CN103937335B - 一种水基阻尼浆料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明专利涉及水基阻尼浆料，特指一种水基阻尼浆料的制备方法。本发明专利采用具有不同玻璃化转变温度的核壳粒子，将微观阻尼约束结构和自由阻尼结构相结合，将涂层的减震和降噪性能同时得到改善，同时还实现了在很宽的温度范围内阻尼浆料均能保持很好的阻尼性能，达到可以根据不同的环境温度生产出符合实际需要的相关产品，解决了北方地区天气恶劣环境下材料的使用寿命问题。同时采用经过处理的膨润土作为改进助剂对基体配方进行改进，从而达到兼顾抗流挂性能以及喷涂性能的效果。

Description

一种水基阻尼浆料及其制备方法

技术领域

本发明专利涉及水基阻尼浆料，特指一种水基阻尼浆料的制备方法。

背景技术

现代科学技术的飞速发展，噪声污染也随之日趋严重，给人们的工作和身体健康带来了严重的伤害，很多国家规定了关于噪声环境下的标准；振动是噪声的主要来源，减少振动的主要方法有两种：隔振和阻尼减震两种，其中高分子阻尼浆料具有优异的减振、降噪等特点受到人们的关注；水基阻尼浆料是一种以水基聚合物为交联乳液，在填料和助剂的配合下制备的减震降噪涂料，聚合物材料在玻璃化转变温度区域具有较高的阻尼，但是单一组分的聚合物的玻璃化温度区域只有20~30℃，目前环境温度的变化一般都达到-40℃~40℃，所以一种较好的水性阻尼浆料应具有不同玻璃化温度，从而实现很宽的温度范围内阻尼涂层均具有优异的阻尼性能是一种发展趋势。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明专利所要解决的技术问题是将微观阻尼约束结构和自由阻尼结构相结合，从而将涂层的减震和降噪性能同时得到改善，通过在水基的阻尼浆料中引入具有不同玻璃化转变温度（Tg）核壳结构的橡胶粒子，其中壳采用硬度相对较高的塑料，如：丙烯酸树脂、丁苯乙烯、异丁烯；核中的自由阻尼结构为柔软的聚丁二烯或者聚异戊二烯，充分吸收外界的震动。

本发明专利所采用的技术方案是，一种核壳结构水基阻尼浆料的配方：水基核壳结构乳液，由聚丙烯酸酯乳液、聚丁苯乙烯乳液、聚异丁烯乳液组成；抗流挂助剂，由气相二氧化硅、膨润土和纳米碳酸钙组成；无机填料主要包括：硅灰石、云母片和石墨片；阻燃剂，为氢氧化铝和/或氢氧化镁；抗霉菌助剂、消泡剂、增塑剂；其中所述的水基核壳结构中丙烯酸酯乳液、丁苯乙烯、异丁橡胶共聚物乳液按照一定比例混合；无机填料中可以选择三者其中的一种或两种以上按照任意质量比进行混合的混合物。

所述的水基核壳结构乳液，是指具有核壳结构的物质经表面处理，将其分散于水中形成的一类乳液。其中聚丙烯酸酯乳液是指壳为聚丙烯酸酯的水基乳液，将核壳聚合物表面采用表面活性剂处理，以水为溶剂，制备的一类乳液。

所述的水基阻尼浆料组成按照重量份数计算为：

水基核壳结构乳液 40~60份；

气相二氧化硅 5~10份；

膨润土 5~10份；

纳米碳酸钙 5~10份；

无机填料 30~50份；

阻燃剂 10~20份；

抗霉菌助剂 0.5~2份；

消泡剂 0.5~2份；

增塑剂 0.5~2份。

本发明专利所述的水基乳液体系中具有不同热变型温度(Tg)核壳结构粒子，如聚丙烯酸酯粒子，聚异丁烯粒子或是聚丁苯乙烯粒子，从而达到在很宽的温度范围内阻尼涂层均具有优异的阻尼性能，并且实现峰值温度范围的可控性，从而达到可以根据实际生产具体使用温度或是使用环境来制备符合实际需要的相关产品，解决北方地区天气恶劣环境下材料的使用寿命问题。

所述水基核壳结构乳液的固含量在40~60%之间（固含量是指乳液或者涂料在规定条件下烘干后剩余部分占总量的质量百分分数）；所述水基核壳结构乳液的成份为包括两个部分即：A：以丁二烯为核，聚丙烯酸酯、聚异丁烯和/或聚丁苯乙烯为壳的的核壳结构乳液；B：以异戊二烯为核，聚丙烯酸酯、聚异丁烯和/或聚丁苯乙烯为壳的的核壳结构乳液；其中A乳液占总质量的20~50%，B乳液占重质量的50~80%；其中水基核壳结构乳液的共混比例主要是考虑到乳液干膜的速度，不匹配到时候干膜时间会存在很大的差异。

