CN106009867A - 硅酸钙超薄纳米片复合阻燃隔音阻尼涂料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及硅酸钙超薄纳米片复合阻燃隔音阻尼涂料，所述复合阻燃隔音阻尼涂料以硅酸钙超薄纳米片和阻尼涂料为原料复合得到，所述硅酸钙超薄纳米片的BET比表面积为200～550平方米/克，单个硅酸钙超薄纳米片的厚度为1～10纳米，所述硅酸钙超薄纳米片占所述硅酸钙超薄纳米片复合阻燃隔音阻尼涂料中的重量百分比为0.5～50 wt.%。本发明提供的硅酸钙超薄纳米片复合阻燃隔音阻尼涂料具有阻燃、隔音、减振和降噪等效果，在飞机、轨道列车、汽车和船舶等多个领域具有良好的应用前景。

Description

硅酸钙超薄纳米片复合阻燃隔音阻尼涂料
技术领域
本发明属于涂料领域，涉及一种阻燃隔音阻尼涂料，具体涉及一种硅酸钙超薄纳米片复合阻燃隔音阻尼涂料。
背景技术
随着科学技术的快速发展和人们生活水平的提高，高速、自动化的机械设备和振动工具在日常生活中日益增多，由此产生的振动和噪音问题也日益严重。振动和噪声激振共振响应直接影响电子仪器和仪表的正常运作，严重时造成生产事故；振动引发的噪音危害人体健康。
采用阻尼材料或阻尼结构进行减振降噪是解决上述问题的一个重要手段。由高分子聚合物材料混合制备而成的阻尼涂料具有优异的减振、降噪等特点。阻尼涂料涂覆在金属结构表面可以减振降噪，其工作原理是阻尼涂料吸收振动机械能，将其转化成热能而耗散。随着飞机和轨道列车等运行速度的提高，振动愈加严重，阻尼涂料吸收转化的热能大幅增加。许多高分子聚合物为易燃物，不具有阻燃性能，存在火灾隐患。因此，研发新型阻燃隔音阻尼涂料具有重要的意义和良好的应用前景。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种新型的阻燃隔音阻尼涂料，具体是一种具有阻燃隔音性能的硅酸钙超薄纳米片复合阻燃隔音阻尼涂料。
为此，本发明提供了一种硅酸钙超薄纳米片复合阻燃隔音阻尼涂料，其特征在于，所述复合阻燃隔音阻尼涂料以硅酸钙超薄纳米片和阻尼涂料为原料复合得到，所述硅酸钙超薄纳米片的BET比表面积为200～550平方米/克，单个硅酸钙超薄纳米片的厚度为1～10纳米，所述硅酸钙超薄纳米片占所述硅酸钙超薄纳米片复合阻燃隔音阻尼涂料中的重量百分比为0.5～50wt.％，优选为1～25wt.％。
本发明采用具有良好生物相容性、环境友好、阻燃性能好和隔音性能优良的阻燃隔音原料硅酸钙超薄纳米片与阻尼涂料作为原料，通过复合制备得到具有阻燃隔音性能的硅酸钙超薄纳米片复合阻燃隔音阻尼涂料。本发明中硅酸钙超薄纳米片耐高温并且不燃烧，与阻尼涂料复合后可以提高阻尼涂料的阻燃隔音性能。硅酸钙水合物超薄纳米片在高温中失去结晶/吸附水而形成水蒸汽微环境，更有利于发挥优良的阻燃效果。硅酸钙超薄纳米片具有独特的二维片状结构，噪音在各个纳米片之间连续散射、反射和吸收而实现有效衰减，可以有效改善阻尼涂料的隔音降噪性能。硅酸钙超薄纳米片是一种重要的生物材料，具有良好的生物相容性，环境友好，呈现优良的白色，可以改善阻尼涂料的白度。此外，硅酸钙超薄纳米片与阻尼涂料的复合可以拓宽阻尼涂料的玻璃化转变温度范围，改善阻尼涂料的减振降噪性能。也就是说，硅酸钙超薄纳米片与阻尼涂料复合可以提高阻尼涂料的阻燃性能和隔音降噪性能，并且可以改善阻尼涂料的白度。
本发明中，所述作为原料的阻尼涂料可以采用任何一种商品化的阻尼涂料。
