CN103980771B - 一种纳米改性的水基多功能吸音涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纳米改性的水基多功能吸音涂料及其制备方法，按重量份数由乳液28-38份、颜料2-10份、填料30-45份、水15-25份、阻燃剂4-8份、助剂2.25-5.43份组成。本发明通过优化涂料体系结构，对聚合物和填料进行一定的精选、改性和配比，使之不仅确保基本的力学性能和吸音功能，同时具备保温、防潮、防火、耐老化、抗污、杀菌、净化空气等诸多高价值使用性能，特别适合室内等环保要求较高的场合。

Description

一种纳米改性的水基多功能吸音涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种建筑涂料及其制备方法，具体涉及一种多功能吸音涂料及其制备方法。

背景技术

很多建筑物空间在未经表面处理时，结构刚性表面对声音的多次反射会造成内部空间声波相互干扰，增加了室内噪声声压级，特别是建筑大空间，声反射的影响造成室内混响太大，影响正常的语言交流和听觉享受。所以在很多场合，如KTV，酒吧，音乐厅，影剧院、体育馆、录音播音室、会议室、报告厅、多功能礼堂、家庭影音室等需要对室内空间墙体表面做吸音处理，通过调节室内的混响时间、反射声序列时空结构和噪声级来保证受众的对音质的要求。传统吸音方法一般是包覆吸音棉，吸音板等材料，涂料行业也有吸音涂料的研发和销售。市场上较为环保的吸音涂料主要是以水性成膜聚合物复合功能性填料制备而成。

中国发明专利ZL200710028446.5《一种轻质吸音涂料及其制备方法》和中国发明专利ZL201010192669.7《一种静音环保涂料及其制备方法》相似，都是将颜料加入到预制的增稠胶状溶液中高速分散，此法不利于颜料和后续填料的均匀分散，容易发生团聚，产生气泡；成品的吸声系数中等或偏下水平，其耐候、防潮、抗污等性能未见提升手段；

申请号为201210152607.2《一种新型水性阻尼吸音涂料及其制备方法》申请公开的发明专利从其配方结构分析，所使用的填料皆为片状或不定形实质地结构，工艺和实际施工也无可预见的发泡技术，若聚合物基料选择得当，体系凝固后将形成致密的涂层，或具备一定的声能阻尼损耗作用，但从配方和工艺上分析，不能看出这种结构对抑制声音反射具有明显优势，而作为吸声材料，首先要解决的就是削弱反射声。故此发明申请在吸声材料定义或吸音理论上支撑不足，所公布的吸声系数高也值得商榷；

中国发明专利ZL201110107485.0《一种吸音涂料及其制备方法》涉及一种双组份涂料，施工使用时略显复杂；甲组份主要吸音功能填料海泡石由蛇纹岩蚀变而来，而蛇纹岩又是石棉的主要成分，因而很难将石棉彻底分离，具有一定的环保威胁，同时，海泡石吸水性很强，在成膜物质的封堵下，水分缓释影响涂料干燥速度；乙组分里使用聚苯发泡颗粒在受热或燃烧时会释放有害气体，亦存在环保威胁。

发明内容

本发明的目的就是要解决以上问题，提供了一种纳米改性的水基多功能吸音涂料及其制备方法，除了保证高降噪系数的吸音性能以外，通过合理组合应用有机物基料及无机填料的选型和改性，不仅提高体系的粘结性能，还具备保温、防潮、防火、抗污、耐老化、杀菌、净化空气等诸多高价值使用性能。

为了达到本发明的目的，本发明技术方案如下：一种纳米改性的水基多功能吸音涂料，其特点是：按重量份数由乳液28—38份、颜料2—10份、填料30—45份、水15—25份、阻燃剂4—8份、助剂2.25—5.43份组成。

所述乳液为苯丙乳液、纯丙乳液、硅丙乳液、水性氟碳乳液之中的任意一种或几种混合物；所述乳液可以是普通高分子链结构、核壳型结构、互穿网络型穿插网状结构之中的任意一种。

