CN103108779B - 含有被保护胶体稳定的乳液聚合物的隔声组合物 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及聚合物分散体用于制备隔声组合物的用途,其中聚合物分散体可通过在至少一种保护胶体存在下可自由基聚合的单体的乳液聚合反应而获得,所述保护胶体为两亲接枝共聚物。优选的保护胶体包括聚环氧烷主链和含乙烯酯的侧链。本发明还涉及相应的包括所述聚合物分散体的隔声组合物,以及减弱车辆部件振荡或振动的方法。
Description
本发明涉及聚合物分散体用于制备隔声组合物的用途,所述聚合物分散体可通过在至少一种保护胶体存在下可自由基聚合的单体的乳液聚合反应而获得,所述保护胶体为两亲接枝共聚物。本发明还涉及包括所述聚合物分散体的相应的隔声组合物,并且涉及减弱车辆部件的振荡或振动的方法。
机器或车辆部件的振荡或振动产生不想要的噪音。为降低噪音,部件可以用称为隔声组合物(还称为LASD(liquidappliedsounddamping,液体施用隔声)组合物)的物质处理。振动阻尼材料记载于例如JournalofMaterialsScience36(2001)5733-5737,US2004/0033354,和US6,502,821。几何形状复杂的三维部件可以通过喷施水性分散体形式的隔声组合物而处理。该类分散体通常包括分散的粘弹性聚合物和无机填料。基于水基聚合物分散体和无机填料与其他的助剂的振动阻尼组合物已知于EP1520865和WO2007/034933。隔声组合物的质量可以根据ISO6721-1和ISO6721-3的共振曲线方法通过测定弯曲振动而测定。振动阻尼效应的一个量度为损耗因子tanδ。当使用基于粘弹性聚合物的隔声组合物时,损耗因子是随温度变化的。需要在机器或车辆通常操作的温度范围(例如0至40℃)获得最大的损耗因子的材料。本发明的目的在于提供其他的具有良好的或改进的振动阻尼特性的材料。
已经发现为了稳定聚合物的目的存在于基于聚合物分散体的已知的隔声组合物中的乳化剂可以有害地影响振动阻尼特性,并且发现如果特定的保护胶体用于稳定水性分散体中的聚合物,隔声组合物的有效性增加。
因此本发明提供一种聚合物分散体用于制备隔声组合物的用途,所述聚合物分散体可通过在至少一种保护胶体存在下可自由基聚合的单体的乳液聚合反应而获得,所述保护胶体为两亲接枝共聚物。一个优选的用途为使用本发明的隔声组合物用于车辆车身部件的振动阻尼。
本发明还提供一种隔声组合物,包括:
(a)包括至少一种聚合物和至少一种保护胶体的聚合物分散体,所述聚合物可通过可自由基聚合的单体的乳液聚合反应而获得并且分散在水中,所述保护胶体为两亲接枝共聚物,以及
(b)无机填料。
两亲共聚物为包括亲水部分和疏水部分的共聚物。亲水部分为其所基于的亲水单体单元与疏水部分所基于的疏水单体单元相比具有更大的水溶性的聚合物部分。接枝共聚物为具有至少一个,优选两个或更多的侧链接枝于主链的聚合物。接枝共聚物的平均接枝度为优选至少0.05,更具体而言至少0.1接枝部位/主链的50个单体单元。保护胶体为在溶剂化时粘结大量水并且能够稳定非水溶性聚合物的分散体的聚合物。保护胶体优选用量为0.5至60重量份或1至30重量份,更优选7重量%至30重量%(更具体而言当本发明组合物的总固含量高于50重量%),基于待聚合的单体的100重量份计。
优选的接枝共聚物包括具有水溶性聚环氧烷单元的主链以及具有聚乙烯酯单元的侧链。聚环氧烷单元为例如聚环氧乙烷、聚环氧丙烷或其混合物,更具体而言环氧乙烷/环氧丙烷嵌段共聚物。特别优选为聚环氧乙烷。乙烯酯为例如乙酸乙烯酯和丙酸乙烯酯。特别优选为乙酸乙烯酯。优选的两亲保护胶体包括具有聚环氧乙烷单元的主链和具有聚乙酸乙烯酯单元的侧链。基于聚环氧烷和乙烯酯的合适的接枝共聚物及其制备记载于WO2007/138053、DE1077430和GB922457。
接枝共聚物的重均分子量Mw优选为500至100000,更具体而言1000至60000或1500至20000。
