CN104789107A - 一种水性聚氨酯隔热吸音涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种水性聚氨酯隔热吸音涂料及其制备方法，该涂料包括聚氨酯预聚体、N-羟甲基丙烯酰胺、邻苯二甲酸二丁酯、锆-铝酸酯类偶联剂、金红石型钛白粉、甲基硅油、混合溶剂和吸音材料，其制备方法：按重量每公斤N-羟甲基丙烯酰胺加入2公斤的体积浓度50-70%的乙醇溶解，然后在反应釜中与聚氨酯预聚体混合，反应温度80-150℃，反应时间1小时后加入锆-铝酸酯类偶联剂；继续反应2-5小时；然后加入邻苯二甲酸二丁酯，金红石型钛白粉，甲基硅油，混合溶剂和吸音材料，混合均匀即可得到水性聚氨酯隔热吸音涂料产品，本发明涂料隔热吸音、耐化学性强、耐候性好、涂膜寿命长，无毒无味，安全环保,具有良好的吸声效果。

Description

一种水性聚氨酯隔热吸音涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种涂料的制备方法，特别是一种水性聚氨酯隔热吸音涂料，属于化学组合物及其制备技术领域。
背景技术
为了研究挥发性有机化合物（VOC）在规定允许以下的涂料，迄今为止，涂料科学家们创造出一系列全新的涂料和涂装技术体系：粉末涂料、辐射固化涂料（UV/EB系统）、水性涂料、高固体分涂料和无溶剂型涂料，其中粉末涂料和辐射固化涂料在施工方面要用专门设备；高固体分涂料虽然在性能上很接近普通溶剂型涂料，但在施工方面仍有其不方便之处，如，施工设备很难清洗和热流挂现象等；而无溶剂型涂料一般多指无溶剂型环氧地坪涂料，其使用范围较窄；因此，水性涂料是最具发展前景的涂料品种之一，尤其是大部分水性涂料施工时，不需要特殊的施工设备，不必烘烤加温固化，适用范围广、应用场合多，因此备受瞩目。目前水性涂料已取得了长足的进步，涂料用4大合成树脂：醇酸树脂、丙烯酸树脂、环氧树脂和聚氨酯树脂都已实现了一定程度的水性化。
其中，应用最广的要属水性聚氨酯涂料。水性聚氨酯涂料是以水性聚氨酯树脂为基料并以水为分散介质的一类涂料，不仅具有无毒无臭味、无污染、不易燃烧、成本低、不易损伤被涂饰表面、施工容易、易于清理等优点，还具有溶剂型聚氨酯涂料所固有的高硬度、耐磨损等优异性能，因而在木器涂料、汽车涂料、建筑涂料、塑料涂料、纸张涂层以及织物和皮革涂饰等许多领域得到了广泛的应用。但水性聚氨酯涂料的性能尚有不足之处 , 主要表现在隔热吸音方面。
目前，噪声污染对人们的健康和日常生活的危害日益为人们所重视，建筑的吸声功能在诸多建筑功能中的地位在逐渐增高。吸声材料不仅可以改善室内的音质环境，而且对噪声控制也起到非常重要的作用。涂料因为色彩丰富，装饰性能好，生产施工简便，兼具有——定的保护作用而成为建筑工程中最重要的建筑装饰材料之——。赋予涂料以吸音功能近年来成为人们努力的目标。因此，因此开发水性聚氨酯隔热吸音涂料，具有深远的社会效益及明显的经济效益。
发明内容
本发明的目的提供一种水性聚氨酯隔热吸音涂料及其制备方法，该涂料具有隔热、吸收声能，降低噪声，消除杂音、高耐候、环保、不易老化、长效的效果。
本发明是这样实现的：
水性聚氨酯隔热吸音涂料，制成该涂料包括以下重量份数的原料：
聚氨酯预聚体                  40～50份；
N-羟甲基丙烯酰胺               1～2份；
邻苯二甲酸二丁酯               2～5份；
锆-铝酸酯类偶联剂              0.5～1份；
钛白粉                          10～20份；
    消泡剂                         0.1～0.3份；
