阻水阻气涂料及使用其的阻水阻气结构的制作方法

1.本发明涉及涂料领域，具体涉及一种阻水阻气涂料及使用其的阻水阻气结构。


背景技术：

2.涂料应用在许多领域，在大至建筑物、小至物品零件的广泛范围中，提供保护、装饰、防污、标记、绝缘等功效。涂料的组成中有相当大的比例是各种聚合物。举例来说，关键的成膜物质往往便是聚合物。然而，大部分的聚合物都不具有良好的阻水和/或阻气功效。但在许多应用上，希望能达成阻水和/或阻气功效，却又因为种种考量不倾向使用其他类型的材料如金属、陶瓷等等。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明提供一种阻水阻气涂料及使用其的阻水阻气结构。
4.为了至少在一定程度上改善聚合物缺乏良好的阻水和/或阻气功效的问题，本发明提供添加石墨烯的涂料及使用其的结构。藉由在涂料中加入石墨烯，可改善涂料的阻水阻气效果。
5.为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
6.第一方面，根据本发明实施例的阻水阻气涂料，包括聚合物和石墨烯，聚合物的固含量为20％～35％；聚合物具有至少一种选自于由-nh、-oh和-cooh所组成的群组的末端基，石墨烯的固含量为0.5％～1％。石墨烯的片径为3μm～10μm，层数为1层～10层。
7.其中，所述聚合物可具有至少一种选自于由水溶性、醇溶性和酯溶性所组成的群组的可溶性。
8.其中，所述聚合物可包括聚氨酯单体单元，或者所述聚合物包括羧甲基纤维素单体单元和丁苯乳胶单体单元。
9.其中，所述聚合物可包括丙烯酸树脂单体单元，且所述石墨烯的固含量小于1％。
10.其中，所述阻水阻气涂料可为水性涂料。
11.其中，溶液黏度可为5mpa
·
s～1000mpa
·
s。
12.第二方面，根据本发明实施例的阻水阻气结构，包括至少一个阻水阻气层，所述至少一个阻水阻气层以根据实施例的阻水阻气涂料经涂布和烘干后形成。
13.其中，所述至少一个阻水阻气层各自的厚度可为2μm～3μm。
14.其中，所述至少一个阻水阻气层可包括第一阻水阻气层和第二阻水阻气层，且所述阻水阻气结构可包括：
15.第一基材层；
16.第一反射层，设置在所述第一基材层上；
17.所述第一阻水阻气层，设置在所述第一反射层上；
18.第二反射层，设置在所述第一阻水阻气层上；
19.接合层，设置在所述第二反射层上；
20.第三反射层，设置在所述接合层上；
21.所述第二阻水阻气层，设置在所述第三反射层上；
22.第四反射层，设置在所述第二阻水阻气层上；以及
23.第二基材层，设置在所述第四反射层上。
24.其中，所述第一基材层和所述第二基材层的材料可为聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)，所述第一反射层、所述第二反射层、所述第三反射层和所述第四反射层的材料可为铝，所述接合层的材料可为聚氨酯复合胶。
25.本发明的上述技术方案的有益效果如下：
26.根据本发明实施例的阻水阻气涂料，包括：聚合物，固含量为20％～35％，所述聚合物具有至少一种选自于由-nh、-oh和-cooh所组成的群组的末端基；以及石墨烯，固含量为0.5％～1％，所述石墨烯的片径为3μm～10μm，层数为1层～10层。在本发明中，藉由在涂料中加入石墨烯，可至少在一定程度上改善聚合物缺乏良好的阻水和/或阻气功效的问题，可改善涂料的阻水阻气效果。
附图说明
27.图1为一种例示性的阻水阻气结构。
28.附图标记
29.1:阻水阻气结构；
30.10:第一基材层；
31.12:第一反射层；
32.14:第一阻水阻气层；