优选的两亲接枝共聚物具有10重量%至50重量%,优选20重量%至45重量%或30重量%至重量40%的作为主链的水溶性聚环氧烷,优选聚环氧乙烷,以及50重量%至90重量%,优选55重量%至80重量%或60重量%至70重量%的通过自由基聚合反应形成的侧链,侧链优选由70重量%至100重量%乙酸乙烯酯、丙酸乙烯酯或其混合物和0重量%至30重量%其他的不同的烯键式不饱和单体形成。聚环氧烷单元与乙烯酯单元的重量比优选至少20/80或至少30/70并且优选最高达80/20、最高达40/60、最高达50/50或最高达45/55。
在一个实施方案中,两亲保护胶体包括
(A)10重量%至50重量%的水溶性聚环氧烷作为主链,基于总的聚合物计,以及
(B)50重量%至90重量%的侧链,基于总的聚合物计,
侧链通过下面物质的自由基聚合反应而形成
(B1)70重量%至100重量%选自乙酸乙烯酯、丙酸乙烯酯及其混合物的乙烯基酯,基于侧链计,以及
(B2)0重量%至30重量%其他的烯键式不饱和的可自由基聚合的单体,基于侧链计。
合适的水溶性聚环氧烷更具体而言为C2-C4环氧烷,其包括至少50重量%、优选至少60重量%、至少75重量%或100重量%以聚合形式的环氧乙烷。聚环氧烷主链可以包括OH端基或一个或两个醚端基例如C1-C25烷基醚、苯基醚或C1-C14烷基苯基醚。
适于用作主链的水溶性聚环氧烷为例如具有优选地1500至20000或2500至15000的数均分子量Mn的聚乙二醇,其中没有、有一个或两个端基为C1至C25烷基;具有至少50重量%的环氧乙烷含量的环氧乙烷、环氧丙烷和/或环氧丁烷的共聚物,该共聚物数均分子量Mn优选1500至20000或2500至15000,其中没有、有一个或两个端基为C1至C25烷基;数均分子量Mn优选2500至20000的聚酯或聚氨酯,其由C2-C12二羧酸或C6-C18二异氰酸酯和具有数均分子量Mn优选为200至5000的聚亚烷基二醇形成,聚亚烷基二醇选自聚乙二醇和具有至少50重量%的环氧乙烷含量的环氧乙烷、环氧丙烷和/或环氧丁烷的共聚物。特别优选为聚乙二醇。
侧链优选通过在聚环氧烷存在下乙烯酯的聚合反应而形成。合适的乙烯酯为乙酸乙烯酯、丙酸乙烯酯及其混合物。优选为乙酸乙烯酯。或者侧链通过乙酸乙烯酯和/或丙酸乙烯酯和至少一种其他的不同的烯键式不饱和共聚单体的共聚合反应而形成。其他组分的份额优选0重量%至30重量%,例如0.5重量%至25重量%,基于用于侧链形成的单体总量计,或0重量%至24重量%,例如0.4重量%至20重量%,1重量%至15重量%或2重量%至10重量%,基于接枝共聚物计。
在下文中,名称“(甲基)丙烯……”和类似的名称用作“丙烯……或甲基丙烯……”的简写的标记。
适于用作的其他的共聚单体为例如单烯键式不饱和单羧酸和二羧酸及其衍生物,以及苯乙烯。合适的酸衍生物为例如酯、酰胺和酸酐。这些其他的共聚单体可以单独使用或以混合物形式使用。具体的实例如下:(甲基)丙烯酸、C1-C12(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸C2-C12羟烷基酯、(甲基)丙烯酰胺、N-C1-C12烷基-(甲基)丙烯酰胺、N,N-二(C1-C12烷基)(甲基)丙烯酰胺、马来酸、马来酸酐和马来酸的单-C1-C12烷基酯。优选的其他的共聚单体为(甲基)丙烯酸C1-C8烷基酯和丙烯酸羟乙酯,更具体而言(甲基)丙烯酸C1-C4烷基酯。特别优选丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯和丙烯酸正丁酯。
本发明的聚合物分散体为在水性介质中的聚合物的分散体。例如这可以仅为水或水和与其混溶的溶剂(例如甲醇、乙醇或四氢呋喃)的混合物。优选不使用有机溶剂。分散体的固含量优选为15重量%至75重量%、更优选40重量%至60重量%、更具体而言高于50重量%。固含量可以通过例如合适地调节在乳液聚合反应中使用的水量和/或单体量而实现。分散在水性分散体中的聚合物颗粒的平均颗粒尺寸优选小于400nm,更具体而言小于300nm。特别优选平均颗粒尺寸为140至250nm。本文中平均颗粒尺寸是指颗粒尺寸分布d50即所有颗粒的总质量的50重量%具有小于d50的颗粒直径。颗粒尺寸分布可以以已知的方式使用分析型超速离心机而测定(W.MakromolekulareChemie185(1984),第1025–1039页)。聚合物分散体的pH优选调节至pH大于4,更具体而言调节至pH为5至9。
