CN107974231B - 胶黏剂、其制备方法及囊体材料 - Google Patents

胶黏剂、其制备方法及囊体材料 Download PDF

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Abstract

本发明提供了胶黏剂、其制备方法及囊体材料。该胶黏剂包括胶黏剂主体和石墨烯，且石墨烯在胶黏剂中的重量百分比为0.2～1％。本申请在胶黏剂主体中添加石墨烯，即使石墨烯分散在胶黏剂主体中，由于石墨烯对氦气具有较好的阻隔性能，因此使得具有其的胶黏剂也具有氦气阻隔性能；同时由于石墨烯用量很少，在0.2～1％之间，因而不会明显增大囊体材料面密度，这对于飞艇囊体材料的轻质化具有重要的意义；进一步地，由于石墨烯是加在胶黏剂中，因而不会提高囊体材料加工的复杂性。

Description

胶黏剂、其制备方法及囊体材料
技术领域
本发明涉及胶黏材料，具体而言，涉及一种胶黏剂、其制备方法及囊体材料。
背景技术
飞艇囊体材料通常由承力层、阻隔层、耐候层组成，且通过胶黏剂将各层复合，进而可以实现各种材料的功能集成化。为实现飞艇长时驻空，需要开发特种囊体材料，比如考虑到飞艇的工作环境，对囊体材料要求如下：(1)强度高；(2)质量轻；(3)耐环境(耐候性)性能好；(4)阻氦气渗漏性能强。
其中，飞艇要长期工作，阻氦气渗漏性能非常重要。目前提高囊体材料阻隔性的方法主要有两种，一种是选用新型的阻隔材料，如EVOH薄膜、聚偏氯乙烯薄膜、多层共挤薄膜等；另一种是提高阻隔层薄膜的厚度。
但是，上述现有方法存在的缺陷如下：
(1)新型阻隔薄膜存在许多不足，如EVOH薄膜，虽然具有优异的气体阻隔性，但受外界环境影响较大，吸湿、耐热性差，在飞艇上使用有一定的局限性；聚偏氯乙烯薄膜光氧化易脆，抗冲击性和耐寒性不佳；多层共挤薄膜则存在制备工艺复杂的问题。
(2)提高阻隔层薄膜的厚度虽然可以提高薄膜的阻氦率，但是会增加囊体材料的质量，对飞艇的轻质化造成很大的不利影响。
由此可见，现有技术中的提高阻隔膜防氦气渗漏的技术存在各种缺陷，因此亟需一种既能提高具有较高阻氦性且轻质的囊体材料、且制备工艺简单的技术。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种胶黏剂、其制备方法及囊体材料，以解决现有技术囊体材料不能同时满足高阻氦性、轻质且制备工艺简单的要求的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种胶黏剂，包括胶黏剂主体和石墨烯，且石墨烯在胶黏剂中的重量百分比为0.2～1％。
进一步地，上述石墨烯在胶黏剂中的重量百分比为0.3～0.9％，更优选0.5～0.85，进一步优选0.78～0.82，最优选0.8％。
进一步地，上述胶黏剂主体为聚氨酯胶黏剂，优选聚氨酯胶黏剂选自单组份聚氨酯胶黏剂、湿气固化聚氨酯胶黏剂、双组份热固化聚氨酯胶黏剂和双组份紫外光固化聚氨酯胶黏剂组成的组中的一种或多种。
进一步地，上述胶黏剂还包括分散剂，分散剂在胶黏剂中的重量百分比为0.2～1.0％。
进一步地，上述分散剂选自十二烷基苯磺酸钠、木质素磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵和聚氧乙烯蓖麻油中的一种或多种。
进一步地，上述胶黏剂还包括有机溶剂，有机溶剂在胶黏剂中的重量百分比为20～50％。
进一步地，上述有机溶剂选自乙酸乙酯、丙酮、丁酮、甲苯、三氯甲烷和四氢呋喃中的一种或多种。
根据本发明的另一方面，提供了一种上述任一种胶黏剂的制备方法，该制备方法包括将石墨烯分散在胶黏剂主体中得到胶黏剂。
