CN106810981A - 具有宽频宽温域的约束结构水性阻尼涂料的制备与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供具有宽频宽温域的约束结构水性阻尼涂料，包括阻尼层涂料和约束层涂料，按重量份数，所述阻尼层涂料包括：纯丙IPN结构乳液20‑60份、苯丙类核壳乳液15‑50份、硅丙类核壳乳液10‑45份、云母粉10‑60份、硅灰石粉10‑40份，滑石粉8‑25份、石墨5‑30份、丁基橡胶粉5‑10份、自制多功能助剂1‑5份、消泡剂0.5‑3份、增稠剂0.8‑5份，成膜助剂0.5‑4份；所述约束层涂料包括：聚丙二醇二环氧乙烷甲基醚类改性环氧树脂20‑60份、柔性乙烯基酯型不饱和聚酯树脂15‑55份、云母粉10‑60份、石墨5‑30份、铅粉5‑15份、Fe2O3 3‑15份，玻璃纤维15‑30份、自制多功能助剂1‑5份、消泡剂0.5‑3份、增稠剂0.8‑5份，成膜助剂0.5‑4份。本发明中的约束结构水性阻尼涂料在宽广的温域和频率范围内具有较高的损耗因子，阻尼减振性能优异。

Description

具有宽频宽温域的约束结构水性阻尼涂料的制备与应用
技术领域
本发明属于水性阻尼涂料领域，涉及一种具有宽频宽温域的约束结构的水性阻尼涂料的制备与应用。
背景技术
目前，常用的水性阻尼涂料基料主要有丙稀酸酯型、环氧树脂型、聚氨酯型以及乙酸乙烯酯等。目前，已有的技术中多采用水性纯丙乳液、水性苯丙乳液，通过添加云母粉、滑石粉、硅藻土、碳酸钙、硫酸钡、石英粉等填料，选用消泡剂、防腐剂、阻燃剂、防霉杀菌剂等助剂，制备得到水性阻尼涂料，可采用高压喷涂手段涂覆于各种机械的结构表面，能够满足在常温下减振降噪的使用要求。
现有技术中采用水性丙烯酸类乳液，通过添加云母粉、空心玻璃微珠，滑石粉等，选用消泡剂、防腐剂、防霉杀菌剂等助剂，制备得到的阻尼涂料具有隔音阻尼性能，且导热系数低，保温效果好。
现有技术中采用聚氨酯改性丙烯酸乳液、有机硅氧烷改性丙烯酸乳液，添加云母粉、滑石粉，中空玻璃微球、硫酸钡、消泡剂、增稠剂、阻燃剂和防霉剂，在外加交联剂作用下形成具有互穿网络结构的阻尼涂料，具有良好的减振降噪效果。
但是。水性阻尼涂料已有技术的具有以下缺陷：
1、其阻尼温域较窄，很难达到宽温域的阻尼使用要求；
2、几乎没有考虑频率使用范围，对于宽频或者特定频率下的阻尼性能不佳。
3、多采用重质填料，不但不能提高阻尼减振性能，而且不利用设备的轻量化要求。
4、未充分考虑涂料在使用过程中的粘结性能，使得涂料疲劳开裂和剥落，失去应用价值。
发明内容
为了解决以上技术问题，本发明提供一种具有宽频宽温域的约束结构水性阻尼涂料，包括阻尼层涂料和约束层涂料，按重量份数，所述阻尼层涂料包括：主料和助剂，所述主料包括：纯丙IPN结构乳液20-60份、苯丙类核壳乳液15-50份、硅丙类核壳乳液10-45份、云母粉10-60份、硅灰石粉10-40份，滑石粉8-25份、石墨5-30份、丁基橡胶粉5-10份。所述助剂包括：自制多功能助剂1-5份、消泡剂0.5-3份、增稠剂0.8-5份，成膜助剂0.5-4份。所述约束层涂料包括：主料和助剂，所述主料包括：聚丙二醇二环氧乙烷甲基醚类改性环氧树脂20-60份、柔性乙烯基酯型不饱和聚酯树脂15-55份、云母粉10-60份、石墨5-30份、铅粉5-15份、Fe2O3 3-15份、玻璃纤维15-30份。所述助剂包括：自制多功能助剂1-5份、消泡剂0.5-3份、增稠剂0.8-5份，成膜助剂0.5-4份。
