TWI776137B - 阻水阻氣塗料及使用其之阻水阻氣結構 - Google Patents
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Abstract
一種阻水阻氣塗料，包括聚合物和石墨烯。聚合物的固含量為20%~35%。聚合物具有至少一種選自於由-NH、-OH和-COOH所組成的群組的末端基。石墨烯的固含量為0.5%~1%。石墨烯的片徑為3 μm~10 μm，層數為1層~10層。一種阻水阻氣結構，包括至少一個阻水阻氣層，該至少一個阻水阻氣層以該阻水阻氣塗料經塗佈和烘乾後形成。
Description
本發明是關於塗料及使用其之結構。本發明特別是關於阻水阻氣塗料及使用其之阻水阻氣結構。
塗料應用在許多領域，在大至建築物、小至物品零件的廣泛範圍中，提供保護、裝飾、防汙、標記、絕緣等功效。塗料的組成中有相當大的比例是各種聚合物。舉例來說，關鍵的成膜物質往往便是聚合物。然而，大部分的聚合物都不具有良好的阻水和/或阻氣功效。但在許多應用上，希望能達成阻水和/或阻氣功效，卻又因為種種考量不傾向使用其他類型的材料如金屬、陶瓷等等。
為了至少在一定程度上改善聚合物缺乏良好的阻水和/或阻氣功效的問題，本發明提供添加石墨烯的塗料及使用其之結構。藉由在塗料中加入石墨烯，可改善塗料的阻水阻氣效果。
根據實施例，一種阻水阻氣塗料包括聚合物和石墨烯。聚合物的固含量為20%~35%。聚合物具有至少一種選自於由-NH、-OH和-COOH所組成的群組的末端基。石墨烯的固含量為0.5%~1%。石墨烯的片徑為3
m~10m，層數為1層~10層。
根據實施例，一種阻水阻氣結構包括至少一個阻水阻氣層。該至少一個阻水阻氣層以根據實施例的阻水阻氣塗料經塗佈和烘乾後形成。
本發明提供一種阻水阻氣塗料。該阻水阻氣塗料包括聚合物和石墨烯。聚合物的固含量為20%~35%。聚合物具有至少一種選自於由-NH、-OH和-COOH所組成的群組的末端基(terminal group)。石墨烯的固含量為0.5%~1%。石墨烯的片徑為3m~10m，層數為1層~10層。
在一些實施例中，阻水阻氣塗料可為單劑型。在這種情況下，所述聚合物可只包括一種聚合物。舉例來說，這種聚合物可為聚氨酯，而可觀察到阻水阻氣塗料中聚合物包括聚氨酯單體單元。再舉例來說，這種聚合物可為丙烯酸樹脂，而可觀察到阻水阻氣塗料中聚合物包括丙烯酸樹脂單體單元。在另一些實施例中，阻水阻氣塗料可為雙劑型。在這種情況下，所述聚合物可包括二種聚合物，且不需限定二種聚合物都要具有所述末端基。舉例來說，這二種聚合物可為羧甲基纖維素(CMC)和丁苯乳膠，而可觀察到阻水阻氣塗料中聚合物包括羧甲基纖維素單體單元和丁苯乳膠單體單元。可以理解的是，配合所使用的聚合物類型，添加的石墨烯的固含量可適當調整。
因為阻水阻氣塗料的聚合物具有至少一種選自於由-NH、-OH和-COOH所組成的群組的末端基，可形成氫鍵或具有較強的凡得瓦力(Van der Waals force)，所以該聚合物具有至少一種選自於由水溶性、醇溶性和酯溶性所組成的群組的可溶性，亦即，該聚合物可溶於水、醇和酯中的至少一者。所以，阻水阻氣塗料可為水性塗料。
在一些實施例中，阻水阻氣塗料的溶液黏度為5 mPa·s~1000 mPa·s。在一些實施例中，阻水阻氣塗料在100o
C以下快乾。這二種特性都有助於阻水阻氣塗料在各種塗佈設備的適用性。