进一步地，上述胶黏剂包括胶黏剂主体、石墨烯、分散剂和有机溶剂，制备方法包括：步骤S1，将石墨烯与有机溶剂混合，形成石墨烯分散母液；步骤S2，将分散剂与胶黏剂主体混合，形成混合体；以及步骤S3，将石墨烯分散母液与混合体混合，以将石墨烯分散在胶黏剂主体中，得到胶黏剂。
进一步地，上述步骤S3包括：将石墨烯分散母液与混合体混合，以将石墨烯分散在胶黏剂主体中形成分散体；利用三辊机对分散体进行研磨，得到胶黏剂。
根据本发明的又一方面，提供了一种囊体材料，该囊体材料包括一层或多层胶黏剂层，至少一层胶黏剂层采用上述任一种胶黏剂制备而成。
进一步地，上述囊体材料包括依次通过胶黏剂层粘结的承力层、阻隔层和耐候层，优选各胶黏剂层均采用上述任一种的胶黏剂制备而成。
进一步地，形成上述承力层的材料选自平纹编织芳纶织物、可乐丽聚芳酯纤维织物、聚对苯撑苯并双恶唑纤维织物和聚乙烯纤维织物组成的组中的一种或多种，优选承力层的面密度为60～80g/m2；优选阻隔层选自PET镀铝薄膜、PET薄膜或PET镀氧化硅薄膜组成的组中的一种或多种，优选阻隔层的厚度为10～15微米，PET镀铝薄膜、PET镀氧化硅薄膜中镀层的厚度为50～70nm；优选耐候层的材料选自Tedlar薄膜、聚偏氟乙烯薄膜、乙烯-四氟乙烯共聚物薄膜和聚四氟乙烯薄膜组成的组中的一种或多种，优选述耐候层的厚度为10～40微米。
应用本发明的技术方案，本申请在胶黏剂主体中添加石墨烯，即使石墨烯分散在胶黏剂主体中，由于石墨烯对氦气具有较好的阻隔性能，因此使得具有其的胶黏剂也具有氦气阻隔性能；同时由于石墨烯用量很少，在0.2～1％之间，因而不会明显增大囊体材料面密度，这对于飞艇囊体材料的轻质化具有重要的意义；进一步地，由于石墨烯是加在胶黏剂中，因而不会提高囊体材料加工的复杂性。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本发明的一种优选实施例的提供的囊体材料的结构示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、承力层；20、胶黏剂层；30、阻隔层；40、耐候层。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如背景技术所记载的，现有技术的囊体材料不能同时具备高耐候性、轻质且制备工艺简单的特点，为了解决该问题，本申请提供了一种胶黏剂、其制备方法及囊体材料。
在本申请一种典型的实施方式中，提供了一种胶黏剂，该胶黏剂包括胶黏剂主体和石墨烯，且石墨烯在胶黏剂中的重量百分比为0.2～1％。
本申请在胶黏剂主体中添加石墨烯，即使石墨烯分散在胶黏剂主体中，由于石墨烯对氦气具有较好的阻隔性能，因此使得具有其的胶黏剂也具有氦气阻隔性能；同时由于石墨烯用量很少，在0.2～1％之间，因而不会明显增大囊体材料面密度，这对于飞艇囊体材料的轻质化具有重要的意义；进一步地，由于石墨烯是加在胶黏剂中，因而不会提高囊体材料加工的复杂性。上述石墨烯为单层石墨烯或少层石墨烯，比如1～10层的石墨烯。
在保证胶黏剂具有明显氦气阻隔效果的基础上，尽可能保证轻质的特点和胶黏剂的胶黏效果，优选石墨烯在胶黏剂中的重量百分比为0.3～0.9％，更优选0.5～0.85，进一步优选0.78～0.82，最优选0.8％。
上述的胶黏剂主体采用现有技术中常规的胶黏剂即可，比如市场上流通的胶黏剂产品，为了提高胶黏剂的耐候性，优选上述胶黏剂主体为聚氨酯胶黏剂，更优选聚氨酯胶黏剂选自单组份聚氨酯胶黏剂、湿气固化聚氨酯胶黏剂、双组份热固化聚氨酯胶黏剂和双组份紫外光固化聚氨酯胶黏剂组成的组中的一种或多种。在本申请一种优选的实施例中，上述胶黏剂还包括分散剂，分散剂在胶黏剂中的重量百分比为0.2～1.0％。利用分散剂改善石墨烯在胶黏剂主体中的分散效果，进而提高该胶黏剂对氦气阻隔的均匀性。
