薄膜扩散阻挡层的制作方法
【专利说明】
[0001] 发明背景
技术领域
[0002] 本发明涉及扩散阻挡层的领域并且更具体地涉及防止物质扩散的薄膜阻挡层，例 如用于轮胎的阻气层的领域。
【背景技术】
[0003] 气体和水蒸汽的扩散阻挡层是各种应用，例如食品包装、柔性电子仪器和轮胎中 的关键部件。例如，对轮胎改良阻挡层性能的需要增加。传统轮胎通常由橡胶组成并且包 括内衬。传统轮胎的缺点包括内衬的通透性。这种通透性可使氧气通过轮胎胎体移到钢带 处，这可促进钢带的氧化。另外的缺点包括空气保持效率低，由此传统轮胎可在一段时间内 失去空气压力并且经常使用，可增加轮胎的滚动阻力。
[0004] 因此，需要改良的扩散阻挡层。还进一步需要防止流体和固体扩散的改良型薄膜 阻挡层。而且，需要改良型轮胎以及更高的轮胎空气保持性。
【发明内容】
[0005] 在一个实施方案中通过一种生产在弹性衬底上含涂层的物质扩散阻挡层的方法 解决了本领域中的这些和其它需要。所述方法包括将弹性衬底暴露于阳离子溶液以在弹性 衬底上生成阳离子层。阳离子溶液包含聚合物、胶粒、纳米颗粒、盐或其任何组合。所述方法 还包括将阳离子层暴露于阴离子溶液以在阳离子层上生成阴离子层。阴离子溶液包含阴离 子聚合物、第二胶粒、第二盐或其任何组合。所述涂层包括含阳离子层和阴离子层的双层。
[0006] 在另一实施方案中通过一种生产在弹性衬底上含涂层的物质扩散阻挡层的方法 解决了本领域中的这些和其它需要。所述方法包括将阴离子层暴露于阳离子溶液以在阴离 子层上生成阳离子层。阳离子溶液包含聚合物、第二胶粒、纳米颗粒、第二盐或其任何组合。 所述涂层包括含阳离子层和阴离子层的双层。
[0007] 另外，在另一实施方案中通过一种轮胎解决了本领域中的这些和其它需要。所述 轮胎包括具有四层的弹性基。所述四层包括第一阳离子层。第一阳离子层包括聚合物、胶 粒、纳米颗粒、盐或其任何组合。所述轮胎还包括第一阴离子层，其中所述第一阴离子层包 含阴离子聚合物、第二胶粒、第二盐或其任何组合。第一阳离子层置于弹性衬底和所述第一 阴离子层之间。所述轮胎还包括第二阳离子层。第二阳离子层包括所述聚合物、所述胶粒、 所述纳米颗粒、所述盐或其任何组合。第一阴离子层置于所述第一阳离子层和所述第二阳 离子层之间。另外，所述轮胎包括第二阴离子层。第二阴离子层包括所述阴离子聚合物、所 述第二胶粒、所述第二盐或其任何组合。第二阳离子层置于第一阴离子层和第二阴离子层 之间。而且，第一阳离子层、第一阴离子层、第二阳离子层和第二阴离子层中的至少一层具 有中性电荷。
[0008] 前述事项已相当广泛地概述了本发明的特征和技术优势，以便能够更好地理解下 面对本发明的详细描述。下文将描述本发明另外的特征和技术优势，其构成了本发明权利 要求的主题。本领域中的技术人员应意识到，公开的概念和特定实施方案易于用作修改或 设计其它实施方案以实现本发明的相同目的的基础。本领域中的技术人员还应认识到此类 等效实施方案未背离所附权利要求中阐述的本发明的精神和范围。
【附图说明】
[0009] 为了详细描述本发明的优选实施方案，现将对附图进行参考，图中：
[0010] 图1说明了弹性衬底上四层的实施方案；
[0011] 图2说明了四层、弹性衬底和底漆层的实施方案；
[0012] 图3说明了 3个四层和弹性衬底的实施方案；
[0013] 图4说明了随四层数量变化的厚度；
[0014] 图5说明了随四层数量变化的透氧率；
[0015] 图6说明了涂层弹性的图像；
[0016] 图7说明了弹性衬底上双层的实施方案；
[0017] 图8说明了可分层材料和添加剂双层的实施方案；
[0018] 图9说明了带有交替的可分层材料和添加剂层的双层的实施方案；及
