CN111116960A

CN111116960A - 膜及其制备方法

Info

Publication number: CN111116960A
Application number: CN201911292648.XA
Authority: CN
Inventors: 林小锋
Original assignee: Suzhou Puxi Environmental Protection Technology Co Ltd
Current assignee: Suzhou Puxi Environmental Protection Technology Co Ltd
Priority date: 2019-12-16
Filing date: 2019-12-16
Publication date: 2020-05-08

Abstract

本申请公开了膜及其制备方法。膜包括：基底层，其中所述基底层的至少一个表面上包括一个或多个第一阻挡层；以及，设置于至少一个阻挡层表面的第二阻挡层。由于该膜的基底层的至少一个表面上包括一个或多个第一阻挡层，并且该膜还包括设置于至少一个第一阻挡层表面的第二阻挡层，通过这种第一阻挡层叠加第二阻挡层的方式，即使第一阻挡层中出现孔隙、针孔、裂缝等，也可以通过第二阻挡层来进行密封，相对于现有技术，能够提高密封性能。

Description

膜及其制备方法

技术领域

本申请涉及材料加工技术领域，尤其涉及膜及其制备方法。

背景技术

随着社会的不断发展，在食物、饮料瓶、药品、光学和电子工业等的密封过程中，通常需要用到塑料膜、金属箔等膜。现有的膜受限于制备材料、制备工艺等，通常会在表面形成微小的孔隙、针孔、裂缝等，从而影响膜的密封性能。因此需要提供一种密封性能更加优良的膜，以解决现有技术中的问题。

发明内容

本申请实施例提供膜及其制备方法，用于解决现有技术中的膜密封性能较差的问题。

本申请实施例提供了一种膜的制备方法，包括：

提供一基底层，其中所述基底层的至少一个表面上包括一个或多个第一阻挡层；

在所述基底层的至少一个第一阻挡层的表面生成第二阻挡层。

优选的，在所述基底层的至少一个第一阻挡层的表面生成第二阻挡层，具体包括：

将金属材料通过磁控溅射的方式，在所述基底层的至少一个第一阻挡层的表面生成第二阻挡层。

利用石墨烯材料或水溶性高分子材料在所述基底层的至少一个第一阻挡层的表面生成第二阻挡层。

通过所述第一阻挡层表面的第一反应物与第二阻挡层表面的第二反应物的化学反应，将所述第二阻挡层固定于所述第一阻挡层。

将水溶性高分子材料，通过浸涂工艺在所述基底层的至少一个第一阻挡层的表面生成第二阻挡层。

本申请实施例还提供了一种膜，包括：基底层，其中所述基底层的至少一个表面上包括一个或多个第一阻挡层；以及，

设置于至少一个阻挡层表面的第二阻挡层。

优选的，所述基底层具体为柔性有机基底层。

优选的，所述基底层的厚度大于或等于5微米且小于或等于250微米。

优选的，第一阻挡层的厚度大于或等于30微米且小于或等于150微米。

优选的，第二阻挡层的厚度大于或等于1纳米且小于或等于500纳米。

本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：

采用本申请实施例所提供的膜，由于该膜的基底层的至少一个表面上包括一个或多个第一阻挡层，并且该膜还包括设置于至少一个第一阻挡层表面的第二阻挡层，通过这种第一阻挡层叠加第二阻挡层的方式，即使第一阻挡层中出现孔隙、针孔、裂缝等，也可以通过第二阻挡层来进行密封，相对于现有技术，能够提高密封性能。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请实施例提供的一种膜的具体截面示意图；

图2为本申请实施例提供的另一种膜的具体截面示意图；

图3为本申请实施例提供的膜制备方法的具体流程示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。

如前所述，现有的膜受限于制备材料、制备工艺等，通常会在表面形成微小的孔隙、针孔、裂缝等，使得膜能透过如氧气、水蒸气、二氧化碳、氢气、硫化氢、硫氧化物、氮氧化物、溶剂、溶质等，从而影响其密封性能。

基于此，本申请提供一种膜，能够解决现有技术中的问题。如图1所示为该膜10的截面示意图。从图1中可以看出，该膜10包括基底层11，其中，该基底层11的至少一个表面上包括一个或多个第一阻挡层12，该膜10还包括设置于至少一个第一阻挡层12表面的第二阻挡层13。