本發明也提供一種使用根據實施例的阻水阻氣塗料的阻水阻氣結構。具體來說，這種阻水阻氣結構包括至少一個阻水阻氣層。該至少一個阻水阻氣層以根據實施例的阻水阻氣塗料經塗佈和烘乾後形成。阻水阻氣塗料的塗佈可為但不限於噴塗、輥塗等等。在一些實施例中，對於一個阻水阻氣層來說，阻水阻氣塗料在塗佈後的濕膜厚可為80m~100m，而烘乾後形成的阻水阻氣層的厚度為2m~3m，可得到薄且氣密性佳的阻水阻氣層。以80m~100m的濕膜厚為例，如果在70o
C烘乾，只需要1分鐘~5分鐘的時間，如果使用更高的溫度如100o
C以上，則耗時更短。在另一些實施例中，可增加塗佈阻水阻氣塗料的濕膜厚到大於100m，但也不會影響所形成的阻水阻氣層與被塗佈物間的附著性。
請參照圖1，其繪示一種例示性的阻水阻氣結構1。可以理解的是，為了清楚起見，圖式中的元件可能並未依照實際比例來繪示，並且整個結構在實際設置上可能有旋轉的情況，例如是旋轉90o
成垂直配置。
在圖1所示的阻水阻氣結構1中，該至少一個阻水阻氣層包括第一阻水阻氣層14和第二阻水阻氣層22。阻水阻氣結構1包括第一基材層10、第一反射層12、第一阻水阻氣層14、第二反射層16、接合層18、第三反射層20、第二阻水阻氣層22、第四反射層24和第二基材層26。第一反射層12設置在第一基材層10上。第一阻水阻氣層14設置在第一反射層12上。第二反射層16設置在第一阻水阻氣層14上。接合層18設置在第二反射層16上。第三反射層20設置在接合層18上。第二阻水阻氣層22設置在第三反射層20上。第四反射層24設置在第二阻水阻氣層22上。第二基材層26設置在第四反射層24上。根據一些實施例，第一基材層10和第二基材層26的材料可為聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)，第一反射層12、第二反射層16、第三反射層20和第四反射層24的材料可為鋁，接合層18的材料可為聚氨酯複合膠。根據一些實施例，這種阻水阻氣結構1可由下列製程製造而成。首先，以PET薄膜作為基材層(10、26)，在其上鍍鋁，形成反射層(12、24)。在塗佈阻水阻氣塗料前，可先進行預清理，充分地清理待塗佈面，確保待塗佈面上沒有灰塵、油汙等不潔物，例如可使用大氣電漿或臭氧，達成極佳的清理效果。接著，在反射層上塗佈和烘乾根據實施例的阻水阻氣塗料，形成阻水阻氣層(14、22)。再在阻水阻氣層上鍍鋁，形成另一反射層(16、20)。將二組這樣的複合層結構對置，並以聚氨酯複合膠(其形成接合層18)接合起來，即可得到所述阻水阻氣結構1。
阻水阻氣結構1例如但不限於應用在冰箱的保溫結構。另外，依照使用需求，能夠省略部分元件或增加其他元件。舉例來說，在一些實施例中，阻水阻氣結構只由一個阻水阻氣層構成。在一些實施例中，只形成一組基材層、反射層、阻水阻氣層和反射層的複合層結構。在一些實施例中，阻水阻氣層直接形成在基材層上，例如將阻水阻氣塗料直接塗佈在PET薄膜而非塗佈在鍍有鋁的PET薄膜上。事實上，根據實施例的阻水阻氣塗料可塗佈在各種經過親水性處理的基材上，不限於上述舉例用的PET薄膜和鍍有鋁的PET薄膜。此外，在一些實施例中，形成更多的阻水阻氣層。所以可以理解的是，只要使用根據實施例的阻水阻氣塗料形成阻水阻氣層，且足以提供所需的阻水和阻氣功效，本發明的阻水阻氣結構及其應用不須特別限制。
為了讓本發明所屬技術領域中具有通常知識者更加清楚本發明添加石墨烯的阻水阻氣塗料和使用其形成的阻水阻氣結構的功效，以下提供阻氣測試的實驗說明以及結果和討論。
