一種阻隔膜及其制備方法和應用

本發明屬于材料化學領域，尤其涉及一種阻隔膜及其制備方法和應用。

背景技術：

1、飛艇、系留球等浮空器或充氣建筑等通常是由多層結構組成的，由外至內至少包括耐候層/阻隔層/承力層/熱封層。由于輕量化的要求，添加有光阻隔粒子的耐候層只占整體材料（面密度140~300g/m2）的10~20wt%，因此，充氣材料的太陽光透過率高，不僅使得充氣材料表面溫度升高，也使得內部氣體溫度攀升，充氣囊體出現超熱超壓問題。同時，熱效應也會導致局部應力集中與材料熱氧老化，影響充氣裝備的安全穩定性。

2、目前，充氣材料最常用的阻隔層為pet、evoh膜等，它們的表面能高且脆性大，對于粘接技術要求較高，同時會使得充氣材料的耐揉搓性能大幅降低。此外，透明的pet、evoh等樹脂阻隔層對于材料的光熱阻隔絲毫沒有貢獻。

技術實現思路

1、有鑒于此，本發明的目的在于提供一種阻隔膜及其制備方法和應用，本發明提供的阻隔膜兼具優異的光熱控制能力與氣體阻隔能力。

2、本發明提供了一種阻隔膜，包括：膜基材和填充在所述膜基材中的填料；其中，所述膜基材為含有軟段的聚氨酯，所述軟段為聚二甲基硅氧烷鏈段和聚乙二醇鏈段；所述填料為核殼結構，外殼為二氧化鈦，內核為天然礦物，內核的形狀為片狀和/或棒狀；所述填料在阻隔膜中的填充量為30~65wt%。

3、優選的，所述聚二甲基硅氧烷鏈段與聚乙二醇鏈段的摩爾比為1:（1~10）。

4、優選的，所述天然礦物為海泡石、高嶺土、云母、滑石粉、膨脹蛭石、膨脹珍珠巖、硅藻土、坡縷石和埃洛石納米管中的一種或多種。

5、優選的，片狀內核的片層厚度為20~100nm，垂直于厚度方向的尺寸為1~20μm；棒狀內核的長度為1~10μm，直徑為20~500nm。

6、優選的，所述填料的二氧化鈦含量為20~40wt%。

7、本發明提供了一種上述技術方案所述的阻隔膜的制備方法，包括以下步驟：

8、將填料與膜基材溶液混合，涂布，干燥，得到阻隔膜。

9、優選的，所述填料按照以下步驟進行制備：

10、將內核材料的酸性分散液與鈦酸丁四酯混合反應，得到固體產物；

11、將所述固體產物進行煅燒和破碎，得到外殼為二氧化鈦的核殼結構填料。

12、優選的，所述膜基材溶液按照以下步驟進行制備：

13、將二異氰酸酯、雙羥基封端的聚二甲基硅氧烷和聚乙二醇在溶劑中進行預聚反應，得到預聚體；

14、所述預聚體與擴鏈劑混合反應，反應結束后用溶劑調整反應產物的固含量，得到含有軟段的聚氨酯膜基材溶液。

15、優選的，所述涂布的方式為多次刮涂。

16、本發明提供了一種充氣囊體，所述充氣囊體的材料包括上述技術方案所述阻隔膜或上述技術方案所述制備方法制得的阻隔膜。

17、與現有技術相比，本發明提供了一種阻隔膜及其制備方法和應用。本發明提供的阻隔膜包括膜基材和填充在所述膜基材中的填料；其中，所述膜基材為含有軟段的聚氨酯，所述軟段為聚二甲基硅氧烷鏈段和聚乙二醇鏈段；所述填料為核殼結構，外殼為二氧化鈦，內核為天然礦物，內核的形狀為片狀和/或棒狀；所述填料在阻隔膜中的填充量為30~65wt%。本發明以含有軟段的聚氨酯作為膜基材，由于軟段中聚二甲基硅氧烷（pdms）鏈段中的si-o鍵以及聚乙二醇（peg）鏈段中的c-o-c鍵的存在，可以提升膜材料在大氣窗口的紅外發射率，對于提高光熱控制能力具有積極作用；同時，peg的結晶性能，可以在一定程度上提升氣體阻隔性能，并具備可逆的溫度調控性能。在此基礎上，本發明采用以片\棒狀天然礦物為內核、以二氧化鈦為外殼的核殼結構填料作為膜材的填充材料，這些填料能夠在膜基材中取向排列，光線在照射到該填料時，會發生多次折射與衍射，從而能提高膜材料的光阻隔性能；同時，取向排列的填料還可以延長氣體的擴散路徑，從而提升膜材料的氣體阻隔性能。

技術特征：

1.一種阻隔膜，其特征在于，包括：膜基材和填充在所述膜基材中的填料；其中，所述膜基材為含有軟段的聚氨酯，所述軟段為聚二甲基硅氧烷鏈段和聚乙二醇鏈段；所述填料為核殼結構，外殼為二氧化鈦，內核為天然礦物，內核的形狀為片狀和/或棒狀；所述填料在阻隔膜中的填充量為30~65wt%。

2.根據權利要求1所述的阻隔膜，其特征在于，所述聚二甲基硅氧烷鏈段與聚乙二醇鏈段的摩爾比為1:（1~10）。

3.根據權利要求1所述的阻隔膜，其特征在于，所述天然礦物為海泡石、高嶺土、云母、滑石粉、膨脹蛭石、膨脹珍珠巖、硅藻土、坡縷石和埃洛石納米管中的一種或多種。

4.根據權利要求1所述的阻隔膜，其特征在于，片狀內核的片層厚度為20~100nm，垂直于厚度方向的尺寸為1~20μm；棒狀內核的長度為1~10μm，直徑為20~500nm。

5.根據權利要求1所述的阻隔膜，其特征在于，所述填料的二氧化鈦含量為20~40wt%。

6.一種權利要求1~5任一項所述阻隔膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

7.根據權利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述填料按照以下步驟進行制備：

8.根據權利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述膜基材溶液按照以下步驟進行制備：

9.根據權利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述涂布的方式為多次刮涂。

10.一種充氣囊體，其特征在于，所述充氣囊體的材料包括權利要求1~5任一項所述阻隔膜或權利要求6~9任一項所述制備方法制得的阻隔膜。

技術總結
本發明屬于材料化學領域，尤其涉及一種阻隔膜及其制備方法和應用。本發明提供的阻隔膜包括膜基材和填充在所述膜基材中的填料；其中，所述膜基材為含有軟段的聚氨酯，所述軟段為聚二甲基硅氧烷鏈段和聚乙二醇鏈段；所述填料為核殼結構，外殼為二氧化鈦，內核為天然礦物，內核的形狀為片狀和/或棒狀；所述填料在阻隔膜中的填充量為30~65wt%。本發明提供的阻隔膜兼具優異的光熱控制能力與氣體阻隔能力。

技術研發人員：周妍,劉向東,孫瑩潞,熊征蓉,張航,張錫文,楊宇明
受保護的技術使用者：中國科學院長春應用化學研究所
技術研發日：
技術公布日：2024/10/21