CN105419544A - 一种水性阻尼涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种水性阻尼涂料及其制备方法，该水性阻尼涂料包括以下原料及重量百分比：水性乳液10％～30％；木质纤维4％～10％；无机填料35％～50％；分散剂2％～5％；消泡剂0.5％～1.2％；流变助剂1％～5％；杀菌剂0.2％～0.8％；水10％～28％；上述原料经混合搅拌、过滤后即可制得水性阻尼涂料。通过在原料中添加木质纤维，水性乳液含量可低至10-30％wt，既解决了水性阻尼涂料在低乳液含量时，涂料固化后漆膜外观开裂、鼓泡的问题，同时又降低了阻尼涂料成本，并且使得水性阻尼涂料在20℃常温下的阻尼性能可高达0.224。此外本发明提供的制备方法简单易于操作，所用原料绿色环保，保证了产品的阻尼性能，进一步降低了成本，提高产品的环保性能。

Description

一种水性阻尼涂料及其制备方法
技术领域
本发明属于涂料制备领域，具体涉及一种水性阻尼涂料及其制备方法。
背景技术
阻尼涂料是一种具有减振、降噪功能的高分子材料。利用高分子材料具有的粘弹性，吸收一部分振动能，再以热的形式释放出来(即力学损耗)，从而达到减小振幅，降低振动，抑制噪声的目的。传统阻尼材料如沥青板等生产和使用过程释放出有毒有害废气、废水，对环境、大气造成了污染。水性阻尼涂料是以水为主要溶剂，以无机物为填料，不含有毒有机溶剂的环保材料。目前正广泛应用于工程机械、家电、飞机、轮船、汽车、火车等领域。
目前市场上已经开发出适用于机器人喷涂的水性阻尼涂料，但由于固化后密度小，需要进一步通过增加漆膜厚度，来获取相同面积下沥青板所贡献的阻尼效果，因此会因涂层较厚(3～6mm左右)固化后而出现异常，如鼓泡、开裂等问题。中国专利CN104263185A公开的一种船舶专用高分子阻尼涂料和中国专利CN104293199A公开的一种耐高温阻燃的水性阻尼涂料，其中为确保固化后无异常，必须以30％～50％水性乳液为基础，但是，水性乳液虽然可以使水性阻尼涂料获取环保性能，但也是造成水性阻尼涂料市场价格昂贵的主要原因。
多数水性阻尼涂料的原料一般含有纤维，纤维在高分子复合材料中多采用成本高、环境污染严重的高性能纤维如碳纤维、芳纶纤维等。相比之下，木质纤维则是将天然可再生木材处理后得到的有机纤维物质，具有价廉质轻、比强度高等优良特性，可自然降解、可再生，对环境友好。因此具有良好的工业应用前景。
木质纤维微观结构是多孔的凹凸不平的带状弯曲，有良好的韧性和增稠抗裂性能。研究表明，微孔结构对吸声降噪有较大贡献。外加纤维粗糙的表面，有利于降低与乳液、填料间的摩擦耗能，由此可见，木质纤维属于良好的减振降噪材料。
一般阻尼涂料乳液含量通常为30-50％wt，更进一步乳液含量为38-42％wt，通常降低乳液含量会降低材料的阻尼性能，制品外观容易产生开裂、鼓泡等问题。
发明内容
针对以上不足，本发明提供了一种水性阻尼涂料及其制备方法，通过添加木质纤维，乳液含量可低至10-30％wt，既解决了水性阻尼涂料在低乳液含量时，固化后漆膜外观开裂、鼓泡的问题，同时降低了阻尼涂料成本，并且材料常温下的阻尼性能高达0.224。
本发明采取的技术方案为：
一种水性阻尼涂料，包括以下重量百分比的原料：
所述水性乳液包括纯丙乳液、丁苯乳液、苯丙乳液中的一种或几种。
所述木质纤维的长度为18～200μm。木质纤维是天然可再生木材处理后得到的有机纤维物质，具有价廉质轻、比强度高的优良特性，可自然降解、可再生，对环境友好；而且木质纤维微观结构有利于增大与水性乳液、填料间的摩擦耗能，并可进一步改善固化后成膜性能，增加涂膜柔韧性。此粒径范围内的木质纤维易分散，木质纤维的长度高于这一范围则漆膜外观粗糙，低于这一范围则无法起到增大摩擦耗能与改善漆膜柔韧性的作用。