混合溶剂                       10～15份；
吸音材料                        5～7份；
所述的聚氨酯预聚体是以异氰酸酯、聚醚为主要原料，进行聚合而成，带有NCO端基的预聚体，分子量在4000-10000之间，它具有良好的物理性能，粘结力强，常温湿固化。
所述的N-羟甲基丙烯酰胺，为白色结晶粉末，熔点74～75℃， 易溶于水、乙醇，溶于脂肪酸酯类，不溶于烃、卤代烃等疏水性溶剂。当水溶液有酸存在时，加热会迅速聚合成不溶的树脂。由于分子结构中含有聚合性能的乙烯基和缩合性能的羟甲基，因此使线型聚合物交联最为有效。如果与丙烯酸酯类单体共聚合，羟甲基被引入，仅加热即可交联。
所述的邻苯二甲酸二丁酯是一种增塑剂，可使制品具有良好的柔软性，稳定性、耐挠曲性、黏结性和防水性均优于其他增塑剂。
所述的锆-铝酸酯类偶联剂是一种两性物质，具有特殊功能“分子桥”的作用，其一端可与填料发生化学反应，形成强有力的化学键和，另一端可与纤维表面的电荷形成静电结合，从而使两种性质差异很大的材料牢固地结合起来。该类偶联剂与填料的反应主要是通过锆-铝之间的螯合实现的，对无机材料界面改性是不可逆的，不但可以改善其分散性及降低体系粘度，而且由于产生有机官能团的作用，还可提高填料与基材的结合力。通过添加锆-铝酸酯类偶联剂，可显著降低本发明的无机填充体系的粘度，改善其流动性，应用于本发明的涂料可降低粘度，提高产品质量。
所述的钛白粉为200～300目的金红石型二氧化钛。由于金红石型二氧化钛其折射率为2.71，通过加入二氧化钛（金红石型）材料，能增强光线的折射与散射。因此，具有较优的反射和隔热性能，还具有很好的光线遮盖效果，从而反射太阳近红外波段，提高太阳热辐射反射，降低太阳热吸收，不让太阳在物体表面累计升温。在本发明中，金红石型二氧化钛还作为一种白色颜料使用，不仅使涂层具有一定的遮盖力，而且还能增强涂膜本身强度。
所述的消泡剂是甲基硅油。
所述的混合溶剂是木质素+乙二醇丁醚+水，重量比例依次为3:1:10。木质素的官能团有酚式和羟基，在涂料中有良好的扩散性。乙二醇丁醚是一种高沸点的、含多官能基的二元醇醚酯类溶剂，可用作乳胶漆的助聚结剂，它对多种漆有着优良的溶解性能，使它在多彩涂料和乳液涂料中获得广泛的应用。主要用于金属、家具喷漆的溶剂，还可用作保护性涂料、染料、树脂、皮革、油墨的溶剂。
所述的吸音材料是选自100～180目的木纤维、绢云母粉和无定形二氧化硅中的任一种或一种以上。木纤维为植物纤维，其本身材质的热阻高，导热系数为0.039w/m.k，具有保温隔热功能。木纤维的纤维管胞，其细胞壁上有明显的具缘纹孔，由纤维管胞进一步演化的韧型纤维，细胞壁更为增厚，壁上的纹孔退化为单纹孔。利用木纤维自然的纤维孔状结构和大量不规则的空隙，可以有效地吸收声能，降低噪声，消除杂音。绢云母粉高径比的二维片状结构，使得震动波和声波在绢云母晶片之间形成反复反射，吸收振动能量，削弱震动波和声波，绢云母粉也被用来配制消声、隔音、减震涂料。无定形二氧化硅，为白色固体或粉末状，多孔、质轻、松软的固体，吸附性强，也可吸收声能，除此之外，还可作为一种填料应用在涂料行业，提高涂料的耐候性。通过添加木纤维和无定形二氧化硅使涂料所形成的涂膜含有大量互相贯通的微孔。由多孔吸音材料的吸音原理可知，当声波入射到多孔材料时，引起孔隙中的空气振动。由于摩擦和空气的粘滞阻力,使一部分声能转变成热能；此外，孔隙中的空气与孔壁、纤维之间的热传导，也会引起热损失，使声能衰减。
本发明所述的水性聚氨酯隔热吸音涂料，其制备方法包括以下步骤：