33.16:第二反射层；
34.18:接合层；
35.20:第三反射层；
36.22:第二阻水阻气层；
37.24:第四反射层；
38.26:第二基材层。
具体实施方式
39.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
40.本发明提供一种阻水阻气涂料。该阻水阻气涂料包括聚合物和石墨烯，聚合物的固含量为20％～35％，聚合物具有至少一种选自于由-nh、-oh和-cooh所组成的群组的末端基(terminal group)。石墨烯的固含量为0.5％～1％，石墨烯的片径为3μm～10μm，层数为1层～10层。
41.在一些实施例中，阻水阻气涂料可为单剂型。在这种情况下，所述聚合物可只包括一种聚合物。举例来说，这种聚合物可为聚氨酯，而可观察到阻水阻气涂料中聚合物包括聚
氨酯单体单元。再举例来说，这种聚合物可为丙烯酸树脂，而可观察到阻水阻气涂料中聚合物包括丙烯酸树脂单体单元。在另一些实施例中，阻水阻气涂料可为双剂型。在这种情况下，所述聚合物可包括二种聚合物，且不需限定二种聚合物都要具有所述末端基。举例来说，这二种聚合物可为羧甲基纤维素(cmc)和丁苯乳胶，而可观察到阻水阻气涂料中聚合物包括羧甲基纤维素单体单元和丁苯乳胶单体单元。可以理解的是，配合所使用的聚合物类型，添加的石墨烯的固含量可适当调整。
42.因为阻水阻气涂料的聚合物具有至少一种选自于由-nh、-oh和-cooh所组成的群组的末端基，可形成氢键或具有较强的凡得瓦力(van der waals force)，所以该聚合物具有至少一种选自于由水溶性、醇溶性和酯溶性所组成的群组的可溶性，亦即，该聚合物可溶于水、醇和酯中的至少一者。所以，阻水阻气涂料可为水性涂料。
43.在一些实施例中，阻水阻气涂料的溶液黏度为5mpa
·
s～1000mpa
·
s。在一些实施例中，阻水阻气涂料在100℃以下快干。这二种特性都有助于阻水阻气涂料在各种涂布设备的适用性。
44.本发明也提供一种使用根据实施例的阻水阻气涂料的阻水阻气结构。具体来说，这种阻水阻气结构包括至少一个阻水阻气层。该至少一个阻水阻气层以根据实施例的阻水阻气涂料经涂布和烘干后形成。阻水阻气涂料的涂布可为但不限于喷涂、辊涂等等。在一些实施例中，对于一个阻水阻气层来说，阻水阻气涂料在涂布后的湿膜厚可为80μm～100μm，而烘干后形成的阻水阻气层的厚度为2μm～3μm，可得到薄且气密性佳的阻水阻气层。以80μm～100μm的湿膜厚为例，如果在70℃烘干，只需要1分钟～5分钟的时间，如果使用更高的温度如100℃以上，则耗时更短。在另一些实施例中，可增加涂布阻水阻气涂料的湿膜厚到大于100μm，但也不会影响所形成的阻水阻气层与被涂布物间的附着性。
45.请参照图1，其绘示一种例示性的阻水阻气结构1。可以理解的是，为了清楚起见，图式中的元件可能并未依照实际比例来绘示，并且整个结构在实际设置上可能有旋转的情况，例如是旋转90
°
成垂直配置。
46.在图1所示的阻水阻气结构1中，该至少一个阻水阻气层包括第一阻水阻气层14和第二阻水阻气层22。阻水阻气结构1包括第一基材层10、第一反射层12、第一阻水阻气层14、第二反射层16、接合层18、第三反射层20、第二阻水阻气层22、第四反射层24和第二基材层26。第一反射层12设置在第一基材层10上。第一阻水阻气层14设置在第一反射层12上。第二反射层16设置在第一阻水阻气层14上。接合层18设置在第二反射层16上。第三反射层20设置在接合层18上。第二阻水阻气层22设置在第三反射层20上。第四反射层24设置在第二阻水阻气层22上。第二基材层26设置在第四反射层24上。