用于本申请的分散剂的主要作用是促进石墨烯在聚氨酯胶黏剂中的分散性，基于石墨烯和聚氨酯树脂的结构特点，优选上述分散剂选自十二烷基苯磺酸钠、木质素磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵和聚氧乙烯蓖麻油的一种或多种。
此外，为了加快石墨烯在胶黏剂主体中的分散速度，优选上述胶黏剂还包括有机溶剂，有机溶剂在胶黏剂中的重量百分比为20～50％。利用有机溶剂增强石墨烯在胶黏剂主体中的分散能力，提高分散速度。
用于本申请的有机溶剂可以从现有技术中常用的有机溶剂中进行选择，为了避免有机溶剂对胶黏剂主体已有胶黏性的负面影响，优选上述有机溶剂选自乙酸乙酯、丙酮、丁酮、甲苯、三氯甲烷和四氢呋喃中的一种或多种。
在本申请另一种典型的实施方式中，提供了一种上述的胶黏剂的制备方法，该制备方法包括将石墨烯分散在胶黏剂主体中得到胶黏剂。胶黏剂采用上述方法制备，操作简单，易于推广。
在本申请另一种优选的实施例中，上述胶黏剂包括胶黏剂主体、石墨烯、分散剂和有机溶剂，优选上述制备方法包括：步骤S1，将石墨烯与有机溶剂混合，形成石墨烯分散母液；步骤S2，将分散剂与胶黏剂主体混合，形成混合体；以及步骤S3，将石墨烯分散母液与混合体混合，以将石墨烯分散在胶黏剂主体中，得到胶黏剂。
将石墨烯分散在有机溶剂中，使得石墨烯的运动更加自由；将分散剂与胶黏剂主体混合，使得胶黏剂主体对石墨烯的相容性得到改善；最后将石墨烯分散母液与混合体混合，使得石墨烯在胶黏剂主体中的分散效果和分散速度得到改善。
为了提高分散效果，优选上述步骤S3包括：将石墨烯分散母液与混合体混合，以将石墨烯分散在胶黏剂主体中形成分散体；利用三辊机对分散体进行研磨，得到胶黏剂。上述将石墨烯分散母液与混合体混合的过程可以采用搅拌或者分散机分散的方式，而后续使用的三辊机通过水平的三根辊筒的表面相互挤压及不同速度的摩擦而达到分散效果，三辊机是高粘度物料最有效的分散设备，分散效果优于分散机分散及共混搅拌。
在本申请又一种典型的实施方式中，提供了一种囊体材料，该囊体材料包括一层或多层胶黏剂层20，至少一层胶黏剂层20采用上述的胶黏剂制备而成。由于本申请的胶黏剂具有高阻氦性和轻质的特点，因此，在将其应用至囊体材料时，使得囊体材料同时兼具高阻氦性和轻质的特点；同时，由于石墨烯是加在胶黏剂中，因而将其制作成囊体材料的胶黏剂层20时采用已有方法和工艺实施即可，不会提高囊体材料加工的复杂性。
本申请的囊体材料可包括现有囊体材料常规所具有的结构，优选上述囊体材料包括依次通过胶黏剂层20粘结的承力层10、阻隔层30和耐候层40。从而使得该囊体材料兼具高强度、轻质、高耐候性和高阻氦性。
为了使囊体材料的强度更好，在本申请一种优选的实施例中，形成上述承力层10的材料为平纹编织芳纶(Kevlar)织物、可乐丽聚芳酯纤维织物、聚对苯撑苯并双恶唑纤维织物和聚乙烯纤维织物组成的组中的一种或多种，优选承力层10的面密度为60～80g/m2。
为了利用阻隔层30进一步提高囊体材料的阻氦性且保持质轻的特点，优选上述阻隔层30为PET镀铝薄膜、PET薄膜或PET镀氧化硅薄膜组成的组中的一种或多种，优选阻隔层30的厚度为10～15微米，PET镀铝薄膜、PET镀氧化硅薄膜中镀层的厚度为50～70nm。
为了使囊体材料具有更好的耐候性且保持质轻的特点，优选上述耐候层40为Tedlar薄膜、聚偏氟乙烯薄膜、乙烯-四氟乙烯共聚物薄膜和聚四氟乙烯薄膜组成的组中的一种或多种，优选耐候层40的厚度为10～40微米。
以下将结合实施例和对比例，进一步说明本申请的有益效果。
实施例1至15和对比例1至3的胶黏剂的制备过程：
以下各组分的用量以占最终产品的重量百分比计记录在表1中。