按重量每公斤N-羟甲基丙烯酰胺加入2公斤的体积浓度50-70%的乙醇溶解，然后在反应釜中与聚氨酯预聚体混合，反应温度80-150℃，反应时间1小时后加入锆-铝酸酯类偶联剂；继续反应2-5小时；然后加入邻苯二甲酸二丁酯、金红石型钛白粉、甲基硅油、混合溶剂和吸音材料，混合均匀即可得到水性聚氨酯隔热吸音涂料产品。
本发明所述的水性聚氨酯隔热吸音涂料，其原料还包括：流平剂、抗冻剂和防沉剂中的一种或多种，重量份数为1-5；所述的流平剂是聚丙烯酸酯溶液；所述的抗冻剂是1,3-丙二醇；所述的防沉剂是改性聚脲的N-甲基吡咯烷酮溶液。
 本发明的有益效果是：
1、本发明生产出来的水性聚氨酯隔热吸音涂料成膜物由于在聚氨酯预聚体中加入邻苯二甲酸二丁酯、锆-铝酸酯类偶联剂、金红石型二氧化钛和混合溶剂等材料以后，能够起到很好的化学交联作用，从而使成膜物在常温下具有干性、稳定坚韧、收缩率小、粘接强度高、拉伸强度强。不但保证涂膜具有耐化学性强、耐温高、耐候性好、耐沾污性好、自洁性强的特点，还保证具有反射、隔热、吸音作用功能的材料牢固的粘接在涂料中，延长涂料寿命。
2、本发明的水性聚氨酯隔热吸音涂料加入多孔材料如木纤维和无定形二氧化硅，使漆膜中含有大量互相贯通的微孔，粗粒径的填料也使漆膜的孔隙率增大，吸声效果提高，平均吸声系数大于0.50，降低噪音污染，保护人们身体健康。绢云母粉高径比的二维片状结构，使得震动波和声波在绢云母晶片之间形成反复反射，吸收振动能量，削弱震动波和声波，也起到吸音作用。
3、本发明通过加入具有较优的反射和隔热性能的二氧化钛（金红石型）材料，增强光线的折射与散射，降低太阳热吸收，不让太阳在物体表面累计升温，从而起到隔热作用，且金红石型二氧化钛还作为一种白色颜料使用，不仅使涂层具有一定的遮盖力，而且还能增强涂膜本身强度。
4、通过添加锆-铝酸酯类偶联剂，可显著降低本发明的无机填充体系的粘度，改善其流动性，应用于本发明的涂料可降低粘度，提高产品质量。
    5、本发明的水性聚氨酯隔热吸音涂料装饰性强，质感独特，适于居室、客厅、会议室、娱乐场所、影剧院、播音室等内部的墙面、顶棚部位使用。本发明的涂料颜色可调，可满足个性化的需要。
6、本发明所采用的原料无毒无害，对人体和环境无不良影响 。
具体实施方式
实施例1
首先按重量份数将聚氨酯预聚体40份、N-羟甲基丙烯酰胺1份、邻苯二甲酸二丁酯2份、锆-铝酸酯类偶联剂0.5份、200目的金红石型钛白粉10份、消泡剂甲基硅油0.1份、混合溶剂10份（木质素与乙二醇丁醚加水的混合物，重量比例为3:1:10）和100目的木纤维5份；流平剂聚丙烯酸酯溶液1份，进行备料。
生产方法，按重量每公斤N-羟甲基丙烯酰胺加入2公斤的体积浓度50-70%的乙醇溶解，然后在反应釜中与聚氨酯预聚体混合，反应温度80-150℃，反应时间1小时后加入锆-铝酸酯类偶联剂；继续反应2-5小时；然后加入邻苯二甲酸二丁酯、金红石型钛白粉、甲基硅油、混合溶剂、木纤维和聚丙烯酸酯溶液，混合均匀即可得到水性聚氨酯阻隔热吸音涂料产品。
在客厅墙体上制备3mm厚的漆膜，采用混响室法检测，平均吸声系数为0.46。
实施例2
首先按重量份数将聚氨酯预聚体45份、N-羟甲基丙烯酰胺1.5份、邻苯二甲酸二丁酯3份、锆-铝酸酯类偶联剂0.7份、250目的金红石型钛白粉15份、消泡剂甲基硅油0.2份、混合溶剂13份（木质素与乙二醇丁醚加水的混合物，重量比例为3:1:10）和150目的绢云母粉6份；抗冻剂1,3-丙二醇3份，进行备料。
生产方法，按重量每公斤N-羟甲基丙烯酰胺加入2公斤的体积浓度50-70%的乙醇溶解，然后在反应釜中与聚氨酯预聚体混合，反应温度80-150℃，反应时间1小时后加入锆-铝酸酯类偶联剂；继续反应2-5小时；然后加入邻苯二甲酸二丁酯、金红石型钛白粉、甲基硅油、混合溶剂、绢云母粉和抗冻剂1,3-丙二醇，混合均匀即可得到水性聚氨酯阻隔热吸音涂料产品。