所述颜料以白色系钛白粉为代表，可选其他色系填料。

所述填料为珍珠岩、无机纤维、空心玻璃微珠(漂珠型)，三者重量份分别占填料总量的50％—80％、5％—40％、5％—15％。

所述珍珠岩为50目—140目开孔膨胀珍珠岩。

所述无机纤维为纤维直径≤30μm、长径比为100:1—10:1的玻璃纤维、陶瓷纤维、石膏纤维等纤维结构无机粉料中的一种或几种混合。

所述空心玻璃微珠为粒径100目—600目轻质空心玻璃微珠，所述空心玻璃微珠是按照中国专利ZL200810127094.3方法预处理，对其表面包覆纳米二氧化钛改性的轻质空心玻璃微珠(俗称漂珠)。

所述阻燃剂为P-C-N组合型阻燃剂、硼酸锌、氢氧化镁、氢氧化铝之中的任意一种或混合物，所述P-C-N组合型阻燃剂是指聚磷酸铵-季戊四醇-三聚氰胺的混合物。

所述助剂包括分散剂0.3—0.6份、润湿剂0.3—0.6份、纳米改性剂0.08—0.3份、消泡剂0.4—0.8份、杀菌防霉剂0.05—0.2份、成膜助剂0.45—1.83份、增稠剂0.1—0.5份、pH值调节剂适量；所述分散剂为聚羧酸铵盐或钠盐分散剂；所述润湿剂为Hydropalat885；所述的纳米改性剂为纳米二氧化硅经过中国发明专利ZL200910063398.2的方法表面包覆纳米二氧化钛而制成的复合纳米材料；所述消泡剂为矿物油或有机硅消泡剂，因填料多为多孔和纤维结构，易产生和存储较多气泡，故应选择消泡效果好的多类型复合消泡剂、分子级消泡剂等；所述杀菌防霉剂为广谱杀菌类异噻唑啉-3-酮、4，5-二氯-N-辛基-4-异噻唑啉-3-酮、2-正辛基-4-异噻唑啉-3-酮之中的一种或其混合物；所述成膜助剂为2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯、DBE两者之中根据乳液适用性选用一种；所述增稠剂为羟乙基纤维素增稠剂；所述pH值调节剂为2-氨基-2-甲基-1-丙醇。

所述配方总重量以100份计。

一种纳米改性的水基多功能吸音涂料的制备方法，其特点是：方法如下：

1、在分散搅拌设备中投入配方量的乳液，一半的分散剂、润湿剂、三分之一的消泡剂和全部的杀菌防霉剂，以300r/min—500r/min的速度分散搅拌10—15分钟，缓慢加入全部的所述纳米改性剂，继续以600r/min—1000r/min的转速分散搅拌并适量加入pH值调节剂使体系pH值为8—9，分散搅拌20—30分钟，制得改性乳液A；

2、取一半配方量的水，在300—500r/min转速下加入三分之一的消泡剂、剩余分散剂、润湿剂分散搅拌10—15分钟，筛入全部的颜料和阻燃剂，逐步提高转速到1200r/min—1500r/min，高速分散20—30分钟；降低转速到500r/min—600r/min，低速分2—3次加入珍珠岩和无机纤维填料，每次填料充分润湿后加入下一部分填料，并观察，视润湿情况不佳时加入改性乳液A、成膜助剂、剩余消泡剂，乳液A和成膜助剂可分次与填料交替加入，以保证填料的充分润湿和分散以及成膜助剂的均匀分布；最后加入经表面改性的轻质空心玻璃微珠，保持或适当降低100r/min—150r/min的转速继续搅拌20—30分钟，加入剩余的水和配方量的增稠剂均匀混合溶解液，搅拌均匀后制得成品。

