一种二维复合材料及其制备方法，阻隔涂料及其应用与流程

本发明属于包装材料，具体涉及一种二维复合材料及其制备方法，阻隔涂料及其应用。

背景技术：

1、新鲜食品、药品、电子设备和聚氨酯材料等的保存寿命或使用寿命与其使用环境中的湿气有直接关系；例如药品中的活性成分对氧气、水分和微生物高度敏感，药品的性能会受外界环境的影响。对食品和药品有效封装可以起到钝化层的作用，保证食品、药品免受外界环境的影响；同时当电子器件被封装后也会提高其稳定性和可靠性，削弱外界环境对其影响；另外，聚氨酯泡沫作为减震、包装材料而被广泛应用，然而其具有强的吸湿性，从而导致泡沫塑化、溶胀变形，影响精密部件尺寸精度。因此，有效、合理的阻湿是材料在储存、运输、后处理和销售过程中保护其免受外界环境的影响，保持其质量和安全，实现其功能和价值的必要前提。

2、目前主要采用在包装材料表面涂覆阻隔涂层的方式进行使其阻隔，然而现有的涂料形成的组分涂层的使其阻隔性能较低仍有待提高。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种二维复合材料及其制备方法，阻隔涂料及其应用，本发明提供的二维复合材料作为涂料填料能够大幅提高涂层的阻湿防护性能。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种二维复合材料，包括二维片状材料和附着于所述二维片状材料表面的纳米材料；所述纳米材料包括金属氧化物纳米材料或纳米金属。

3、优选的，所述金属氧化物纳米材料包括氧化镁、氧化钙、氧化铝或氧化锌；所述金属氧化物纳米材料的形状为片状，所述金属氧化物纳米材料的片径为100～1000nm；

4、所述纳米金属包括铁、铜、镁、钴或锌；所述纳米金属的形状为片状或颗粒，所述纳米金属的片径或粒径为50～500nm。

5、优选的，所述二维片状材料和纳米材料的质量比为1:10～25。

6、优选的，所述二维片状材料包括氧化石墨烯、二硫化钼、六方氮化硼、云母片、mxene材料和黏土中的一种或多种；

7、所述二维片状材料的片径为1000～10000nm。

8、本发明还提供了上述技术方案所述二维复合材料的制备方法，包括以下步骤：

9、将二维片状材料、纳米材料前驱体溶液和溶剂混合，得到分散液；

10、当纳米材料为金属氧化物时，所述纳米材料前驱体溶液为第一可溶性金属盐溶液；将所述分散液和碱性溶液混合进行第一原位生长后在氮气保护下煅烧，得到所述二维复合材料；

11、当纳米材料为纳米金属时，所述纳米材料前驱体溶液为第二可溶性金属盐溶液；将所述分散液、溶剂、分散剂和表面活性剂混合进行第二原位生长后在氮气保护下煅烧得到所述二维复合材料。

12、优选的，所述第一可溶性金属盐溶液中可溶性金属盐为硫酸镁、六水合硝酸镁、硝酸铝、甲醇钙、六水合硝酸锌或二水醋酸锌；所述碱性溶液包括氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液或氨水；