而其他部分有机大分子纤维支链较多，含有部分官能团(如聚偏二氯乙烯纤维)，与填料结合过于紧密，漆膜强度过高，烘烤后易鼓泡；部分大分子纤维(如聚酯纤维)自身强度高，水溶性差，无法与填料均匀分散，烘烤后易开裂。
对于其他有机大分子纤维材料，通过化学合成所得；甚至通过进一步过化学处理来适应工业应用。使得此类有机大分子纤维材料不够环保。
所述无机填料为碳酸钙、滑石粉、氢氧化铝、氢氧化镁、片层云母粉、石墨中的至少两种的混合物，优选为碳酸钙、滑石粉、氢氧化铝、氢氧化镁、片层云母粉和石墨的混合物，且以上各原料占无机填料总量的重量百分比为：碳酸钙10～14％；滑石粉16～20％；氢氧化铝16～24％；氢氧化镁16～24％；片层云母粉15～21％；石墨9～14％。
所述碳酸钙为重质碳酸钙；
所述碳酸钙、滑石粉、氢氧化铝的粒径均为3～8μm，以确保涂料细腻，易分散，易喷涂，并具有较宽温域的阻尼。
所述分散剂为水性分散剂，所述消泡剂为水性消泡剂，水性分散剂和水性消泡剂较为环保，且在水性乳液中分散均匀，以保证体系的稳定性。
所述流变助剂包括蒙脱土和/或BYK水性流变助剂，蒙脱土与BYK水性流变助剂复配可以使涂料达到适当的粘度与较高的触变值，适当的粘度指的是要确保喷涂顺利的同时，防流挂。
所述杀菌剂为杀菌剂MBS和/或杀菌剂OTW，这两种杀菌剂环保无毒、并可高效杀菌。
本发明还提供了上述水性阻尼涂料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(a)无机填料预混；
(b)将配方量的乳液、水、分散剂、消泡剂混合搅拌均匀，加入配方量的木质纤维素以同等速度搅拌10～20分钟，再加入配方量的无机填料和杀菌剂搅拌10～20分钟，最后加入配方量的流变助剂混合搅拌均匀；
(c)过滤，出料，即可制得水性阻尼涂料。
所述步骤(a)具体包括以下步骤：将无机填料以700～900rpm/min搅拌15～25分钟，混合均匀备用；
所述步骤(b)具体包括以下步骤：将配方量的乳液、水、分散剂、消泡剂混合，以800～1100rpm/min搅拌10～20分钟，加入配方量的木质纤维素以同等速度搅拌10～20分钟，再加入配方量的无机填料和杀菌剂，以1400～1600rpm/min搅拌10～20分钟，最后加入配方量的流变助剂混合搅拌均匀；
所述步骤(b)中，整个混合过程中的温度均控制在23～27℃，若温度低于这一范围，搅拌不均匀，固体颗粒不宜分散，若温度高于这一范围，则影响涂料的粘度。
本发明所提供的水性阻尼涂料，通过在原料中添加木质纤维，水性乳液含量可低至10-30％wt，既解决了水性阻尼涂料在低乳液含量时，涂料固化后漆膜外观开裂、鼓泡的问题，同时又降低了阻尼涂料成本，并且使得水性阻尼涂料在20℃常温下的阻尼性能可高达0.224。此外本发明提供的制备方法简单易于操作，所用原料绿色环保，保证了产品的阻尼性能，进一步降低了成本，提高产品的环保性能。
具体实施方式
本发明所用的各种原料均可从市场上的销售厂家购买得到。
本发明公开的水性阻尼材料，其所含原料及重量百分比如表1所示：
表1
原料 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
水性乳液 30 25 15 10 27.5
木质纤维 5 6 9 10 4
无机填料 45.1 48.7 48.0 40 50
水性分散剂 2.5 3.8 4.6 5 3
水性消泡剂 0.6 1.0 1.2 1.2 0.8
流变助剂 1.5 3.0 3.5 5 4.5
杀菌剂 0.3 0.5 0.7 0.8 0.2
水 15 12 18 28 10
实施例1
一种水性阻尼涂料，其所含原料及重量百分比如表1中实施例1所示，其中无机填料为碳酸钙、滑石粉、氢氧化铝、氢氧化镁、片层云母粉和石墨的混合物。
上述水性阻尼涂料的制备方法为：
