CN106590203A - 一种导热性宽温域阻尼涂料的制备与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种导热性宽温域阻尼涂料的制备与应用。按质量份数，包括：主料75‑125份和助剂14‑39份；所述主料包括丙烯酸类乳液30‑50份、填料35‑55份和导热填料10‑20份；去离子水10‑25份，所述助剂包括：分散剂1‑5份、防沉剂1‑3份、消泡剂0.2‑1份和增稠剂0.1‑1.5份、成膜剂0.5‑1.8份、防腐剂0.06‑0.2份。本发明中采用了具有核壳结构以及IPN结构的丙烯酸乳液，这些结构可以使得聚合物成膜后具有微相分离结构，克服了传统聚合物共混容易引起相分离导致阻尼峰相互分开。另外多种聚合乳液共混，而且聚合物乳液具有梯度Tg分布这样可以最大程度的拓宽阻尼温域，制备得到的阻尼涂料具有宽的阻尼温域，可以适应气温的变化，同时达到了从‑20‑100℃的宽温域范围。

Description

一种导热性宽温域阻尼涂料的制备与应用
技术领域
本发明属于阻尼涂料领域，涉及一种具有导热性能的宽温域新型阻尼涂料的制备与应用。
背景技术
阻尼涂料也称为减振降噪涂料，是一类由特定功能的高分子材料和填料构成的可以有效抑制振动和噪声的特种功能涂料。此类涂料利用高聚物的粘弹性，通过分子链段运动产生内摩擦将部分外场作用如机械振动、声振动产生的能量转化为热能耗散掉，从而达到减振降噪的目的。水性阻尼涂料以水性乳液为基质，水为分散介质，并添加一种或几种填料及助剂制备而成。
目前市场上的阻尼涂料常用的水性乳液主要有纯丙乳液、苯丙乳液、环氧树脂乳液和聚氨酯乳液等。阻尼涂料的填料通常以片状云母粉、石墨、硅灰石、空心玻璃微球、硅藻土、氢氧化铝、碳酸钙、玻璃纤维、球形氧化铝等为主。另外加入分散剂和防沉剂来提高填料在乳液中的分散性；通过加入消泡剂抑制成膜过程中气泡的产生；加入增稠剂来调节体系粘度到合适的范围；加入成膜助剂增加成膜性能。
通常来说阻尼涂料阻尼温域主要由乳液树脂的玻璃化温度所决定，通常损耗因子的最大值出现在玻璃化温度附近。填料的加入主要是增加阻尼涂料的强度，减少树脂乳液的用量，降低成本，同时填料占据高分子链段的堆砌空间，会与高分子链段之间相互摩擦，从而达到抑制材料振动、隔声降噪的目的。
目前水性阻尼的涂料的研究主要关注其绝热性能，而真正的散热性水性阻尼涂料的研究相对较少，仅有专利CN201410523281.9通过添加氧化铝颗粒和铝纤维制备了一种导热性阻尼涂料，但氧化铝属于球形颗粒，一般认为片层结构填料才可以起到很好的阻尼效果，因此添加颗粒状氧化铝虽然使其具有导热性，但也会降低其阻尼效果。同时，阻尼涂料的阻尼温域都有一定范围，通常来说目前的阻尼涂料在20℃-60℃之间作用效果比较好，而超过这一温度范围后阻尼减振效果比较差，甚至丧失阻尼减振效果，而全国各地温差相差比较大，同时冬季和夏季温度相差也比较大，而且当阻尼涂料作用于电机外壳时，由于电机转动本身会产生热量，使电机温度升高，因此电机温度会升高这也要求阻尼涂料必须有较宽的阻尼温域。所以传统的阻尼涂料由于导热性不好、阻尼温域窄等问题已经不能达到目前电机等机械设备使用的要求。
发明内容
为了解决阻尼涂料的上述性能上的不足，本发明提供了一种导热性宽温域阻尼涂料，其特征在于，按质量份数，包括：按质量份数，包括：主料75-125份和助剂14-39份；所述主料包括丙烯酸类乳液30-50份、填料35-55份和导热填料10-20份；去离子水10-25份，所述助剂包括：分散剂1-5份、防沉剂1-3份、消泡剂0.2-1份和增稠剂0.1-1.5份、成膜剂0.5-1.8份、防腐剂0.06-0.2份。
