CN104004418A - 一种水性船用隔声阻尼涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种水性船用隔声阻尼涂料，以水性混合乳液为成膜物质，以无机填料为主要填料，加入涂料助剂，主要组分按照如下重量比例配比：30～55份具有互穿网络结构的水性苯丙乳液；30～60份无机填料；20～40份阻燃剂，本发明的水性船用隔声阻尼涂料经过水性混合乳液的配制，填料、助剂的加入与调漆制得；选用白云母粉为功能阻尼填料，重晶石粉为功能隔音填料。本发明具有以下优点：(1)具有很高的复合损耗因子和较大的隔音系数；(2)常温下能够快速干燥的性能；(3)对钢板附着力强；(4)阻燃性能好，满足装船使用要求；(5)钢板不会有生锈现象；(6)本产品具有良好的施工性能；(7)本产品无任何有害物质，是一款环保型的涂料。

Description

一种水性船用隔声阻尼涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种涂料及其制备方法，具体的说是一种水性船用隔声阻尼涂料，该涂料在常温下具有良好的隔音阻尼性能，主要适用于需要对船泊甲板进行减振降噪处理的技术领域。

背景技术

根据国际海事组织(IMO)提出的隔声船舶规范要求《船上噪声等级规则》，甲板阻尼涂料的开发和应用已成为甲板敷料发展必要条件，以满足居住处所之间的隔声要求。规则明确了不同处所的噪声级限值，包括从居住舱室到居住舱室的计权隔声指数为35，餐厅、娱乐室、公共处所和从娱乐区域到居住舱室和医疗室的计权隔声指数等于45等。由于船舶构造中这些位置现有结构均为钢板上面铺设甲板敷料，难以满足《船上噪声等级规则》的要求，因而必须要在甲板与敷料中间再铺设一层减振降噪的功能材料，才能更好地满足IMO提出的规则要求。

阻尼涂料能将固体机械振动能转变成为热能而使振动衰减下来，主要用于振动和噪声控制。常用聚合物作为阻尼材料，这是因为聚合物具有的粘弹性能，能将声波的机械振动能转换为热能释放出来，从而达到减小振幅、降低振动，已被广泛应用在汽车、火车、轮船、飞机、工程机械和其他家用电器领域，起到隔声、吸声和减振作用。为了得到一款性能优良的环保型阻尼涂料，近年来，广大研发人员进行了大量开发和探索。如中国专利一种多功能船用甲板降噪阻尼涂层及其制备方法(CN103031030A)、中国专利具有约束阻尼结构的环保型水性阻尼涂料及其使用方法(CN102585636A)、中国专利中温高性能水性阻尼涂料及制备方法(CN101693799B)、中国专利水性阻尼涂料及其制备方法(CN102337061A)、中国专利水性阻尼涂料(CN102558925A)、中国专利车辆用水性阻尼涂料(CN102408792B)、中国专利一种新型水性阻尼吸音涂料及其制备方法(CN102702900A)、中国专利一种建筑业隔音环保涂料及其制备方法(CN102888189A)、中国专利一种高固含量高阻尼性能的水性阻尼涂料(CN102850876A)、中国专利一种速干水性阻尼涂料(CN102850888A)、中国专利速干水性阻尼涂料的制备方法(CN102876170A)、中国专利一种高固含量高阻尼性能的水性阻尼涂料的制备方法(CN102850877A)、中国专利一种低温域水性阻尼涂料及其制备方法(CN101851452A)、中国专利一种高固含量水性阻尼涂料及其制备方法(CN101864227A)、中国专利一种高温域水性阻尼涂料及其制备方法(CN102408799A)、中国专利一种快干型水性阻尼涂料及其制备方法(CN101955711B)、中国专利一种具有高隔声、低密度的水性阻尼涂料及其制备方法(CN101041755B)、中国专利一种水性隔音阻尼涂料及其制备方法(CN101891990B)等等，这些方法均介绍了相关水性阻尼涂料的制备技术。尽管这些涂料均有较好的阻尼性能，但往往在隔音性能、施工性、阻燃性、干燥性、与甲板敷料间的粘合性等一项或多项性能上存在缺陷，无法满足船用材料的要求。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提出一种与甲板敷料紧密粘合的水性船用隔声阻尼涂料及其制备方法，将不同玻璃化温度的水性苯丙乳液共混，并调节乳液和填料的添加比例，可大大改善材料的在常温环境下的阻尼性能和隔音性能。此外，通过调整乳液、填料和涂料助剂的用量及其充分发挥它们之间的协同作用，使得制备的水性隔声阻尼涂料能够满足诸如不易着火等船用材料的使用要求。

