/水性聚氨酯復(fù)合磁性導(dǎo)電吸波涂層材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種吸波涂層，具體涉及一種石墨烯負(fù)載納米Fe3O4/水性聚氨酯復(fù)合磁性導(dǎo)電吸波涂層材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電氣化的普及和電子通訊工業(yè)的迅速發(fā)展，電磁能被廣泛的應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng)域，為人們的日常生活帶來了極大的便利。但眾多的電磁波造成正常的電磁生態(tài)環(huán)境紊亂，帶來嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境問題，國際上已把電磁輻射視為一種新的污染源，稱為電磁輻射污染，是繼空氣污染、水污染、噪音污染之后的第四大污染。目前，有效地抑制電磁波的輻射、泄露、干擾和改善電磁環(huán)境，主要是以導(dǎo)電型電磁屏蔽為主。常用的吸波材料主要是以復(fù)合法制得，以碳材料作為填料的高分子復(fù)合材料在電磁屏蔽領(lǐng)域有著自己獨(dú)特的優(yōu)勢，石墨烯作為一種新型的二維納米碳材料，具有極其優(yōu)異的電學(xué)、力學(xué)和熱力學(xué)性能，這些優(yōu)異的性能使得石墨烯在與高分子材料形成復(fù)合材料后具有極佳的作為電磁屏蔽材料的潛質(zhì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種石墨烯負(fù)載納米Fe3O4/水性聚氨酯復(fù)合磁性導(dǎo)電吸波涂層材料及其制備方法，導(dǎo)電性好，具有宏觀磁性，穩(wěn)定性能高。
[0004]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
石墨烯負(fù)載納米Fe3O4/水性聚氨酯復(fù)合磁性導(dǎo)電吸波涂層材料，其特征在于:
由以下質(zhì)量份的組分制備:
高分子有機(jī)樹脂60-75份；
石墨稀負(fù)載Fe3O4復(fù)合磁性導(dǎo)電納米粒子1-10份；
有機(jī)溶劑20-30份；
分散劑0.1-0.5份；
消泡劑0.1-0.5份。
[0005]所述高分子有機(jī)樹脂為水性聚氨酯樹脂。
[0006]所述石墨稀負(fù)載Fe3O4復(fù)合磁性導(dǎo)電納米粒子由以下組分制得:
石墨2_3g;
質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%的濃硫酸60-120mL ；
硝酸鈉l_2g ；
高錳酸鉀6-9g;
三氯化鐵0.38-0.94g ；
硫酸亞鐵0.22-0.56g ；
摩爾濃度為lmol/L的氫氧化鈉溶液5-15mL ； 水合肼l_3mL ；
水 290_450mL。
[0007]所述有機(jī)溶劑為N，N- 二甲基甲酰胺、丙酮或無水乙醇。
[0008]所述分散劑為十六烷基三甲基氯化銨或十二烷基硫酸二乙醇胺鹽。
[0009]所述消泡劑為甲基硅油、硅氧烷或磷酸三丁酯。
[0010]石墨烯負(fù)載納米Fe3O4/水性聚氨酯復(fù)合磁性導(dǎo)電吸波涂層材料的制備方法，其特征在于:
由以下步驟實(shí)現(xiàn):
I)石墨烯負(fù)載Fe3O4復(fù)合磁性導(dǎo)電納米粒子有機(jī)溶液的制備:
(1)氧化石墨烯的制備:
將2-3g石墨、60-120mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%的濃硫酸、l_2g硝酸鈉混合置于冰水浴中攪拌，再加入6-9g高錳酸鉀繼續(xù)反應(yīng)，再在室溫下反應(yīng)并加入90-150mL的水，在95_100°C下進(jìn)行徹底的氧化得到氧化石墨，再超聲剝離高速離心得到氧化石墨烯水溶液；
(2)制備石墨稀負(fù)載納米Fe3O4:
先用200-300mL水將40_60mL氧化石墨烯溶液進(jìn)行稀釋，以三氯化鐵和硫酸亞鐵為鐵鹽，，加入三氯化鐵0.38-0.94g，硫酸亞鐵0.22-0.56g，以5_15mL摩爾濃度為lmol/L的NaOH溶液作為沉淀劑，在50-60 °C下反應(yīng)30min ;然后再加入l_3mL水合肼，在90 ± 5°C的溫度下反應(yīng)3-5h后，取出自然冷卻；