本发明的聚合物分散体优选具有低的乳化剂含量,即,其包括乳化剂(加入至聚合反应混合物的非聚合型、两亲的、表面活性物质)含量优选小于3重量%或小于1重量%。特别优选不含乳化剂的体系。因此,在本发明的一个实施方案中,在保护胶体存在下进行的乳液聚合反应以无乳化剂形式即不加乳化剂进行。
通过乳液聚合反应制备的聚合物为可以通过烯键式不饱和化合物(单体)的自由基聚合反应而获得的聚合物。聚合物优选由至少40重量%或至少60重量%,或至少80重量%,更优选至少90重量%或100重量%的一种或多种下面记载的主要单体组成。主要的单体优选选自(甲基)丙烯酸C1-C20烷基酯、包括最高达20个碳原子的羧酸的乙烯酯、具有最高达20个碳原子的乙烯基芳香族化合物、烯键式不饱和腈、乙烯基卤化物、包括1至10个碳原子的醇的乙烯基醚、具有2至8个碳原子和一个或两个双键的脂肪族烃,或这些单体的混合物。
单体的种类和用量优选为以使由乳液聚合反应制备的聚合物的玻璃化转变温度为-60℃至小于或等于70℃的范围或-30℃至小于或等于60℃的范围,更优选-15至50℃的范围。玻璃化转变温度可以通过差示扫描量热法测定(ASTMD3418-08,中点温度)。
合适的单体为例如具有C1-C10烷基的(甲基)丙烯酸烷基酯,例如甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸乙酯和丙烯酸2-乙基己基酯。更具体而言还合适的为(甲基)丙烯酸烷基酯的混合物。具有1至20个碳原子的羧酸的乙烯基酯为例如月桂酸乙烯酯、硬脂酸乙烯酯、丙酸乙烯酯、叔碳酸乙烯酯(vinylestersofVersaticacid)和乙酸乙烯酯。考虑的乙烯基芳香族化合物包括乙烯基甲苯、α-甲基苯乙烯和对甲基苯乙烯、α-丁基苯乙烯、4-正丁基苯乙烯、4-正癸基苯乙烯,并且优选地为苯乙烯。腈类的实例为丙烯腈和甲基丙烯腈。乙烯基卤化物为被氯、氟或溴取代的烯键式不饱和化合物,优选氯乙烯和1,1-二氯乙烯。乙烯酯包括例如乙烯基甲基醚和乙烯基异丁基醚。优选的乙烯基醚为包括1至4个碳原子的醇的那些。具有4至8个碳原子和两个烯烃双键的合适的烃为例如丁二烯、异戊二烯和氯丁二烯。
优选的主要单体为丙烯酸C1-C10烷基酯和甲基丙烯酸C1-C10烷基酯,更具体而言丙烯酸C1-C8烷基酯和甲基丙烯酸C1-C8烷基酯,以及乙烯基芳香族化合物,更具体而言苯乙烯,及其混合物。特别优选为丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸正己酯、丙烯酸辛酯和丙烯酸2-乙基己基酯、丙烯酸2-丙基庚基酯、苯乙烯,以及这些单体的混合物。更具体而言聚合物包含至少60重量%,更优选至少80重量%,并且非常优选至少90重量%或至少95重量%的(甲基)丙烯酸C1-C10烷基酯。
除主要单体外,聚合物可以包括其他的单体,实例为具有羧酸基、磺酸基或膦酸基的烯键式不饱和单体(酸单体)。优选为羧酸基。实例包括丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、马来酸和富马酸。然而优选地,通过乳液聚合反应制备的聚合物不含酸基。
其他的单体还可以为例如包括羟基的单体,更具体而言(甲基)丙烯酸C1-C10羟烷基酯,或(甲基)丙烯酰胺。其他的单体另外包括单(甲基)丙烯酸苯基氧基乙基乙二醇酯、(甲基)丙烯酸缩水甘油酯和(甲基)丙烯酸氨基烷基酯例如(甲基)丙烯酸2-氨基乙基酯。烷基优选具有1至20个碳原子。其他的单体还包括交联单体。
聚合物更具体而言包含至少60重量%,更优选至少80重量%例如60重量%至100重量%,并且非常优选至少95重量%或100重量%的至少一种丙烯酸C1-C20烷基酯、至少一种甲基丙烯酸C1-C20烷基酯、其混合物,或其与苯乙烯的混合物。
聚合物可以通过乳液聚合反应制备,于是产品为乳液聚合物。在乳液聚合反应的情况下,通常使用离子型和/或非离子型乳化剂和/或保护胶体,或稳定剂,作为界面活性化合物以辅助使单体在水性介质中分散。根据本发明,一种或多种上述的保护胶体可以用作单独的分散剂,即不加入乳化剂。然而如果需要,还可以加入少量的乳化剂。乳液聚合反应优选在至少一种保护胶体存在下,不加入非聚合型乳化剂下进行。