为实现上述目的，本发明可通过以下技术方案予以解决：

一种水性船用隔声阻尼涂料，以水性乳液为成膜物质，以无机填料为填料，加入涂料助剂，水性船用隔声阻尼涂料的制备包括下列组分及按重量份数的含量：

作为本发明的进一步特征，所述的水性混合乳液具有互穿网络结构的乳液，固含量的质量百分比浓度为30～50％；所述白云母粉的粒度为40目到100目之间；所述重晶石粉的粒度为200目到500目之间；所述阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁和三氧化二锑中的至少一种与氧化铜的混合物，其组成的质量比为4：1～5：1；所述分散剂为聚羧酸钠盐分散剂；所述润湿剂为硅醇类非离子表面活性剂；所述消泡剂为水性消泡剂，其成分包括疏水成分、脂肪族矿油及乳化剂；所述防霉剂为四氯间苯二腈；所述增稠剂为碱溶胀型增稠剂和非离子聚氨酯缔合型增稠剂中至少一种；所述防冻剂为乙二醇；所述成膜助剂为2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯；所述防闪锈剂为脂肪酸盐；所述多功能助剂为2-氨基-2-甲基-1-丙醇。

为实现上述目的，本发明还提出一种制备权利要求1所述的水性船用隔声阻尼涂料的方法，包括以下步骤：

(1)水性混合乳液的配制：

在常温下，将不同玻璃化转变温度的水性互穿网络的苯丙乳液混合均匀，获得水性混合乳液；

(2)填料、助剂的加入与调漆：

将无机填料、阻燃剂按照重量配比加入上步配制的水性混合乳液中，然后加入总使用量30～50％的分散剂、消泡剂、润湿剂，经搅拌混合后，再加入剩下的分散剂、消泡剂、润湿剂，以及防冻剂、防霉剂、成膜助剂、防闪锈剂、多功能助剂，最后用增稠剂调节稠度，制得水性船用隔声阻尼涂料。

作为本发明的进一步特征，所述无机填料为白云母粉、重晶石粉。

本发明的水性船用隔声阻尼涂料采用具有互穿网络结构的水性乳液为主剂，以白云母粉和重晶石粉为填料，通过调节不同玻璃化温度的互穿网络水性乳液添加量和添加比例，改变涂料在常温下的阻尼性能和阻尼温域，大大改善其在常温环境下的阻尼性能。

填料是构成隔声阻尼涂料的重要组成部分，填料填充于粘弹性的高分子体系，一方面它占据了高分子链段堆砌的空间，会降低低温区的阻尼值；另一方面，在玻璃化转变区，填料与聚合物及填料的摩擦作用随着分子运动而加剧，从而提高材料的阻尼值。根据单层均质构件在不同频率下隔声量的影响规律，构件的振动速度主要受到惯性质量的控制，即构件的面密度越大，其惯性阻尼也越大，也就不易振动，隔声量也越大。因而，在水性船用隔声阻尼涂料中，其中的惯性负载比例越高，材料的隔声量就越大。本发明制备的水性船用隔声阻尼涂料，是通过调整白云母粉和重晶石粉添加量和添加比例，有效改善了材料在常温环境下的隔音性能。同时，由白云母粉、重晶石粉、无机阻燃剂、水性混合乳液为主要成份组成的水性船用隔声阻尼涂料干燥成膜后，与以轻质无机骨料和水泥为主料的敷料层间会产生很强的粘合力，有利提高整个施工系统的隔声减振效果。