在客厅墙体上制备4mm厚的漆膜，采用混响室法检测，平均吸声系数为0.50。
实施例3
首先按重量份数将聚氨酯预聚体50份、N-羟甲基丙烯酰胺2份、邻苯二甲酸二丁酯5份、锆-铝酸酯类偶联剂1份、300目的金红石型钛白粉20份、消泡剂甲基硅油0.3份、混合溶剂15份（木质素与乙二醇丁醚加水的混合物，重量比例为3:1:10）和180目的无定形二氧化硅7份；防沉剂改性聚脲的N-甲基吡咯烷酮溶液5份，进行备料。
生产方法，按重量每公斤N-羟甲基丙烯酰胺加入2公斤的体积浓度50-70%的乙醇溶解，然后在反应釜中与聚氨酯预聚体混合，反应温度80-150℃，反应时间1小时后加入锆-铝酸酯类偶联剂；继续反应2-5小时；然后加入邻苯二甲酸二丁酯、金红石型钛白粉、甲基硅油、混合溶剂、无定形二氧化硅和防沉剂改性聚脲的N-甲基吡咯烷酮溶液，混合均匀即可得到水性聚氨酯阻隔热吸音涂料产品。
在客厅墙体上制备5mm厚的漆膜，采用混响室法检测，平均吸声系数为0.54。

Claims (6)

1.一种水性聚氨酯隔热吸音涂料，其特征在于：制成该涂料包括以下重量份数的原料：
聚氨酯预聚体                  40～50份；
N-羟甲基丙烯酰胺               1～2份；
邻苯二甲酸二丁酯               2～5份；
锆-铝酸酯类偶联剂              0.5～1份；
钛白粉                          10～20份；
    消泡剂                         0.1～0.3份；
混合溶剂                       10～15份；
吸音材料                        5～7份；
所述的聚氨酯预聚体是带有NCO端基的预聚体，分子量在4000-10000之间；
所述的混合溶剂是木质素+乙二醇丁醚+水，重量比例依次为3:1:10；
所述的吸音材料是选自100～180目的木纤维、绢云母粉和无定形二氧化硅中的一种或一种以上。
2.根据权利要求1所述的水性聚氨酯隔热吸音涂料，其特征在于：所述的消泡剂是甲基硅油。
3.根据权利要求1所述的水性聚氨酯隔热吸音涂料，其特征在于：所述的钛白粉为200～300目的金红石型钛白粉。
4.根据权利要求1所述的水性聚氨酯隔热吸音涂料，其特征在于：所述的锆-铝酸酯类偶联剂是一种两性物质，具有特殊功能“分子桥”的作用，其一端可与填料钛白粉通过锆-铝之间的螯合发生化学反应，形成强有力的化学键和，另一端可与纤维表面的电荷形成静电结合，从而使两种性质差异很大的材料牢固地结合起来。
5.根据权利要求1所述的水性聚氨酯隔热吸音涂料，其特征在于：其制备方法包括以下步骤：
按重量每公斤N-羟甲基丙烯酰胺加入2公斤的体积浓度50-70%的乙醇溶解，然后在反应釜中与聚氨酯预聚体混合，反应温度80-150℃，反应时间1小时后加入锆-铝酸酯类偶联剂；继续反应2-5小时；然后加入邻苯二甲酸二丁酯、金红石型钛白粉、甲基硅油、混合溶剂和吸音材料，混合均匀即可得到水性聚氨酯隔热吸音涂料产品。
6.根据权利要求1所述的水性聚氨酯隔热吸音涂料，其特征在于：所述的涂料还包括：流平剂、抗冻剂和防沉剂中的一种或多种，重量份数为1-5；所述的流平剂是聚丙烯酸酯溶液；所述的抗冻剂是1,3-丙二醇；所述的防沉剂是改性聚脲的N-甲基吡咯烷酮溶液。
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