本发明中，所述硅酸钙超薄纳米片卷曲堆积形成多孔结构。
本发明中，所述硅酸钙超薄纳米片为硅酸钙水合物超薄纳米片或/和无水硅酸钙超薄纳米片。
本发明中，所述硅酸钙超薄纳米片可以由室温水溶液反应法制备得到，有关详细制备方法可以参考以下发明专利：朱英杰，吴进，具有超高比表面积的硅酸钙超薄纳米片及其制备方法，专利号：ZL 201210489191.3。
本发明所用原料硅酸钙超薄纳米片生产成本低。将硅酸钙超薄纳米片和阻尼涂料复合制备阻燃隔音阻尼涂料，不需要复杂的制备工艺和设备就能制备性能优异的阻燃隔音阻尼涂料，具有环境友好、制备工艺简便、适合批量制备等优点。
本发明还提供了所述硅酸钙超薄纳米片复合阻燃隔音阻尼涂料在机械设备领域中的应用，尤其包括飞机、轨道列车、汽车和船舶等在内的交通机械设备领域中的应用。本发明提供的硅酸钙超薄纳米片复合阻燃隔音阻尼涂料具有阻燃、隔音、减振和降噪等效果，在飞机、轨道列车、汽车和船舶等多个领域具有良好的应用前景。
附图说明
图1为所制备的硅酸钙超薄纳米片的扫描电子显微图，该图显示多个硅酸钙超薄纳米片自组装形成多孔结构；
图2为所制备的硅酸钙超薄纳米片的透射电子显微图。
具体实施方式
以下通过下述实施方式进一步说明本发明，应理解，下述实施方式仅用于说明本发明，而非限制本发明。
本发明涉及一种具有阻燃隔音性能的硅酸钙超薄纳米片复合阻燃隔音阻尼涂料，该复合阻燃隔音阻尼涂料采用硅酸钙超薄纳米片和阻尼涂料为原料复合制备而成，硅酸钙超薄纳米片与阻尼涂料复合可同时提高阻尼涂料的阻燃性能、隔音性能和阻尼性能，并且可以改善阻尼涂料的白度和减振降噪性能。本发明中，可以将硅酸钙超薄纳米片与水和/或醇(包括甲醇、乙醇、丙醇和/或丁醇)中混合制备成硅酸钙超薄纳米片浆料，按照一定比例，将硅酸钙超薄纳米片浆料与阻尼涂料混合，搅拌均匀，制备得到硅酸钙超薄纳米片复合阻燃隔音阻尼涂料；也可以按照一定比例直接将硅酸钙超薄纳米片粉体与阻尼涂料混合，搅拌均匀，制备得到硅酸钙超薄纳米片复合阻燃隔音阻尼涂料。
本发明中，对作为原料之一的阻尼涂料没有特别限定，可以采用任何一种商品化的阻尼涂料。在本实施方式中，优选的阻尼涂料可以采用商品化的水基阻尼涂料。
本发明中，所述硅酸钙超薄纳米片可以是硅酸钙水合物超薄纳米片，也可以是无水硅酸钙超薄纳米片。单个硅酸钙超薄纳米片的厚度为1～10纳米，优选2～6纳米。硅酸钙超薄纳米片的BET比表面积可为200～550平方米/克。硅酸钙超薄纳米片具有独特的二维片状结构，噪音在各个纳米片之间连续散射、反射和吸收而实现有效衰减，可以有效改善阻尼涂料的隔音降噪性能。
硅酸钙超薄纳米片在硅酸钙超薄纳米片复合阻燃隔音阻尼涂料中的重量百分比在0.5～50wt.％范围内可调，优选硅酸钙超薄纳米片的重量百分比在2～25wt.％范围。当硅酸钙超薄纳米片的重量百分比小于0.5wt.％时，阻尼涂料的阻燃性能不佳。当硅酸钙超薄纳米片的重量百分比超过50wt.％时，阻尼涂料干燥后易变脆。
硅酸钙超薄纳米片是一种重要的生物材料，具有良好的生物相容性，环境友好，呈现优良的白色，可以改善阻尼涂料的白度。硅酸钙超薄纳米片耐高温并且不燃烧，与阻尼涂料复合后可以有效提高阻尼涂料的阻燃性能。硅酸钙水合物超薄纳米片在高温下失去结晶/吸附水而在微环境中形成水蒸汽，更有利于发挥优良的阻燃效果。此外，硅酸钙超薄纳米片与阻尼涂料的复合可以拓宽阻尼涂料的玻璃化转变温度范围，改善阻尼涂料的减振降噪性能。也就是说，硅酸钙超薄纳米片与阻尼涂料复合可以提高阻尼涂料的阻燃性能和隔音降噪性能，并且可以改善阻尼涂料的白度。