将石墨烯(常州第六元素材料科技股份有限公司，增强型石墨烯SE1430)加入有机溶剂中，超声分散10h，制备石墨烯分散母液；
向胶黏剂主体加入分散剂得到混合体，将石墨烯母液混入混合体中得到含石墨烯的分散体；
将以上含石墨烯的分散体通过三辊机分散，制备出各实施例和对比例的胶黏剂。
囊体材料的制备过程
承力层材料选用平纹编织Kevlar纤维布(面密度：70g/m2)；
阻隔层材料选用PET镀铝薄膜(薄膜厚度：12微米，镀铝层厚度：60nm)；
耐候层材料选用Tedlar薄膜(杜邦PVF，厚度：25微米)；
通过干法复合机将以上各层材料复合，制备囊体材料，所得囊体材料结构为：承力层-胶黏剂层-阻隔层-胶黏剂层-耐候层，其中胶黏剂层采用前述制备过程制备的胶黏剂制备而成。
对比例4的胶黏剂的制备过程：
最终产品的重量百分比与实施例5相同。
将石墨烯(常州第六元素材料科技股份有限公司，增强型石墨烯SE1430)加入有机溶剂中，超声分散10h，制备石墨烯分散母液；
向石墨烯分散母液加入分散剂得到混合体，将胶黏剂主体混入混合体中得到含石墨烯的分散体；
将以上含石墨烯的分散体通过三辊机分散，制备胶黏剂。
囊体材料的制备过程与实施例1相同。
表1
Figure BDA0001138051060000061
Figure BDA0001138051060000071
Figure BDA0001138051060000081
囊体材料透氦率测试：采用VAC-V2(Labthink)型号的气体渗透仪，利用压差法(GB/T1038-2000)对蒙皮的透氦性进行了测试，测试结果见表2。
测试各囊体材料的面密度(GB/T 4669-2008)，测试结果见表2。
表2
Figure BDA0001138051060000082
Figure BDA0001138051060000091
由表1和表2的数据可以看出，对氦气的阻隔率随着石墨烯含量的增加而增大，但是，当石墨烯含量超过0.8％之后，其阻隔率反而下降。而且，随着石墨烯含量的增加，囊体材料的密度上升并不明显，说明囊体材料仍然保持轻质的特点。另外，由实施例5和对比例4的对比例可以看出，将分散剂与胶黏剂主体混合后再与石墨烯分散母液混合有利于各组分的均质，进而有利于提高最终产品对氦气的阻隔率。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
在胶黏剂主体中添加石墨烯，即使石墨烯分散在胶黏剂主体中，由于石墨烯对氦气具有较好的阻隔性能，因此使得具有其的胶黏剂也具有氦气阻隔性能；同时由于石墨烯用量很少，在0.2～1％之间，因而不会明显增大囊体材料面密度，这对于飞艇囊体材料的轻质化具有重要的意义；进一步地，由于石墨烯是加在胶黏剂中，因而不会提高囊体材料加工的复杂性。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (19)

1.一种胶黏剂的制备方法，其特征在于，所述胶黏剂包括胶黏剂主体、石墨烯、分散剂和有机溶剂，且所述石墨烯在所述胶黏剂中的重量百分比为0.78~0.82%，所述制备方法包括：
步骤S1，将所述石墨烯与所述有机溶剂混合，形成石墨烯分散母液；
步骤S2，将所述分散剂与所述胶黏剂主体混合，形成混合体；以及
步骤S3，将所述石墨烯分散母液与所述混合体混合，以将所述石墨烯分散在所述胶黏剂主体中，得到所述胶黏剂，
所述步骤S3包括：
将所述石墨烯分散母液与所述混合体混合，以将所述石墨烯分散在所述胶黏剂主体中形成分散体；