本发明的水性船用隔声阻尼涂料具有以下优点：

(1)阻燃性能好，满足装船使用要求。产品已经远东防火中心检测，该阻尼涂层符合表面材料可燃性要求，由于热释放总量和热释放速率峰值低于规范指标，则烟气和毒性试验免于进一步试验。这一试验的成功，为实际装船使用奠定了基础；

(2)具有很高的复合损耗因子和较大的隔音系数。涂料是由有较高阻尼性能的、具有互穿网络结构的水性苯丙乳液作为成膜物质，选用白云母粉为功能阻尼填料，同时加入较大比例的重晶石粉为功能隔音填料。通过调整乳液、白云母粉和重晶石粉的用量和比例，得到一款既有较好阻尼，又有较高隔音性能的水性涂料。产品经同济大学声学所按GB/T16406-1996的测试结果表明，常温下材料损耗因素tanσ平均达到0.47，平均的复合损耗因子η_C达到了0.197，说明此款涂料具有很高的阻尼性能；

(3)常温下能够快速干燥。在配制涂料时，成膜助剂和防冻剂等较难干燥的材料的用量已经降到最低，特别是本款功能涂料的含固量很高，且无机填料的目数较小，这些措施均有利于加快水性船用隔声阻尼涂料施涂后常温环境下的干燥速度；

(4)对钢板和表料的附着力强。涂料中有润湿剂、分散剂、消泡剂和成膜助剂等涂料助剂，保证水性船用隔声阻尼涂料，能快速浸润钢板，得到较为密实的涂层。最为重要的是，涂料中含有较大比例的水性苯丙乳液，这样得到的涂层对钢板附着力很强；同时，较大比例的无机填料和阻燃剂，确保成膜后与甲板敷料的紧密粘合。产品已经上海市质量监督检验技术研究院测试，钢板粘结后平均拉伸强度高达0.43Mpa，说明本款水性船用隔声阻尼涂料对钢板有很强的粘结力；

(5)钢板不会出现生锈现象。涂料中加入了防闪锈剂，在施工时钢板不会出现闪锈现象。涂层干燥后非常厚实，可杜绝空气和水份对之渗透，因而在施工和使用过程中，钢板不会存在铁锈现象；

(6)本产品具有良好的施工性能，不会出现粘批刀现象。

(7)本产品为水性涂料。在配制涂料时未加入任何有毒有害物质，因而本款水性船用隔声阻尼涂料是一款环保型产品。此外，本款水性船用隔声阻尼涂料中加入了很大比例的无机阻燃剂，同时阻燃剂中含有氧化铜，这样使之具有不易着火性，符合IMO2010FTP规则中第五部分不易着火和烟气与毒性的要求。

具体实施方式

以下仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。

实施例1

本实施例的常温域水性船用隔声阻尼涂料，主要组分按照如下重量比例配比：40份水性乳液；4份粒度为40目的白云母粉；6份粒度为100目的白云母粉；25份粒度为325目的重晶石粉；20份氢氧化铝；5份氧化铜；

1.5份Taxanol成膜助剂，本发明中所用Taxanol成膜助剂来源于美国伊士曼公司。

制备本实施例的常温水性船用隔声阻尼涂料的方法，包括以下步骤：

(1)水性乳液的配制：

在常温下，将30份玻璃化温度为10℃的水性苯丙乳液与10份玻璃化温度为40℃的水性乳液混合均匀，搅拌混合均匀后获得水性乳液；

(2)填料、助剂的加入：

将白云母粉、重晶石粉、氢氧化铝、氧化铜按照上述的重量配比加入步骤(1)中已配制好的水性乳液中，然后加入水性分散剂0.4份、水性消泡剂0.4份、水性润湿剂0.2份，经高速搅拌混合均匀；