所述制备方法中，调节体系pH值是为了体系稳定、存储和发挥助剂最佳功效等的考虑；

所述制备方法中，填料、乳液、消泡剂分次加入是基于填料密度小，体积大，不易润湿和分散，易产生较多气泡而考虑；

所述制备方法中，空心玻璃微珠在最后阶段加入是基于空心玻璃微珠为薄壁结构，分散搅拌时易破壁而失去效果；

所述制备方法中，最后阶段加入增稠剂的水溶液是考虑到羟乙基纤维素在pH值增大时将变粘稠，若前期加入，会增大填料的分散难度，而最后阶段加入可尽量避免这种障碍，另外，pH值增大有助于增稠剂的充分、均匀溶解，发挥更好的增稠和保水润湿功能。

本发明与现有技术相比，具有的有益效果：

1、通过优化涂料体系结构，对聚合物和填料进行一定的精选、改性和配比，使之不仅确保基本的力学性能和吸音功能，同时具备保温、防潮、防火、耐老化、抗污、杀菌、净化空气等诸多高价值使用性能，特别适合室内等环保要求较高的场合。

2、选用综合性能较好的丙烯酸酯类乳液或氟碳乳液，并对乳液进行纳米材料改性，使之具备更好的粘结、耐水、耐候等性能，而纳米材料则是选用纳米二氧化硅包覆纳米二氧化钛的复合纳米材料，而此种包覆工艺后的纳米二氧化钛材料既克服了表面能大难分散、易团聚的缺点，又使得被改性物具有纳米二氧化钛杰出的光触媒和耐光老化优点。

3、选用填料上，以开孔膨胀珍珠岩为填料主体，利用其开孔多隙、吸湿性小、耐高温、不燃性等特点，满足涂料的吸音、保温、防火需求；无机纤维填料具备纤维结构，耐高温、保温性能优越，纤维结构在涂料体系中起到搭接桥梁作用，增加孔隙率、吸音效果以及粘结强度；空心玻璃微珠在本发明配方里有其特殊功能，该填料在多类保温、隔音吸音材料里应用较多，而这只是本发明专利利用的特点之一，另一个重要的作用是，利用轻质空心玻璃微珠的密度小、表面呈球状光滑摩擦小的特点，涂料在使用、涂布时易浮在较外侧、大粒径填料间隙之间或涂料表层，其作用是因需对空心玻璃微珠表面进行预处理工艺，即对空心玻璃微珠表面用纳米二氧化钛进行化学包覆，与聚合物基料的纳米改性材料一起，使整个涂料具备高性能的杀菌、净化空气、抗紫外线、耐光老化等光触媒效应。

4、本发明的聚合物基料是经过纳米材料改性的水性乳液，本发明为水基非有机溶剂制品，对环境友好，是环保型产品，适合环保要求较高的场合；具有较高的吸音性能，适合对吸音要求较高的场合。

具体实施方式

结合具体的实施例对本发明作进一步说明，需要指出的是，以下所列实施例是为了详细说明本发明，而不是对本发明范围的限制；所有实施例中给出的配方量为重量分数。

实施例一

按如下配方配料：

总重量份100份

制备方法如下：

1、在分散搅拌设备中投入配方量的乳液，一半的分散剂、润湿剂、三分之一的消泡剂和全部的杀菌防霉剂，以300r/min—500r/min的速度分散搅拌10—15分钟，缓慢加入全部的所述纳米改性剂，继续以600r/min—1000r/min的转速分散搅拌并缓慢加入pH值调节剂使体系pH值为8—9，分散搅拌20—30分钟，制得改性乳液A。

2、取一半配方量的水，在300—500r/min转速下加入三分之一的消泡剂、剩余分散剂、润湿剂分散搅拌10—15分钟，筛入全部的颜料和阻燃剂，逐步提高转速到1200r/min—1500r/min，高速分散20—30分钟；降低转速到500r/min—600r/min，慢速分2—3次加入珍珠岩和无机纤维填料，每次填料充分润湿后加入下一部分填料，并观察，视润湿情况不佳时加入改性乳液A、成膜助剂和剩余消泡剂，乳液A和成膜助剂可分次与填料交替加入，以保证填料的充分润湿和分散以及成膜助剂的均匀分布。最后加入经表面改性的空心玻璃微珠，保持或适当降低100r/min—150r/min的转速继续搅拌20—30分钟，加入剩余的水和配方量的增稠剂的均匀混合溶解液，搅拌均匀后制得成品。