1.樣品製備
[實驗例1]
製備片徑為5μm的石墨烯，並調製成固含量為10%的水性石墨烯漿料。將0.525g的水性石墨烯漿料添加到300g固含量為35%的水性聚氨酯(長泰化學，WT-040B)中，並混合均勻。藉此得到石墨烯水性聚氨酯漿料，其中石墨烯的固含量為0.5%。將石墨烯水性聚氨酯漿料以4號塗佈線棒輥塗在經過預清理的PET薄膜表面上。在70℃將濕塗層烘乾，在PET薄膜表面上得到2μm~3μm厚的塗層。
[實驗例2]
製備片徑為5μm的石墨烯，並調製成固含量為10%的水性石墨烯漿料。將1.05g的水性石墨烯漿料添加到300g固含量為35%的水性聚氨酯(長泰化學，WT-040B)中，並混合均勻。藉此得到石墨烯水性聚氨酯漿料，其中石墨烯的固含量為1%。將石墨烯水性聚氨酯漿料以4號塗佈線棒輥塗在經過預清理的PET薄膜表面上。在70℃將濕塗層烘乾，在PET薄膜表面上得到2μm~3μm厚的塗層。
[實驗例3]
製備片徑為5μm的石墨烯，並調製成固含量為10%的水性石墨烯漿料。將1g的水性石墨烯漿料添加到400g固含量為50%的丙烯酸樹脂(綠色輕化科技發展(北京)有限公司，MA-6958)中，並混合均勻。藉此得到石墨烯水性丙烯酸樹脂漿料，其中石墨烯的固含量為0.5%。將石墨烯水性丙烯酸樹脂漿料以4號塗佈線棒輥塗在經過預清理的PET薄膜表面上。在70℃將濕塗層烘乾，在PET薄膜表面上得到2μm~3μm厚的塗層。
[實驗例4]
製備片徑為5m的石墨烯，並調製成固含量為10%的水性石墨烯漿料。將2 g的水性石墨烯漿料添加到400 g固含量為50%的丙烯酸樹脂(綠色輕化科技發展(北京)有限公司，MA-6958)中，並混合均勻。藉此得到石墨烯水性丙烯酸樹脂漿料，其中石墨烯的固含量為1%。將石墨烯水性丙烯酸樹脂漿料以4號塗佈線棒輥塗在經過預清理的PET薄膜表面上。在70o
C將濕塗層烘乾，在PET薄膜表面上得到2m~3m厚的塗層。
[實驗例5]
製備片徑為5m的石墨烯，並調製成固含量為10%的水性石墨烯漿料。將1 g的水性石墨烯漿料添加到200 g固含量為1%的羧甲基纖維素(陶氏化學，CRT3000PA)溶液中，並混合均勻。將三輥機設定在30m，使混合溶液過三輥機5次。藉此得到石墨烯水性羧甲基纖維素漿料。在塗佈前，與丁苯乳膠(盛禧澳聚合物，LIGOSTM
F 3601)以1：1的重量比混合至少3小時，得到混合漿料，其中石墨烯的固含量為0.5%。接著，將混合漿料以4號塗佈線棒輥塗在經過預清理的PET薄膜表面上。在70o
C將濕塗層烘乾，在PET薄膜表面上得到2m~3m厚的塗層。
[實驗例6]
製備片徑為5m的石墨烯，並調製成固含量為10%的水性石墨烯漿料。將2 g的水性石墨烯漿料添加到200 g固含量為1%的羧甲基纖維素(陶氏化學，CRT30000PA)溶液中，並混合均勻。將三輥機設定在30m，使混合溶液過三輥機5次。藉此得到石墨烯水性羧甲基纖維素漿料。在塗佈前，與丁苯乳膠(盛禧澳聚合物，LIGOSTM
F 3601)以1：1的重量比在20o
C~30o
C混合至少3小時，得到混合漿料，其中石墨烯的固含量為1%。接著，將混合漿料以4號塗佈線棒輥塗在經過預清理的PET薄膜表面上。在70o
C將濕塗層烘乾，在PET薄膜表面上得到2m~3m厚的塗層。
2.
實驗方法
將樣品放在夾具上。抽真空約半小時。接著，在樣品的一側通入氦氣，另一側抽真空。將氦氣分析儀導入抽真空的該側，即時監控通過樣品的氦氣，並記錄這一側的氣體滲透率。
3.