(3 )分咼:
用磁傾析法分離、蒸餾水洗滌到產(chǎn)物混合液呈中性后，減壓過濾，得到石墨烯負(fù)載Fe3O4復(fù)合磁性導(dǎo)電納米粒子；
(4)后處理:
1)將制備的石墨烯負(fù)載Fe3O4復(fù)合磁性導(dǎo)電納米粒子1-10質(zhì)量份用有機(jī)溶劑洗滌后超聲分散于20-30質(zhì)量份的有機(jī)溶劑中，得石墨烯負(fù)載Fe3O4復(fù)合磁性導(dǎo)電納米粒子有機(jī)溶液；
2)在所得石墨烯負(fù)載Fe3O4復(fù)合磁性導(dǎo)電納米粒子有機(jī)溶液中加入60-75質(zhì)量份高分子有機(jī)樹脂、0.1-0.5質(zhì)量份分散劑、0.1-0.5質(zhì)量份消泡劑，一起混合超聲分散，高速剪切攪拌，涂膜得產(chǎn)品。
[0011]步驟I)的(4)中，有機(jī)溶劑為N，N- 二甲基甲酰胺、丙酮或無水乙醇；
步驟2)中，高分子有機(jī)樹脂為水性聚氨酯樹脂，分散劑為十六烷基三甲基氯化銨或十二烷基硫酸二乙醇胺鹽，消泡劑為甲基硅油、硅氧烷或磷酸三丁酯。
[0012]本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
本發(fā)明首次將石墨烯負(fù)載Fe3O4復(fù)合磁性導(dǎo)電納米粒子應(yīng)用于水性聚氨酯樹脂中，并制備了一種磁性導(dǎo)電吸波涂層。此涂層不但具有石墨烯負(fù)載Fe3O4復(fù)合磁性導(dǎo)電納米粒子的磁性、導(dǎo)電性、吸波特性，還具有水性聚氨酯無毒、不污染環(huán)境、高強(qiáng)度、耐磨度等優(yōu)點(diǎn)。與傳統(tǒng)的涂層材料相比，本發(fā)明涉及的涂層是一種兼電損耗和磁損耗的吸波涂層，這是目前水性聚氨酯涂層中唯一一種兼具兩種損耗的吸波涂層。此涂層中的有機(jī)溶劑使用量大大減少，具有一定環(huán)保性。而且其制備方法簡單，可應(yīng)用于多個領(lǐng)域。
[0013]所采用的納米粒子填料一石墨稀負(fù)載Fe3O4復(fù)合磁性導(dǎo)電納米粒子，其制備過程中，直接將復(fù)合的納米粒子經(jīng)過有機(jī)溶劑洗滌若干次后超聲分散于有機(jī)溶劑中，可以減少真空干燥過程中復(fù)合粒子的團(tuán)聚，可以提高納米粒子在水性聚氨酯中的分散性。其實(shí)測電導(dǎo)率與石墨烯相當(dāng)，而納米粒子由石墨烯和磁鐵礦(Fe3O4)兩相組成，使得它具有很強(qiáng)的宏觀磁性，能被普通磁鐵吸引。因此所制備的涂層不僅具有磁性導(dǎo)電性，還具有吸波效能。
[0014]另外，經(jīng)表征測試，復(fù)合粉體在微觀是有特殊的微觀結(jié)構(gòu)，F(xiàn)e3O4粒子吸附于石墨烯表面，將石墨烯片層結(jié)構(gòu)所包裹，其整體仍呈鱗片狀。石墨烯負(fù)載納米Fe3O4復(fù)合粒子的有機(jī)溶液與高分子樹脂有很好地相容性，因此本發(fā)明所述復(fù)合涂層具有很好的穩(wěn)定性及分散效果。
【附圖說明】
[0015]圖1是石墨稀負(fù)載納米Fe3O4復(fù)合磁性導(dǎo)電納米粒子的XRD圖譜。
[0016]通過圖譜分析可知，所制備粉體有石墨烯、Fe3O4和少量殘留未被還原的氧化石墨烯組成。
[0017]圖2是石墨烯負(fù)載納米Fe3O4復(fù)合磁性導(dǎo)電粉體填料的掃描電鏡和透射電鏡照片。(a 為 300nm 級，b 為 500nm 級)
從掃描電鏡照片可以看出，所制備粉體呈結(jié)晶狀，結(jié)晶直徑在幾十納米，而且粒度比較均勻。從透射電鏡照片更能說明四氧化三鐵是負(fù)載于石墨烯上，而不是只聚集在石墨烯團(tuán)聚體的表面上。
[0018]圖3是石墨烯負(fù)載Fe3O4磁性導(dǎo)電粉體在有機(jī)溶劑中的分散及其磁性的展示(a是在不加磁場的情況下的現(xiàn)象，b是在磁場作用下25s后的現(xiàn)象)。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說明。