(a)无机填料预混：将碳酸钙6.3克、滑石粉9.6克、氢氧化铝13.5克、氢氧化镁13.5克、片层云母粉9.0克、石墨5.5克依次加入预混罐，800rpm/min搅拌15min，混合均匀备用；
(b)在配方量的水性乳液中，加入配方量的水、水性分散剂和水性消泡剂，1000rpm/min搅拌15min，混合均匀后加入木质纤维，以同样速度搅拌10min。之后加入45.1克步骤(a)制得的无机填料与杀菌剂，以1500rpm/min搅拌15min。最后加入流变助剂调节粘度，混合均匀，上述整个过程的温度保持在25℃，过滤，出料，即得到水性阻尼涂料。
实施例2
一种水性阻尼涂料，其所含原料及重量百分比如表1中实施例2所示，其中无机填料为碳酸钙、滑石粉、氢氧化铝、氢氧化镁、片层云母粉和石墨的混合物。
上述水性阻尼涂料的制备方法为：
(a)无机填料预混：将碳酸钙5.6克、滑石粉10.5克、氢氧化铝11.2克、氢氧化镁11.2克、片层云母粉10.5克、石墨6.3克依次加入预混罐，700rpm/min搅拌25min，混合均匀备用；
(b)在配方量的水性乳液中，加入配方量的水、水性分散剂和水性消泡剂，900rpm/min搅拌20min，混合均匀后加入木质纤维，以同样速度搅拌20min。之后加入48.7克步骤(a)制得的无机填料与杀菌剂，以1550rpm/min搅拌12min。最后加入流变助剂调节粘度，混合均匀，上述整个过程的温度保持在23℃，过滤，出料，即得到水性阻尼涂料。
实施例3
一种水性阻尼涂料，其所含原料及重量百分比如表1中实施例3所示，其中无机填料为碳酸钙、滑石粉、氢氧化铝、氢氧化镁、片层云母粉和石墨的混合物。
上述水性阻尼涂料的制备方法为：
(a)无机填料预混：将碳酸钙7.3克、滑石粉11克、氢氧化铝9.3克、氢氧化镁9.3克、片层云母粉11.4克、石墨7.5克依次加入预混罐，750rpm/min搅拌20min，混合均匀备用；
(b)在配方量的水性乳液中，加入配方量的水、水性分散剂和水性消泡剂，800rpm/min搅拌20min，混合均匀后加入木质纤维，以同样速度搅拌20min。之后加入48克步骤(a)制得的无机填料与杀菌剂，以1400rpm/min搅拌20min。最后加入流变助剂调节粘度，混合均匀，上述整个过程的温度保持在24℃，过滤，出料，即得到水性阻尼涂料。
实施例4
一种水性阻尼涂料，其所含原料及重量百分比如表1中实施例4所示，其中无机填料为碳酸钙、滑石粉、氢氧化铝、氢氧化镁、片层云母粉和石墨的混合物。
上述水性阻尼涂料的制备方法为：
(a)无机填料预混：将碳酸钙6.3克、滑石粉9.6克、氢氧化铝13.5克、氢氧化镁13.5克、片层云母粉9.0克、石墨5.5克依次加入预混罐，850rpm/min搅拌15min，混合均匀备用；
(b)在配方量的水性乳液中，加入配方量的水、水性分散剂和水性消泡剂，1100rpm/min搅拌10min，混合均匀后加入木质纤维，以同样速度搅拌10min。之后加入40克步骤(a)制得的无机填料与杀菌剂，以1600rpm/min搅拌10min。最后加入流变助剂调节粘度，混合均匀，上述整个过程的温度保持在26℃，过滤，出料，即得到水性阻尼涂料。
实施例5
一种水性阻尼涂料，其所含原料及重量百分比如表1中实施例5所示，其中无机填料为碳酸钙、滑石粉、氢氧化铝、氢氧化镁、片层云母粉和石墨的混合物。
上述水性阻尼涂料的制备方法为：
(a)无机填料预混：将碳酸钙7.3克、滑石粉11克、氢氧化铝9.3克、氢氧化镁9.3克、片层云母粉11.4克、石墨7.5克依次加入预混罐，900rpm/min搅拌15min，混合均匀备用；
(b)在配方量的水性乳液中，加入配方量的水、水性分散剂和水性消泡剂，1000rpm/min搅拌15min，混合均匀后加入木质纤维，以同样速度搅拌10min。之后加入50克步骤(a)制得的无机填料与杀菌剂，以1500rpm/min搅拌15min。最后加入流变助剂调节粘度，混合均匀，上述整个过程的温度保持在27℃，过滤，出料，即得到水性阻尼涂料。
