一种防水性气象气球及其生产方法技术

本发明专利技术涉及一种防水性气象气球及其生产方法。所述气象气球包括气球基体和涂覆于气球基体表面的疏水膜，所述疏水膜的成分包括：疏水主剂8.5‑11.5份、增溶剂1‑3份、有机成膜剂0.1‑0.3份和水85.2‑90.4份；所述疏水主剂为有机硅疏水剂、有机氟疏水剂中的一种或多种的复配。所述气象气球利用具有疏水性功能的合成材料，通过必要的工序在气球表面制备一层能起到疏水作用的分子膜乃至纳米膜，当施放气球遇到水后，随即成珠并快速分散排掉，从而解决气象气球在阴雨天或湿度较大天气施放因表面吸水出现积冰进而加速脆化提前爆破，达不到业务高度要求的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种防水性气象气球及其生产方法
本专利技术涉及一种探测空中气象的运载工具及其生产方法，特别涉及一种防水性气象气球及其生产方法。
技术介绍
气象气球是携带探空仪器进行空中气象要素(温度、湿度、风向、风力、气压等)探测的一种最便捷、经济的运载工具，广泛用于航空、航天、航海、作战和军事科研等领域。以天然胶乳为主体原材料制成的气象气球具有吸水性，气球吸水后球皮溶胀，吸水率约为20％。气球在阴雨天气下施放，除负重增大、有效负载减少和升速降低外，更为不利的是，在飞行过程中遇到大气中的水滴，随即就会被球皮吸收，气球飞行至大气温度为零度区域，球皮自然积冰，气球继续飞行，随大气温度进一步的降低，球皮逐渐向玻璃态转变而产生脆化，气球飞行至大气温度极低对流层，原有的良好膨胀性完全丧失，气球穿过对流层后，大气温度回升，球皮自身要尽快从玻璃态恢复至原有的良好弹性态，一旦球皮不能完成由玻璃态到弹性的转变，气球在穿过大气温度极低区域不远处必然爆破，也就不能飞行至极限高度。在白天且是晴天施放的气球，在穿过云层和高湿度层后，遇到的是明媚、灼热的太阳，受阳光的作用，即使球皮积冰，球皮的弹性也会尽快得到恢复。但是，在阴雨天或是晚上施放的气球，在没有阳光的作用下，球皮的弹性不容易得到恢复，特别是遇到高湿度层越高、对流层温度越低的天气，球皮几乎完全丧失弹性恢复的可能，气球在对流层高度附近区域爆破的几率就越大。气球具有吸水性是造成气球出现高度不达标的主要原因。公开号为CN102508320A的中国专利公开了一种有防水保护层的高空气球及加工方法，该方法通过在现有的气象探空气球的外表面上涂上一层油类涂层，从而改进气象探空气球的防水性能，提高气象气球在下雨天及潮湿天气环境下的施放高度，但是存在以下缺点：油类物会被气球大量吸收，一方面导致气球自身重量增大，有效负载降低，对气球的升空高度极为不利，另一方面材料被气球吸收后，还会对气球的物理机械性能如拉伸、爆破和防老化性能产生不利的影响，处理过的气球即时施放尚可，若是经过一定时间存放后再进行施放，其施放高度不仅不能达到预期的高度，相反比未经处理气球的还要差；另外，该涂层的疏水性有限，并且操作繁琐、实用性有限。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，克服以上
技术介绍