其中核壳聚合物的制备：

（1）核聚合：将所述的核单体丁二烯或异戊二烯加入到质量分数为2~5%的乳化剂水溶液中，高速搅拌配置成核预乳化液备用，将引发剂加入到去离子水中配置成1mol/L~2mol/L的引发剂水溶液；将占核预乳化液重量10%~25%的部分核预乳化液、pH调节剂和部分引发剂水溶液（引发剂水溶液总质量的15%~30%）投入通有氮气的四口烧瓶中得到乳液1，pH调节剂的加入量应使得乳液1成中性，于70~80℃下，120r/min~200r/min下搅拌，搅拌至蓝色荧光出现；将剩余的核预乳化液（核预乳化液总重量的75%~90%）和部分引发剂水溶液（引发剂水溶液总质量的的15%~30%）在60~80min内滴加到反应烧瓶中。

（2）壳聚合：将壳单体丙烯酸酯、丁苯乙烯和/或异丁烯加入到质量分数为2~5%的乳化剂水溶液中，高速搅拌配置成壳预乳化液备用；将壳预乳化液和剩余的引发剂水溶液（引发剂水溶液总质量的40%~70%）在110min~130min滴加到上述反应烧瓶中得到乳液2；将乳液2调节pH至中性；过滤烘干，备用。

通过壳单体用量控制壳的厚度控制在200~500nm，壳的厚度在水性阻尼涂料中对材料的Tg有着主导型作用；其中乳化剂为十二烷基硫酸钠或十二烷基苯磺酸钙；引发剂为过硫酸钾、过硫酸胺或过硫酸钠；pH调节剂为氨水或NaHCO₃。

其中：核单体 50~60重量份；

壳单体 40~50重量份；

乳化剂 2~5重量份；

引发剂 0.1~1重量份。

将上述制备得到核壳聚合物粒子通过表面活性剂处理，其中所述的表面活性剂为阴离子性的表面活性剂，如硬脂酸、十二烷基苯磺酸钠等；表面活性剂的用量为核壳聚合物粒子重量的0.1~1%；处理方式为：将制备得到的核壳聚合物粒子与表面活性剂置于乙醇溶液中抽提煮沸2~3h，过滤烘干，待用。

将表面活性剂处理过的核壳聚合物粒子加入到去离子水中制备得到水基核壳结构乳液，水基核壳结构乳液的固含量在40~60%之间。

本发明所述的气相二氧化硅比表面积大，表面吸附力强，表面能大，化学纯度高、分散性能好等方面具有特异的性能，可作为水性阻尼浆料的抗流挂剂和增稠剂，同时还是改善填料在浆料的悬浮性和分散性。

本发明专利提到的水溶性阻尼浆料通常的施工方法为喷涂，这就要求阻尼浆料不仅要具备很好的阻尼性能，同时还要具有很好的抗流挂性能以及施工性能，本发明专利采用经过表面处理的膨润土作为改进助剂对基体配方进行改进，在不降低喷涂性能的前提上，从而提高阻尼浆料的抗流挂性能；以膨润土为原料，利用膨润土中蒙脱石的层片状结构及其能在水或有机溶剂中溶胀分散成胶体级粘粒特性，通过离子交换技术插入有机覆盖剂而制成的；膨润土的表面处理处理方法，可见文章《有机膨润土制备及性能表征》，为现有技术，本发明主要保护其用途，即作为改进助剂对基体配方进行改进，在不降低喷涂性能的前提上，从而提高阻尼浆料的抗流挂性能，这点未有公开过；有机膨润土具有良好的增稠性、触变性、悬浮稳定性、高温稳定性、润滑性、成膜性，耐水性及化学稳定性。

其中所述的有机覆盖剂为碳链长度大于12的阳离子表面活性剂，如季铵盐型阳离子表面活性剂，二甲基双氢牛脂二甲基氯化铵，添加量为有机膨润土重量的0.1~2%。

本发明专利所述的纳米碳酸钙，具有空间位阻效应，能使水基阻尼浆料密度较大的粉末悬浮，起防沉降作用。

本发明专利所述的无机填料，为硅灰石、云母片和/或石墨片，具有层状结构，层与层之间的结合很弱，因此层与层之间的滑动很容易发生，在受到外界作用力的情况下，这些填料通过层与层之间的滑动就可以将外部的动能或是机械能转换为热能，从而起到减震降噪的效果，其中所述的填料能以任意质量比例混合。