本发明中硅酸钙超薄纳米片可以由室温水溶液反应法制备得到。具体的，作为一个示例，室温水溶液反应法制备硅酸钙超薄纳米片可以参考发明专利：朱英杰，吴进，具有超高比表面积的硅酸钙超薄纳米片及其制备方法，专利号：ZL 201210489191.3。
本发明中，可以将硅酸钙超薄纳米片与水和/或醇(包括甲醇、乙醇、丙醇和/或丁醇)混合制备成硅酸钙超薄纳米片浆料，按照一定比例，将硅酸钙超薄纳米片浆料与阻尼涂料混合，搅拌均匀，制备得到硅酸钙超薄纳米片复合阻燃隔音阻尼涂料；也可以按照一定比例直接将硅酸钙超薄纳米片粉体与阻尼涂料混合，搅拌均匀，制备得到硅酸钙超薄纳米片复合阻燃隔音阻尼涂料。
一方面，采用硅酸钙超薄纳米片与水和/或醇(包括甲醇、乙醇、丙醇和/或丁醇)混合制备成硅酸钙超薄纳米片浆料，按照一定比例，将硅酸钙超薄纳米片浆料和阻尼涂料混合，搅拌均匀，制备得到硅酸钙超薄纳米片复合阻燃隔音阻尼涂料，采用该方法时，硅酸钙超薄纳米片与水和/或醇(包括甲醇、乙醇、丙醇和/或丁醇)的比例可以设为1：100～100：1，该比例范围内得到的硅酸钙超薄纳米片浆料可以与阻尼涂料进行较好的复合。硅酸钙超薄纳米片浆料与阻尼涂料的比例可以设为1：100～100：1。硅酸钙超薄纳米片浆料与阻尼涂料的比例低于1：100时，阻燃性能不佳。硅酸钙超薄纳米片浆料与阻尼涂料的比例高于100：1时，干燥后涂料易变脆。关于搅拌方式，没有特别限定，本实施方式中，优选采用机械搅拌和磁力搅拌的搅拌方式。
另一方面，采用按照一定比例直接将硅酸钙超薄纳米片粉体与阻尼涂料混合，搅拌均匀，制备得到硅酸钙超薄纳米片复合阻燃阻尼涂料的方法时，硅酸钙超薄纳米片粉体与阻尼涂料的比例可以设为1：200～1：1。硅酸钙超薄纳米片粉体与阻尼涂料直接混合可以更加简化制备过程。
此外，本发明的硅酸钙超薄纳米片复合阻燃阻尼涂料中，除阻尼涂料和硅酸钙超薄纳米片以外，还可以含有阻燃阻尼涂料领域中公知的各种添加剂。该添加剂没有特别限定。
本发明的有益效果在于：
本发明将硅酸钙超薄纳米片和阻尼涂料复合制备阻燃隔音阻尼涂料，具有环境友好、制备工艺简便、生产成本低、容易批量制备等优点；
本发明采用的硅酸钙超薄纳米片呈优质的白色，可以改善涂料的白度；
本发明采用的硅酸钙超薄纳米片耐高温并且不燃烧，与阻尼涂料复合后可以有效提高阻燃隔音阻尼涂料的阻燃性能。硅酸钙水合物超薄纳米片在高温下失去结晶/吸附水而在微环境中形成水蒸汽，更有利于发挥优良的阻燃效果；
本发明采用的硅酸钙超薄纳米片具有独特的二维片状结构，噪音在各个纳米片之间连续散射、反射和吸收而实现有效衰减，可以有效改善阻尼涂料的隔音降噪性能；
本发明采用的硅酸钙超薄纳米片与阻尼涂料基体间具有良好的分散性，各个纳米片之间界面滑移造成摩擦损耗，有效实现能量耗散，与阻尼涂料的复合可以拓宽阻尼涂料的玻璃化转变温度范围，改善阻尼涂料的减振降噪性能；
本发明提供的硅酸钙超薄纳米片复合阻燃隔音阻尼涂料具有阻燃、隔音、减振和降噪等效果，在飞机、轨道列车、汽车和船舶等多个领域具有良好的应用前景。
下面进一步例举实施例以详细说明本发明。同样应理解，以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。下述示例具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围内选择，而并非要限定于下文示例的具体数值。