如果乳化剂用作另外的界面活性物质,其优选为阴离子或非离子乳化剂。合适的乳化剂为例如具有3至50或4至30的乙氧基化度的乙氧基化的C8-C36-或C12-C18脂肪醇,具有3至50的乙氧基化度的乙氧基化的单、二和三C4-C12或C4-C9烷基酚,磺基琥珀酸二烷基酯的碱金属盐、C8-C12烷基硫酸酯的碱金属盐和铵盐、C12-C18烷基磺酸的碱金属盐和铵盐,和C9-C18烷基芳基磺酸的碱金属盐和铵盐。阳离子乳化剂为例如具有至少一个氨基或铵基以及至少一个C8-C22烷基的化合物。其他合适的乳化剂为下面通式的化合物
其中R5和R6为氢或C4-C14烷基并且不同时为氢,并且X和Y可以为碱金属离子和/或铵离子。优选地,R5和R6为具有6至18个碳原子的直链或支化烷基或氢,并且更具体而言具有6、12和16个碳原子,并且R5和R6不同时为氢。X和Y优选为钠离子、钾离子或铵离子,特别优选为钠离子。特别有利的是X和Y为钠,R5为具有12个碳原子的支化烷基,并且R6为氢或R5的化合物II。通常使用包括50重量%至90重量%单烷基化的产品的工业混合物,实例为2A1(DowChemicalCompany的商标)。合适的乳化剂还可见于Houben-Weyl,MethodenderorganischenChemie,第14/1卷,MakromolekulareStoffe[Macromolecularcompounds],GeorgThiemeVerlag,Stuttgart,1961,第192至208页。乳化剂商业名称为例如2A1、NP50、OC50、Emulgator825、Emulgator825S、OG、NSO、904S、I-RA、E3065、FES77、AT18、VSL和NPS25。还合适的为包括可自由基聚合的、烯键式不饱和双键的可共聚合的乳化剂,实例为反应活性阴离子乳化剂例如ResoapSR-10。
乳液聚合反应通常在30至130℃,优选在50至90℃下进行。聚合反应介质可以仅由水组成,或由水和水混溶性液体例如甲醇的混合物组成。优选只是用水。乳液聚合反应可以间歇操作进行或以进料加工形式(包括多级步骤或梯度步骤)进行。
优选进料加工,其中一部分聚合反应批料作为初始进料而引入并且加热至聚合反应温度,聚合反应开始,并且然后聚合反应批料的剩余物通常通过两个或更多空间分开的进料——其中一个或多个进料包括以纯的形式或以乳化的形式的单体——以多级或在浓度梯度下连续地供给至聚合反应区域,同时保持聚合反应。在聚合反应在初始进料中还可以包括聚合物种子以例如更有效地设定颗粒尺寸。
乳液聚合反应在至少一种保护胶体存在下进行。这是指保护胶体包括于初始进料或与单体一起供给至聚合反应容器中。在乳液聚合反应中,其优选包括于初始进料中,而任何另外加入的乳化剂也可以在聚合反应过程中与单体一起供给。
对于乳液聚合反应,可以使用通常的和已知的助剂,例如水溶性引发剂和链转移剂。用于乳液聚合反应的水溶性引发剂为例如过二硫酸的铵盐和碱金属盐例如过二硫酸钠、过氧化氢或有机过氧化物例如叔丁基氢过氧化物。还合适的为称为还原-氧化(氧化还原)引发剂体系。氧化还原引发剂体系由至少一种通常为无机的还原剂和一种有机或无机氧化剂组成。氧化组分包括例如已经在上面具体说明的乳液聚合反应引发剂。还原组分包括例如亚硫酸的碱金属盐例如亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、焦亚硫酸的碱金属盐例如硫酸氢钠、脂肪族醛和酮的亚硫酸氢盐的加成化合物例如丙酮合亚硫酸氢盐,或还原剂例如羟基甲烷亚磺酸及其盐,或抗坏血酸。氧化还原引发剂体系可以与可溶的金属化合物一起使用,所述金属化合物的金属组分能够以多个价态存在。通常氧化还原引发剂体系的实例包括抗坏血酸/硫酸铁(II)/过二硫酸钠、叔丁基氢过氧化物/焦亚硫酸钠、叔丁基氢过氧化物/羟基甲烷亚磺酸钠或叔丁基氢过氧化物/抗坏血酸。单个组分(例如还原组分)还可以为混合物,实例为羟基甲烷亚磺酸的钠盐和焦亚硫酸钠的混合物。所述化合物通常以水溶液形式使用,浓度下限由在分散体中可接受的水的量决定,并且浓度上限由水中各个化合物的溶解度决定。一般而言浓度为0.1重量%至30重量%、优选0.5重量%至20重量%、更优选1.0重量%至10重量%,基于溶液计。引发剂的量通常为0.1重量%至10重量%,优选0.5重量%至5重量%,基于待聚合的单体计。还可以两种或更多不同的引发剂用于乳液聚合反应。为移除残留的单体,通常也在实际的乳液聚合反应完成后加入引发剂。