實驗結果和討論
測量得到的氣體滲透率和測量的時間點(從開始通入氦氣並進行監控起算)列於表1。
表1
| 測量的時間點 (hr) | 氣體滲透率 (SCCM/cm2 ) | 觀察到的其他現象 | |
| 實驗例1 | 3 | 3.87×10-7 | |
| 14 | 7.30×10-6 | ||
| 實驗例2 | 3 | 8.47×10-6 | |
| 實驗例3 | 2 | 4.98×10-6 | 塗層表面有多個顆粒凸起、針眼漏光、反黏 |
| 實驗例4 | 0 | 2.85 | 塗層表面有多個顆粒凸起、針眼漏光、反黏 |
| 實驗例5 | 15 | 7.92×10-7 | 針眼漏光 |
| 超過15 | 9.50×10-6 | ||
| 實驗例6 | 15 | 9.84×10-6 |
當監控到的氦氣氣體滲透率越低，樣品的氣密性越好。在重視阻水阻氣效果的應用上，觀察到的表面缺陷不一定會造成太大負面影響，還是要以測量到的氣體滲透率為準作判斷。以應用在冰箱的保溫結構為例，希望測量到的氣體滲透率小於10-5
SCCM/cm2
，大部分的樣品都可適用。至於實驗例4，其反映出在使用丙烯酸樹脂作為聚合物的情況下(亦即，聚合物包括丙烯酸樹脂單體單元)，要達成較佳的阻氣效果，可考慮使石墨烯的固含量小於1%。或者，將使用丙烯酸樹脂作為聚合物的阻水阻氣塗料應用在對於阻水阻氣程度要求較低的情況。當測量的時間點較晚而測量到的氣體滲透率仍保持在較低的情況時，例如實驗例1、5、6，表示所形成的阻水阻氣層的阻水阻氣功效較佳。
綜上所述，在本發明中，藉由在塗料中加入石墨烯，可至少在一定程度上改善聚合物缺乏良好的阻水和/或阻氣功效的問題，而得到應用範圍廣泛的阻水阻氣塗料和阻水阻氣結構。
雖然本發明已以實施例揭露如上，但其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作各種變動和潤飾。本發明的保護範圍以申請專利範圍所界定者為準。
1:阻水阻氣結構
10:第一基材層
12:第一反射層
14:第一阻水阻氣層
16:第二反射層
18:接合層
20:第三反射層
22:第二阻水阻氣層
24:第四反射層
26:第二基材層
圖1繪示一種例示性的阻水阻氣結構。
1:阻水阻氣結構
10:第一基材層
12:第一反射層
14:第一阻水阻氣層
16:第二反射層
18:接合層
20:第三反射層
22:第二阻水阻氣層
24:第四反射層
26:第二基材層
Claims (10)
- 一種阻水阻氣塗料，包括：聚合物，固含量為20%~35%，該聚合物具有至少一種選自於由-NH、-OH和-COOH所組成的群組的末端基；以及石墨烯，固含量為0.5%~1%，該石墨烯的片徑為3μm~10μm，層數為1層~10層。
- 如請求項1之阻水阻氣塗料，其中，該聚合物具有至少一種選自於由水溶性、醇溶性和酯溶性所組成的群組的可溶性。
- 如請求項1之阻水阻氣塗料，其中，該聚合物包括聚氨酯單體單元，或者該聚合物包括羧甲基纖維素單體單元和丁苯乳膠單體單元。
- 如請求項1之阻水阻氣塗料，其中，該聚合物包括丙烯酸樹脂單體單元，且該石墨烯的固含量小於1%。
- 如請求項1之阻水阻氣塗料，為水性塗料。
- 如請求項1之阻水阻氣塗料，溶液黏度為5mPa．s~1000mPa．s。
- 一種阻水阻氣結構，包括：至少一個阻水阻氣層，以如請求項1至6中任一項之阻水阻氣塗料經塗佈和烘乾後形成。
- 如請求項7之阻水阻氣結構，其中，該至少一個阻水阻氣層各自的厚度為2μm~3μm。
- 如請求項7之阻水阻氣結構，其中，該至少一個阻水阻氣層包括第一阻水阻氣層和第二阻水阻氣層，且該阻水阻氣結構包括：第一基材層；第一反射層，設置在該第一基材層上；該第一阻水阻氣層，設置在該第一反射層上；第二反射層，設置在該第一阻水阻氣層上；接合層，設置在該第二反射層上；第三反射層，設置在該接合層上； 該第二阻水阻氣層，設置在該第三反射層上；第四反射層，設置在該第二阻水阻氣層上；以及第二基材層，設置在該第四反射層上。
- 如請求項9之阻水阻氣結構，其中該第一基材層和該第二基材層的材料為聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)，該第一反射層、該第二反射層、該第三反射層和該第四反射層的材料為鋁，該接合層的材料為聚氨酯複合膠。
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| TWI505868B (zh) * | 2014-08-18 | 2015-11-01 | 中原大學 | 阻水氣複合膜及其製備方法 |
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| CN108755268A (zh) * | 2018-05-29 | 2018-11-06 | 宁波亚洲浆纸业有限公司 | 一种造纸用的防潮涂料、防潮纸板及其制备方法 |
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