[0020]本發(fā)明涉及的一種石墨烯負(fù)載納米Fe3O4/水性聚氨酯復(fù)合磁性導(dǎo)電吸波涂層材料及其制備方法，首次制備了一種基于水性聚氨酯材料并兼電、磁損耗的吸波涂層，相對于傳統(tǒng)涂層材料，水性聚氨酯涂層具有環(huán)保，無毒等優(yōu)點(diǎn)，此復(fù)合涂層制備方法簡單，而且可以應(yīng)用于多個領(lǐng)域，并且根據(jù)電磁波自身是由同相振動且互垂直電場與磁場傳播的特性，采用石墨烯作為復(fù)合材料的電損耗介質(zhì)，并將納米級磁性四氧化三鐵負(fù)載于石墨烯上，確保復(fù)合材料在使用過程中提供磁損耗介質(zhì)以及自身的穩(wěn)定性，將其與水性聚氨酯基體復(fù)合，從而制得具有磁性與導(dǎo)電功能的，兼電、磁損耗并對一定頻率范圍的電磁波有吸收功能的復(fù)合涂層。
[0021]本發(fā)明涉及的石墨烯負(fù)載納米Fe3O4/水性聚氨酯復(fù)合磁性導(dǎo)電吸波涂層材料，由以下質(zhì)量份的組分制備:
高分子有機(jī)樹脂60-75份；
石墨稀負(fù)載Fe3O4復(fù)合磁性導(dǎo)電納米粒子1-10份；
有機(jī)溶劑20-30份；
分散劑0.1-0.5份；
消泡劑0.1-0.5份。
[0022]其中: 所述高分子有機(jī)樹脂為水性聚氨酯樹脂。
[0023]所述石墨稀負(fù)載Fe3O4復(fù)合磁性導(dǎo)電納米粒子由以下組分制得:
石墨2_3g;
質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%的濃硫酸60-120mL ；
硝酸鈉l_2g ；
高錳酸鉀6-9g;
三氯化鐵0.38-0.94g ；
硫酸亞鐵0.22-0.56g ；
摩爾濃度為lmol/L的氫氧化鈉溶液5-15mL ；
水合肼l_3mL ；
水 290_450mL。
[0024]所述有機(jī)溶劑為N，N- 二甲基甲酰胺、丙酮或無水乙醇。
[0025]所述分散劑為十六烷基三甲基氯化銨或十二烷基硫酸二乙醇胺鹽。
[0026]所述消泡劑為甲基硅油、硅氧烷或磷酸三丁酯。
[0027]上述石墨烯負(fù)載納米Fe3O4/水性聚氨酯復(fù)合磁性導(dǎo)電吸波涂層材料的制備方法，由以下步驟實(shí)現(xiàn):
I)石墨烯負(fù)載Fe3O4復(fù)合磁性導(dǎo)電納米粒子有機(jī)溶液的制備:
(1)氧化石墨烯的制備:
將2-3g石墨、60-120mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%的濃硫酸、l_2g硝酸鈉混合置于冰水浴中攪拌，再加入6-9g高錳酸鉀繼續(xù)反應(yīng)，再在室溫下反應(yīng)并加入90-150mL的水，在95_100°C下進(jìn)行徹底的氧化得到氧化石墨，再超聲剝離高速離心得到氧化石墨烯水溶液；
(2)制備石墨稀負(fù)載納米Fe3O4:
先用200-300mL水將40_60mL氧化石墨烯溶液進(jìn)行稀釋，以三氯化鐵和硫酸亞鐵為鐵鹽，，加入三氯化鐵0.38-0.94g，硫酸亞鐵0.22-0.56g，以5_15mL摩爾濃度為lmol/L的NaOH溶液作為沉淀劑，在50-60 °C下反應(yīng)30min ;然后再加入l_3mL水合肼，在90 ± 5°C的溫度下反應(yīng)3-5h后，取出自然冷卻；
(3 )分咼:
用磁傾析法分離、蒸餾水洗滌到產(chǎn)物混合液呈中性后，減壓過濾，得到石墨烯負(fù)載Fe3O4復(fù)合磁性導(dǎo)電納米粒子；
(4)后處理:
1)將制備的石墨烯負(fù)載Fe3O4復(fù)合磁性導(dǎo)電納米粒子1-10質(zhì)量份用有機(jī)溶劑洗滌后超聲分散于20-30質(zhì)量份的有機(jī)溶劑中，得石墨烯負(fù)載Fe3O4復(fù)合磁性導(dǎo)電納米粒子有機(jī)溶液；
2)在所得石墨烯負(fù)載Fe3O4復(fù)合磁性導(dǎo)電納米粒子有機(jī)溶液中加入60-75質(zhì)量份高分子有機(jī)樹脂、0.1-0.5質(zhì)量份分散劑、0.1-0.5質(zhì)量份消泡劑，一起混合超聲分散，高速剪切攪拌，涂膜得產(chǎn)品。
[0028]上述步驟中:
步驟I)的(4)中，有機(jī)溶劑為N，N