[发明专利]一种具有水汽阻隔功能的硅橡胶复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种具有水汽阻隔功能的硅橡胶复合材料及其制备方法，该具有水汽阻隔功能的硅橡胶复合材料，包括硅橡胶基材层，所述硅橡胶基材层的表面设置有修饰层；所述修饰层表面具有凹坑，所述凹坑中具有亲水性聚合物颗粒；所述修饰层的凹坑部分主要由可溶于水性溶剂的聚氨酯和环氧树脂中的至少一种，以及疏水剂组成；所述凹坑中亲水性聚合物颗粒主要由聚丙烯酸、聚乙烯醇、聚乙二醇、羟乙基纤维素、聚丙烯酰胺中的至少一种组成。通过硅橡胶复合材料表面形成了新型的仿沙漠甲虫结构，具有优异的水汽阻隔能力，且复合材料的制备工艺简单，设备要求低，成本低，具有很高的市场价值和经济价值。

技术领域

本发明涉及了复合材料技术领域，具体涉及了一种具有水汽阻隔功能的硅橡胶复合材料及其制备方法。

背景技术

水汽阻隔材料可以阻隔水汽、其他液体或有机物等进入或从材料的一侧渗透到另一侧，常常被用于食品包装、空调结构件、电子元件等领域。硅橡胶材料具有很大的自由体积，透气性比较好，但难以满足高阻隔领域的应用要求。

关于聚合物材料体系的阻隔性能研究，国内外科学研究工作者开展了许多研究，一般认为材料的阻隔性能取决于聚合物的结构、性能以及透过物与聚合物的相互作用。C.Charton等(C.Charton,N.Schiller,M.Fahland,A.A.Wedel,K.Noller,Development ofhigh barrier films on flexible polymer substrates,Thin SolidFilms,502(2006)99-103)在研究开发一种高阻隔性聚合物基材中指出影响渗透率的因素：渗透系数(P)主要由溶解系数(S)和扩散系数(D)的大小决定，即P＝D·S。同时，李国民等(李国民,李俊凤,刘静芝,吴庸烈,水蒸气在高分子膜中吸附和传递行为的研究进展,功能高分子学报,(2005).)也认为渗透系数是否增加由溶解系数降低的值和扩散系数增加的值的相对大小来决定。所以，为了降低材料的渗透性，在其他参数不变的前提下，必须降低扩散和溶解系数中的一个。

由于阻隔填料可以有效降低透过物在材料中的扩散，因此现有研究主要采用添加具有阻隔功能填料的方式实现提高材料阻隔性能的目的。比如：国内外采用天然的石墨烯、蒙脱土、锂蒙脱土、氟锂蒙脱土、水滑石、云母，人工合成的层状沸石等纳米无机片层材料来提升阻隔性能。

对于水汽在材料中的具体传递机理，有研究进一步将其分为材料表面聚集或内部的微孔结构和纳米孔结构渗透两种情况进行讨论(K.Teshima,H.Sugimura,Y.Inoue,O.Takai,Gas Barrier Performance of Surface-Modified Silica Films with GraftedOrganosilane Molecules,Langmuir,19(2003)8331-8334.C.Joly,M.Smaihi,L.Porcar,R.D.Noble,Polyimide-Silica Composite Materials:How Does Silica InfluenceTheir Microstructure and Gas Permeation Properties？,Chem.Mater.,11(1999)2331-2338.)。对于微孔结构，主要是毛细作用引导的水汽流动传递，而对于纳米孔结构主要是水汽在材料中的溶解、扩散引导的水汽流动传递。材料中的微孔结构一般可以通过制备工艺的优化而减少或避免，但纳米孔却较难避免，因而对水汽阻隔性能影响比较严重的往往是材料中存在的纳米孔结构。

目前大部分研究的关注点均是如何降低水汽在材料中的溶解和扩散，比如前述的通过添加阻隔填料的方式提高水汽阻隔性能。这种水汽阻隔方法基本属于被动式水汽阻隔，即通过被动地减少水汽溶解、扩散通过阻隔层而对材料进行保护，并没有充分关注水汽在材料表面溶解和扩散之前的吸附和凝结过程，通过对水汽在材料表面的吸附和凝结过程的调控来提高其水汽阻隔性能的研究还比较缺失。