优选的，所述丙烯酸类乳液为核壳结构苯丙乳液（Tg：-10℃）、核壳结构硅丙乳液（Tg：20℃）、核壳结构纯丙乳液（Tg：45℃）、IPN结构苯丙乳液（Tg：5℃）、核壳结构纯丙乳液（Tg:60℃），水性聚氨酯乳液（Tg：95℃）的复合乳液。其中，核壳结构苯丙乳液（Tg：-10℃）加入5-10份、核壳结构硅丙乳液（Tg：20℃）加入2-5份、核壳结构纯丙乳液（Tg：45℃）加入5-10份、IPN结构苯丙乳液（Tg：5℃）加入5-10份、核壳结构纯丙乳液（Tg:60℃）加入5-10份，水性聚氨酯乳液（Tg：95℃）加入2-5份，丙烯酸类乳液加入总量为30-50份。
优选的，所述填料采用云母粉、纤维状硅灰石、石墨中的一种或几种。
优选的，所述导热填料采用石墨烯。
优选的，所述云母粉采用片状云母粉，所述云母粉片层的直径采用20μm、60μm和100μm中的至少一种，混合使用时，20μm:60μm:100μm的重量比例为20:60:20。硅灰石采用纤维状硅灰石。
优选的，所述分散剂采用BYK-2012、BYK-192、TEGO-655中一种或多种。
优选的，所述防沉剂采用BYK-410，有效成分质量含量＞3%。
优选的，所述增稠剂采用TMASE-60、TT-935、AMS-601中的一种或多种。
优选的，所述成膜剂采用十二碳醇酯、丙二醇苯醚、乙二醇丁醚、苯甲醇中的一种或多种。
优选的，所述防腐剂采用卡松101。
优选的，所述消泡剂采用JC166。
优选的，所述PH调节剂采用氨水、三乙胺中的一种。
相应的，本发明提供一种制备导热性宽温域阻尼涂料的方法，包括以下几个步骤：
步骤(1)：先将丙烯酸类乳液加入到反应器中，然后加入成膜剂、消泡剂、分散剂、防沉剂和去离子水，搅拌均匀；
步骤(2)：加入填料，搅拌均匀；
步骤(3):加入导热填料，搅拌均匀；
步骤(4):加入防腐剂搅拌均匀，边搅拌边加入增稠剂调节至粘度100-300万cps，最后再加入PH值调节剂，调节涂料PH值在7-9之间即得到宽温域导热阻尼涂料。
优选的，所述步骤(2)中，填料分3至4次加入，每次加入后搅拌10-15分钟，搅拌均匀后再加入下一次填料。
本发明还提供一种导热性宽温域阻尼涂料的应用，于电机表面喷涂所述阻尼涂料。
本发明具有如下有益效果：
1.石墨烯具有很高的导热率，其导热性可以达到5300W/(m*K)，远远高于目前的金属及金属氧化物的导热性，因此石墨烯的加入可以大大提高阻尼涂料的导热性能，制备得到的阻尼涂料的导热性能，远远大于添加金属和金属氧化物制备得到阻尼涂料的导热性能。
2.石墨烯除了具有高的导热性能外，其结构也是类似于云母一样的片层结构，同时石墨烯处于纳米尺寸，具有高的比表面积，这样可以增加聚合物与石墨烯、石墨烯与其他填料之间以及石墨烯自身之间的摩擦力，从而提高阻尼涂料的损耗因数。
3.在本发明中采用了具有核壳结构以及IPN结构的丙烯酸乳液，这些结构可以使得聚合物成膜后具有微相分离结构，克服了传统聚合物共混容易引起相分离导致阻尼峰相互分开。另外多种聚合乳液共混，而且聚合物乳液具有梯度Tg分布这样可以最大程度的拓宽阻尼温域，制备得到的阻尼涂料具有宽的阻尼温域，可以适应气温的变化，同时达到了从-20-100℃的宽温域范围。
4.同时该阻尼涂料也是水性阻尼涂料，具有环保无污染的优点。
5.该阻尼涂料还具有高的损耗因子，可以最大程度上降低电机等器件的振动噪音。
具体实施方式
下面对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明：
实施例1
（1）先将基体乳液（核壳结构苯丙乳液（Tg：-10℃）加入5份、核壳结构硅丙乳液（Tg：20℃）加入2份、核壳结构纯丙乳液（Tg：45℃）加入5份、IPN结构苯丙乳液（Tg：5℃）加入5份、核壳结构纯丙乳液（Tg:60℃）加入5份，水性聚氨酯乳液（Tg：95℃）加入2份，其加入总量为24份）加入到反应器中，然后加入成膜剂十二碳醇酯0.5份、消泡剂JC166 1份、分散剂BYK-2012 1份、防沉剂BYK-410 1份和去离子水18份，利用高速搅拌机搅拌均匀。
（２）向上述混合液中加入20μm的片层云母粉10份、硅灰石10份和石墨15份混填料，填料分4次加入，每次加入后搅拌10分钟，搅拌均匀后再加入下一次填料。