按如上方法制得的成品比重较低，力学性能优越，并具备出色的保温、防潮、防火、耐老化、抗污、杀菌、净化空气等效果。

根据GB/T20247-2006《声学混响室吸声测量》标准要求，测得该制品吸声系数为0.75。

实施例二

按如下配方配料：

总质量份100份

制备方法同实施例一

所制得的成品比重较低，力学性能优越，并具备出色的保温、防潮、防火、耐老化、抗污、杀菌、净化空气等效果。

根据GB/T20247-2006《声学混响室吸声测量》标准要求，测得该制品吸声系数为0.65。

实施例三

按如下配方配料：

总质量份100份

制备方法同实施例1

所制得的成品具有优异的耐水、耐候、耐油污等性能，同时力学性能也非常出色，并兼具环保、保温、耐老化、防火、杀菌、净化空气等高价值性能。

根据GB/T20247-2006《声学混响室吸声测量》标准要求，测得该制品吸声系数为0.80。

所述对聚合物基料进行改性的纳米材料是按照中国发明专利ZL200910063398.2方法预先经过表面包覆纳米二氧化钛的纳米二氧化硅，使用纳米二氧化硅表面包覆纳米二氧化钛的复合纳米材料，该材料同时兼备纳米二氧化硅的较好分散性、改性后的耐水、抗污、力学增强等特性和纳米二氧化钛出色的光触媒性能，又避免了单纯使用纳米二氧化钛因其表面能大，亲水疏油而难以分散又极易团聚的弊端。

使用轻质空心玻璃微珠是充分利用其密度小、保温、声损大的优势，对其按照中国专利ZL200810127094.3方法预先进行表面包覆纳米二氧化钛工艺，表面改性后的该材料与经过改性的聚合物基料协同提升整个涂料体系的光催化性能，能在太阳光、荧光灯光的照射下起到氧化、分解空气中的有机物，杀菌净化空气的功效，同时纳米二氧化钛本身不会损耗。

填料组合原则的核心是：多孔轻质材料+纤维材料+轻质球状材料，且都为不燃级材料。多孔轻质材料是吸声的基础；利用纤维材料的结构特点弥补多孔轻质材料粒径较粗，粒间间隙较大的缺陷，在大粒子填料间的聚合物中分散形成微小纤维多隙结构，并在整个体系里作为桥梁作用而保持体系的功能均衡；轻质空心材料是利用其保温、声损耗特性和比重小、球面光洁易浮的结构特点，通过纳米改性，最大化地利用纳米二氧化钛的优异特殊性能。

聚合物基料的不同类型选择也对成品理化指标有较大影响，就耐水、耐老化、抗污性能方面而言，氟碳乳液表现优异，硅丙乳液次之，苯丙和纯丙乳液差距不大。就力学性能而言，氟碳乳液和硅丙乳液表现出对各种不同材料的良好粘接性能。

聚合物基料的玻璃化温度根据实际使用温区特点可做优化性选择，一般优选Tg在15℃—35℃区间，但亦可根据长期实际使用温度的高、低而选择较高或较低Tg的聚合物；有所区别的是，针对水性氟碳乳液，因其硬度较高，应共混或直接使用低Tg特别是Tg低于0℃的弹性共聚物。

基于体系组成和工艺特点，生产设备优选具备可调速分散、搅拌器，带投料口、观察口和抽真空装置。

本发明所述纳米改性的水基多功能吸音涂料的颜色可多样化，只需改变颜料的类型和加入量即可实现；

加入适量低冰点物质可预见并实际提升本发明所述涂料的耐低温性能，用于低温环境下的稳定储存；

本发明所述基料和填料的纳米材料预处理方法不限于所参照的专利方法，重点是使用了表面包覆纳米二氧化钛的工艺规律。故通过其他表面包覆/改性方法实现对基料和(或)填料的成功改性皆可实现同类改性行为在涂料中的功效。