本发明采用以上技术方案，其优点在于，通过采用损耗因子较大的阻尼层涂料和模量较高的约束层涂料，复合组成约束结构阻尼涂料。其中，利用一系列具有不同玻璃化转变温度的核壳结构和IPN结构的乳液进行共混来制备多元共混体系作为基体，选取合适的填料及助剂，来制备得到阻尼层涂料；然后选用模量较高的环氧树脂乳液和聚酯树脂乳液，通过添加合适的涂料来制备得到模量高的涂料，通过复合结构设计制备得到宽频和宽温域的约束结构水性阻尼涂料。
优选的，所述改性环氧树脂采用聚丙二醇二环氧乙烷甲基醚类改性环氧树脂，所述不饱和聚酯树脂采用柔性乙烯基酯型不饱和聚酯树脂。
优选的，所述云母粉采用20μm、60μm和100μm的云母粉中的至少一种。
优选的，所述硅灰石粉粒径范围为200目～1250目。
优选的，所述滑石粉粒径范围为200目～800目。
优选的，所述石墨粒径范围为325目～1250目。
优选的，所述多功能助剂的制备如下：取一定量的水，置于分散机下将分散剂和润湿分散剂、改性脲类流变触变剂及抗菌剂四种助剂依次加入，搅拌，使其分散均匀，即得多功能助剂，其中，四种助剂的质量占多功能助剂总质量的20％-60％，密封待用。
优选的，分散剂采用离子型聚丙烯酸盐类分散剂，润湿分散剂采用二辛基磺基琥珀酸盐或者硫酸月桂酯中的至少一种，触变剂采用改性脲类流变触变剂；抗菌剂采用邻苯基苯酚或者双硫代氨基甲酸酯的至少一种；消泡剂采用脂肪族酰胺、聚乙二醇或改性聚二甲基硅氧烷中的至少一种；增稠剂采用聚丙烯酸酯类；成膜助剂采用醇酯十二或者丙二醇苯醚的至少一种。
其中，丙烯酸酯类聚合物具有优良的耐候性、耐油性等性能，且丙烯酸酯体系有众多的酯基可供选择，可以通过分子设计实现玻璃化转变温度可在-70℃到155℃之间丙烯酸酯体系的高聚物，故其共聚物或共混物作为阻尼材料可以用来实现宽温域的阻尼效果。而IPN结构和核壳结构不同于简单的共聚物，其两相间强迫互溶，，界面互穿，因而玻璃化转变区更宽，阻尼性能更优异。
优选的，所述分散剂、润湿分散剂、改性脲类流变触变剂与抗菌剂的重量配比为1:1:1:1至5:4:5:1，分散机中搅拌速度为600-800rpm，搅拌时间为20-30分钟。
相应的，本发明还提供一种制备水性阻尼涂料的方法，包括以下步骤：
步骤A：阻尼层涂料制备：将纯丙IPN结构乳液、苯丙类核壳乳液和硅丙类核壳乳液混合后，搅拌下按配比加入多功能助剂、云母粉、硅灰石粉、滑石粉、石墨和丁基橡胶粉，搅拌均匀后依次加入成膜助剂、消泡剂和增稠剂，即得到阻尼层涂料；
步骤B：约束层涂料的制备：将聚丙二醇二环氧乙烷甲基醚类改性环氧树脂和乙烯基酯型柔性不饱和聚酯树脂混合后，在搅拌下将多功能助剂、云母粉、石墨、铅粉，Fe2O3和玻璃纤维按配比依次加入，最后加入成膜助剂、消泡剂和增稠剂，即得到约束层涂料。
优选的，其中步骤A中，纯丙IPN结构乳液、苯丙类核壳乳液及硅丙类核壳乳液的质量比为1:1:1至5:5:1；其中步骤B中，改性环氧树脂与不饱和聚氨酯树脂的质量比为1:1至4:1。