（3）加入导热填料石墨烯20份，高速搅拌20分钟至混合均匀，使石墨烯能均匀分散于阻尼涂料中。
（4）向上述涂料中加入防腐剂卡松101 0.06份搅拌均匀，边搅拌边加入增稠剂TMASE-60 0.1份调节至合适的粘度，最后向涂料中加入PH值调节剂三乙胺，调节涂料PH值为７即得到宽温域导热阻尼涂料。
实施例2
（1）先将基体乳液（核壳结构苯丙乳液（Tg：-10℃）加入10份、核壳结构硅丙乳液（Tg：20℃）加入5份、核壳结构纯丙乳液（Tg：45℃）加入10份、IPN结构苯丙乳液（Tg：5℃）加入10份、核壳结构纯丙乳液（Tg:60℃）加入10，水性聚氨酯乳液（Tg：95℃）加入5份，其加入总量为50份）加入到反应器中，然后加入成成膜剂丙二醇苯醚1.8份、消泡剂JC166 0.2份、分散剂BYK-192 5份、防沉剂BYK-410 3份和去离子水15份，利用高速搅拌机搅拌均匀。
（２）向上述混合液中加入60μm的片层云母粉20份、硅灰石17份和石墨18份混填料，填料分3次加入，每次加入后搅拌15分钟，搅拌均匀后再加入下一次填料。
（3）加入导热填料石墨烯10份，高速搅拌20分钟至混合均匀，使石墨烯能均匀分散于阻尼涂料中。
（4）向上述涂料中加入防腐剂卡松101 0.2份搅拌均匀，边搅拌边加入增稠剂AMS-601 1.5份调节至合适的粘度，最后向涂料中加入PH值调节剂三乙胺，调节涂料PH值为９即得到宽温域导热阻尼涂料。
实施例3
（1）先将基体乳液（核壳结构苯丙乳液（Tg：-10℃）加入7份、核壳结构硅丙乳液（Tg：20℃）加入3份、核壳结构纯丙乳液（Tg：45℃）加入8份、IPN结构苯丙乳液（Tg：5℃）加入7份、核壳结构纯丙乳液（Tg:60℃）加入9，水性聚氨酯乳液（Tg：95℃）加入4份，其加入总量为38份）加入到反应器中，然后加入成膜剂乙二醇丁醚1份、消泡剂JC166 0.5份、分散剂TEGO-655 2份、防沉剂BYK-410 2份和去离子水25份，利用高速搅拌机搅拌均匀。
（２）向上述混合液中加入100μm的片层云母粉18份、硅灰石16份和石墨15份混填料，填料分4次加入，每次加入后搅拌12分钟，搅拌均匀后再加入下一次填料。
（3）加入导热填料石墨烯18份，高速搅拌20分钟至混合均匀，使石墨烯能均匀分散于阻尼涂料中。
（4）向上述涂料中加入防腐剂卡松101 0.1份搅拌均匀，边搅拌边加入增稠剂TT-935 1份调节至合适的粘度，最后向涂料中加入PH值调节剂氨水，调节涂料PH值为8即得到宽温域导热阻尼涂料。
实施例4
（1）先将基体乳液（核壳结构苯丙乳液（Tg：-10℃）加入9份、核壳结构硅丙乳液（Tg：20℃）加入4份、核壳结构纯丙乳液（Tg：45℃）加入8份、IPN结构苯丙乳液（Tg：5℃）加入7份、核壳结构纯丙乳液（Tg:60℃）加入8，水性聚氨酯乳液（Tg：95℃）加入5份，其加入总量为41份）加入到反应器中，然后加入成膜剂苯甲醇1.2份、消泡剂JC166 0.8份、分散剂TEGO-655 3份、防沉剂BYK-410 2份和去离子水10份，利用高速搅拌机搅拌均匀。
（２）向上述混合液中加入20μm、60μm和100μm三种片层云母粉30份（20μm:60μm:100μm的重量比例为1:3:1）、硅灰石7份和石墨6份混填料，填料分3次加入，每次加入后搅拌13分钟，搅拌均匀后再加入下一次填料。
（3）加入导热填料石墨烯15份，高速搅拌20分钟至混合均匀，使石墨烯能均匀分散于阻尼涂料中。
（4）向上述涂料中加入防腐剂卡松101 0.15份搅拌均匀，边搅拌边加入增稠剂TMASE-60 0.5份调节至合适的粘度，最后向涂料中加入PH值调节剂氨水，调节涂料PH值为7.5即得到宽温域导热阻尼涂料。
实施例5
关于阻尼涂料阻尼性能及导热性能说明：（测试样品厚度为2mm），如表1所示：
表1
测试类别 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