利用三辊机对所述分散体进行研磨，得到所述胶黏剂。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述石墨烯在所述胶黏剂中的重量百分比为0.8%。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述胶黏剂主体为聚氨酯胶黏剂。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述聚氨酯胶黏剂选自单组份聚氨酯胶黏剂、湿气固化聚氨酯胶黏剂、双组份热固化聚氨酯胶黏剂和双组份紫外光固化聚氨酯胶黏剂组成的组中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述分散剂在所述胶黏剂中的重量百分比为0.2~1.0%。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述分散剂选自十二烷基苯磺酸钠、木质素磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵和聚氧乙烯蓖麻油中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂在所述胶黏剂中的重量百分比为20~50%。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂选自乙酸乙酯、丙酮、丁酮、甲苯、三氯甲烷和四氢呋喃中的一种或多种。
9.一种囊体材料，所述囊体材料包括依次通过胶黏剂层（20）粘结的承力层（10）、阻隔层（30）和耐候层（40），其特征在于，各所述胶黏剂层（20）采用胶黏剂制备而成，所述胶黏剂包括胶黏剂主体和石墨烯，且所述石墨烯在所述胶黏剂中的重量百分比为0.78~0.82%，所述胶黏剂采用权利要求1至8中任一项所述的制备方法制备而成，形成所述承力层（10）的材料选自平纹编织芳纶织物、可乐丽聚芳酯纤维织物、聚对苯撑苯并双恶唑纤维织物和聚乙烯纤维织物组成的组中的一种或多种，所述阻隔层（30）选自PET镀铝薄膜、PET薄膜或PET镀氧化硅薄膜组成的组中的一种或多种，所述耐候层的材料选自Tedlar薄膜、聚偏氟乙烯薄膜、乙烯-四氟乙烯共聚物薄膜和聚四氟乙烯薄膜组成的组中的一种或多种。
10.根据权利要求9所述的囊体材料，其特征在于，所述石墨烯在所述胶黏剂中的重量百分比为0.8%。
11.根据权利要求9所述的囊体材料，其特征在于，所述胶黏剂主体为聚氨酯胶黏剂。
12.根据权利要求11所述的囊体材料，其特征在于，所述聚氨酯胶黏剂选自单组份聚氨酯胶黏剂、湿气固化聚氨酯胶黏剂、双组份热固化聚氨酯胶黏剂和双组份紫外光固化聚氨酯胶黏剂组成的组中的一种或多种。
13.根据权利要求9所述的囊体材料，其特征在于，所述胶黏剂还包括分散剂，所述分散剂在所述胶黏剂中的重量百分比为0.2~1.0%。
14.根据权利要求13所述的囊体材料，其特征在于，所述分散剂选自十二烷基苯磺酸钠、木质素磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵和聚氧乙烯蓖麻油中的一种或多种。
15.根据权利要求9所述的囊体材料，其特征在于，所述胶黏剂还包括有机溶剂，所述有机溶剂在所述胶黏剂中的重量百分比为20~50%。
16.根据权利要求15所述的囊体材料，其特征在于，所述有机溶剂选自乙酸乙酯、丙酮、丁酮、甲苯、三氯甲烷和四氢呋喃中的一种或多种。
17.根据权利要求9所述的囊体材料，其特征在于，所述承力层（10）的面密度为60~80g/m2。
18.根据权利要求9所述的囊体材料，其特征在于，所述阻隔层（30）的厚度为10~15微米，所述PET镀铝薄膜、PET镀氧化硅薄膜中镀层的厚度为50~70nm。
19.根据权利要求9所述的囊体材料，其特征在于，所述耐候层的厚度为10~40微米。
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