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CN116102926A - 一种湿气阻隔涂料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种湿气阻隔涂料及其制备方法和应用 Download PDF

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CN116102926A
CN116102926A CN202210997375.4A CN202210997375A CN116102926A CN 116102926 A CN116102926 A CN 116102926A CN 202210997375 A CN202210997375 A CN 202210997375A CN 116102926 A CN116102926 A CN 116102926A
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徐应锋
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吴杨
向阳阳
马正峰
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Abstract

本发明涉及湿气阻隔技术领域，尤其涉及一种湿气阻隔涂料及其制备方法和应用。本发明提供了一种湿气阻隔涂料，按照质量份数计，包括以下组分：粘结剂10.0～20.0份，活性微纳米材料0.05～4.5份，片状无机材料0.5～1.5份，氟树脂0.05～0.5份，聚丙烯0.05～0.5份，二甲苯10.0～15.0份，丙二醇甲醚醋酸酯30.0～45.0份和助剂0.1～0.50份；所述粘结剂的表面能≤25mJ/m2。本发明所述湿气阻隔涂料制备得到的涂层同时具有优异的阻湿性能和长效性。

Description

一种湿气阻隔涂料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及湿气阻隔技术领域，尤其涉及一种湿气阻隔涂料及其制备方法和应用。
背景技术
硬质闭孔聚氨酯泡沫对湿气极为敏感，会缓慢吸收空气中的水蒸气。吸湿导致泡沫塑化、溶胀变形，影响精密部件尺寸精度，还有可能带来其它负面影响，严重影响其服役安全性及稳定性。构筑一种具有高阻湿性能的涂层材料技术对于解决吸湿问题具有重要的研究意义。通过基材的疏水改性及表面阻湿技术均可改善阻湿性能，其表面阻湿涂层技术是一种非常有效的高阻湿防护手段。
近年来，研究人员已证实致密无机纳米薄膜可以展现优异的阻湿性能，但这些薄膜并不能完全地、长效地阻隔湿气的传输。制备工艺造成的空位等缺陷导致水分子发生径向渗透提高其扩散速率及摩尔通量；另外无机薄膜表面会对水分子产生吸附或吸收、甚至凝结，增加吸附量，或与水分子发生反应导致其不能长期稳定、高效的阻湿，例如，氧化铝表面含有的羟基、SiOx中的Si-O键会与水分子有强的相互作用。另外一半无机纳米薄膜的沉积温度较高，并不适用于聚氨酯基材。而且沉积薄膜厚度较薄，无法在多孔材料表面形成致密的、均匀的薄膜。而近年来发展的化学阻湿技术，利用化学活性物质与水分子发生化学反应起到阻湿效果，但目前未见将此方法应用于涂层技术。另外单纯化学阻湿的长效性不能保障，当体系中的活性物质完全转化成新物质后，不再具备优异阻湿性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种湿气阻隔涂料及其制备方法和应用，所述湿气阻隔涂料制备得到的涂层同时具有优异的阻湿性能和长效性。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种湿气阻隔涂料，按照质量份数计，包括以下组分：粘结剂10.0～20.0份，活性微纳米材料0.05～4.5份，片状无机材料0.5～1.5份，氟树脂0.05～0.5份，聚丙烯0.05～0.5份，二甲苯10.0～15.0份，丙二醇甲醚醋酸酯30.0～45.0份和助剂0.1～0.50份；
