CN105295621A - 一种可加热干燥宽温域水性阻尼涂料及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可加热干燥宽温域水性阻尼涂料及制备方法。包括聚合物乳液、消泡剂、分散剂、无机填料、聚合物基压电陶瓷复合材料颗粒、发泡剂、高沸点溶剂、PH值调节剂、增稠剂。在生产釜分别加入以上各组份，初步搅拌均匀，将混合物再加入离心分散脱泡机分散均匀制得。本发明可加热干燥，相比传统水性阻尼材料，大大缩短了施工时间。本发明的阻尼机理结合了粘弹阻尼和压电效应、焦耳定律阻尼机理，振动机械能分别通过两种方式耗散掉。一种方式是通过聚合物的粘性运动把振动机械能转变为热能。另一种方式是通过压电陶瓷将振动机械能转化为电能，复合材料中的导电填料将转化的电能进一步转化为热能耗散掉。因此本发明在更宽的温度范围具有高阻尼性能。

Description

一种可加热干燥宽温域水性阻尼涂料及制备方法

技术领域

本发明涉及水性阻尼涂料。尤其涉及用于各种场合减振降噪用的一种可加热干燥宽温域水性阻尼涂料及制备方法。

背景技术

水性阻尼涂料由于其主要使用水做为分散剂，具有低VOC，绿色环保的特性，现正逐步代替传统的有机溶剂型阻尼涂料、沥青型阻尼片。同时由于其涂料的特性能够方便的涂覆在更多的复杂界面，无须裁剪，因此比传统的丁基橡胶型阻尼胶片在施工方面更有优势。但由于水性阻尼涂料的本身的一些劣势，也限制了其更广泛的应用。

传统水性阻尼涂料干燥速度较慢，影响施工进度。在快干型水性阻尼涂料方面，公布的中国专利CN102850888A采用的是A、B双组份乳液的方式来提高树脂的固化速度，但其实际干燥过程中水份挥发的速度并没有多少改变。又如中国专利CN101405353B采用凝胶比率控制在特定范围内的乳胶粒子可以制得烘烤干燥水性阻尼涂料，而基本无缺陷，但其对乳液的要求较高。

另外传统水性阻尼涂料高阻尼作用的温域不宽。传统水性阻尼涂料依靠高分子聚合物链段在玻璃化转变温度的温域的粘性运动将机械能转变为热能，从而实现阻尼作用。受涂料中聚合物的玻璃化转变温度的温域宽度的限制，传统水性阻尼涂料很难实现宽温域的高阻尼作用。虽然可采用不同玻璃化转变温度的聚合物乳液共混或采用不同玻璃化转变温度的高分子聚合物的互穿网络型聚合物乳液来制得宽温域水性阻尼涂料，但高分子聚合物的玻璃化转变温度毕竟受温度影响较大，高阻尼作用温域的宽度提高有限。所以常规水性阻尼涂料的阻尼性能受温度影响较大。

由于压电陶瓷复合材料的发展，压电陶瓷可将振动机械能转化为电能，然后通过导电材料转化为热能而耗散掉，因此压电陶瓷的复合材料几乎不受温度的影响，能高效转化能量。很多专利将其应用到声学材料领域，如中国专利CN104592647A采用压电陶瓷与橡胶材料结合制得复合阻尼材料。现有专利中压电陶瓷复合材料的主要基体是橡胶或树脂基，而将压电陶瓷应用到涂料的情况几乎没有。中国专利CN102702900A提到在水性阻尼涂料中加入压电陶瓷粉,但是其添加的压电陶瓷没有极化，能够产生的压电效应较为微弱。

因此开发出改变传统水性阻尼涂料固有缺点，即干燥慢、高阻尼温域不宽的新型水性阻尼涂料就成了市场的需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种可加热干燥宽温域水性阻尼涂料及制备方法，是一种兼顾可加热干燥和宽温域高阻尼性能的一种水性阻尼涂料及制备方法。

本发明采取的技术方案是：一种可加热干燥宽温域水性阻尼涂料，其特征在于，由以下组份按以下重量份组成：

丙烯酸酯聚合物乳液30份

消泡剂0.1～1份

分散剂0.1～1份

无机填料10～70份

聚合物基压电陶瓷复合材料颗粒10～20份

发泡剂0.1～1.5份

高沸点溶剂1～10份

PH值调节剂0.1～0.8份

增稠剂0.5～5份

去离子水0.5～40份

成膜剂0～1.2份

润湿剂0～0.2份

防霉剂0～0.18份

增塑剂0～1.8份

阻燃剂0～80份。

一种可加热干燥宽温域水性阻尼涂料的制备方法，其特征在于：制备步骤如下：

（1）初步混合，在生产釜中加入丙烯酸酯聚合物乳液，开动搅拌桨，中速搅拌，搅拌过程中分别加入分散剂、消泡剂、润湿剂、防霉剂、高沸点溶剂或去离子水并搅拌均匀，在搅拌下投入无机填料，搅拌均匀，在搅拌下投入聚合物基压电陶瓷复合材料颗粒搅拌均匀，加入发泡剂、阻燃剂、成膜剂或增塑剂搅拌均匀，加入PH值调节剂，调整混合物的PH值到所需值范围，加入增稠剂调节稠度；