13、所述第一原位生长的温度为80～250℃，时间为2～20h；

14、所述煅烧的温度为400～500℃，保温时间为3～5h；升温至所述煅烧所需温度的升温速率为1～10℃/min。

15、优选的，所述第二可溶性金属盐溶液中可溶性金属盐为氯化镁、氯化锌、二水氯化铜、六水氯化铁或六水氯化钴；

16、所述溶剂为乙二醇，所述表面活性剂为聚乙二醇，所述分散剂为醋酸钠；

17、所述第二原位生长的温度为100～300℃，时间为1～48h。

18、本发明还提供了一种阻隔涂料，包括以下质量份的组分：

19、

20、

21、所述阻湿功能填料为上述技术方案所述二维复合材料或上述技术方案所述的制备方法制备得到的二维复合材料。

22、本发明还提供了上述技术方案所述阻隔涂料在电子器件、食品包装和工程材料的阻湿防护中的应用。

23、优选的，利用所述阻隔涂料制备阻隔涂层的方法，包括以下步骤：

24、将所述阻隔涂料包覆于基底材料表面后进行定向排列，得到阻隔涂层；

25、所述包覆的方式包括流平、喷涂、浇筑、旋涂或浸渍；

26、所述定向排列的方式包括外场诱导、熔融浇筑或热压溶剂挥发；

27、所述阻隔涂层的厚度为10～100μm。

28、本发明提供了一种二维复合材料，包括二维片状材料和附着于所述二维片状材料表面的纳米材料；所述纳米材料包括金属氧化物纳米材料或纳米金属。在本发明中，二维片状材料具有高宽高比、高比表面积，具有优异的阻挡湿气渗透的能力；金属氧化物及金属纳米颗粒具有反应性、可与渗入的水分子发生反应使其转换为其他物质起到阻湿效果，此外其可以在二维材料表面沿不同方向分散，从而对不同方向渗透的水分子起到阻隔的效果。以本发明提供的二维复合材料作为阻湿功能填料，能够得到高性能阻湿涂层。

技术特征：

1.一种二维复合材料，其特征在于，包括二维片状材料和附着于所述二维片状材料表面的纳米材料；所述纳米材料包括金属氧化物纳米材料或纳米金属。

2.根据权利要求1所述二维复合材料，其特征在于，所述金属氧化物纳米材料包括氧化镁、氧化钙、氧化铝或氧化锌；所述金属氧化物纳米材料的形状为片状，所述金属氧化物纳米材料的片径为100～1000nm；

3.根据权利要求1或2所述二维复合材料，其特征在于，所述二维片状材料和纳米材料的质量比为1:10～25。

4.根据权利要求1所述二维复合材料，其特征在于，所述二维片状材料包括氧化石墨烯、二硫化钼、六方氮化硼、云母片、mxene材料和黏土中的一种或多种；

5.权利要求1～4任一项所述二维复合材料的制备方法，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述制备方法，其特征在于，所述第一可溶性金属盐溶液中可溶性金属盐为硫酸镁、六水合硝酸镁、硝酸铝、甲醇钙、六水合硝酸锌或二水醋酸锌；所述碱性溶液包括氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液或氨水；

7.根据权利要求5所述制备方法，其特征在于，所述第二可溶性金属盐溶液中可溶性金属盐为氯化镁、氯化锌、二水氯化铜、六水氯化铁或六水氯化钴；

8.一种阻隔涂料，其特征在于，包括以下质量份的组分：

9.权利要求8所述阻隔涂料在电子器件、食品包装和工程材料的阻湿防护中的应用。

10.根据权利要求9所述应用，其特征在于，利用所述阻隔涂料制备阻隔涂层的方法，包括以下步骤：

技术总结
本发明属于包装材料技术领域，具体涉及一种二维复合材料及其制备方法，阻隔涂料及其应用。本发明提供的二维复合材料，包括二维片状材料和附着于所述二维片状材料表面的纳米材料；所述纳米材料包括金属氧化物纳米材料或纳米金属。在本发明中，二维片状材料具有高宽高比、高比表面积，具有优异的阻挡湿气渗透的能力；金属氧化物及金属纳米颗粒具有反应性、可与渗入的水分子发生反应使其转换为其他物质起到阻湿效果，此外其可以在二维材料表面沿不同方向分散，从而对不同方向渗透的水分子起到阻隔的效果。以本发明提供的二维复合材料作为阻湿功能填料，能够得到高性能阻湿涂层。

技术研发人员：于波,徐应锋,于强亮,向阳阳,李谋吉,王行伟,周峰
受保护的技术使用者：烟台先进材料与绿色制造山东省实验室
技术研发日：
技术公布日：2024/3/31