比较例1
一种水性阻尼涂料，其所含原料及重量百分比如表2中的比较例1所示。
其制备方法与实施例1相同，只是将其中的木质纤维替换为聚丙烯晴纤维。
比较例2
一种水性阻尼涂料，其所含原料及重量百分比如表2中的比较例2所示。
其制备方法与实施例2相同，只是将其中的木质纤维替换为聚偏二氯乙烯纤维。
比较例3
一种水性阻尼涂料，其所含原料及重量百分比如表2中的比较例3所示。
其制备方法与实施例3相同，只是将其中的木质纤维替换为聚酯纤维。
表2：水性阻尼涂料，其所含原料及重量百分比
根据以上实施例和比较例制得的水性阻尼涂料，经涂膜形成漆膜，漆膜经140℃固化20min后观察，发现实施例1-5所得的水性阻尼涂料漆膜的表面无开裂和鼓泡，而比较例1-3所得的水性阻尼涂料漆膜的表面均有不同程度的开裂和鼓泡，进而其阻尼性能也无法测试。
实施例1-5所得的水性阻尼涂料通过使用丹麦B&K阻尼检测设备，按照国标GB/T18258-2000对其进行阻尼测试，其阻尼系数测定结果如表3所示。
表3
测试温度 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
60℃ 0.0658 0.0538 0.0500 0.0580 0.0564
40℃ 0.0982 0.0862 0.0878 0.0721 0.0894
20℃ 0.2240 0.2040 0.1680 01556 0.2132
0℃ 0.1456 0.1714 0.1360 0.1567 0.1634
-10℃ 0.0522 0.046 0.0506 0.0549 0.0562
从上述测试结果可以看出，本发明使用木质纤维素和10～30％重量百分比的水性乳液结合所得到的水性阻尼涂料，固化后漆膜的表面光滑平整，无开裂、鼓泡的问题出现，并同时保证了在20℃常温下其阻尼系数可以达到0.224。
上述参照实施例对水性阻尼材料及其制备方法进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水性阻尼涂料，其特征在于，所述水性阻尼涂料包括以下重量百分比的原料：
2.根据权利要求1所述的水性阻尼涂料，其特征在于，所述水性乳液包括纯丙乳液、丁苯乳液、苯丙乳液中的一种或几种。
3.根据权利要求1或2所述的水性阻尼涂料，其特征在于，所述木质纤维的长度为18～200μm。
4.根据权利要求1或2所述的水性阻尼涂料，其特征在于，所述无机填料为碳酸钙、滑石粉、氢氧化铝、氢氧化镁、片层云母粉、石墨中的至少两种的混合物。
5.根据权利要求4所述的水性阻尼涂料，其特征在于，所述碳酸钙为重质碳酸钙，所述碳酸钙、滑石粉、氢氧化铝的粒径均为3～8μm。
6.根据权利要求1所述的水性阻尼涂料，其特征在于，所述分散剂为水性分散剂，所述消泡剂为水性消泡剂。
7.根据权利要求1或2或5或6所述的水性阻尼涂料，其特征在于，所述流变助剂包括蒙脱土和/或BYK水性流变助剂。
8.根据权利要求1所述的水性阻尼涂料，其特征在于，所述杀菌剂为杀菌剂MBS和/或杀菌剂OTW。
9.根据权利要求1所述的水性阻尼涂料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
(a)无机填料预混；
(b)将配方量的乳液、水、分散剂、消泡剂混合搅拌均匀，加入配方量的木质纤维素以同等速度搅拌10～20分钟，再加入配方量的无机填料和杀菌剂搅拌15～20分钟，最后加入配方量的流变助剂混合搅拌均匀；
(c)过滤，出料，即可制得水性阻尼涂料。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(b)中，整个混合过程中的温度均控制在23～27℃。
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