一种吸湿性涂层的制备及其性能研究

一种吸湿性涂层的制备及其性能研究

魏小飞   ,黄艳轶

广州慧谷化学有限公司，广东 广州 511356

摘要：本文考察了以辊涂方式实现的有机无机复合吸湿性涂层的方案，以分子筛为主要成分，考察了不同粒径分子筛活化粉、不同基团水溶性高分子、及其不同复合比例对涂层性能的影响。

关键词：吸湿涂层；分子筛；有机无机复合；吸水性

Preparation and properties of a hygroscopic coating

Abstract: In this paper, the scheme of organic and inorganic composite hygroscopic coating by roller coating was investigated. The molecular sieve was used as the main component, and the effects of activated powder of molecular sieve with different particle size, water-soluble polymer with different groups and different composite ratio on the coating performance were investigated.

Key words: hygroscopic coating; Molecular sieve; Organic inorganic composite; Water imbibition

1 引言

分子筛是一种人工合成的具有筛选分子作用的水合硅铝酸盐(泡沸石)或天然沸石，具有均匀的微孔，其孔径与一般分子大小相当，具有很高的选择吸附分离能力，是一种优良的吸湿材料，尤其在低湿条件下具有优异的吸湿能力，常用于各种需要干燥及净化的领域[1~2]。

分子筛本身耐热、安全，应用方式多种多样[3]。除直接用作吸湿材料外，将分子筛涂覆在基材表面得到功能性涂层的应用也得到广泛的研究[4~7]。但是利用辊涂方式将分子筛涂敷在铝箔上形成吸湿涂层的研究并不多，本文即针对这种应用展开研究，对多种材料和相应的影响因素进行了探讨。

2 原料与仪器

2.1 原料

聚氧化乙烯（分子量 100万）、聚乙烯醇（牌号1799）、聚丙烯酰胺（分子量 100万）、聚乙烯基吡咯烷酮（牌号K70）均为工业级，分子筛活化粉购自河北汇鹏。水溶性丙烯酸树脂、水性环氧底涂和去离子水为自制。

其中分子筛活化粉的指标如下。

表1 分子筛活化粉的指标

2.2 仪器设备

电热鼓风干燥箱、纳米砂磨机、微量进液器、电子天平、水分仪、RDS线棒16#、RDS线棒1#、游标卡尺、划格器、杯突仪、T弯仪、细度仪。

3 实验部分

3.1 分子筛涂料的制备

预先将高分子树脂溶解成固含为5%的水溶液。

然后将一定量的去离子水、树脂水溶液、助剂等物料按投料顺序投入到1L容器中，开启搅拌400~500rpm，投入分子筛活化粉，提高转速至800~1000rpm，继续搅拌30~60min至完全均匀。然后投入纳米砂磨机中，设置流量1L/min，砂磨20min。静置消泡后过滤包装，得到相应的分子筛涂料。

3.2分子筛涂层的制备[8]

采用线棒刮板方式模拟辊涂涂覆。底涂用市售水性环氧涂料，采用RDS线棒1#将其刮在0.1mm厚的铝箔上，并放入260℃烘箱烘烤25秒。然后，将分子筛涂料固含调整至30%，用RDS线棒16#刮在制好的底涂层上，并放入260℃烘箱烘烤30秒，取出冷却后即得到膜重约12g/m2的分子筛涂层。

3.3 涂层性能检测

主要测试项目见下表

表2 测试项目

4 结果与讨论

4.1 不同高分子树脂的差异

分别选用了含醚键、羟基、酰胺基/内酰胺基、羧基等不同亲水基团的水溶性高分子作为成膜树脂，分子筛选用3A型，分子筛和水溶性高分子的加量比例固定为9/1（质量比），参照3.1的方法制备得到复配不同高分子树脂的分子筛涂料。参照3.2的工艺，制得相应的分子筛涂层，测试性能结果如下：

表3 不同高分子树脂的对比配方的性能

由以上结果可看出，亲水基团的种类对涂层吸水性有明显影响，自制水溶性丙烯酸树脂的效果明显好。涂料稳定性与基团种类关系不明确，与涂料粘度的关系较明确，粘度高的稳定性也相对好。此外，聚乙烯基吡咯烷酮分散性较突出，分散细度和刮板外观相对最好，聚氧化乙烯和聚乙烯基吡咯烷酮体系附着力明显差。综合性能来看，自制丙烯酸树脂相对最优。

4.2 不同分子筛的差异

选择了不同孔径的分子筛，与自制水溶性丙烯酸树脂按9/1的质量比复配得到分子筛涂料。参照3.2的工艺，制得相应的分子筛涂层，测试吸湿性和吸水性结果如下：

图1 不同孔径分子筛的吸水性                                          图2 不同孔径分子筛配方的吸湿性

由以上结果可看出，随着分子筛孔径从3A增加至5A，相应涂层的吸水性和吸湿性也逐渐增强，但孔径10A的结果反而下降。其原因有待进一步分析，初步判断可能与涂层的比表面有关系，同等质量情况下10A孔径的分子筛涂层比表面相对更小，对水或水汽的吸附能力也相对弱。

4.3 不同配方考察

在前面实验基础上，优选主成分为5A分子筛活化粉和自制水溶性丙烯酸树脂，为达到更优的综合效果，重新设计了不同比例的实验，并参照3.2的工艺，制得相应的分子筛涂层，测试得到相关性能如下：

表4 不同比例配方的性能

由以上结果可看出，随着分子筛与丙烯酸树脂加量比例的降低，涂层附着力逐渐变好，吸湿性和吸水性会逐渐变差，涂料稳定性先升后降，涂层细腻度和附着力逐渐变好。总体来看，80/20和75/25两个比例的方案性能比较均衡，而比例为95/5、60/40和50/50的方案在附着力和吸湿性上存在矛盾。

5 结论

本文考察了以分子筛为主要成分的有机无机复合吸湿涂层，其中用5A分子筛与自制水溶性丙烯酸树脂复配使用综合性能最优，其最佳质量比例范围为80/20~75/25。

参考文献

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