[0019] 图10说明了带有可分层材料和添加剂双层的实施方案。
【具体实施方式】
[0020] 在一个实施方案中，多层薄膜涂布方法通过在衬底上交替沉积带正电（或中性） 和带负电（或中性）的层提供了带扩散阻滞涂层的弹性衬底。每对正电和负电层均包含一 层。在一些实施方案中，至少一层为中性层。应理解中性层指没有电荷的层。在实施方案 中，多层薄膜涂布方法在衬底上生成任何数量的所需层，例如双层、三层、四层、五层、六层、 七层、八层和递增的层。无限制，多个层可对物质通过弹性衬底的输送提供所需阻滞。所述 物质可为任何扩散性物质。无限制，扩散性物质可为固体、流体或任何组合。流体可为任何 扩散性流体例如液体、气体或其任何组合。在一个实施方案中，所述扩散性流体为气体。
[0021] 所述层可具有任何所需厚度。在实施方案中，每层厚度介于约10纳米和约2微米 之间，可选地厚度介于约10纳米和约500纳米之间，并且可选地厚度介于约50纳米和约 500纳米之间，并且进一步可选地厚度介于约1纳米和约100纳米之间。
[0022] 弹性衬底包含具有粘弹性的材料。任何理想的弹性衬底均可经所述多层薄膜涂布 方法涂布。在一个实施方案中，弹性衬底为合成橡胶、天然橡胶或其任何组合。在实施方案 中，弹性衬底包括天然橡胶。无限制，适合弹性衬底的实例包括聚异戊二烯、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-二烯橡胶、聚硫橡胶、丁 腈橡胶、硅酮、聚氨酯、丁基橡胶或其任何组合。在一些实施方案中，所述橡胶包含用硫硫化 的炭黑填充型天然橡胶制剂。
[0023] 带负电的（阴离子）层包含可分层材料。在一些实施方案中，可分层材料为中性并 且提供了具有中性电荷的阴离子层。在实施方案中，一个或多个阴离子层为中性。无限制， 带中性电荷的可分层材料增加了抗扩散涂层的弹性。可分层材料包括阴离子聚合物、胶粒、 盐或其任何组合。在一个实施方案中，可分层材料包含阴离子聚合物、胶粒或其任何组合及 至少一种盐。不受理论限制，包含阴离子聚合物、胶粒或其任何组合及至少一种盐的可分层 材料可使键变弱并且可提高弹性。无限制，适合的阴离子聚合物的实例包括聚磺苯乙烯、聚 甲基丙烯酸、聚丙烯酸、聚（丙烯酸钠盐）、聚茴脑磺酸钠盐、聚（乙烯基磺酸钠盐）或其任 何组合。另外，无限制，胶粒包括有机和/或无机材料。进一步地，无限制，胶粒的实例包括 粘土、胶体二氧化硅、无机氢氧化物、硅基聚合物、低聚倍半硅氧烷、碳纳米管、石墨烯或其 任何组合。可使用适合用于阴离子溶液中的任何类型的粘土。无限制，适合粘土的实例包 括钠蒙脱石、锂蒙脱石、皂石、怀俄明膨润土（Wyoming bentonite)、蛭石、埃洛石或其任何 组合。在一个实施方案中，粘土为蛭石。在一些实施方案中，粘土为钠蒙脱石。可对气体或 水蒸汽输送提供阻滞性的任何无机氢氧化物均可使用。在一个实施方案中，无机氢氧化物 包括氢氧化铝、氢氧化镁或其任何组合。所述盐可包括适合与多层薄膜涂布方法一起使用 的任何盐。在一个实施方案中，所述盐包括来自于霍夫迈斯特（Hofmeister)系列的阴离子 的盐。在实施方案中，所述盐包括来自于离子⑶广、Γ、SO 42' H2PO42' C2H3O2' Cl' NO3' C103_、Γ、C104_、SCN_、S203 2_或其任何组合的盐。在一个实施方案中，所述盐包括离子Cl _。 所述盐的浓度从在溶液中约1毫摩尔至在溶液中约10毫摩尔，可选地从在溶液中约5毫摩 尔至在溶液中约10毫摩尔，可选地从在溶液中约1毫摩尔至在溶液中约100毫摩尔，并且 进一步可选地从在溶液中约0. 1毫摩尔至在溶液中约100毫摩尔。