(3)调漆：

往上述溶液中加入1.5份Taxanol成膜助剂、0.4份水性分散剂、0.5份水性消泡剂，加入适量的防闪锈剂、多功能助剂、防冻剂和防霉剂，经低速搅拌混合均匀，最后用增稠剂调节稠度，即获得水性船用隔声阻尼涂料。

参照IMO2010FTP Code Part2、IMO2010FTP Code Part5、GB/T16406-1996、GB/T1728-89、GB/T1749-1979、GB/T19889.10-2006、IMO MSC.282(86)有关修正案的要求，分别对制得的水性船用隔声阻尼涂料的可燃性、烟气及毒性、损耗因数(常温)、干燥时间、稠度、隔声量、无石棉测限进行测试，以及钢板粘接后拉伸强度进行测试。测试结果为涂层符合船用表面材料的可燃性要求，烟雾少，损耗因数(常温)为0.47tanδt，表干时间(常温)为6小时，实干时间(常温)为30小时，稠度为11cm，无石棉，隔声加权指数为20dB，拉伸强度为0.44Mpa。

实施例2

本实施例的常温域水性船用隔声阻尼涂料，主要组分按照如下重量比例配比：50份水性乳液；6份粒度为40目的白云母粉；18份粒度为200目的重晶石粉；15份氢氧化铝；10份三氧化二锑；6份氧化铜；2.5份Taxanol成膜助剂，本发明中所用Taxanol成膜助剂来源于美国伊士曼公司。

制备本实施例的常温水性船用隔声阻尼涂料的方法，包括以下步骤：

(1)水性乳液的配制：

在常温下，将35份玻璃化温度为10℃的水性苯丙乳液与15份玻璃化温度为40℃的水性乳液混合均匀，搅拌混合均匀后获得水性乳液；

(2)填料、助剂的加入：

将白云母粉、重晶石粉、氢氧化铝、三氧化二锑、氧化铜按照上述的重量配比加入步骤(1)中已配制好的水性乳液中，然后加入水性分散剂0.3份、水性消泡剂0.5份、水性润湿剂0.2份，经高速搅拌混合均匀；

(3)调漆：

往上述溶液中加入2.5份Taxanol成膜助剂、0.4份水性分散剂、0.5份水性消泡剂，加入适量的防闪锈剂、多功能助剂、防冻剂和防霉剂，经低速搅拌混合均匀，最后用增稠剂调节稠度，即获得水性船用隔声阻尼涂料。

参照IMO2010FTP Code Part2、IMO2010FTP Code Part5、GB/T16406-1996、GB/T1728-89、GB/T1749-1979、GB/T19889.10—2006、IMO MSC.282(86)有关修正案的要求，分别对制得的水性船用隔声阻尼涂料的可燃性、烟气及毒性、损耗因数(常温)、干燥时间、稠度、隔声量、无石棉测限进行测试，以及钢板粘接后拉伸强度进行测试。测试结果为涂层符合船用表面材料的可燃性要求，烟雾少，损耗因数(常温)为0.51tanδt，表干时间(常温)为7小时，实干时间(常温)为32小时，稠度为11cm，无石棉，隔声加权指数为18dB，拉伸强度为0.46Mpa。

实施例3

本实施例的常温域水性船用隔声阻尼涂料，主要组分按照如下重量比例配比：40份水性乳液；4份粒度为40目的白云母粉；6份粒度为100目的白云母粉；26份粒度为325目的重晶石粉；10份氢氧化铝；10份氢氧化镁；4份氧化铜；1.2份Taxanol成膜助剂，本发明中所用Taxanol成膜助剂来源于美国伊士曼公司。

制备本实施例的常温水性船用隔声阻尼涂料的方法，包括以下步骤：

(1)水性乳液的配制：

在常温下，将25份玻璃化温度为5℃的水性苯丙乳液与15份玻璃化温度为45℃的水性乳液混合均匀，搅拌混合均匀后获得水性乳液；

(2)填料、助剂的加入：

将白云母粉、重晶石粉、氢氧化铝、氢氧化镁、氧化铜按照上述的重量配比加入步骤(1)中已配制好的水性乳液中，然后加入水性分散剂0.4份、水性消泡剂0.4份、水性润湿剂0.2份，经高速搅拌混合均匀；