所述粘结剂的表面能≤25mJ/m2。
优选的，所述粘结剂包括甲基苯基硅树脂、聚硅氮烷、聚硅氧烷、氟碳树脂和氟硅共聚树脂中的一种或几种。
优选的，所述活性微纳米材料的粒径≤500nm；
所述活性微纳米材料包括氧化镁、氧化钙、铁粉和铜粉中的一种或几种。
优选的，所述片状无机材料包括还原石墨烯、氧化石墨烯、云母和MXene材料中的一种或几种。
优选的，所述氟树脂的粒径为1～10μm；
所述氟树脂包括聚四氟乙烯和/或聚偏氟乙烯。
优选的，所述助剂包括分散剂、流平剂和防沉剂；
所述分散剂、流平剂和防沉剂的质量比为1：(0.3～1.0)：(0.8～1.5)。
本发明还提供了上述技术方案所述湿气阻隔涂料的制备方法，包括以下步骤：
将活性微纳米材料、片状无机材料、氟树脂、聚丙烯、二甲苯和丙二醇甲醚醋酸酯进行第一混合后，加入粘结剂和助剂，得到所述湿气阻隔涂料。
本发明还提供了上述技术方案所述湿气阻隔涂料或上述技术方案所述的制备方法制备得到的湿气阻隔涂料在硬质闭孔聚氨酯泡沫的阻湿防护中的应用。
优选的，包括以下步骤：
将所述湿气阻隔涂料喷涂于硬质闭孔聚氨酯泡沫的表面后，进行固化，得到湿气阻隔涂层。
优选的，所述固化的温度为60～80℃，时间为2～8h；
所述湿气阻隔涂层的厚度为10～100μm。
本发明提供了一种湿气阻隔涂料，按照质量份数计，包括以下组分：粘结剂10.0～20.0份，活性微纳米材料0.05～4.5份，片状无机材料0.5～1.5份，氟树脂0.05～0.5份，聚丙烯0.05～0.5份，二甲苯10.0～15.0份，丙二醇甲醚醋酸酯30.0～45.0份和助剂0.1～0.50份；所述粘结剂的表面能≤25mJ/m2。本发明采用低表面能的粘结剂赋予涂层与基材的粘接性、耐水分性及低的水分子渗透速率及渗透率；加入活性微纳米材料等活性填料通过与水分子发生反应将渗透到涂层中水分子消耗反应的方式起到阻湿效果；加入氟树脂和聚丙烯减弱与水分子的相互作用，并起到延长水分子扩散路径的作用，而采用的片状无机材料具有迷宫效应，大幅延长水分子的扩散路径，降低水分子的扩散能力。所述助剂能够保障涂料不易沉降，使填料在体系中均匀分散，在基材表面浸润流平性好。利用本发明所述的涂料制备得到的湿气阻隔涂层致密、无气泡、无结瘤等缺陷，具有良好的结合力及阻湿性能。根据实施例的结果表明，利用本发明所述的涂料制备得到的湿气阻隔涂层的厚度为30～100μm，附着力为1～2级，透湿率降低50％以上。
具体实施方式
本发明提供了一种湿气阻隔涂料，按照质量份数计，包括以下组分：粘结剂10.0～20.0份，活性微纳米材料0.05～4.5份，片状无机材料0.5～1.5份，氟树脂0.05～0.5份，聚丙烯0.05～0.5份，二甲苯10.0～15.0份，丙二醇甲醚醋酸酯30.0～45.0份和助剂0.1～0.50份；
所述粘结剂的表面能≤25mJ/m2。
在本发明中，若无特殊说明，所有组分均为本领域技术人员熟知的市售产品。
按照质量份数计，本发明所述湿气阻隔涂料包括粘结剂10.0～20.0份，优选为12.0～18.0份，更优选为14.0～16.0份。在本发明中，所述粘结剂的表面能≤25mJ/m2。在本发明中，所述粘结剂优选包括甲基苯基硅树脂、聚硅氮烷、聚硅氧烷、氟碳树脂和氟硅共聚树脂中的一种或几种；当所述粘结为上述具体选择中的两种以上时，本发明对上述具体物质的配比没有任何特殊的限定，按任意配比进行混合即可。
以所述粘结剂的质量份数为基准，本发明所述湿气阻隔涂料包括活性微纳米材料0.05～4.5份，优选为0.5～4.0份，更优选为1.5～3.0份。在本发明中，所述活性微纳米材料的粒径优选≤500nm，更优选为50～300nm，最优选为100～200nm。在本发明中，所述活性微纳米材料优选包括氧化镁、氧化钙、铁粉和铜粉中的一种或几种；当所述活性微纳米材料为上述具体选择中的两种以上时，本发明对上述具体物质的配比没有任何特殊的限定，按任意配比进行混合即可。