根据一些实施例，第一基材层10和第二基材层26的材料可为聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)，第一反射层12、第二反射层16、第三反射层20和第四反射层24的材料可为铝，接合层18的材料可为聚氨酯复合胶。根据一些实施例，这种阻水阻气结构1可由下列制程制造而成。首先，以pet薄膜作为基材层(10、26)，在其上镀铝，形成反射层(12、24)。在涂布阻水阻气涂料前，可先进行预清理，充分地清理待涂布面，确保待涂布面上没有灰尘、油污等不洁物，例如可使用大气电浆或臭氧，达成极佳的清理效果。接着，在反射层上涂布和烘干根据实施例的阻水阻气涂料，形成阻水阻气层(14、22)。再在阻水阻气层上镀铝，形成另一反射层(16、20)。将二组这样的复合层结构对置，并以聚氨酯复合胶(其形成接合层18)接合起来，即可得到所述阻水阻气结构1。
47.阻水阻气结构1例如但不限于应用在冰箱的保温结构。另外，依照使用需求，能够省略部分元件或增加其他元件。举例来说，在一些实施例中，阻水阻气结构只由一个阻水阻气层构成。在一些实施例中，只形成一组基材层、反射层、阻水阻气层和反射层的复合层结构。在一些实施例中，阻水阻气层直接形成在基材层上，例如将阻水阻气涂料直接涂布在pet薄膜而非涂布在镀有铝的pet薄膜上。事实上，根据实施例的阻水阻气涂料可涂布在各种经过亲水性处理的基材上，不限于上述举例用的pet薄膜和镀有铝的pet薄膜。此外，在一些实施例中，形成更多的阻水阻气层。所以可以理解的是，只要使用根据实施例的阻水阻气涂料形成阻水阻气层，且足以提供所需的阻水和阻气功效，本发明的阻水阻气结构及其应用不须特别限制。
48.为了让本发明所属技术领域中具有通常知识者更加清楚本发明添加石墨烯的阻水阻气涂料和使用其形成的阻水阻气结构的功效，以下提供阻气测试的实验说明以及结果和讨论。
49.1.样品制备
50.[实验例1]
[0051]
制备片径为5μm的石墨烯，并调制成固含量为10％的水性石墨烯浆料。将0.525g的水性石墨烯浆料添加到300g固含量为35％的水性聚氨酯(长泰化学，wt-040b)中，并混合均匀。藉此得到石墨烯水性聚氨酯浆料，其中石墨烯的固含量为0.5％。将石墨烯水性聚氨酯浆料以4号涂布线棒辊涂在经过预清理的pet薄膜表面上。在70℃将湿涂层烘干，在pet薄膜表面上得到2μm～3μm厚的涂层。
[0052]
[实验例2]
[0053]
制备片径为5μm的石墨烯，并调制成固含量为10％的水性石墨烯浆料。将1.05g的水性石墨烯浆料添加到300g固含量为35％的水性聚氨酯(长泰化学，wt-040b)中，并混合均匀。藉此得到石墨烯水性聚氨酯浆料，其中石墨烯的固含量为1％。将石墨烯水性聚氨酯浆料以4号涂布线棒辊涂在经过预清理的pet薄膜表面上。在70℃将湿涂层烘干，在pet薄膜表面上得到2μm～3μm厚的涂层。
[0054]
[实验例3]
[0055]
制备片径为5μm的石墨烯，并调制成固含量为10％的水性石墨烯浆料。将1g的水性石墨烯浆料添加到400g固含量为50％的丙烯酸树脂(绿色轻化科技发展(北京)有限公司，ma-6958)中，并混合均匀。藉此得到石墨烯水性丙烯酸树脂浆料，其中石墨烯的固含量为0.5％。将石墨烯水性丙烯酸树脂浆料以4号涂布线棒辊涂在经过预清理的pet薄膜表面上。在70℃将湿涂层烘干，在pet薄膜表面上得到2μm～3μm厚的涂层。
[0056]
[实验例4]
[0057]
