薄膜擴(kuò)散阻擋層的制作方法
【專利說明】
[0001] 發(fā)明背景
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及擴(kuò)散阻擋層的領(lǐng)域并且更具體地涉及防止物質(zhì)擴(kuò)散的薄膜阻擋層，例 如用于輪胎的阻氣層的領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0003] 氣體和水蒸汽的擴(kuò)散阻擋層是各種應(yīng)用，例如食品包裝、柔性電子儀器和輪胎中 的關(guān)鍵部件。例如，對(duì)輪胎改良阻擋層性能的需要增加。傳統(tǒng)輪胎通常由橡膠組成并且包 括內(nèi)襯。傳統(tǒng)輪胎的缺點(diǎn)包括內(nèi)襯的通透性。這種通透性可使氧氣通過輪胎胎體移到鋼帶 處，這可促進(jìn)鋼帶的氧化。另外的缺點(diǎn)包括空氣保持效率低，由此傳統(tǒng)輪胎可在一段時(shí)間內(nèi) 失去空氣壓力并且經(jīng)常使用，可增加輪胎的滾動(dòng)阻力。
[0004] 因此，需要改良的擴(kuò)散阻擋層。還進(jìn)一步需要防止流體和固體擴(kuò)散的改良型薄膜 阻擋層。而且，需要改良型輪胎以及更高的輪胎空氣保持性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 在一個(gè)實(shí)施方案中通過一種生產(chǎn)在彈性襯底上含涂層的物質(zhì)擴(kuò)散阻擋層的方法 解決了本領(lǐng)域中的這些和其它需要。所述方法包括將彈性襯底暴露于陽(yáng)離子溶液以在彈性 襯底上生成陽(yáng)離子層。陽(yáng)離子溶液包含聚合物、膠粒、納米顆粒、鹽或其任何組合。所述方法 還包括將陽(yáng)離子層暴露于陰離子溶液以在陽(yáng)離子層上生成陰離子層。陰離子溶液包含陰離 子聚合物、第二膠粒、第二鹽或其任何組合。所述涂層包括含陽(yáng)離子層和陰離子層的雙層。
[0006] 在另一實(shí)施方案中通過一種生產(chǎn)在彈性襯底上含涂層的物質(zhì)擴(kuò)散阻擋層的方法 解決了本領(lǐng)域中的這些和其它需要。所述方法包括將陰離子層暴露于陽(yáng)離子溶液以在陰離 子層上生成陽(yáng)離子層。陽(yáng)離子溶液包含聚合物、第二膠粒、納米顆粒、第二鹽或其任何組合。 所述涂層包括含陽(yáng)離子層和陰離子層的雙層。
[0007] 另外，在另一實(shí)施方案中通過一種輪胎解決了本領(lǐng)域中的這些和其它需要。所述 輪胎包括具有四層的彈性基。所述四層包括第一陽(yáng)離子層。第一陽(yáng)離子層包括聚合物、膠 粒、納米顆粒、鹽或其任何組合。所述輪胎還包括第一陰離子層，其中所述第一陰離子層包 含陰離子聚合物、第二膠粒、第二鹽或其任何組合。第一陽(yáng)離子層置于彈性襯底和所述第一 陰離子層之間。所述輪胎還包括第二陽(yáng)離子層。第二陽(yáng)離子層包括所述聚合物、所述膠粒、 所述納米顆粒、所述鹽或其任何組合。第一陰離子層置于所述第一陽(yáng)離子層和所述第二陽(yáng) 離子層之間。另外，所述輪胎包括第二陰離子層。第二陰離子層包括所述陰離子聚合物、所 述第二膠粒、所述第二鹽或其任何組合。第二陽(yáng)離子層置于第一陰離子層和第二陰離子層 之間。而且，第一陽(yáng)離子層、第一陰離子層、第二陽(yáng)離子層和第二陰離子層中的至少一層具 有中性電荷。