在本发明中，所述活性微纳米材料的比表面积大、反应性好，可与渗入的水分子发生反应，进而起到阻湿的作用。
以所述粘结剂的质量份数为基准，本发明所述湿气阻隔涂料包括片状无机材料0.5～1.5份，优选为0.8～1.2份。在本发明中，所述片状无机材料优选包括还原石墨烯、氧化石墨烯、云母和MXene材料中的一种或几种；所述MXene材料优选包括钛碳化铝和/或铝碳化铌；当所述片状无机材料为上述具体选择中的两种以上时，本发明对上述具体物质的配比没有任何特殊的限定，按任意配比进行混合即可。在本发明中，所述片状无机材料具有迷宫效应，延长水分子的渗入路径和渗入时间，起到阻隔效果。进一步的，所述还原石墨烯可与氧化镁有良好的协同效应，起到了物理阻隔和化学阻湿相结合的作用。
以所述粘结剂的质量份数为基准，本发明所述湿气阻隔涂料包括氟树脂0.05～0.5份，优选为0.1～0.4份，更优选为0.2～0.3份。在本发明中，所述氟树脂的粒径优选为1～10μm，更优选为2～8μm，最优选为3～6μm。在本发明中，所述氟树脂优选包括聚四氟乙烯和/或聚偏氟乙烯，当所述氟树脂为聚四氟乙烯和聚偏氟乙烯时，本发明对上述具体物质的配比没有任何特殊的限定，按任意配比进行混合即可。在本发明中，所述氟树脂具有非常好的疏水作用，可减弱与水分子的相互作用，降低水汽吸附量及吸附速率。
以所述粘结剂的质量份数为基准，本发明所述湿气阻隔涂料包括聚丙烯0.05～0.5份，优选为0.1～0.4份，更优选为0.2～0.3份。在本发明中，所述聚丙烯的粒径优选为1～20μm，更优选为5～15μm，最优选为8～12μm。在本发明中，所述聚丙烯可以减弱与水分子的相互作用，降低水汽吸附量及吸附速率。
以所述粘结剂的质量份数为基准，本发明所述湿气阻隔涂料包括二甲苯10.0～15.0份，优选为11～14份，更优选为12～13份。
以所述粘结剂的质量份数为基准，本发明所述湿气阻隔涂料包括丙二醇甲醚醋酸酯30.0～45.0份，优选为35～40份，更优选为36～38份。在本发明中，所述二甲苯和丙二醇甲醚醋酸酯为溶剂。
以所述粘结剂的质量份数为基准，本发明所述湿气阻隔涂料包括助剂0.1～0.5份，优选为0.2～0.4份，更优选为0.25～0.35份。在本发明中，所述助剂优选包括分散剂、流平剂和防沉剂；所述分散剂、流平剂和防沉剂的质量比优选为1：(0.3～1.0)：(0.8～1.5)，更优选为1:0.8:1、1:1:0.8或1:1:1。在本发明中，所述分散剂优选包括BYKP104s、BYK-161、BYK-163和NYK-169中的一种或几种；当所述分散剂为上述具体选择中的两种以上时，本发明对上述具体物质的配比没有任何特殊的限定，按任意配比进行混合即可。在本发明中，所述分散剂能够提升填料在体系中的分散性。在本发明中，所述流平剂优选为BYK354和/或BYK300，当所述流平剂为BYK354和BYK300时，本发明对所述BYK354和BYK300的配比没有任何特殊的限定，按任意配比进行混合即可。在本发明中，所述流平剂能够降低涂料与底材之间的表面张力，使涂料与底材具有良好的润湿性，改进涂料流动性。在本发明中，所述防沉剂优选为气相二氧化硅和/或有机膨润土；当所述防沉剂为气相二氧化硅和有机膨润土时，本发明对所述气相二氧化硅和有机膨润土的配比没有任何特殊的限定，按任意配比进行混合即可。在本发明中，所述防沉剂能够防止涂料体系中填料的沉淀，提升涂料稳定性。
本发明还提供了上述技术方案所述湿气阻隔涂料的制备方法，包括以下步骤：
将活性微纳米材料、片状无机材料、氟树脂、聚丙烯、二甲苯和丙二醇甲醚醋酸酯进行第一混合后，加入粘结剂和助剂，得到所述湿气阻隔涂料。