本发明专利所述的阻燃剂，为环保型阻燃剂，如氢氧化镁和/或氢氧化铝。

一般的水基阻尼材料，水中一些微生物的存在会导致阻尼浆料在长时间的放置过程中会出现发霉或是细菌生长的情况，本发明专利所述的抗霉菌助剂为阻尼浆料的长时稳定性提供保障，如酚类、氯酚类、有机汞盐、有机铜盐等。

本发明所述的消泡剂可以避免在阻尼浆料混合过程中将额外的空气带入混合釜中，影响浆料的稠度以及流挂性能。如疏水性硅氧烷油。

本发明专利所述的增塑剂，添加一定量的增塑剂，插入到高聚物分子链之间，消弱分子间作用力，增大高聚物分子链之间的距离和活动空间，提高水基阻尼浆料的塑性，如邻苯二甲酸二辛酯或邻苯二甲酸丁苄酯。

本发明专利按照上述的配方，制备过程如下：将膨润土、气相二氧化硅、纳米碳酸钙、硅灰石、云母片、石墨片、阻燃剂过筛，采用100~200目的筛子，将水基核壳乳液和抗霉菌助剂、消泡剂、增塑剂共混，搅拌均匀，将上述步骤过筛好的粉末加入到共混好的乳液中，采用机械搅拌的混合方式，常温，搅拌速度100~200r/min，加入去离子水，用膨润土作为增稠剂调节稠度，稠度调至8~10。

本发明专利采用具有不同玻璃化转变温度的核壳粒子，将微观阻尼约束结构和自由阻尼结构相结合，将涂层的减震和降噪性能同时得到改善，同时还实现了在很宽的温度范围内阻尼浆料均能保持很好的阻尼性能，达到可以根据不同的环境温度生产出符合实际需要的相关产品，解决了北方地区天气恶劣环境下材料的使用寿命问题。同时采用经过处理的膨润土作为改进助剂对基体配方进行改进，从而达到兼顾抗流挂性能以及喷涂性能的效果。

具体实施方式

下面将结合具体实施例对本发明作进一步解释。

按照表1所述份配方，制备得到核壳结构聚合物，将制备得到的核壳结构乳液按照表3配方制备成水基核壳结构乳液，按照表2所述的配方，将膨润土、气相二氧化硅、纳米碳酸钙、硅灰石、云母片、石墨片、阻燃剂等粉末过筛，采用100~200mu的筛子；将水基核壳乳液和抗霉菌助剂、消泡剂、增塑剂等液体助剂共混，搅拌均匀，将上述步骤过筛好的粉末加入到共混好的乳液中，采用机械搅拌的混合方式，常温，搅拌速度100~200r/min，加入去离子水，采用膨润土作为增稠剂调节稠度。

复合阻尼因子的测试方法如下：将制备好的阻尼浇入一个长21cm，宽1cm，深度3mm，底部放置有一个21cm*1cm*1mm的弹簧钢板的四氟乙烯模子中，将浆料压实，表面整平，然后室温下干燥48小时后将附有2mm厚度阻尼浆料的弹簧钢板取出，测试在BK公司生产的OBES阻尼因子测试仪上进行，采用简支梁测试模型，测试温度从-30℃至50℃；阻尼浆料的复合损耗因子为0.03时具有阻尼效果，大于0.05时具有实际的应用价值，表格4中所示的阻尼因子主要是为了表征制备得到的阻尼浆料在一定温度下是否还具有阻尼效果。

表1 核壳结构聚合物制备配方

表2 具体实施例1~4

表3 上述的具体实施例中所采用的水基核壳结构乳液的配方为：

表4 水性阻尼浆料的阻尼性能

Claims (9)