在聚合反应中,可以使用链转移剂(分子量调节剂),用量为例如0至0.8重量份,基于100重量份待聚合的单体计,通过链转移剂分子量降低。合适的是例如具有硫醇基团的化合物例如叔丁基硫醇、巯基乙酸酯例如巯基乙酸2-乙基己基酯、巯基乙醇、巯基丙基三甲氧基硅烷、正十二烷基硫醇或叔十二烷基硫醇。另外可以使用不含硫醇基团的链转移剂例如氢夺取形成戊二烯基的C6-C20烃,例如萜品油烯。在一个优选的实施方案中,乳液聚合物使用0.05重量%至0.5重量%的至少一种链转移剂制备,基于单体用量计。
在乳液聚合反应中,获得的聚合物的水性分散体通常具有固含量15重量%至75重量%、优选40重量%至75重量%。对于反应器的高空间/时间产率而言,优选具有尽可能高的固含量的分散体。为能够实现固含量>60重量%,应设定双峰或多峰的颗粒尺寸,因为否则粘度变得过高并且分散体不能被处理。制备生成新一代的颗粒可以通过加入种子(EP81083),通过加入过量的乳化剂或通过加入微乳液而完成。与高固含量下具有低粘度相伴随的其他的优点为在高固含量下改进的涂覆性能。制备形成新的一代或更多代的颗粒可以在任何所需的时间点完成。该时间点由低粘度下所需的颗粒尺寸分布所指导。
在一个优选的实施方案中,聚合物具有核-壳形态或可以通过至少两步聚合反应而制备,成核聚合物(A)的玻璃化转变温度与成壳聚合物(B)的玻璃化转变温度相差至少10℃,优选至少15℃或至少20℃例如相差10至50℃,或在第一聚合反应步骤中形成的聚合物(B)的玻璃化转变温度与第二聚合反应步骤形成的聚合物(A)的玻璃化转变温度相差至少10℃,优选至少15℃或至少20℃例如相差10至50℃。因此该实施方案涉及聚合物颗粒具有至少两个相互不同的聚合物相(A)和(B)的水性聚合物分散体,所述聚合物相(A)和(B)具有不同的玻璃化转变温度。这具有优点:以该方法制备的隔声组合物在更宽的温度范围具有振动阻尼效果。核的玻璃化转变温度优选比壳的玻璃化转变温度更高。
关于核-壳颗粒,核的表面积完全或至少部分被成壳的聚合物所覆盖。核-壳颗粒优选具有10nm至1微米或20nm至500nm的平均粒径,使用动态光散射光度计测定。对于聚合物(A)和不同的聚合物(B),所述聚合物优选为丙烯酸酯共聚物,单体的种类和用量为至少确保玻璃化转变温度的最小差值。形成至少两相聚合物颗粒的合适的丙烯酸酯共聚物记载于例如WO2007/034933、EP1520865和DE19954619。
具有至少两相的聚合物颗粒的聚合物分散体优选可以通过自由基水性乳液聚合反应而获得,包括以下步骤:
a)进行第一单体进料M1的聚合反应以形成具有理论玻璃化转变温度Tg(1)(根据Fox)的聚合物P1并且
b)在聚合物P1的水性分散体中,进行第二单体进料M2的聚合反应以形成具有理论玻璃化转变温度Tg(2)(根据Fox)的聚合物P2,Tg(2)与Tg(1)不同,
其中至少一种链转移剂在单体进料M1的聚合反应过程中或在单体进料M2的聚合反应过程中使用。
此处及下文中,理论玻璃化转变温度是指分别以单体进料M1的单体组成和单体进料M2的单体组成为基础根据Fox计算得到的玻璃化转变温度Tg(1)和Tg(2)。根据Fox(T.G.Fox,Bull.Am.Phys.Soc.(Ser.II)1,123[1956]andUllmann'sdertechnischenChemie,Weinheim(1980),pp.17,18),高的摩尔量的共聚物的玻璃化转变温度由下式近似给出:
1/Tg=x1/Tg(1)+x2/Tg(2)+...+xn/Tg(n)
其中x1、x2、...xn为质量分数1、2、...,n且Tg(1)、Tg(2)、...、Tg(n)为在每种情况下仅由一种单体1、2、...,n组成的聚合物的玻璃化转变温度,以凯氏度数计。后者已知于例如Ullmann'sEncyclopediaofIndustrialChemistry,VCH,Weinheim,Vol.A21(1992)p.169或已知于J.Brandrup,E.H.Immergut,PolymerHandbook3rded.,J.Wiley,NewYork1989。