进行第一混合后，本发明还优选包括将活性微纳米材料、片状无机材料、氟树脂和聚丙烯进行真空干燥；在本发明中，所述真空干燥的时间优选为72h，本发明对所述真空干燥的温度没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的温度保证干燥至恒重即可。
在本发明中，所述第一混合的方式优选为研磨，所述研磨的频率优选为30Hz，时间优选为6～24h，更优选为10～20h，最优选为13～16h。
加入所述粘结剂和助剂后，本发明还包括继续搅拌的过程；本发明对所述继续搅拌的过程没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程使得到混合浆料均匀无沉淀即可。
所述继续搅拌完成后，本发明还优选包括静置；本发明对所述静置的过程没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程进行并保证静置后的涂料无气泡即可。
本发明还提供了上述技术方案所述湿气阻隔涂料或上述技术方案所述的制备方法制备得到的湿气阻隔涂料在硬质闭孔聚氨酯泡沫的阻湿防护中的应用。
在本发明中，所述应用优选包括以下步骤：
将所述湿气阻隔涂料喷涂于硬质闭孔聚氨酯泡沫的表面后，进行固化，得到湿气阻隔涂层。
本发明对所述硬质闭孔聚氨酯泡沫的来源和种类没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的来源和种类即可。
在本发明中，所述喷涂优选采用明治W-71型喷枪；本发明对所述喷涂的过程没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程进行即可。
所述喷涂完成后，本发明还优选包括静置，所述静置的温度优选为室温，时间优选为4h。
在本发明中，所述固化的温度优选为60～80℃，更优选为65～75℃，最优选为68～72℃；时间优选为2～8h，更优选为4～6h。在本发明中，所述固化优选在干燥箱中进行。
所述固化完成后，本发明还优选包括真空干燥。在本发明中，所述真空干燥的温度优选为50℃，时间优选为48h。
下面结合实施例对本发明提供的湿气阻隔涂料及其制备方法和应用进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
先对氧化镁、还原石墨烯、聚偏氟乙烯和聚丙烯真空干燥12h后，称取2.0g氧化镁、0.5g还原石墨烯、0.3g聚偏氟乙烯和0.2g聚丙烯，并将上述物质与20g二甲苯和20g丙二醇甲醚醋酸酯混合，放入球磨机中进行球磨(球磨的频率为30Hz)12h后，加入10g氟碳树脂、0.1g BYKP104S、0.05g BYK354和0.1g气相二氧化硅，继续搅拌至均匀无沉淀，静置无气泡，得到所述湿气阻隔涂料；
使用明治W-71型喷枪在1mm厚的闭孔硬质聚氨酯泡沫表面进行喷涂，在室温下静置4h后，在干燥箱中60℃固化4h，将得到的涂层50℃真空干燥48h，得到湿气阻隔涂层。
实施例2
先对氧化钙、氧化石墨烯、聚偏氟乙烯和聚丙烯真空干燥12h后，称取2.0g氧化钙、0.5g氧化石墨烯、0.5g聚偏氟乙烯和0.5g聚丙烯，并将上述物质与20g二甲苯和20g丙二醇甲醚醋酸酯混合，放入球磨机中进行球磨(球磨的频率为30Hz)12h后，加入10g氟硅共聚树脂、0.1g BYKP104S、0.05gBYK354和0.1g气相二氧化硅，继续搅拌至均匀无沉淀，静置无气泡，得到所述湿气阻隔涂料；
使用明治W-71型喷枪在200μm厚的闭孔硬质聚氨酯泡沫表面进行喷涂，在室温下静置4h后，在干燥箱中80℃固化4h，将得到的涂层50℃真空干燥48h，得到湿气阻隔涂层。
实施例3
先对铜粉、云母、聚偏氟乙烯和聚丙烯真空干燥12h后，称取2.0g铜粉、0.5g云母、0.5g聚偏氟乙烯和0.5g聚丙烯，并将上述物质与25g二甲苯和20g丙二醇甲醚醋酸酯混合，放入球磨机中进行球磨(球磨的频率为30Hz)12h后，加入10g聚硅氮烷树脂、0.15gBYKP104S、0.05g BYK354和0.15g气相二氧化硅，继续搅拌至均匀无沉淀，静置无气泡，得到所述湿气阻隔涂料；