[0008] 前述事項(xiàng)已相當(dāng)廣泛地概述了本發(fā)明的特征和技術(shù)優(yōu)勢(shì)，以便能夠更好地理解下 面對(duì)本發(fā)明的詳細(xì)描述。下文將描述本發(fā)明另外的特征和技術(shù)優(yōu)勢(shì)，其構(gòu)成了本發(fā)明權(quán)利 要求的主題。本領(lǐng)域中的技術(shù)人員應(yīng)意識(shí)到，公開的概念和特定實(shí)施方案易于用作修改或 設(shè)計(jì)其它實(shí)施方案以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的相同目的的基礎(chǔ)。本領(lǐng)域中的技術(shù)人員還應(yīng)認(rèn)識(shí)到此類 等效實(shí)施方案未背離所附權(quán)利要求中闡述的本發(fā)明的精神和范圍。
【附圖說明】
[0009] 為了詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，現(xiàn)將對(duì)附圖進(jìn)行參考，圖中：
[0010] 圖1說明了彈性襯底上四層的實(shí)施方案；
[0011] 圖2說明了四層、彈性襯底和底漆層的實(shí)施方案；
[0012] 圖3說明了 3個(gè)四層和彈性襯底的實(shí)施方案；
[0013] 圖4說明了隨四層數(shù)量變化的厚度；
[0014] 圖5說明了隨四層數(shù)量變化的透氧率；
[0015] 圖6說明了涂層彈性的圖像；
[0016] 圖7說明了彈性襯底上雙層的實(shí)施方案；
[0017] 圖8說明了可分層材料和添加劑雙層的實(shí)施方案；
[0018] 圖9說明了帶有交替的可分層材料和添加劑層的雙層的實(shí)施方案；及
[0019] 圖10說明了帶有可分層材料和添加劑雙層的實(shí)施方案。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 在一個(gè)實(shí)施方案中，多層薄膜涂布方法通過在襯底上交替沉積帶正電（或中性） 和帶負(fù)電（或中性）的層提供了帶擴(kuò)散阻滯涂層的彈性襯底。每對(duì)正電和負(fù)電層均包含一 層。在一些實(shí)施方案中，至少一層為中性層。應(yīng)理解中性層指沒有電荷的層。在實(shí)施方案 中，多層薄膜涂布方法在襯底上生成任何數(shù)量的所需層，例如雙層、三層、四層、五層、六層、 七層、八層和遞增的層。無限制，多個(gè)層可對(duì)物質(zhì)通過彈性襯底的輸送提供所需阻滯。所述 物質(zhì)可為任何擴(kuò)散性物質(zhì)。無限制，擴(kuò)散性物質(zhì)可為固體、流體或任何組合。流體可為任何 擴(kuò)散性流體例如液體、氣體或其任何組合。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述擴(kuò)散性流體為氣體。
[0021] 所述層可具有任何所需厚度。在實(shí)施方案中，每層厚度介于約10納米和約2微米 之間，可選地厚度介于約10納米和約500納米之間，并且可選地厚度介于約50納米和約 500納米之間，并且進(jìn)一步可選地厚度介于約1納米和約100納米之間。
[0022] 彈性襯底包含具有粘彈性的材料。任何理想的彈性襯底均可經(jīng)所述多層薄膜涂布 方法涂布。在一個(gè)實(shí)施方案中，彈性襯底為合成橡膠、天然橡膠或其任何組合。在實(shí)施方案 中，彈性襯底包括天然橡膠。無限制，適合彈性襯底的實(shí)例包括聚異戊二烯、聚丁二烯、聚氯 丁二烯、丁二烯-苯乙烯共聚物、丙烯腈丁二烯共聚物、乙烯丙烯-二烯橡膠、聚硫橡膠、丁 腈橡膠、硅酮、聚氨酯、丁基橡膠或其任何組合。在一些實(shí)施方案中，所述橡膠包含用硫硫化 的炭黑填充型天然橡膠制劑。