中提到的不足和缺陷，提供一种防水性气象气球，所述气象气球利用一些具有疏水性功能的合成材料，通过必要的工序在气球表面制备一层能起到疏水作用的分子膜乃至纳米膜，当施放气球遇到水后，随即成珠并快速分散排掉，从而解决气象气球在阴雨天或湿度较大天气施放因表面吸水出现积冰进而加速脆化提前爆破，达不到业务高度要求的问题。为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：一种防水性气象气球，所述气象气球包括气球基体和涂覆于气球基体表面的疏水膜，所述疏水膜的成分包括：疏水主剂8.5-11.5份、增溶剂1-3份、有机成膜剂0.1-0.3份和水85.2-90.4份；所述疏水主剂为有机硅疏水剂、有机氟疏水剂中的一种或多种的复配。本专利技术的机理是，有机硅和有机氟水基合成疏水剂为小分子量硅氧烷、硅烷及有机氟化合物混合乳液，由于硅氧烷和硅烷及有机氟上既含有憎水性优良的氟烃基、甲基、辛基，又含有遇水易水解和缩合的的硅氢基活性基团，当疏水剂小分子渗透到气象气球的毛细孔后，便渗透气球的内部，疏水剂中的硅氢键与气球内的羟基在锌离子的作用下缩合成防水的网状结构，使毛细孔堵塞，生成憎水膜，气球遇水后，疏水膜阻止水份进入，从而起到了疏水防湿的作用。其中，主要以有机硅所产生的化学反应最为主要，反应式如下：注：R为甲基、辛基、氟烃基等。此化学反应是保证所形成的疏水膜能牢固附着在气球表面的关键。市场上疏水剂的品种和类型较多，通过筛选，我们发现有机硅和有机氟类疏水剂可应用于气象气球。在进行疏水气球耐水喷淋的实验中，我们发现使用其中的任意一种疏水剂的耐水喷淋的时间都要比用两种或三种疏水剂疏经一定复配的耐水喷淋的时间要短，而且使用经复配的疏水剂的气球疏水效果比单一用一种水剂疏水效果更佳，因此，进行疏水剂乳液复配的目的在于使疏水膜能牢固附着在气球表面上，不容易被雨水冲刷掉，使气球在工作时保持良好的疏水性能，更重要的是气球用经复配的疏水剂，疏水性能更佳。进一步的，所述有机硅疏水剂是由聚甲基氢硅氧烷10-12.5份、羟基聚二甲基硅氧烷聚6-7.5份、二甲基硅氧烷4-5份、山梨醇酐单硬脂酸酯4.3-5.5份、聚氧乙烯山梨醇酐单硬脂酸酯5.6-7.3份、壬基酚聚氧乙烯醚0.1-0.2份、和去离子水62-70份混合加热后再经机械乳化制成的乳液产品；所述聚甲基氢硅氧烷的含氢量为1.5％～1.6％，烃基分子量在35％～40％范围；所述羟基聚二甲基硅氧烷的羟基含量为6.0％～12.0％，烃基分子量在35％～40％范围；所述二甲基硅氧烷的烃基分子量在35％～40％范围。进一步的，所述有机氟疏水剂是是通过单体自由基乳液聚合工艺，将含氟烷基及长链烷基与甲基含氢硅油反应制成的乳液产品；甲基含氢硅油、含氟烷基、长链烷基三者比例为10:(6～8.5)：(6～8)；所述含氟烷基为甲基丙烯酸十二氟庚酯、甲基丙烯酸全氟辛基乙酯、丙烯酸全氟辛基乙酯中的一种或两种；所述长链烷基为甲基丙烯酸十八烷基酯、丙烯酸十八烷基酯、甲基丙烯酸十二烷基酯中的一种或两种；所述甲基含氢硅油的含氢量为0.1％～1.8％。进一步的，所述有机硅疏水剂与有机氟疏水剂的复配比例为8.5～10:1.5～3。进一步的，所述增溶剂为乙醇、聚丙二醇-600中的一种。聚丙二醇-600不易燃，无刺激性，适用性更佳。增溶剂的作用是增大疏水剂在气球表面的附着量，提高气球的疏水效果。进一步的，所述有机成膜剂为醋酸锌、硬脂酸锌中的一种。醋酸锌可溶于水，而硬脂酸锌则要事先配制，所以醋酸锌最为适宜应用。有机成膜剂的作用使疏水剂以小分子的形式固化附着在气球表面，确保疏水效果的持续有效。进一步的，所述疏水膜的厚度小于100nm。进一步的，所述气象气球的质量为750-795g，球身长度为2.3±0.2m，球柄宽度小于10cm，球柄长度大于11cm。