根据本发明优选选择单体进料M2以使生成的聚合物相P2的理论玻璃化转变温度(根据Fox)高于首先制备的聚合物P1的理论玻璃化转变温度。在那种情况下,单体进料M2的组成优选为使聚合物相P2的理论玻璃化转变温度Tg(2)高于30℃、优选高于40℃、并且更具体而言为50至120℃的范围。Tg(2)大于Tg(1)的情况,单体进料M1的单体组成优选为使生成的聚合物相P1的理论玻璃化转变温度Tg(1)在-40至+40°C的范围内、优选在-30至+30°C的范围内、并且非常优选在-10至+25°C的范围内。Tg(1)大于Tg(2)的情况,聚合物相P1的优选的玻璃化转变温度如上述Tg(2)大于Tg(1)的情况对于P2作出的陈述。对于聚合物相P2的玻璃化转变温度,于是相应地适用上述对于Tg(1)作出的陈述。
在本发明的聚合物分散体中,聚合物相彼此的重量比范围为20:1至1:20,优选9:1至1:9。根据本发明优选为具有低的玻璃化转变温度的聚合物相的份额占主要地位的那些聚合物分散体。如根据本发明为优选的P1具有较低的玻璃化转变温度的情况,比例P1:P2范围更具体而言为1:1至5:1并且更优选范围为2:1至4:1。聚合物相P1和P2的重量比大约符合单体进料M1和M2的比例。Tg(1)大于Tg(2)的情况下,比例P1:P2范围更具体而言为1:1至1:5并且更优选范围为1:2至1:4。
本发明还提供隔声组合物,包括:
(a)如上述更详细记载的聚合物分散体,包括至少一种可以通过可自由基聚合的单体的乳液聚合反应获得的并且在水中分散的聚合物,和至少一种为两亲的接枝共聚物的保护胶体,以及
(b)无机填料。
隔声组合物优选包括:
(a)5重量%至50重量%,优选5重量%至20重量%的聚合物分散体固体,
(b)40重量%至80重量%,优选60重量%至70重量%的无机填料,
(c)10重量%至40重量%,优选23重量%至28重量%的水,以及
(d)0重量%至10重量%或0重量%至5重量%,优选0.1重量%至3重量%的助剂。
合适的无机填料为例如碳酸钙、高岭土、云母、硅石、白垩、微白云石、细碎的石英、云母、滑石、粘土、硫酸钡、粘土、氧化铁、二氧化钛、玻璃粉、玻璃片、碳酸镁、氢氧化铝、膨润土、飞灰、硅藻土和珍珠岩。优选使用以薄片形式的填料例如云母,其可以单独使用或与常规无机颜料例如碳酸钙、高岭土、硅石或滑石结合使用。
对于100重量份的聚合物分散体,优选使用50至700或100至550重量份的无机填料,并且对于100重量份的聚合物分散体,优选使用30至150或40至120重量份以薄片形式的填料。
优选使用不少于0.1重量%例如0.2重量%至5重量%的助剂为例如增稠剂、树脂、增塑剂、有机和无机颜料、助溶剂、稳定剂、润湿剂、防腐剂、泡沫抑制剂、玻璃珠或塑料珠,空的玻璃体或塑料体、防冻剂、分散剂、抗氧化剂、UV吸收剂和抗静电剂。可以使用一种、两种或多种结合的助剂。合适的助溶剂为例如乙二醇、乙二醇烷基醚(例如产品)、二乙二醇烷基醚(例如产品)、乙酸卡必醇酯、乙酸丁基卡必醇酯或其混合物。增稠剂为例如聚乙烯醇、纤维素衍生物或聚丙烯酸,用量为例如0.01至4重量份或0.05至1.5重量份或0.1至1重量份,基于100重量份固体计。分散剂为例如六偏磷酸钠、三聚磷酸钠或聚羧酸。防冻剂为例如乙二醇或丙二醇。泡沫抑制剂为例如硅氧烷。稳定剂为例如多价金属化合物例如氧化锌、氯化锌或硫酸锌。
对于本发明的隔声组合物,损耗因子tanδ的最大值优选范围为-30至60℃。使用核-壳颗粒或其他具有多相颗粒结构的颗粒的情况下——各聚合物相具有不同玻璃化转变温度——,损耗因子一般在不少于两个的不同的温度处存在至少两个最大值。在该情况下损耗因子所有的最大值优选位于-30至60℃的范围。
本发明还提供一种减弱车辆部件的振荡或振动的方法,其中
(1)提供上述更详细记载的并且包括本发明聚合物分散体的隔声组合物,并且
(2)将隔声组合物施加至车辆部件并且干燥。
施加可以以通常方式进行,例如通过展涂、辊涂或喷涂。施加的用量优选在干燥后为1至7kg/m2或2至6kg/m2。干燥在室温下进行或优选地通过加热进行。干燥温度优选为80至210℃或90至180℃或120至170℃。