使用明治W-71型喷枪在2mm厚的闭孔硬质聚氨酯泡沫表面进行喷涂，在室温下静置5h后，在干燥箱中80℃固化8h，将得到的涂层50℃真空干燥48h，得到湿气阻隔涂层。
实施例4
先对铜粉、云母、钛碳化铝、聚偏氟乙烯和聚丙烯真空干燥12h后，称取2.0g铜粉、0.4g云母、0.1g钛碳化铝、0.5g聚偏氟乙烯和0.5g聚丙烯，并将上述物质与20g二甲苯和15g丙二醇甲醚醋酸酯混合，放入球磨机中进行球磨(球磨的频率为30Hz)12h后，加入10g聚硅氮烷树脂、0.10gBYKP104S、0.10g BYK354和0.15g气相二氧化硅，继续搅拌至均匀无沉淀，静置无气泡，得到所述湿气阻隔涂料；
使用明治W-71型喷枪在100μm厚的闭孔硬质聚氨酯泡沫表面进行喷涂，在室温下静置6h后，在干燥箱中80℃固化6h，将得到的涂层50℃真空干燥48h，得到湿气阻隔涂层。
测试例1
阻湿性能的测试：参照GB/T17146-2015的测试方法进行阻湿测试，测试条件为：25℃，湿度为80％，测试时间120h；
结合力性能测试：参照GB/T 9286-1998的划格法测试方法进行结合力测试；
厚度测试：参照GB1764-79(89)的方法采用测厚仪进行涂层厚度的测试；
测试结果如表1所示：
表1实施例1～4所述湿气阻隔涂层的性能参数
Figure BDA0003805920690000081
由表1可知，本发明所述湿气阻隔涂料制备得到的涂层同时具有优异的阻湿性能和长效性。
以上所述仅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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种湿气阻隔涂料，其特征在于，按照质量份数计，包括以下组分：粘结剂10.0～20.0份，活性微纳米材料0.05～4.5份，片状无机材料0.5～1.5份，氟树脂0.05～0.5份，聚丙烯0.05～0.5份，二甲苯10.0～15.0份，丙二醇甲醚醋酸酯30.0～45.0份和助剂0.1～0.50份；
所述粘结剂的表面能≤25mJ/m2。
2.如权利要求1所述的湿气阻隔涂料，其特征在于，所述粘结剂包括甲基苯基硅树脂、聚硅氮烷、聚硅氧烷、氟碳树脂和氟硅共聚树脂中的一种或几种。
3.如权利要求1所述的湿气阻隔涂料，其特征在于，所述活性微纳米材料的粒径≤500nm；
所述活性微纳米材料包括氧化镁、氧化钙、铁粉和铜粉中的一种或几种。
4.如权利要求1所述的湿气阻隔涂料，其特征在于，所述片状无机材料包括还原石墨烯、氧化石墨烯、云母和MXene材料中的一种或几种。
5.如权利要求1所述的湿气阻隔涂料，其特征在于，所述氟树脂的粒径为1～10μm；
所述氟树脂包括聚四氟乙烯和/或聚偏氟乙烯。
6.如权利要求1所述的湿气阻隔涂料，其特征在于，所述助剂包括分散剂、流平剂和防沉剂；
所述分散剂、流平剂和防沉剂的质量比为1：(0.3～1.0)：(0.8～1.5)。
7.权利要求1～6任一项所述湿气阻隔涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将活性微纳米材料、片状无机材料、氟树脂、聚丙烯、二甲苯和丙二醇甲醚醋酸酯进行第一混合后，加入粘结剂和助剂，得到所述湿气阻隔涂料。
8.权利要求1～6任一项所述湿气阻隔涂料或权利要求7所述的制备方法制备得到的湿气阻隔涂料在硬质闭孔聚氨酯泡沫的阻湿防护中的应用。
9.如权利要求8所述的应用，其特征在于，包括以下步骤：
将所述湿气阻隔涂料喷涂于硬质闭孔聚氨酯泡沫的表面后，进行固化，得到湿气阻隔涂层。
10.如权利要求9所述的应用，其特征在于，所述固化的温度为60～80℃，时间为2～8h；
所述湿气阻隔涂层的厚度为10～100μm。
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