制备片径为5μm的石墨烯，并调制成固含量为10％的水性石墨烯浆料。将2g的水性石墨烯浆料添加到400g固含量为50％的丙烯酸树脂(绿色轻化科技发展(北京)有限公司，ma-6958)中，并混合均匀。藉此得到石墨烯水性丙烯酸树脂浆料，其中石墨烯的固含量为1％。将石墨烯水性丙烯酸树脂浆料以4号涂布线棒辊涂在经过预清理的pet薄膜表面上。在70℃将湿涂层烘干，在pet薄膜表面上得到2μm～3μm厚的涂层。
[0058]
[实验例5]
[0059]
制备片径为5μm的石墨烯，并调制成固含量为10％的水性石墨烯浆料。将1g的水性
石墨烯浆料添加到200g固含量为1％的羧甲基纤维素(陶氏化学，crt3000pa)溶液中，并混合均匀。将三辊机设定在30μm，使混合溶液过三辊机5次。藉此得到石墨烯水性羧甲基纤维素浆料。在涂布前，与丁苯乳胶(盛禧澳聚合物，ligos
tm f 3601)以1：1的重量比混合至少3小时，得到混合浆料，其中石墨烯的固含量为0.5％。接着，将混合浆料以4号涂布线棒辊涂在经过预清理的pet薄膜表面上。在70℃将湿涂层烘干，在pet薄膜表面上得到2μm～3μm厚的涂层。
[0060]
[实验例6]
[0061]
制备片径为5μm的石墨烯，并调制成固含量为10％的水性石墨烯浆料。将2g的水性石墨烯浆料添加到200g固含量为1％的羧甲基纤维素(陶氏化学，crt30000pa)溶液中，并混合均匀。将三辊机设定在30μm，使混合溶液过三辊机5次。藉此得到石墨烯水性羧甲基纤维素浆料。在涂布前，与丁苯乳胶(盛禧澳聚合物，ligos
tm f 3601)以1：1的重量比在20℃～30℃混合至少3小时，得到混合浆料，其中石墨烯的固含量为1％。接着，将混合浆料以4号涂布线棒辊涂在经过预清理的pet薄膜表面上。在70℃将湿涂层烘干，在pet薄膜表面上得到2μm～3μm厚的涂层。
[0062]
2.实验方法
[0063]
将样品放在夹具上。抽真空约半小时。接着，在样品的一侧通入氦气，另一侧抽真空。将氦气分析仪导入抽真空的该侧，即时监控通过样品的氦气，并记录这一侧的气体渗透率。
[0064]
3.实验结果和讨论
[0065]
测量得到的气体渗透率和测量的时间点(从开始通入氦气并进行监控起算)列于表1。
[0066]
表1
[0067][0068]
当监控到的氦气气体渗透率越低，样品的气密性越好。在重视阻水阻气效果的应用上，观察到的表面缺陷不一定会造成太大负面影响，还是要以测量到的气体渗透率为准
作判断。以应用在冰箱的保温结构为例，希望测量到的气体渗透率小于10-5
sccm/cm2，大部分的样品都可适用。至于实验例4，其反映出在使用丙烯酸树脂作为聚合物的情况下(亦即，聚合物包括丙烯酸树脂单体单元)，要达成较佳的阻气效果，可考虑使石墨烯的固含量小于1％。或者，将使用丙烯酸树脂作为聚合物的阻水阻气涂料应用在对于阻水阻气程度要求较低的情况。当测量的时间点较晚而测量到的气体渗透率仍保持在较低的情况时，例如实验例1、5、6，表示所形成的阻水阻气层的阻水阻气功效较佳。
[0069]
综上所述，在本发明中，藉由在涂料中加入石墨烯，可至少在一定程度上改善聚合物缺乏良好的阻水和/或阻气功效的问题，而得到应用范围广泛的阻水阻气涂料和阻水阻气结构。
[0070]
虽然本发明已以实施例揭露如上，但其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种变动和润饰。本发明的保护范围以申请专利范围所界定者为准。
[0071]
除非另作定义，本发明中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。
[0072]
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。