其中，根据具体应用场景的不同，该基底层11用于提供机械支撑和/或流体流道。比如，用于水过滤的膜，其基底层需要提供机械支撑和流体流道。

并且，基底层11的材料可为有机材料和/或无机材料及它们的混合，比如基底层11可以为单块或者包括多个相邻不同材料块的结构。基底层11的材料的可以为热塑性塑料。基底层11的材料的还可以为有机聚合树脂，例如但不限于，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚丙烯酸酯、聚降冰片烯、聚碳酸酯(PC)、硅酮、环氧树脂、硅酮官能化环氧树脂、或聚荼二甲酸乙二醇酯(PEN)。另外的基底层11的材料可以为超薄玻璃层或金属箔或熔融陶瓷，其具有孔隙、针孔或裂缝。此外,不同工业名称的基底层11的材料可包括Aclar、Vectran、Tefzel、Surlyn、PET ST504、PET mylar D、Armstrong A661、Tedlar、BRP-C、PVC Black、P0100、P0 130、Kapton、PVC clear、Korad、EVA、PVB、TPU、DC Sy1guards、GE RTV 615。需要注意的是，通过多种材料形成的组合材料，也在本申请保护范围内。

比如，该基底层11的材料可以是诸如PET等柔性有机材料，从而制备出具有柔性的柔性有机基底层；基底层11的材料还可以是诸如金、银、铜等金属材料，从而利用这些金属材料加工制备出的金属箔的基底层11。

另外，对于基底层11的厚度，其厚度可以大于或等于5微米，且小于或等于250微米。比如，基底层11的厚度为5微米、10微米、15微米、20微米、30微米、50微米、80微米、100微米、110微米、135微米、150微米、170微米、195微米、200微米、220微米、230微米、250微米或者介于5微米～250微米之间的其他厚度值。在实际应用中，对于基底层11的具体厚度，可以根据具体应用场景、基底层11的材料等具体情况来确定。

对于该基底层11的两个表面，其至少一个表面上包括一个或多个第一阻挡层12。比如，基底层11的一个表面上包括一个第一阻挡层12，另一个表面上没有第一阻挡层12；或者，基底层11的一个表面上包括一个第一阻挡层12，另一个表面上包括一个或多个第一阻挡层12；或者，基底层11的一个表面上包括多个第一阻挡层12，另一个表面上包括多个第一阻挡层12等。

对于基底层11的两个表面，具体一个或两个表面包括第一阻挡层12，可以根据实际需要来确定，比如对于医药、食品等涉及生命健康的领域，为了避免基底层11直接接触药物、食品等，从而造成污染，可以在基底层11的两个表面均设置第一阻挡层12。

另外，对于基底层11任意一个表面上第一阻挡层12的具体数量，其通常可以为1个。当然在需要较高密封性时，可以为多个，比如为2个、3个、4个或其他数量，这些第一阻挡层12层叠设置于基底层11的表面。

通常当第一阻挡层12的数量越多时，膜10的密封性越强，但相应的成本较高，可以结合实际密封需要和成本的考虑，确定第一阻挡层12的数量。

对于任意一个第一阻挡层12的厚度，其可以为大于或等于30微米，且小于或等于150微米。比如，第一阻挡层12的厚度为30微米、35微米、45微米、60微米、80微米、90微米、100微米、110微米、135微米、150微米或者介于30微米～150微米之间的其他厚度值。

第一阻挡层12可以为利用金属材料或陶瓷材料，并通过浸涂、喷涂、物理气相沉积、化学气相沉积(CVD)、等离子体增强的化学气相沉积(PECVD)、磁控溅射和/或反应溅射或其他方式生产。

第一阻挡层12的材料可以为氮化物，例如氮化硅。第一阻挡层12的材料还可以为有机材料、无机材料、陶瓷材料和它们的任何组合的那些。

比如，在一个实例中，第一阻挡层12的材料为来自于反应性等离子体物类并通过沉积到基底层11上的重组产物。在另一个实例中，第一阻挡层12的材料为有机阻挡涂层材料，该材料通常可包括碳和氢，任选其他元素，如氧、氮、硅、硫等元素。