本发明进一步采用以上技术特征，其优点在于，具有层状或鳞片结构的填料，由于层状效应，能有效提高体系的阻尼性能。涂料中添加橡胶粉以提高低温段的阻尼性能。约束结构阻尼涂料由损耗因子较大的阻尼层和模量较高的约束层涂料组成，为了提高约束层涂料的模量，向其中加入金属粉末，短纤维等。因涂料中含有铅粉，可以应用于有散热需求的壳体表面的阻尼材料。
本发明进一步采用以上技术特征，其优点在于，该水性阻尼涂料具有固含量高，阻尼温域宽泛(-40～150℃)、室温下阻尼频率宽(20～20000Hz)，阻尼性能优异(损耗峰值达0.9，55℃下)。其中，在-10℃～120℃范围内阻尼因子都在0.50之上，在-40℃时阻尼因子为0.28，在150℃时阻尼因子为0.46。采用约束阻尼层，不仅阻尼温域和频率范围广，减振性能优异，而且较好的力学性能和耐热性能。采用类似于约束型阻尼结构，当基材表面受到振动弯曲变形时，基材与模量高的约束层产生相对滑移运动，处于中间的阻尼层受到与基材接触表面和约束层接触表面的拉延变形不同，从而在阻尼层内部产生剪切应变使部分机械能损耗，因而达到提高耗能的目的。
本发明的涂料可采用喷涂、刮涂或滚涂的方式进行施工。其中阻尼层厚度1-6毫米，约束层厚度为0.5-4毫米。阻尼层涂覆于基材壳体的表面，约束层涂覆于阻尼层外侧。
本发明具有如下有益效果：
本发明中宽频宽温域的约束结构水性阻尼涂料阻尼层采用多元共混IPN结构及核壳结构乳液作为基体，添加层状和鳞片状结构填料拓宽阻尼的温度范围；同时约束层采用模量较高的环氧树脂和聚酯树脂作为基体，添加金属粉末和玻璃纤维等构成约束层涂料来进一步提高材料的损耗因子。
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
多功能助剂的制备：取60份水，置于分散机下将10份离子型聚丙烯酸盐类分散剂、10份二辛基磺基琥珀酸盐润湿分散剂、10份改性脲类流变触变剂和10份邻苯基苯酚抗菌剂四种助剂依次加入，搅拌，使其分散均匀，即得多功能助剂。
按重量份数计，该约束结构阻尼涂料中的阻尼层由以下组分组成：纯丙IPN结构乳液：20份，苯丙类核壳乳液：15份，硅丙类核壳乳液：10份，云母粉(60μm)10份、硅灰石粉(200目)10份、滑石粉(200目)8份、石墨(1250目)5份、丁基橡胶粉5份，多功能助剂1份，醇酯十二成膜助剂0.5份、脂肪族酰胺消泡剂0.5份和聚丙烯酸酯类增稠剂0.8份。
按重量份数计，该约束结构阻尼涂料中的约束层由以下组分组成：改性环氧树脂20份，柔性不饱和聚酯树脂15份，云母粉(60μm)10份、石墨(1250目)5份、玻璃纤维15份、铅粉(800目)5份，Fe2O3 3份，多功能助剂1份，醇酯十二成膜助剂0.5份、脂肪族酰胺消泡剂0.5份和聚丙烯酸酯类增稠剂0.8份。
阻尼层涂料制备：将纯丙IPN结构乳液、苯丙类核壳乳液和硅丙类核壳乳液混合后，搅拌下加入多功能助剂和云母粉、硅灰石粉、滑石粉、石墨和丁基橡胶粉，搅拌均匀后依次加入成膜助剂、消泡剂和增稠剂，即得到阻尼层涂料；
约束层涂料的制备：将改性环氧树脂和柔性不饱和聚酯树脂混合后，在搅拌下将多功能助剂、云母粉、石墨、铅粉，Fe2O3和玻璃纤维按配比依次加入，最后加入成膜助剂、消泡剂和增稠剂，即得到约束层涂料
采用喷涂方式，将阻尼层涂料喷涂于基材壳体的表面，厚度为2mm，干燥后将约束层涂料涂覆于阻尼层外侧，厚度为1mm，在常温干燥后形成约束结构阻尼涂料。