制造例1
硅酸钙超薄纳米片的制备：分别配制浓度为0.6mol/L Ca(NO3)2水溶液和0.06mol/L的Na2SiO3水溶液。在室温、搅拌的条件下，往50mL浓度为0.06mol/L的Na2SiO3水溶液中加入5mL浓度为0.6mol/L Ca(NO3)2水溶液，并控制加入速率为2.5mL/h，待加入完毕后将得到的悬浊液继续搅拌3h，然后用离心法分离产物，分离的产物用去离子水和乙醇分别洗涤三次，60℃空气气氛干燥，得到硅酸钙水合物超薄纳米片。本实施例制得的硅酸钙水合物超薄纳米片的BET比表面积经测定为462m2/g(测定仪器：金埃谱V-Sorb 2800P比表面仪；测定方法：将样品150℃干燥6h后，通过氮分子吸附法测试得到BET比表面积)。图1示出本发明制备的硅酸钙超薄纳米片的扫描电子显微图，该图显示多个硅酸钙超薄纳米片卷曲自组装形成多孔结构。图2示出制备的硅酸钙超薄纳米片的透射电子显微图，可以看出所制得的硅酸钙为片状结构，且纳米片的厚度很薄，并卷曲形成多孔结构。
实施例1
配制固体含量为5％的硅酸钙超薄纳米片浆料(分散介质为水)。按照固体硅酸钙超薄纳米片和德国汉高阻尼涂料重量比为1：99的配方，将硅酸钙超薄纳米片和阻尼涂料混合，机械搅拌均匀。得到硅酸钙超薄纳米片复合阻燃隔音阻尼涂料。
玻璃化转变温度范围测试：采用差示扫描量热分析法测定硅酸钙超薄纳米片复合阻燃隔音阻尼涂料的玻璃化转变温度范围。含1wt.％硅酸钙超薄纳米片的复合阻燃隔音阻尼涂料，其玻璃化转变温度范围约为95.8～179.3℃。在硅酸钙超薄纳米片复合阻燃隔音阻尼涂料的燃烧实验中，观察到有轻微的燃烧现象，产生的烟雾明显减少，点燃阻尼涂料所需要时间增长。即加入少量(1wt.％)硅酸钙超薄纳米片后，阻尼涂料的阻燃性能有所提高。
实施例2
配制固体含量为5％的硅酸钙超薄纳米片浆料(分散介质为水)。按照固体硅酸钙超薄纳米片和德国汉高阻尼涂料重量比为1：19的配方，将硅酸钙超薄纳米片和阻尼涂料混合，机械搅拌均匀。得到硅酸钙超薄纳米片复合阻燃隔音阻尼涂料。
玻璃化转变温度范围测试：采用差示扫描量热分析法测定硅酸钙超薄纳米片复合阻燃隔音阻尼涂料的玻璃化转变温度范围。含5wt.％硅酸钙超薄纳米片的复合阻燃隔音阻尼涂料，其玻璃化转变温度范围约为95.2～184.0℃。在硅酸钙超薄纳米片复合阻燃隔音阻尼涂料的燃烧实验中，未观察到燃烧现象，也未观察到烟雾产生。即加入少量(5wt.％)硅酸钙超薄纳米片后，复合阻燃隔音阻尼涂料的阻燃性能有了明显提高。
实施例3
配制固体含量为5％的硅酸钙超薄纳米片浆料(分散介质为水)。按照固体硅酸钙超薄纳米片和德国汉高阻尼涂料重量比为1：9的配方，将硅酸钙超薄纳米片和阻尼涂料混合，机械搅拌均匀。得到硅酸钙超薄纳米片复合阻燃隔音阻尼涂料。
玻璃化转变温度范围测试：采用差示扫描量热分析法测定硅酸钙超薄纳米片复合阻燃隔音阻尼涂料的玻璃化转变温度范围。含10wt.％硅酸钙超薄纳米片的复合阻燃隔音阻尼涂料，其玻璃化转变温度范围约为101.2～197.6℃。在硅酸钙超薄纳米片复合阻燃隔音阻尼涂料的阻燃实验中，未观察到燃烧现象，无烟雾产生，即加入10wt.％硅酸钙超薄纳米片后，硅酸钙超薄纳米片复合阻燃隔音阻尼涂料具有优异的阻燃性能。
实施例4
配制固体含量为5％的硅酸钙超薄纳米片浆料(分散介质为水)。按照固体硅酸钙超薄纳米片和德国汉高阻尼涂料重量比为1：3的配方，将硅酸钙超薄纳米片和阻尼涂料混合，机械搅拌均匀。得到硅酸钙超薄纳米片复合阻燃隔音阻尼涂料。