第一阻挡层12的材料还可以为无机材料、陶瓷材料，通常包括IIA、IIIA、IVA、VA、VIA、VIIA、IB或IIB族元素的氧化物、氮化物、硼化物或它们的任何组合；IIIB、IVB或VB族或稀土元素的金属。例如，包括碳化硅材料的第一阻挡层12可以通过从硅烷和有机材料如甲烷或二甲苯产生的等离子体的重组沉积到基底层11上。含碳氧化硅材料的第一阻挡层12可以从由硅烷、甲烷和氧气，或硅烷和环氧丙烷产生的等离子体沉积,或从由有机硅酮前体(如四乙氧基原硅烷(TE0S)、六甲基二硅氧烷(HMDS)、六甲基二硅氮烷(HMDZ)或八甲基环四硅氧烷(D4))产生的等离子体沉积。含氮化硅材料的第一阻挡层12可从由硅烷和氨产生的等离子体沉积。含碳氮氧化铝材料的第一阻挡层12可以由例如从酒石酸铝和氨的混合物产生的等离子体沉积。

在一些实施方案中含有机材料的第一阻挡层12可以用已知方法沉积，比如但不限于旋涂、流涂、刮涂、挤出、凹版印刷或微凹版印刷法、浸涂、喷涂、真空沉积、化学气相沉积(CVD)、等离子体增强的化学气相沉积(PECVD)、或类似方法如射频等离子体增强的化学气相沉积(RF-PECVD)、膨胀热-等离子体化学气相沉积、反应性溅射、电子-回旋加速-谐振等离子体增强的化学气相沉积(ECRPECVD)、电感耦合等离子体增强的化学气相沉积(ICPECVD)、溅射沉积、蒸镀、层沉积或它们的组合。

该膜10还包括设置于至少一个第一阻挡层12表面的第二阻挡层13。比如，在图1中，该膜10中包括设置于一个第一阻挡层12表面的第二阻挡层13；还可以如图2所示，包括多个第二阻挡层13，其分别设置于多个第一阻挡层12的表面。当然，也可以针对每一个第一阻挡层12，分别在其表面设置一个对应的第二阻挡层13。该第二阻挡层13的数量越多时，通常密封效果越佳，但相应的制作成本越高，可以结合密封性能的需求以及成本等因素，确定第二阻挡层13的数量。

对于该第二阻挡层13的厚度，其可以与第一阻挡层12的厚度相同或不同，通常第二阻挡层13的厚度大小可以为大于或等于1纳米，且小于或等于500纳米。比如，第二阻挡层13的厚度为1纳米、3纳米、7纳米、10纳米、16纳米、30纳米、50纳米、70纳米、100纳米、140纳米、170纳米、200纳米、230纳米、270纳米、300纳米、350纳米、390纳米、400纳米、420纳米、450纳米、480纳米、500纳米或者介于1纳米～500纳米之间的其他厚度值。

对于第二阻挡层13的材料，其通常采用比第一阻挡层12致密性更高、或比表面积更大的材料，从而使得第二阻挡层13的阻挡或吸附性能大于第一阻挡层12。比如，可以采用大比表面积的纳米银材料、碳纳米纤维材料、碳纳米管材料、石墨烯等材料作为制备第二阻挡层13的材料，从而使得第二阻挡层13具有极大的吸附性能。

由于金属材料的致密性较高，也可以采用金、银、铝等金属材料作为第二阻挡层13的材料，特别是可以将这些金属材料以磁控溅射的方式，在第一阻挡层12表面生成第二阻挡层13。由于磁控溅射的方式成本较低，操作简单，通常可以降低第二阻挡层13的制作成本。

另外，需要说明的是，以磁控溅射的方式，利用致密性的金属材料第一阻挡层12表面生成第二阻挡层13，由于该方式主要利用物理沉积，致密性的金属材料并没有与第一阻挡层12发生化学反应，因此在必要时，还可以用剐蹭、反向冲刷等物理方式将第二阻挡层13从第一阻挡层12外表面剥离，继而重新生成第二阻挡层13，达到循环使用目的，有利于环保和降低成本。