隔声组合物可以用于例如各类车辆,更具体而言用于路上行走的机动车辆、汽车、轨道交通工具以及船、飞机、电动机械、建筑机械以及建筑。
用于本发明的隔声组合物的聚合物分散体就高的应用简易性和良好的振动阻尼特性而言具有良好的性能特性。
实施例
使用的材料:
PC1:保护胶体1;接枝共聚物,所述接枝共聚物具有平均分子量约6000(根据DIN53240由OH数计算)的聚乙二醇的主链(40重量份)和聚乙酸乙烯酯的侧链(60重量份)
PC2:保护胶体2;接枝共聚物,所述接枝共聚物具有平均分子量约6000(根据DIN53240由OH数计算)的聚乙二醇的主链(30重量份)和聚乙酸乙烯酯的侧链(70重量份)
PC3:保护胶体3;接枝共聚物,所述接枝共聚物具有平均分子量约6000(根据DIN53240由OH数计算)的聚乙二醇的主链(60重量份)和聚乙酸乙烯酯的侧链(40重量份)
PC4:保护胶体4;接枝共聚物,所述接枝共聚物具有平均分子量约6000(根据DIN53240由OH数计算)的聚乙二醇的主链(80重量份)和聚乙酸乙烯酯的侧链(20重量份)
PC5:保护胶体5;CP10,45%浓度的聚丙烯酸钠的水溶液
PC6:保护胶体6;950L,约50%固含量的无甲醛树脂水溶液,包括改性的聚丙烯酸和多元醇
PEG聚乙二醇
Vac乙酸乙烯酯
C还原剂;亚磺酸衍生物
FES77脂肪醇醚硫酸盐、钠盐(32-34%浓度的水溶液)
2A1烷基二苯基醚二磺酸盐(45%水溶液)
实施例1
在具有锚式搅拌器和加热/冷却工具的2升聚合反应器中,在氮气气氛下将180.00g的去离子水和350g的保护胶体PC1(20%浓度的水溶液)加热至90℃。然后,在前面提及的温度下,加入一部分17.59g的进料1和一部分1.75g的进料2。进料1为由以下物质制备的单体混合物:
1.75g叔十二烷基硫醇
84.80g丙烯酸正丁酯
263.45g丙烯酸甲酯
进料2为17.50g的10重量%浓度的叔丁基氢过氧化物的水溶液。
进料3为17.50g的10重量%浓度的C水溶液。
10分钟后,进料1的剩余物以均匀的速率在4.0小时内计量加入。进料2和3同时开始并且以均匀的速率在4.0小时内计量加入。进料1完成后,聚合反应继续进行30分钟。之后加入12.20g水并且调节pH至7。
实施例2
聚合物分散体按照实施例1的方式制备,不同之处在于使用保护胶体PC2而不是保护胶体PC1。
实施例3
聚合物分散体按照实施例1的方式制备,不同之处在于使用保护胶体PC3而不是保护胶体PC1。
实施例4
聚合物分散体按照实施例1的方式制备,不同之处在于使用保护胶体PC4而不是保护胶体PC1。
实施例5(对比)
聚合物分散体按照实施例1的方式制备,不同之处在于使用135g的保护胶体PC5而不是保护胶体PC1。
实施例6(对比)
聚合物分散体按照实施例1的方式制备,不同之处在于使用225g的保护胶体PC6而不是保护胶体PC1。
实施例7–无保护胶体的版本(对比)
在具有锚式搅拌器和加热/冷却工具的2升聚合反应器中,在氮气气氛下将115.00g的去离子水加热至55℃。然后,在前面提及的温度下,加入一部分24g的进料1和一部分各自1.75g的进料2和进料3。
进料1为由以下物质制备的乳液:
114.00g去离子水
10.90gFES77
1.94g281
1.75g叔十二烷基硫醇
1.75g丙烯酸
84.80g丙烯酸正丁酯
263.45g丙烯酸甲酯
进料2为17.50g的10重量%浓度的过氧化氢水溶液。进料3为17.50g的10重量%浓度的抗坏血酸水溶液。
10分钟后,进料1的剩余物以均匀的速率在4.0小时内计量加入。进料2和3同时开始并且以均匀的速率在4.0小时内计量加入。进料1完成后,聚合反应继续进行30分钟。之后加入12.20g水并且用10%浓度的氢氧化钠溶液在30分钟内调节pH。
隔声组合物S1至S7的实例
隔声组合物由以下物质制备:
15.41g水
21.86g按照实施例1至7的聚合物分散体
22.64g白云母GHL144
45.36g20BG(白垩)
性能测试
为评估振动阻尼性能,25℃下损耗因子tanδ按照WO2007/034933记载的方法测定(类似于ISO6721-1和ISO6721-3)。为此,将待测试的隔声组合物涂覆尺寸为30x300x1.6mm的钢片测试样本,并且干燥。