玻璃化转变温度范围测试：采用差示扫描量热分析法测定硅酸钙超薄纳米片复合阻燃隔音阻尼涂料的玻璃化转变温度范围。加入25wt.％硅酸钙超薄纳米片的复合阻燃隔音阻尼涂料，其玻璃化转变温度范围约为99.8～201.2℃。在阻燃实验中，未观察到燃烧现象，无烟雾产生，即加入25wt.％硅酸钙超薄纳米片后，硅酸钙超薄纳米片复合阻燃隔音阻尼涂料具有更加优异的阻燃性能。
实施例5
配制固体含量为5％的硅酸钙超薄纳米片浆料(分散介质为水)。按照固体硅酸钙超薄纳米片和德国汉高阻尼涂料重量比为0.5：99.5的配方，将硅酸钙超薄纳米片和阻尼涂料混合，机械搅拌均匀。得到硅酸钙超薄纳米片复合阻燃隔音阻尼涂料。
含0.5wt.％硅酸钙超薄纳米片的复合阻燃隔音阻尼涂料在燃烧实验中，观察到有燃烧现象，并产生烟雾。即加入少量(0.5wt.％)硅酸钙超薄纳米片后，硅酸钙超薄纳米片复合阻燃隔音阻尼涂料的阻燃性能虽然有所提高，但阻燃效果不明显。
实施例6
配制固体含量为5％的硅酸钙超薄纳米片浆料(分散介质为水)。按照固体硅酸钙超薄纳米片和德国汉高阻尼涂料重量比为50：50的配方，将硅酸钙超薄纳米片和阻尼涂料混合，机械搅拌均匀。得到硅酸钙超薄纳米片复合阻燃隔音阻尼涂料。加入50wt.％硅酸钙超薄纳米片的复合阻燃隔音阻尼涂料在燃烧实验中，复合阻燃隔音阻尼涂料没有燃烧现象，也没有烟雾产生，即加入50wt.％硅酸钙超薄纳米片后，硅酸钙超薄纳米片复合阻燃隔音阻尼涂料具有非常优异的阻燃性能。
对比例1
配制固体含量为5％的硅酸钙超薄纳米片浆料(分散介质为水)。按照固体硅酸钙超薄纳米片和德国汉高阻尼涂料重量比为60：40的配方，将硅酸钙超薄纳米片和阻尼涂料混合，机械搅拌均匀。得到硅酸钙超薄纳米片复合阻燃隔音阻尼涂料。将该涂料涂覆于金属表面上，干燥后，发现复合阻燃隔音阻尼涂料形成的涂层变脆。
产业应用性：本发明所用阻燃隔音原料硅酸钙超薄纳米片生物相容性好、环境友好、制备工艺简单、生产成本低、易于实现批量生产。本发明提供的硅酸钙超薄纳米片复合阻燃隔音阻尼涂料具有良好的阻燃性能、隔音性能和减振降噪效果，在飞机、轨道列车、汽车和船舶等多个领域具有良好的应用前景。

Claims (4)

1.一种硅酸钙超薄纳米片复合阻燃隔音阻尼涂料，其特征在于，所述复合阻燃隔音阻尼涂料以硅酸钙超薄纳米片和阻尼涂料为原料复合得到，所述硅酸钙超薄纳米片的BET比表面积为200～550平方米/克，单个硅酸钙超薄纳米片的厚度为1～10纳米，所述硅酸钙超薄纳米片占所述硅酸钙超薄纳米片复合阻燃隔音阻尼涂料中的重量百分比为0.5～50 wt.%。
2.根据权利要求1所述的硅酸钙超薄纳米片复合阻燃隔音阻尼涂料，其特征在于，所述硅酸钙超薄纳米片占所述硅酸钙超薄纳米片复合阻燃隔音阻尼涂料中的重量百分比为1～25 wt.%。
3.根据权利要求1或2所述的硅酸钙超薄纳米片复合阻燃隔音阻尼涂料，其特征在于，所述硅酸钙超薄纳米片卷曲堆积形成多孔结构。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的硅酸钙超薄纳米片复合阻燃隔音阻尼涂料，其特征在于，所述硅酸钙超薄纳米片为硅酸钙水合物超薄纳米片或/和无水硅酸钙超薄纳米片。
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