[0024] 正电荷（阳离子）层包含阳离子材料。在一些实施方案中，一个或多个阳离子层为 中性。阳离子材料包含聚合物、胶粒、纳米颗粒、盐或其任何组合。在一个实施方案中，阳离 子材料包含聚合物、胶粒、纳米颗粒或其任何组合及至少一种盐。不受理论限制，包含聚合 物、胶粒、纳米颗粒或其任何组合及至少一种盐的阳离子材料可使键变弱并且可提高弹性。 聚合物包括阳离子聚合物、经氢键结合的聚合物或其任何组合。无限制，适合的阳离子聚合 物的实例包括支化聚乙烯亚胺、线性聚乙烯亚胺、阳离子聚丙烯酰胺、阳离子聚二烯丙基二 甲基氯化铵、聚（烯丙胺）、聚（烯丙胺）盐酸盐、聚（乙烯胺）、聚（丙烯酰胺-共-二烯 丙基二甲基氯化铵）或其任何组合。无限制，经氢键结合的适合聚合物的实例包括聚环氧 乙烷、聚缩水甘油、聚环氧丙烷、聚（乙烯基甲醚）、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚烯丙胺、 支化聚乙烯亚胺、线性聚乙烯亚胺、聚（丙烯酸）、聚（甲基丙烯酸）、其共聚物或其任何组 合。在一个实施方案中，阳离子材料包括聚环氧乙烷、聚缩水甘油或其任何组合。在一些实 施方案中，阳离子材料为聚环氧乙烷。在一个实施方案中，阳离子材料为聚缩水甘油。在实 施方案中，经氢键结合的聚合物为中性聚合物。另外，无限制，胶粒包括有机和/或无机材 料。进一步地，无限制，胶粒的实例包括粘土、层状双氢氧化物、无机氢氧化物、硅基聚合物、 低聚倍半硅氧烷、碳纳米管、石墨烯或其任何组合。无限制，适合的层状双氢氧化物的实例 包括水滑石、镁LDH、铝LDH或其任何组合。所述盐可包括适合与多层薄膜涂布方法一起使 用的任何盐。在一个实施方案中，所述盐包括来自于霍夫迈斯特系列的阳离子的盐。在实施 方案中，所述盐包括来自于离子NH 4+、K+、Na+、Li+、Mg2+、Ca2+、Rb+、Cs+、N (CH3) 4+或其任何组合 的盐。在实施方案中，所述盐包括来自于离子K+、Na+或其任何组合的盐。在一个实施方案 中，所述盐包括来自于离子K +的盐。在其它实施方案中，所述盐包括来自于离子Na +的盐。 实施方案包括含NaCl、KCl或其任何组合的盐。在一些实施方案中，所述盐包含NaCl。在 其它实施方案中，所述盐包含KC1。所述盐的浓度从在溶液中约1毫摩尔至在溶液中约10 毫摩尔，可选地从在溶液中约5毫摩尔至在溶液中约10毫摩尔，并且可选地从在溶液中约 1毫摩尔至在溶液中约100毫摩尔。
[0025] 在实施方案中，通过任何适合方法在弹性衬底上沉积正电（或中性）和负电层。实 施方案包括通过任何适合的液相沉积法在弹性衬底上沉积正电（或中性）和负电层。无限 制，适合方法的实例包括浸浴涂布、喷涂、狭缝式涂布、旋转涂布、幕帘涂布、凹版涂布、逆辊 涂布、辊衬刀（即间隙）涂布、计量（Meyer)棒涂布、气刀涂布或其任何组合。浸浴涂布包 括浸没或浸渍。在一个实施方案中，正电（或中性）和负电层通过浸浴沉积。在其它实施 方案中，正电和负电层通过喷雾沉积。
[0026] 在实施方案中，多层薄膜涂布方法提供了两对阴离子和阳离子层，所述两对包含 四层。在实施方案中，多层薄膜涂布方法提供了作为中性层的其中一个阴离子层和/或其 中一个阳离子层。实施方案包括在弹性衬底上生成多个四层的多层薄膜涂布方法。图1说 明了具有四层10的涂层65的弹性衬底5的实施方案。在生产图1所示有涂层的弹性衬底 5的实施方案中，多层薄膜涂布方法包括将弹性衬底5暴露于阳离子混合物中的阳离子分 子以在弹性衬底5上生成第一阳离子层25。阳离子混合物含第一层阳离子材料20。在一个 实施方案中，第一层阳离子材料20带正电和/或为中性。在实施方案中，第一层阳离子材料 20为中性。在一些实施方案中，第一层阳离子材料20是经氢键结合，具有中性电荷的聚合 物。实施方案包括含聚环氧乙烷的第一层阳离子材料20。无限制，含中性材料（即，聚环氧 乙烷