涂覆量约为3.0kg每m2。
结果列于表1。
表1:损耗因子tanδ测试结果
实施例 | PEG/VAc比 | 损耗因子tanδ |
1 | 40/60 | 0.20 |
2 | 30/70 | 0.20 |
3 | 60/40 | 0.18 |
4 | 80/20 | 0.16 |
5 | - | 0.12 |
6 | - | 0.11 |
7 | - | 0.15 |
结果表明实施例1和2实现了特别高的损耗因子,并且使用不是基于PEG/Vac的离子型保护胶体获得较低的损耗因子。
Claims (13)
1.一种聚合物分散体用于制备隔声组合物的用途,所述聚合物分散体通过在至少一种保护胶体存在下可自由基聚合的单体的乳液聚合反应而获得,所述保护胶体为具有1000至60000重均分子量的两亲接枝共聚物,
其中两亲保护胶体由具有水溶性聚环氧烷单元的主链和具有聚乙烯基酯单元的侧链构成,聚环氧烷单元选自聚环氧乙烷、聚环氧丙烷及其混合物,聚乙烯酯单元选自聚乙酸乙烯酯、聚丙酸乙烯酯及其混合物,聚环氧烷单元与聚乙烯酯单元的重量比为20/80至80/20,并且
其中通过乳液聚合反应制备的聚合物包括至少60重量%的选自以下物质的主要单体:(甲基)丙烯酸C1-C20烷基酯。
2.权利要求1的用途,其中两亲保护胶体具有每50个环氧烷单元至少0.05接枝部位的平均接枝度。
3.权利要求1的用途,其中聚环氧烷单元与聚乙烯酯单元的重量比为20/80至50/50。
4.前述权利要求中任一项的用途,其中两亲保护胶体由以下构成:
(A)20重量%至50重量%的水溶性聚环氧烷作为主链,基于总的接枝聚合物计,以及
(B)50重量%至80重量%的侧链,基于总的接枝聚合物计,
侧链通过下面物质的自由基聚合反应而形成
(B1)70重量%至100重量%的选自乙酸乙烯酯、丙酸乙烯酯及其混合物的乙烯酯,基于侧链计,以及
(B2)0重量%至30重量%的其他的烯键式不饱和的可自由基聚合的单体,基于侧链计。
5.权利要求1的用途,其中两亲保护胶体由具有聚环氧乙烷单元的主链和具有聚乙酸乙烯酯单元的侧链构成。
6.权利要求1的用途,其中通过乳液聚合反应制备的聚合物的玻璃化转变温度范围为-60℃至小于或等于70℃。
7.权利要求1的用途,其中聚合物包括至少60重量%的(甲基)丙烯酸C1-C10烷基酯。
8.权利要求1的用途,其中聚合物具有核-壳形态或通过至少两步聚合反应而制备,成核聚合物的玻璃化转变温度与成壳聚合物的玻璃化转变温度相差至少10℃,或在第一聚合反应步骤中形成的聚合物的玻璃化转变温度与在第二聚合反应步骤中形成的聚合物的玻璃化转变温度相差至少10℃。
9.前述权利要求中任一项的隔声组合物用于车辆车身部件的振动阻尼的用途。
10.一种隔声组合物,包括:
(a)聚合物分散体,包括:至少一种通过可自由基聚合的单体的乳液聚合反应获得并且在水中分散的聚合物,和至少一种具有1000至60000重均分子量的为两亲的接枝共聚物的保护胶体,以及
(b)无机填料,
其中两亲保护胶体由具有水溶性聚环氧烷单元的主链和具有聚乙烯基酯单元的侧链构成,聚环氧烷单元选自聚环氧乙烷、聚环氧丙烷及其混合物,聚乙烯酯单元选自聚乙酸乙烯酯、聚丙酸乙烯酯及其混合物,聚环氧烷单元与聚乙烯酯单元的重量比为20/80至80/20,并且
其中通过乳液聚合反应制备的聚合物包括至少60重量%的选自以下物质的主要单体:(甲基)丙烯酸C1-C20烷基酯。
11.权利要求10的隔声组合物,包括:
(a)5重量%至20重量%的聚合物分散体固体,
(b)40重量%至80重量%的无机填料,
(c)10重量%至40重量%的水,以及
(d)0重量%至10重量%的助剂。
12.前述两项权利要求中任一项的隔声组合物,其中无机填料选自高岭土、白垩、微白云石、细碎的石英,和云母,使用助剂不少于0.1重量%并且助剂选自增稠剂、树脂、增塑剂和分散剂。
13.减弱车辆部件的振荡或振动的方法,其中
(1)提供一种包括具有权利要求1至8任一项所述的特征的聚合物分散体的隔声组合物,或权利要求10至12任一项所述的隔声组合物,并且
(2)将隔声组合物施加至车辆部件并且干燥。
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