比如，当长时间使用之后，该第二阻挡层13出现了沟槽、裂缝等，可以将第二阻挡层13从第一阻挡层12外表面剥离，并重新生成新的第二阻挡层13，其他部分循环使用。

当然，也可以在第一阻挡层12表面设置第一反应物，并在第二阻挡层13表面设置第二反应物，然后通过第一反应物与第二反应物的化学反应，从而将第二阻挡层13与第一阻挡层12连接，在第一阻挡层12的表面生成该第二阻挡层13。该方式中，由于利用两种反应物化学反应所生成的官能团来连接第一阻挡层12和第二阻挡层13，相对于物理沉积的方式，连接更加紧密，但重复利用性较差。因此，在确定第二阻挡层13的具体生成方式时，可以结合具体需要来确定采用化学反应或物理沉积的方式。

需要特别说明的是，在某些特殊场景下，比如涉及到药物、生命健康的场景，基底层11可能需要与药物、血液等直接接触，此时这种通过在第一阻挡层12和第二阻挡层13表面分别设置第一反应物和第二反应物，从而最终在第一阻挡层12的表面生成该第二阻挡层13的方式，避免了直接在基底层11设置反应物，从而避免了由于反应物的残留导致药物或血液的污染。

采用本申请实施例所提供的膜10，由于该膜10的基底层11的至少一个表面上包括一个或多个第一阻挡层12，并且该膜10还包括设置于至少一个第一阻挡层12表面的第二阻挡层13，通过这种第一阻挡层12叠加第二阻挡层13的方式，即使第一阻挡层12中出现孔隙、针孔、裂缝等，也可以通过第二阻挡层13来进行密封，相对于现有技术，能够提高密封性能。

基于与本申请实施例所提供的膜10相同的构思，本申请实施例还提供了该膜10的制备方法，对于该制备方法，如有不清楚之处，可以参考膜10结构部分的实施例。如图3所示为该制备方法具体流程示意图，包括如下步骤：

步骤S31：提供一基底层，其中基底层的至少一个表面上包括一个或多个第一阻挡层。

步骤S32：在基底层的至少一个阻挡层的表面生成第二阻挡层。

比如，可以将金属材料通过磁控溅射于至少一个阻挡层的表面，从而生成金属的第二阻挡层阻挡层。由于金属材料的致密性较高，采用金属材料来生成第二阻挡层阻挡层，能够提高膜的整体阻挡性能。

另外，还可以利用纳米银材料、碳纳米纤维材料、碳纳米管材料、石墨烯等大比表面积的材料，在基底层的至少一个阻挡层的表面生成第二阻挡层。从而利用这些大比表面积的材料的吸附性，提高膜的整体阻挡性能。

另外，还可以利用水溶性高分子材料，并通过浸涂工艺在第一阻挡层12上形成高分子的第二阻挡层13，通常在浸涂之后还可以进行清洗，从而清除残留。例如，选取摩尔分子量2000k的聚乙烯酰胺(PEI)5g充分溶于1000ml的水溶液中，将第一阻挡层12外表面暴露于该PEI水溶液中15分钟，使得PEI通过静电吸附、氢键、电荷转移、配位作用以及特异性分子识别等非共价键作用下进行沉积，再通过纯水清洗掉冗余未形成有效吸附的PEI分子，最终形成PEI的第二阻挡层13。所生成的该PEI第二阻挡层13除了能够阻挡空隙之外，还利用PEI材料的亲水性能，从而增加膜表面的亲水性能，用于增强通量和抗污染性能。

需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims

1.一种膜的制备方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述基底层的至少一个第一阻挡层的表面生成第二阻挡层，具体包括：

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述基底层的至少一个第一阻挡层的表面生成第二阻挡层，具体包括：

利用石墨烯材料在所述基底层的至少一个第一阻挡层的表面生成第二阻挡层。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述基底层的至少一个第一阻挡层的表面生成第二阻挡层，具体包括：

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述基底层的至少一个第一阻挡层的表面生成第二阻挡层，具体包括：

6.一种膜，其特征在于，包括：基底层，其中所述基底层的至少一个表面上包括一个或多个第一阻挡层；以及，

设置于至少一个阻挡层表面的第二阻挡层。

7.如权利要求6所述的膜，其特征在于，所述基底层具体为柔性有机基底层。

8.如权利要求6所述的膜，其特征在于，所述基底层的厚度大于或等于5微米且小于或等于250微米。

9.如权利要求6所述的膜，其特征在于，第一阻挡层的厚度大于或等于30微米且小于或等于150微米。

10.如权利要求6所述的膜，其特征在于，第二阻挡层的厚度大于或等于1纳米且小于或等于500纳米。