（2）离心脱泡分散，将初步混合好的混合物加入离心脱泡分散机，以速率1200转/min、高速分散10～15min，制得最后的成品。

本发明的特点是：不仅具有传统水性阻尼涂料的共同优点，即绿色环保、不燃、施工方便、适应需要减振降噪的不同界面（包括平整界面或者是形状复杂，不适合片材贴合的界面）的施工等，而且本发明具有传统水性阻尼涂料的不具备的优点，即具备可加热干燥和宽温域高阻尼性能两种特性。首先本发明可实现加热快速干燥。传统的水性涂料如果采用加热干燥，将产生大量的裂纹、夹皮等缺陷，严重影响最终的使用性能。本发明中的发泡剂在加热过程中实现涂层的微发泡效果，有利于整个涂层中的水份的快速挥发、干燥，避免产生裂纹、夹皮等缺陷。同时本发明可实现在宽温域内的高阻尼作用。本发明的阻尼机理结合了粘弹阻尼和压电效应、焦耳定律阻尼机理，振动机械能分别通过两种方式耗散掉。一种方式是通过聚合物的粘性运动把振动机械能转变为热能。另一种方式是聚合物基压电陶瓷复合材料颗粒通过压电陶瓷将振动机械能转化为电能，复合材料中的导电填料将转化的电能进一步转化为热能耗散掉，并且这种机理的阻尼效果基本不受温度影响。两种阻尼机理协同作用，从而实现宽温域高阻尼性能。

具体实施方式

一种可加热干燥宽温域水性阻尼涂料，由以下组份按以下重量份组成：

丙烯酸酯聚合物乳液30份

消泡剂0.1～1份

分散剂0.1～1份

无机填料10～70份

聚合物基压电陶瓷复合材料颗粒10～20份

发泡剂0.1～1.5份

高沸点溶剂1～10份

PH值调节剂0.1～0.8份

增稠剂0.5～5份

去离子水0.5～40份

成膜剂0～1.2份

润湿剂0～0.2份

防霉剂0～0.18份

增塑剂0～1.8份

阻燃剂0～80份。

上述无机填料为片状云母或片状云母与碳酸钙、硅灰石、滑石粉中的一种或几种的混合物，片状云母的细度为80目～1000目。

上述聚合物基压电陶瓷复合材料颗粒的成份由聚合物基体、压电陶瓷粉末、导电填料组成，其中聚合物基体为橡胶基体或树脂基体，可为丁基橡胶、乙丙橡胶、环氧树脂中的一种，其中压电陶瓷粉末为PZT锆钛酸铅、PMN铌镁锆钛酸铅、PZN铌锌锆钛酸铅或PLZT掺镧锆钛酸铅中的一种或几种，其中导电填料为碳纤维、乙炔炭黑中的一种或两种。聚合物基压电陶瓷复合材料颗粒细度为30～80目之间，以确保每个聚合物基压电陶瓷复合材料颗粒中具有较多的压电陶瓷粉末。聚合物基压电陶瓷复合材料颗粒经过电场的极化处理，经处理后的每个颗粒中所有压电陶瓷粉末的电畴都沿极化电场方向取向排列。不论阻尼涂料在保存和使用过程中，如何流动，阻尼涂料中每一个单独的聚合物基压电陶瓷复合材料颗粒中的所有压电陶瓷粉末电畴保持同一取向排列，这样确保每个聚合物基压电陶瓷复合材料颗粒都具有较强的压电效应，从而保证了整个阻尼涂料具有较强的压电效应。相反如果直接在涂料中添加压电陶瓷粉末并极化，由于涂料具有流动性，极化只能使压电陶瓷每单个粉末中的各个电畴沿电场方向取向排列，同时由于压电陶瓷粉末非常细，产生的规模效应较低，压电效应较低。直接添加压电陶瓷粉到水性阻尼涂料中，压电陶瓷粉能够贡献的阻尼作用是很小的。故相比于直接添加压电陶瓷粉末，经受振动变形时，添加聚合物基压电陶瓷复合材料颗粒的水性阻尼涂料能更有效利用压电效应和焦耳定律将振动机械能转变为电能，然后由导电材料将电能转化为热能耗散掉。