1.一种水基阻尼浆料，其特征在于所述水基阻尼浆料的组成按照重量份数计算：

水基核壳结构乳液 40～60份；

气相二氧化硅 5～10份；

表面改性膨润土 5～10份；

纳米碳酸钙 5～10份；

无机填料 30～50份，所述无机填料为硅灰石、云母片和石墨片；

阻燃剂 10～20份；

抗霉菌助剂 0.5～2份；

消泡剂 0.5～2份；

增塑剂 0.5～2份；

所述水基核壳结构乳液的固含量在40～60％之间；所述水基核壳结构乳液的成份为包括两个部分即：A：以丁二烯为核，聚丙烯酸酯、聚异丁烯和/或聚丁苯乙烯为壳的核壳结构乳液；B：以异戊二烯为核，聚丙烯酸酯、聚异丁烯和/或聚丁苯乙烯为壳的核壳结构乳液；其中A乳液占总质量的20～50％，B乳液占总质量的50～80％；所述表面改性膨润土是以膨润土为原料，利用膨润土中蒙脱石的层片状结构及其能在水或有机溶剂中溶胀分散成胶体级粘粒特性，通过离子交换技术插入有机覆盖剂而制成的；作为改进助剂对基体配方进行改进，在不降低喷涂性能的前提上，从而提高阻尼浆料的抗流挂性能；所述有机覆盖剂为碳链长度大于12的阳离子表面活性剂。

2.如权利要求1所述的一种水基阻尼浆料，其特征在于水基核壳结构乳液的制备方法包括如下制备步骤：

(1)核壳聚合物的制备：

核聚合：将核单体丁二烯或异戊二烯加入到质量分数为2～5％的乳化剂水溶液中，高速搅拌配置成核预乳化液备用，将引发剂加入到去离子水中配置成引发剂水溶液；将占核预乳化液重量10％～25％的部分核预乳化液、pH调节剂和占引发剂水溶液总质量的15％～30％的部分引发剂水溶液投入通有氮气的四口烧瓶中得到乳液1，pH调节剂的加入量应使得乳液1成中性，于70～80℃下，120r/min～200r/min下搅拌，搅拌至蓝色荧光出现；将占核预乳化液总重量的75％～90％的剩余的核预乳化液和占引发剂水溶液总质量的15％～30％的部分引发剂水溶液在60～80min内滴加到反应烧瓶中；

壳聚合：将壳单体丙烯酸酯、丁基苯乙烯和/或异丁烯加入到质量分数为2～5％的乳化剂水溶液中，高速搅拌配置成壳预乳化液备用；将壳预乳化液和占引发剂水溶液总质量的40％～70％ 的剩余的引发剂水溶液在110min～130min滴加到上述反应烧瓶中得到乳液2；将乳液2调节pH至中性；过滤烘干，备用；

其中：核单体50～60重量份；

壳单体40～50重量份；

乳化剂2～5重量份；

引发剂0.1～1重量份；

(2)将上述制备得到核壳聚合物粒子通过表面活性剂处理，处理方式为：将制备得到的核壳聚合物粒子与表面活性剂置于乙醇溶液中抽提煮沸2～3h，过滤烘干，待用；

(3)将表面活性剂处理过的核壳聚合物粒子加入到去离子水中制备得到水基核壳结构乳液，水基核壳结构乳液的固含量在40～60％之间。

3.如权利要求2所述的一种水基阻尼浆料，其特征在于：所述引发剂水溶液的浓度为1mol/L～2mol/L。

4.如权利要求2所述的一种水基阻尼浆料，其特征在于：通过壳单体用量控制壳的厚度控制在200～500nm。

5.如权利要求2所述的一种水基阻尼浆料，其特征在于：乳化剂为十二烷基硫酸钠或十二烷基苯磺酸钙；引发剂为过硫酸钾、过硫酸胺或过硫酸钠；pH调节剂为氨水或NaHCO₃。

6.如权利要求2所述的一种水基阻尼浆料，其特征在于：所述的表面活性剂为阴离子性的表面活性剂，具体为硬脂酸或十二烷基苯磺酸钠；表面活性剂的用量为核壳聚合物粒子重量的0.1～1％。

7.如权利要求1所述的一种水基阻尼浆料，其特征在于：所述有机覆盖剂为季铵盐型阳离子表面活性剂，添加量为有机膨润土重量的0.1～2％。

8.如权利要求1所述的一种水基阻尼浆料，其特征在于：所述的阻燃剂为环保型阻燃剂，具体为氢氧化镁和/或氢氧化铝。

9.如权利要求1所述的一种水基阻尼浆料的制备方法，其特征在于：制备过程如下：将表面改性膨润土、气相二氧化硅、纳米碳酸钙、硅灰石、云母片、石墨片、阻燃剂过筛，采用100～200目的筛子，将水基核壳结构乳液和抗霉菌助剂、消泡剂、增塑剂共混，搅拌均匀，将上述步骤过筛好的粉末加入到共混好的乳液中，采用机械搅拌的混合方式，常温，搅拌速度100～200r/min，加入去离子水，用表面改性膨润土作为增稠剂调节稠度，稠度调至8～10。