(3)调漆：

往上述溶液中加入1.2份Taxanol成膜助剂、0.4份水性分散剂、0.5份水性消泡剂，加入适量的防闪锈剂、多功能助剂、防冻剂和防霉剂，经低速搅拌混合均匀，最后用增稠剂调节稠度，即获得水性船用隔声阻尼涂料。

参照IMO2010FTP Code Part2、IMO2010FTP Code Part5、GB/T16406-1996、GB/T1728-89、GB/T1749-1979、GB/T19889.10—2006、IMO MSC.282(86)有关修正案的要求，分别对制得的水性船用隔声阻尼涂料的可燃性、烟气及毒性、损耗因数(常温)、干燥时间、稠度、隔声量、无石棉测限进行测试，以及钢板粘接后拉伸强度进行测试。测试结果为涂层符合船用表面材料的可燃性要求，烟雾少，损耗因数(常温)为0.45tanδt，表干时间(常温)为7小时，实干时间(常温)为31小时，稠度为11cm，无石棉，隔声加权指数为21dB，拉伸强度为0.46Mpa。

实施例4

本实施例的常温域水性船用隔声阻尼涂料，主要组分按照如下重量比例配比：45份水性乳液；3份粒度为40目的白云母粉；5份粒度为100目的白云母粉；20份粒度为500目的重晶石粉；23份氢氧化铝；6份氧化铜；2份Taxanol成膜助剂，本发明中所用Taxanol成膜助剂来源于美国伊士曼公司。

制备本实施例的常温水性船用隔声阻尼涂料的方法，包括以下步骤：

(1)水性乳液的配制：

在常温下，将25份玻璃化温度为10℃的水性苯丙乳液与15份玻璃化温度为40℃的水性乳液混合均匀，搅拌混合均匀后获得水性乳液；

(2)填料、助剂的加入：

将白云母粉、重晶石粉、氢氧化铝、氧化铜按照上述的重量配比加入步骤(1)中已配制好的水性乳液中，然后加入水性分散剂0.4份、水性消泡剂0.5份、水性润湿剂0.2份，经高速搅拌混合均匀；

(3)调漆：

往上述溶液中加入2份Taxanol成膜助剂、0.4份水性分散剂、0.5份水性消泡剂，加入适量的防闪锈剂、多功能助剂、防冻剂和防霉剂，经低速搅拌混合均匀，最后用增稠剂调节稠度，即获得水性船用隔声阻尼涂料。

参照IMO2010FTP Code Part2、IMO2010FTP Code Part5、GB/T16406-1996、GB/T1728-89、GB/T1749-1979、GB/T19889.10—2006、IMO MSC.282(86)有关修正案的要求，分别对制得的水性船用隔声阻尼涂料的可燃性、烟气及毒性、损耗因数(常温)、干燥时间、稠度、隔声量、无石棉测限进行测试，以及钢板粘接后拉伸强度进行测试。测试结果为涂层符合船用表面材料的可燃性要求，烟雾少，损耗因数(常温)为0.45tanδt，表干时间(常温)为7小时，实干时间(常温)为32小时，稠度为11cm，无石棉，隔声加权指数为18dB，拉伸强度为0.43Mpa。

实施例5

本实施的例常温域水性船用隔声阻尼涂料，主要组分按照如下重量比例配比：30份水性乳液；6份粒度为40目的白云母粉；10份粒度为100目的白云母粉；33份粒度为500目的重晶石粉；10份氢氧化铝；5份三氧化二锑；4份氧化铜；1份Taxanol成膜助剂，本发明中所用Taxanol成膜助剂来源于美国伊士曼公司。