本发明阻尼涂层经受振动变形时，振动机械能通过两种机理耗散掉，一方面，阻尼涂料中的聚合物链段的粘性运动，将振动机械能转化为热能耗散掉。另一方面，阻尼涂料中的聚合物基压电陶瓷复合材料颗粒通过压电效应、焦耳定律将振动机械能将振动机械能转化为热能耗散掉，并且这种阻尼作用的大小几乎不受温度的影响。由聚合物基压电陶瓷复合材料颗粒由压电效应、焦耳定律产生的阻尼作用可以在所有温域有效的增强涂料中聚合物乳液由于聚合物链段的粘性运动产生的阻尼作用。二者产生的协同效应，有效的加宽高阻尼作用的温域。

上述发泡剂为热膨胀型发泡微球，热膨胀型发泡微球的起发温度可在70℃～190℃，内部为低沸点碳氢化合物的。加热后，高分子壳体软化，其中的液态碳氢化合物变成气体，微球因产生的压力而膨胀。热膨胀型发泡微球在水性阻尼涂料中添加量较少，可在阻尼涂层加热干燥过程中微发泡，提供必要孔洞通道，让阻尼涂层内部的水份能够很好的挥发，避免干燥过程中涂层产生夹皮、缝隙等缺陷。

上述高沸点溶剂为能与水互溶，沸点大于100℃的有机溶剂，包括丙二醇、二丙二醇等中的一种或两种。

一种可加热干燥宽温域水性阻尼涂料的制备方法，制备步骤如下：

（1）初步混合，在生产釜中加入丙烯酸酯聚合物乳液，开动搅拌桨，中速搅拌，搅拌过程中分别加入分散剂、消泡剂、润湿剂、防霉剂、高沸点溶剂或去离子水并搅拌均匀，在搅拌下投入无机填料，搅拌均匀，在搅拌下投入聚合物基压电陶瓷复合材料颗粒搅拌均匀，加入发泡剂、阻燃剂、成膜剂或增塑剂搅拌均匀，加入PH值调节剂，调整混合物的PH值到所需值范围，加入增稠剂调节稠度。

（2）离心脱泡分散，将初步混合好的混合物加入离心脱泡分散机，以速率1200转/min、高速分散10～15min，制得最后的成品。

实施例1，其配方为：

丙烯酸酯聚合物乳液30份

消泡剂0.2份

分散剂0.2份

片状云母（80目）15份

丁基橡胶基压电陶瓷（PZT、PMN）复合材料颗粒10份

发泡微球F78KD0.1份

丙二醇2份

PH值调节剂0.5份

增稠剂1份

去离子水15份

阻燃剂75份。

上述实施例制备方法如下：

（1）初步混合，在生产釜中加入丙烯酸酯聚合物乳液，开动搅拌桨，中速搅拌，搅拌过程中分别加入分散剂、消泡剂、丙二醇、去离子水，并搅拌均匀。在搅拌下，投入片状云母，搅拌均匀。在搅拌下投入丁基橡胶基压电陶瓷（PZT、PMN）复合材料颗粒，搅拌均匀。加入发泡微球F78KD和阻燃剂，搅拌均匀。加入PH值调节剂，调整混合物的PH值到所需值范围，加入增稠剂调节稠度。

（2）离心脱泡分散。将初步混合好的混合物加入离心脱泡分散机，以速率1200转/min,高速分散10～15min,制得最后的成品。

上述实施例测试结果：

（1）经140℃，15min烘烤，完全干燥，涂层微发泡，没有出现裂纹、夹皮等缺陷。

（2）阻尼性能按照GB/T16406检测，测试方法为悬臂梁方法。二阶复合损耗因子如下：0.142（-10℃），0.286（20℃），0.136（50℃）。

实施例2，其配方为：

丙烯酸酯聚合物乳液30份

消泡剂0.5份

分散剂0.4份

片状云母（325目）10份

碳酸钙20份

硅灰石10份

环氧树脂基压电陶瓷（PLZT）复合材料颗粒16份

发泡微球F78KD0.9份

丙二醇2份

二丙二醇2份

PH值调节剂0.2份

增稠剂3份

去离子水0.5份

防霉剂0.15份。

上述实施例制备方法如下：

（1）初步混合。在生产釜中加入丙烯酸酯乳液，开动搅拌桨，中速搅拌，搅拌过程中分别加入分散剂、消泡剂、防霉剂、丙二醇、二丙二醇、去离子水，并搅拌均匀。在搅拌下，投入片状云母、碳酸钙、硅灰石，搅拌均匀。在搅拌下投入环氧树脂基压电陶瓷（PLZT）复合材料颗粒复合材料颗粒，搅拌均匀。加入发泡微球F78KD，搅拌均匀。加入PH值调节剂，调整混合物的PH值到所需值范围，加入增稠剂调节稠度。