[0023] 帶負(fù)電的（陰離子）層包含可分層材料。在一些實(shí)施方案中，可分層材料為中性并 且提供了具有中性電荷的陰離子層。在實(shí)施方案中，一個(gè)或多個(gè)陰離子層為中性。無限制， 帶中性電荷的可分層材料增加了抗擴(kuò)散涂層的彈性?？煞謱硬牧习庪x子聚合物、膠粒、 鹽或其任何組合。在一個(gè)實(shí)施方案中，可分層材料包含陰離子聚合物、膠粒或其任何組合及 至少一種鹽。不受理論限制，包含陰離子聚合物、膠?；蚱淙魏谓M合及至少一種鹽的可分層 材料可使鍵變?nèi)醪⑶铱商岣邚椥?。無限制，適合的陰離子聚合物的實(shí)例包括聚磺苯乙烯、聚 甲基丙烯酸、聚丙烯酸、聚（丙烯酸鈉鹽）、聚茴腦磺酸鈉鹽、聚（乙烯基磺酸鈉鹽）或其任 何組合。另外，無限制，膠粒包括有機(jī)和/或無機(jī)材料。進(jìn)一步地，無限制，膠粒的實(shí)例包括 粘土、膠體二氧化硅、無機(jī)氫氧化物、硅基聚合物、低聚倍半硅氧烷、碳納米管、石墨烯或其 任何組合?？墒褂眠m合用于陰離子溶液中的任何類型的粘土。無限制，適合粘土的實(shí)例包 括鈉蒙脫石、鋰蒙脫石、皂石、懷俄明膨潤(rùn)土（Wyoming bentonite)、蛭石、埃洛石或其任何 組合。在一個(gè)實(shí)施方案中，粘土為蛭石。在一些實(shí)施方案中，粘土為鈉蒙脫石?？蓪?duì)氣體或 水蒸汽輸送提供阻滯性的任何無機(jī)氫氧化物均可使用。在一個(gè)實(shí)施方案中，無機(jī)氫氧化物 包括氫氧化鋁、氫氧化鎂或其任何組合。所述鹽可包括適合與多層薄膜涂布方法一起使用 的任何鹽。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述鹽包括來自于霍夫邁斯特（Hofmeister)系列的陰離子 的鹽。在實(shí)施方案中，所述鹽包括來自于離子⑶廣、Γ、SO 42' H2PO42' C2H3O2' Cl' NO3' C103_、Γ、C104_、SCN_、S203 2_或其任何組合的鹽。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述鹽包括離子Cl _。 所述鹽的濃度從在溶液中約1毫摩爾至在溶液中約10毫摩爾，可選地從在溶液中約5毫摩 爾至在溶液中約10毫摩爾，可選地從在溶液中約1毫摩爾至在溶液中約100毫摩爾，并且 進(jìn)一步可選地從在溶液中約0. 1毫摩爾至在溶液中約100毫摩爾。
[0024] 正電荷（陽(yáng)離子）層包含陽(yáng)離子材料。在一些實(shí)施方案中，一個(gè)或多個(gè)陽(yáng)離子層為 中性。陽(yáng)離子材料包含聚合物、膠粒、納米顆粒、鹽或其任何組合。在一個(gè)實(shí)施方案中，陽(yáng)離 子材料包含聚合物、膠粒、納米顆?；蚱淙魏谓M合及至少一種鹽。不受理論限制，包含聚合 物、膠粒、納米顆?；蚱淙魏谓M合及至少一種鹽的陽(yáng)離子材料可使鍵變?nèi)醪⑶铱商岣邚椥浴?聚合物包括陽(yáng)離子聚合物、經(jīng)氫鍵結(jié)合的聚合物或其任何組合。無限制，適合的陽(yáng)離子聚合 物的實(shí)例包括支化聚乙烯亞胺、線性聚乙烯亞胺、陽(yáng)離子聚丙烯酰胺、陽(yáng)離子聚二烯丙基二 甲基氯化銨、聚（烯丙胺）、聚（烯丙胺）鹽酸鹽、聚（乙烯胺）、聚（丙烯酰胺-共-二烯 丙基二甲基氯化銨）或其任何組合。無限制，經(jīng)氫鍵結(jié)合的適合聚合物的實(shí)例包括聚環(huán)氧 乙烷、聚縮水甘油、聚環(huán)氧丙烷、聚（乙烯基甲醚）、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚烯丙胺、 支化聚乙烯亞胺、線性聚乙烯亞胺、聚（丙烯酸）、聚（甲基丙烯酸）、其共聚物或其任何組 合。