制备本实施例的常温水性船用隔声阻尼涂料的方法，包括以下步骤：

(1)水性乳液的配制：

在常温下，将25份玻璃化温度为10℃的水性苯丙乳液与5份玻璃化温度为40℃的水性乳液混合均匀，搅拌混合均匀后获得水性乳液；

(2)填料、助剂的加入：

将白云母粉、重晶石粉、氢氧化铝、三氧化二锑、氧化铜按照上述的重量配比加入步骤(1)中已配制好的水性乳液中，然后加入水性分散剂0.5份、水性消泡剂0.3份、水性润湿剂0.3份，经高速搅拌混合均匀；

(3)调漆：

往上述溶液中加入1份Taxanol成膜助剂、0.5份水性分散剂、0.5份水性消泡剂，加入适量的防闪锈剂、多功能助剂、防冻剂和防霉剂，经低速搅拌混合均匀，最后用增稠剂调节稠度，即获得水性船用隔声阻尼涂料。

参照IMO2010FTP Code Part2、IMO2010FTP Code Part5、GB/T16406-1996、GB/T1728-89、GB/T1749-1979、GB/T19889.10—2006、IMO MSC.282(86)有关修正案的要求，分别对制得的水性船用隔声阻尼涂料的可燃性、烟气及毒性、损耗因数(常温)、干燥时间、稠度、隔声量、无石棉测限进行测试，以及钢板粘接后拉伸强度进行测试。测试结果为涂层符合船用表面材料的可燃性要求，烟雾少，损耗因数(常温)为0.42tanδt，表干时间(常温)为5小时，实干时间(常温)为28小时，稠度为11cm，无石棉，隔声加权指数为23dB，拉伸强度为0.41Mpa。

但是，上述的具体实施方式只是示例性的，是为了更好的使本领域技术人员能够理解本专利，不能理解为是对本专利包括范围的限制；只要是根据本专利所揭示精神的所作的任何等同变更或修饰，均落入本专利包括的范围。

Claims (7)

1.一种水性船用隔声阻尼涂料，其以水性混合乳液为成膜物质，以无机填料为填料，加入涂料助剂，其特征在于：包括下列组分及按重量份数的含量： 

。

2.根据权利要求1所述的水性船用隔声阻尼涂料，其特征在于：其所述的水性混合乳液具有互穿网络结构的乳液，固含量的质量百分比浓度为30～50％。 

3.根据权利要求1所述的水性船用隔声阻尼涂料，其特征在于：所述白云母粉的粒度为40目到100目之间；所述重晶石粉的粒度为200目到500目之间。 

4.根据权利要求1所述的水性船用隔声阻尼涂料，其特征在于：所述阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁和三氧化二锑中的至少一种与氧化铜的混合物，其组成的质量比为4：1～5：1。 

5.根据权利要求1所述的水性船用隔声阻尼涂料，其特征在于：所述分散剂为聚羧酸钠盐分散剂；所述润湿剂为硅醇类非离子表面活性剂；所述消泡剂为水性消泡剂，其成分包括疏水成分、脂肪族矿油及乳化剂；所述防霉剂为四氯间苯二腈；所述增稠剂为碱溶胀型增稠剂和非离子聚氨酯缔合型增稠剂中至少一种；所述防冻剂为乙二醇；所述成膜助剂为2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯；所述防闪锈剂为脂肪酸盐；所述多功能助剂为2-氨基-2-甲基-1-丙醇。 

6.制备权利要求1所述的水性船用隔声阻尼涂料的方法，其特征在于：包括以下步骤： 

(1)水性混合乳液的配制： 

在常温下，将不同玻璃化转变温度的水性互穿网络的苯丙乳液混合均匀，获得水性混合乳液； 

(2)填料、助剂的加入与调漆： 

将无机填料、阻燃剂按照重量配比加入上步配制的水性混合乳液中， 然后加入总使用量30～50％的分散剂、消泡剂、润湿剂，经搅拌混合后，再加入剩下的分散剂、消泡剂、润湿剂，以及防冻剂、防霉剂、成膜助剂、防闪锈剂、多功能助剂，最后用增稠剂调节稠度，制得水性船用隔声阻尼涂料。 

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述无机填料为白云母粉、重晶石粉。