（2）离心脱泡分散。将初步混合好的混合物加入离心脱泡分散机，以速率1200转/min,高速分散10～15min,制得最后的成品。

上述实施例测试结果：

（1）经140℃，15min烘烤，完全干燥，涂层微发泡，没有出现裂纹、夹皮等缺陷。

（2）阻尼性能按照GB/T16406检测，测试方法为悬臂梁方法。二阶复合损耗因子如下：0.162（-10℃），0.294（20℃），0.149（50℃）。

实施例3，其配方为：

丙烯酸酯聚合物乳液30份

消泡剂0.9份

分散剂0.9份

片状云母（200目）10份

片状云母（1000目）10份

滑石粉50份

乙丙橡胶基压电陶瓷（PZN）复合材料颗粒19份

发泡微球F-481.4份

二丙二醇8份

PH值调节剂0.8份

增稠剂4.5份

去离子水35份

成膜剂1份

润湿剂0.2份

增塑剂1.6份。

上述实施例制备方法如下：

（1）初步混合。在生产釜中加入丙烯酸酯乳液，开动搅拌桨，中速搅拌，搅拌过程中分别加入分散剂、消泡剂、润湿剂、二丙二醇、去离子水，并搅拌均匀。在搅拌下，投入片状云母、滑石粉，搅拌均匀。在搅拌下投入乙丙橡胶基压电陶瓷（PZN）复合材料颗粒，搅拌均匀。加入发泡微球F78KD和成膜剂、增塑剂，搅拌均匀。加入PH值调节剂，调整混合物的PH值到所需值范围，加入增稠剂调节稠度。

（2）离心脱泡分散。将初步混合好的混合物加入离心脱泡分散机，以速率1200转/min,高速分散10～15min,制得最后的成品。

上述实施例测试结果：

（1）经140℃，15min烘烤，完全干燥，涂层微发泡，没有出现裂纹、夹皮等缺陷。

（2）阻尼性能按照GB/T16406检测，测试方法为悬臂梁方法。二阶复合损耗因子如下：0.180（-10℃），0.289（20℃），0.167（50℃）。

Claims (6)

1.一种可加热干燥宽温域水性阻尼涂料，其特征在于，由以下组份按以下重量份组成：

丙烯酸酯聚合物乳液30份

消泡剂0.1～1份

分散剂0.1～1份

无机填料10～70份

聚合物基压电陶瓷复合材料颗粒10～20份

发泡剂0.1～1.5份

高沸点溶剂1～10份

PH值调节剂0.1～0.8份

增稠剂0.5～5份

去离子水0.5～40份

成膜剂0～1.2份

润湿剂0～0.2份

防霉剂0～0.18份

增塑剂0～1.8份

阻燃剂0～80份。

2.根据权利要求1所述的一种可加热干燥宽温域水性阻尼涂料，其特征在于所述无机填料为片状云母或片状云母与碳酸钙、硅灰石、滑石粉中的一种或几种的混合物，片状云母的细度为80目～1000目。

3.根据权利要求1所述的一种可加热干燥宽温域水性阻尼涂料，其特征在于所述聚合物基压电陶瓷复合材料颗粒的成份由聚合物基体、压电陶瓷粉末、导电填料组成，其中聚合物基体为橡胶基体或树脂基体，为丁基橡胶、乙丙橡胶或环氧树脂中的一种，其中压电陶瓷粉末为PZT锆钛酸铅、PMN铌镁锆钛酸铅、PZN铌锌锆钛酸铅或PLZT掺镧锆钛酸铅中的一种或几种，其中导电填料为碳纤维、乙炔炭黑中的一种或两种，所述聚合物基压电陶瓷复合材料颗粒经过电场的极化处理，细度为30～80目。

4.根据权利要求1所述的一种可加热干燥宽温域水性阻尼涂料，其特征在于所述发泡剂为热膨胀型发泡微球。

5.根据权利要求1所述的一种可加热干燥宽温域水性阻尼涂料，其特征在于高沸点溶剂为能与水互溶，沸点大于100℃的有机溶剂，包括丙二醇、二丙二醇中的一种或两种。

6.一种可加热干燥宽温域水性阻尼涂料的制备方法，其特征在于：制备步骤如下：

（1）初步混合，在生产釜中加入丙烯酸酯聚合物乳液，开动搅拌桨，中速搅拌，搅拌过程中分别加入分散剂、消泡剂、润湿剂、防霉剂、高沸点溶剂或去离子水并搅拌均匀，在搅拌下投入无机填料，搅拌均匀，在搅拌下投入聚合物基压电陶瓷复合材料颗粒搅拌均匀，加入发泡剂、阻燃剂、成膜剂或增塑剂搅拌均匀，加入PH值调节剂，调整混合物的PH值到所需值范围，加入增稠剂调节稠度；

（2）离心脱泡分散，将初步混合好的混合物加入离心脱泡分散机，以速率1200转/min、高速分散10～15min，制得最后的成品。