～5份羰基铁               10～15份碳酸钙               25～40份罐内防腐剂           0.1～0.3份干膜防霉抗藻剂       0.1～0.3份成膜助剂             1～3份增稠剂               1～2份乳液                 15～25份去离子水             余量。

【技术特征摘要】
1.一种基于石墨烯羰基铁复合材料的水性电磁波吸收涂料，其特征在于：由以下重量份的各原料组成：防冻剂 1～3份中和剂 0.1～0.2份润湿剂 0.1～0.3份分散剂 0.1～1份消泡剂 0.1～0.5份石墨烯 1～5份羰基铁 10～15份碳酸钙 25～40份罐内防腐剂 0.1～0.3份干膜防霉抗藻剂 0.1～0.3份成膜助剂 1～3份增稠剂 1～2份乳液 15～25份去离子水 余量。2.根据权利要求1所述的基于石墨烯羰基铁复合材料的水性电磁波吸收涂料，其特征在于：所述乳液为丙烯酸酯-苯乙烯共聚物乳液，固含48～50%，pH =8.0，共聚物的颗粒的粒径为0.15～0.2微米，产品粘度为1500～1600mPa.s，产品最低成膜温度22℃，产品玻璃化温度35℃。3.根据权利要求1或2所述的基于石墨烯羰基铁复合材料的水性电磁波吸收涂料，其特征在于：所述防冻剂为丙二醇或丙二醇醚中的任意一种或两者以任意比混合的混合物。4.根据权利要求3所述的基于石墨烯羰基铁复合材料的水性电磁波吸收涂料，其特征在于：所述中和剂为2-氨基-2-甲基-1-丙醇、二甲基乙醇胺、乙醇胺、氢氧化钾、氢氧化钠中的任意一种或两种以上以任意比混合的混合物。5.根据权利要求4所述的基于石墨烯羰基铁复合材料的水性电磁波吸收涂料，其特征在于：所述润湿剂为聚氧乙烯烷基醚、聚氧乙烯多元醇醚、聚氧乙烯聚氧丙烯酸嵌段共聚物、脂肪酸聚乙二醇酯、多元醇酯、脂肪胺聚氧乙烯醚加成物中的任意一种或两种以上以任意比混合的混合物。6.根据权利要求5所述的基于石墨烯羰基铁复合材料的水性电磁波吸收涂料，其特征在于：所述分散剂为高分子嵌段共聚物、多聚磷酸盐、聚羧酸盐中的任意一种或两种以上以任意比混合的混合物。7.根据权利要求6所述的基于石墨烯羰基铁复合材料的水性电磁波吸收涂料，其特征在于：所述消泡剂为有机硅消泡剂、脂肪烃的乳化物、非硅酮有机酯碳氢化合物、含疏水粒子矿物油混合物中的任意一...

【专利技术属性】
技术研发人员：王书传，何文龙，
申请(专利权)人：信和新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35