实施例2
多功能助剂的制备：取30份水，置于分散机下将5份离子型聚丙烯酸盐类分散剂、4份硫酸月桂酯润湿分散剂、5份改性脲类流变触变剂及1份双硫代氨基甲酸酯抗菌剂四种助剂依次加入，搅拌，使其分散均匀，即得多功能助剂。
按重量份数计，该约束结构阻尼涂料中的阻尼层由以下组分组成：纯丙IPN结构乳液：60份，苯丙类核壳乳液：50份，硅丙类核壳乳液：45份，云母粉(20μm)60份、硅灰石粉(1250目)40份、滑石粉(800目)25份、石墨(1000目)30份、丁基橡胶粉10份，多功能助剂4份，成膜助剂丙二醇苯醚4份、消泡剂聚乙二醇3份和聚丙烯酸酯类增稠剂5份。
按重量份数计，该约束结构阻尼涂料中的约束层由以下组分组成：改性环氧树脂60份，柔性不饱和聚酯树脂55份，云母粉(20μm)60份、石墨(500目)10份、玻璃纤维30份、铅粉(2000目)15份，Fe2O3 15份，多功能助剂4份，成膜助剂丙二醇苯醚4份、消泡剂聚乙二醇3份和聚丙烯酸酯类增稠剂5份。
阻尼层涂料制备：将纯丙IPN结构乳液、苯丙类核壳乳液和硅丙类核壳乳液混合后，搅拌下加入多功能助剂和云母粉、硅灰石粉、滑石粉、石墨、丁基橡胶粉，搅拌均匀后依次加入成膜助剂、消泡剂和增稠剂，即得到阻尼层涂料；
约束层涂料的制备：将改性环氧树脂和柔性不饱和聚酯树脂混合后，在搅拌下将多功能助剂、云母粉、石墨、铅粉，Fe2O3，玻璃纤维按配比依次加入，最后加入成膜助剂、消泡剂和增稠剂，即得到约束层涂料；
采用喷涂方式，将阻尼层涂料喷涂于基材壳体的表面，厚度为4mm，干燥后将约束层涂料涂覆于阻尼层外侧，厚度为2mm，在常温干燥后形成约束结构阻尼涂料。
实施例3
多功能助剂的制备：取50份水，置于分散机下将10份离子型聚丙烯酸盐类分散剂、10份二辛基磺基琥珀酸盐润湿分散剂、10份改性脲类流变触变剂和10份邻苯基苯酚抗菌剂四种助剂依次加入，搅拌，使其分散均匀，即得多功能助剂。
按重量份数计，该约束结构阻尼涂料中的阻尼层由以下组分组成：纯丙IPN结构乳液：30份，苯丙类核壳乳液：30份，硅丙类核壳乳液：15份，云母粉(100μm)30份、硅灰石粉(500目)15份、滑石粉(500目)10份、石墨(800目)10份、丁基橡胶粉6份，多功能助剂2份，醇酯十二成膜助剂1份、改性聚二甲基硅氧烷消泡剂1份和聚丙烯酸酯类增稠剂2份。
按重量份数计，该约束结构阻尼涂料中的约束层由以下组分组成：改性环氧树脂40份，柔性不饱和聚酯树脂20份，云母粉(100μm)30份、石墨(325目)10份、玻璃纤维20份、铅粉(1000目)10份，Fe2O3 8份，多功能助剂2份，醇酯十二成膜助剂1份、改性聚二甲基硅氧烷消泡剂1份和聚丙烯酸酯类增稠剂2份。
阻尼层涂料制备：将纯丙IPN结构乳液、苯丙类核壳乳液和硅丙类核壳乳液混合后，搅拌下加入多功能助剂和云母粉、硅灰石粉、滑石粉、石墨、丁基橡胶粉，搅拌均匀后依次加入成膜助剂、消泡剂和增稠剂，即得到阻尼层涂料；
约束层涂料的制备：将改性环氧树脂和柔性不饱和聚酯树脂混合后，在搅拌下将多功能助剂、云母粉、石墨、铅粉，Fe2O3，玻璃纤维按配比依次加入，最后加入成膜助剂、消泡剂和增稠剂，即得到约束层涂料
采用喷涂方式，将阻尼层涂料喷涂于基材壳体的表面，厚度为5mm，干燥后将约束层涂料涂覆于阻尼层外侧，厚度为3mm，在常温干燥后形成约束结构阻尼涂料。