通过使用更先进或科学的乳液聚合/合成方法得到的乳液基料有助于乳液的综合性能提高，如通过制备核壳结构、LIPN互穿网络型结构的方法制得的乳液有利于性能的进一步提升。

Claims (2)

1.一种纳米改性的水基多功能吸音涂料，其特征在于：按重量份数由乳液28～38份、颜料2～10份、填料30～45份、水15～25份、阻燃剂4～8份、助剂2.25～5.43份组成；

所述乳液为苯丙乳液、纯丙乳液、硅丙乳液、水性氟碳乳液之中的任意一种或几种混合物；所述乳液可以是普通高分子链结构、核壳型结构、互穿网络型穿插网状结构之中的任意一种；

所述颜料以白色系钛白粉为代表，可选其他色系填料；

所述填料为珍珠岩、无机纤维、空心玻璃微珠（漂珠型），三者重量份分别占填料总量的50%～80%、5%～40%、5%～15%；

所述珍珠岩为50目～140目开孔膨胀珍珠岩；

所述无机纤维为纤维直径≤30μm、长径比为100:1～10:1的玻璃纤维、陶瓷纤维、石膏纤维这三种纤维结构无机粉料中的一种或几种混合；

所述空心玻璃微珠是对其为表面包覆纳米二氧化钛改性的，粒径100目～600目轻质空心玻璃微珠；

所述阻燃剂为P-C-N组合型阻燃剂、硼酸锌、氢氧化镁、氢氧化铝之中的任意一种或混合物，所述P-C-N组合型阻燃剂是指聚磷酸铵-季戊四醇-三聚氰胺的混合物；

所述助剂包括分散剂0.3～0.6份、润湿剂0.3～0.6份、纳米改性剂0.08～0.3份、消泡剂0.4～0.8份、杀菌防霉剂0.05～0.2份、成膜助剂0.45～1.83份、增稠剂0.1～0.5份、pH值调节剂适量；所述分散剂为聚羧酸铵盐或钠盐分散剂；所述润湿剂为Hydropalat885；所述的纳米改性剂为纳米二氧化硅表面包覆纳米二氧化钛而制成的复合纳米材料；所述消泡剂为矿物油或有机硅消泡剂；所述杀菌防霉剂为广谱杀菌类异噻唑啉-3-酮、4，5-二氯-N-辛基-4-异噻唑啉-3-酮、2-正辛基-4-异噻唑啉-3-酮之中的一种或其混合物；所述成膜助剂为2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯、DBE两者之中根据乳液适用性选用一种；所述增稠剂为羟乙基纤维素增稠剂；所述pH值调节剂为2-氨基-2-甲基-1-丙醇。

2.一种如权利要求1所述的纳米改性的水基多功能吸音涂料的制备方法，其特征在于：制备方法如下：

（1）、在分散搅拌设备中投入配方量的乳液，一半的分散剂，润湿剂、三分之一的消泡剂和全部的杀菌防霉剂，以300r/min～500r/min的速度分散搅拌10～15分钟，缓慢加入全部的所述纳米改性剂，继续以600r/min～1000r/min的转速分散搅拌并适量加入pH值调节剂使体系pH值为8～9，分散搅拌20～30分钟，制得改性乳液A；

（2）、取一半配方量的水，在300～500r/min转速下加入三分之一的消泡剂、剩余分散剂、润湿剂分散搅拌10～15分钟，筛入全部的颜料和阻燃剂，逐步提高转速到1200r/min～1500r/min，高速分散20～30分钟；降低转速到500r/min～600r/min，低速分2～3次加入珍珠岩和无机纤维填料，每次填料充分润湿后加入下一部分填料，并观察，视润湿情况不佳时加入改性乳液A、成膜助剂、剩余消泡剂，乳液A和成膜助剂可分次与填料交替加入，以保证填料的充分润湿和分散以及成膜助剂的均匀分布；最后加入经表面改性的轻质空心玻璃微珠，保持或适当降低到100r/min～150r/min的转速继续搅拌20～30分钟，加入剩余的水和配方量的增稠剂均匀混合溶解液，搅拌均匀后制得成品。