导热率W/(m*K) 265 217 248 236
损耗因子（-20℃） 0.29 0.36 0.33 0.26
损耗因子（0℃） 0.53 0.51 0.55 0.52
损耗因子（20℃） 0.63 0.6 0.65 0.62
损耗因子（40℃） 0.75 0.78 0.71 0.74
损耗因子（60℃） 0.65 0.62 0.62 0.63
损耗因子（80℃） 0.55 0.49 0.56 0.58
损耗因子（100℃） 0.35 0.29 0.34 0.36
成膜性 好（表面平整，无气泡） 好（表面平整，无气泡） 好（表面平整，无气泡） 好（表面平整，无气泡）
抗冲击性（GB/T 1732-93） 130cm 135cm 125cm 132cm
附着力（GB/T 1720-79） 1级 1级 1级 1级
实施例7
测试所用电机为华域电动生产的驱动电机，功率为150KW，电机表面喷涂2mm厚阻尼涂料。测试温度为25℃，未消除外界噪声影响，测试时在消音室中测试。测试结果如表2的示：
表2
测试类别 喷涂前 喷涂后
噪声大小 95-105分贝 45-50分贝
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种导热性宽温域阻尼涂料，其特征在于，按质量份数，包括：主料75-125份和助剂14-39份；所述主料包括丙烯酸类乳液30-50份、填料35-55份和导热填料10-20份；去离子水10-25份，所述助剂包括：分散剂1-5份、防沉剂1-3份、消泡剂0.2-1份和增稠剂0.1-1.5份、成膜剂0.5-1.8份、防腐剂0.06-0.2份。
2.如权利要求1所述的导热性宽温域阻尼涂料，其特征在于，所述丙烯酸类乳液采用核壳结构苯丙乳液（Tg：-10℃）、核壳结构硅丙乳液（Tg：20℃）、核壳结构纯丙乳液（Tg：45℃）、IPN结构苯丙乳液（Tg：5℃）、核壳结构纯丙乳液（Tg:60℃），水性聚氨酯乳液（Tg：95℃）的复合乳液。
3.如权利要求1所述的导热性宽温域阻尼涂料，其特征在于，所述填料采用云母粉、纤维状硅灰石、石墨中的一种或几种；所述导热填料采用高导热性的石墨烯。
4.如权利要求3所述的导热性宽温域阻尼涂料，其特征在于，所述云母粉采用片状云母粉，所述云母粉片层的直径采用20μm、60μm和100μm中至少一种，硅灰石采用纤维状硅灰石。
5.如权利要求1所述的导热性宽温域阻尼涂料，其特征在于，所述分散剂采用BYK-2012、BYK-192、TEGO-655中一种或多种；所述防沉剂采用BYK-410，有效成分含量＞3%。
6.如权利要求1所述的导热性宽温域阻尼涂料，其特征在于，所述增稠剂采用TMASE-60、TT-935、AMS-601中的一种或多种；所述成膜剂采用十二碳醇酯、丙二醇苯醚、乙二醇丁醚、苯甲醇中的一种或多种。
7.如权利要求1所述的导热性宽温域阻尼涂料，其特征在于，所述防腐剂采用卡松101。
8.一种制备如权利要求1所述的导热性宽温域阻尼涂料的方法，其特征在于，包括以下几个步骤：
步骤（1）：先将丙烯酸类乳液加入到反应器中，然后加入成膜剂、消泡剂、分散剂、防沉剂和去离子水，搅拌均匀；
步骤（２）：加入填料，搅拌均匀；
步骤（3）：加入导热填料，搅拌均匀；
步骤（4）：加入防腐剂搅拌均匀，边搅拌边加入增稠剂调节至合适的粘度，最后再加入PH值调节剂，调节涂料PH值在7-9，即得到宽温域导热阻尼涂料。
9.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述步骤（２）中，填料分3-4次加入，每次加入后搅拌10-15分钟，搅拌均匀后再加入下一次填料。
10.一种如权利要求1所述的导热性宽温域阻尼涂料的应用，其特征在于，于电机表面喷涂所述阻尼涂料。
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