在一個(gè)實(shí)施方案中，陽(yáng)離子材料包括聚環(huán)氧乙烷、聚縮水甘油或其任何組合。在一些實(shí) 施方案中，陽(yáng)離子材料為聚環(huán)氧乙烷。在一個(gè)實(shí)施方案中，陽(yáng)離子材料為聚縮水甘油。在實(shí) 施方案中，經(jīng)氫鍵結(jié)合的聚合物為中性聚合物。另外，無限制，膠粒包括有機(jī)和/或無機(jī)材 料。進(jìn)一步地，無限制，膠粒的實(shí)例包括粘土、層狀雙氫氧化物、無機(jī)氫氧化物、硅基聚合物、 低聚倍半硅氧烷、碳納米管、石墨烯或其任何組合。無限制，適合的層狀雙氫氧化物的實(shí)例 包括水滑石、鎂LDH、鋁LDH或其任何組合。所述鹽可包括適合與多層薄膜涂布方法一起使 用的任何鹽。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述鹽包括來自于霍夫邁斯特系列的陽(yáng)離子的鹽。在實(shí)施 方案中，所述鹽包括來自于離子NH 4+、K+、Na+、Li+、Mg2+、Ca2+、Rb+、Cs+、N (CH3) 4+或其任何組合 的鹽。在實(shí)施方案中，所述鹽包括來自于離子K+、Na+或其任何組合的鹽。在一個(gè)實(shí)施方案 中，所述鹽包括來自于離子K +的鹽。在其它實(shí)施方案中，所述鹽包括來自于離子Na +的鹽。 實(shí)施方案包括含NaCl、KCl或其任何組合的鹽。在一些實(shí)施方案中，所述鹽包含NaCl。在 其它實(shí)施方案中，所述鹽包含KC1。所述鹽的濃度從在溶液中約1毫摩爾至在溶液中約10 毫摩爾，可選地從在溶液中約5毫摩爾至在溶液中約10毫摩爾，并且可選地從在溶液中約 1毫摩爾至在溶液中約100毫摩爾。
[0025] 在實(shí)施方案中，通過任何適合方法在彈性襯底上沉積正電（或中性）和負(fù)電層。實(shí) 施方案包括通過任何適合的液相沉積法在彈性襯底上沉積正電（或中性）和負(fù)電層。無限 制，適合方法的實(shí)例包括浸浴涂布、噴涂、狹縫式涂布、旋轉(zhuǎn)涂布、幕簾涂布、凹版涂布、逆輥 涂布、輥襯刀（即間隙）涂布、計(jì)量（Meyer)棒涂布、氣刀涂布或其任何組合。浸浴涂布包 括浸沒或浸漬。在一個(gè)實(shí)施方案中，正電（或中性）和負(fù)電層通過浸浴沉積。在其它實(shí)施 方案中，正電和負(fù)電層通過噴霧沉積。
[0026] 在實(shí)施方案中，多層薄膜涂布方法提供了兩對(duì)陰離子和陽(yáng)離子層，所述兩對(duì)包含 四層。在實(shí)施方案中，多層薄膜涂布方法提供了作為中性層的其中一個(gè)陰離子層和/或其 中一個(gè)陽(yáng)離子層。實(shí)施方案包括在彈性襯底上生成多個(gè)四層的多層薄膜涂布方法。圖1說 明了具有四層10的涂層65的彈性襯底5的實(shí)施方案。在生產(chǎn)圖1所示有涂層的彈性襯底 5的實(shí)施方案中，多層薄膜涂布方法包括將彈性襯底5暴露于陽(yáng)離子混合物中的陽(yáng)離子分 子以在彈性襯底5上生成第一陽(yáng)離子層25。陽(yáng)離子混合物含第一層陽(yáng)離子材料20。在一個(gè) 實(shí)施方案中，第一層陽(yáng)離子材料20帶正電和/或?yàn)橹行?。在?shí)施方案中，第一層陽(yáng)離子材料 20為中性。在一些實(shí)施方案中，第一層陽(yáng)離子材料20是經(jīng)氫鍵結(jié)合，具有中性電荷的聚合 物。實(shí)施方案包括含聚環(huán)氧乙烷的第一層陽(yáng)離子材料20。無限制，含中性材料（即，聚環(huán)氧 乙烷