本专利技术还提供一种防水性气象气球的制备方法，如图1所示，主要包括如下步骤：(1)将疏水主剂、增溶剂和有机成膜剂调配后用水稀释，配制成浓度约10％的疏水剂溶液；(2)制备未经过硫化干燥的气球本体1；(3)用配制好的疏水剂溶液浸泡气球本体1；(4)将浸泡处理后的气球晾干，再进行硫化干燥、检查、包装。本专利技术还提供一种防水性气象气球的制备方法，如图2所示，主要包括如下步骤：(1)将疏水主剂、增溶剂和有机成膜剂调配后用水稀释，配制成浓度约10％的疏水剂溶液；(2)制备经过硫化干燥的气球本体2；(3)用配制好的疏水剂溶液浸泡气球本体2；(4)将浸泡处理后的气球晾干，再进行干燥、检查、包装。经充气定型的气球要经硫化才能满足使用，但气球在硫化过程会产生收缩。经充气定型后而未硫化的气球即气球硫化前，这时自然状态下气球的比表面积比硫化后气球的比表面积大，经测算，这时气球的体积与硫化后气球要穿过大气中的最高云雨层时膨胀的体积相当，此时，对硫化前气球进行疏水膜制备，用疏水剂处理气球再进行硫化，除硫化过程的高温度有利于疏水剂在气球表面产生化学反应外，更主要是疏水剂在气球表面的分布密度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种防水性气象气球，所述气象气球包括气球基体和涂覆于气球基体表面的疏水膜，其特征在于，所述疏水膜的成分包括：疏水主剂8.5‑11.5份、增溶剂1‑3份、有机成膜剂0.1‑0.3份和水85.2‑90.4份；所述疏水主剂为有机硅疏水剂、有机氟疏水剂中的一种或多种的复配。

【技术特征摘要】
1.一种防水性气象气球，所述气象气球包括气球基体和涂覆于气球基体表面的疏水膜，其特征在于，所述疏水膜的成分包括：疏水主剂8.5-11.5份、增溶剂1-3份、有机成膜剂0.1-0.3份和水85.2-90.4份；所述疏水主剂为有机硅疏水剂、有机氟疏水剂中的一种或多种的复配。2.根据权利要求1所述的防水性气象气球，其特征在于，所述有机硅疏水剂是由聚甲基氢硅氧烷10-12.5份、羟基聚二甲基硅氧烷聚6-7.5份、二甲基硅氧烷4-5份、山梨醇酐单硬脂酸酯4.3-5.5份、聚氧乙烯山梨醇酐单硬脂酸酯5.6-7.3份、壬基酚聚氧乙烯醚0.1-0.2份、和去离子水62-70份混合加热后再经机械乳化制成的乳液产品；所述聚甲基氢硅氧烷的含氢量为1.5％～1.6％，烃基分子量在35％～40％范围；所述羟基聚二甲基硅氧烷的羟基含量为6.0％～12.0％，烃基分子量在35％～40％范围；所述二甲基硅氧烷的烃基分子量在35％～40％范围。3.根据权利要求1所述的防水性气象气球，其特征在于，所述有机氟疏水剂是通过单体自由基乳液聚合工艺，将含氟烷基及长链烷基与甲基含氢硅油反应制成的乳液产品；甲基含氢硅油、含氟烷基、长链烷基三者比例为10:(6～8.5)：(6～8)；所述含氟烷基为甲基丙烯酸十二氟庚酯、甲基丙烯酸全氟辛基乙酯、丙烯酸全氟辛基乙酯中的一种或两种；所述长链烷基为甲基丙烯酸十八烷基酯、丙烯酸十八烷基酯、甲基丙烯酸十二烷基酯中的一种或两种；...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭平，邹斌，
申请(专利权)人：中国化工株洲橡胶研究设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43