实施例4
多功能助剂的制备：取30份水，置于分散机下将5份离子型聚丙烯酸盐类分散剂、4份硫酸月桂酯润湿分散剂、5份改性脲类流变触变剂及1份双硫代氨基甲酸酯抗菌剂四种助剂依次加入，搅拌，使其分散均匀，即得多功能助剂。
按重量份数计，该约束结构阻尼涂料中的阻尼层由以下组分组成：纯丙IPN结构乳液：40份，苯丙类核壳乳液：40份，硅丙类核壳乳液：25份，云母粉(60μm)40份、硅灰石粉(400目)30份、滑石粉(300目)18份、石墨(400目)10份、丁基橡胶粉8份，多功能助剂3份，丙二醇苯醚成膜助剂2份、脂肪族酰胺消泡剂2份和聚丙烯酸酯类增稠剂4份。
按重量份数计，该约束结构阻尼涂料中的约束层由以下组分组成：改性环氧树脂30份，柔性不饱和聚酯树脂40份，云母粉(60μm)40份、石墨(400目)10份、玻璃纤维25份、铅粉(1500目)13份，Fe2O3 10份，多功能助剂3份，成膜助剂丙二醇苯醚2份、消泡剂脂肪族酰胺2份和聚丙烯酸酯类增稠剂3份。
阻尼层涂料制备：将纯丙IPN结构乳液、苯丙类核壳乳液和硅丙类核壳乳液混合后，搅拌下加入多功能助剂和云母粉、硅灰石粉、滑石粉、石墨、丁基橡胶粉，搅拌均匀后依次加入成膜助剂、消泡剂和增稠剂，即得到阻尼层涂料；
约束层涂料的制备：将改性环氧树脂和柔性不饱和聚酯树脂混合后，在搅拌下将多功能助剂、云母粉、石墨、铅粉，Fe2O3，玻璃纤维按配比依次加入，最后加入成膜助剂、消泡剂和增稠剂，即得到约束层涂料
采用喷涂方式，将阻尼层涂料喷涂于基材壳体的表面，厚度为6mm，干燥后将约束层涂料涂覆于阻尼层外侧，厚度为4mm，在常温干燥后形成约束结构阻尼涂料。
效果如表1所示：
表1
由表1可知，该约束结构阻尼涂料以下优点：
1、固含量高(70％-80％)，可喷涂、刮涂，可耐150℃高温烘烤；
2、在宽广的温域和频率范围内具有较高的损耗因子；
3、损耗因子高，具有减振降噪性能优异；
4、具有较好的耐热性能，与基体表面粘结良好，基体(如汽车发动机)振动30天，涂层无剥落和无撕裂现象。
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)

1.一种具有宽频宽温域的约束结构水性阻尼涂料，其特征在于，包括阻尼层涂料和约束层涂料，按重量份数，所述阻尼层涂料包括：主料和助剂，所述主料包括：纯丙IPN结构乳液20-60份、苯丙类核壳乳液15-50份、硅丙类核壳乳液10-45份、云母粉10-60份、硅灰石粉10-40份，滑石粉8-25份、石墨5-30份、丁基橡胶粉5-10份。所述助剂包括：自制多功能助剂1-5份、消泡剂0.5-3份、增稠剂0.8-5份，成膜助剂0.5-4份。所述约束层涂料包括：主料和助剂，所述主料包括：聚丙二醇二环氧乙烷甲基醚类改性环氧树脂20-60份、柔性乙烯基酯型不饱和聚酯树脂15-55份、云母粉10-60份、石墨5-30份、铅粉5-15份、Fe2O3 3-15份，玻璃纤维15-30份。所述助剂包括：自制多功能助剂1-5份、消泡剂0.5-3份、增稠剂0.8-5份，成膜助剂0.5-4份。
2.如权利要求1所述的水性阻尼涂料，其特征在于，所述云母粉采用粒径为20μm、60μm和100μm的云母粉中的至少一种。
3.如权利要求1所述的水性阻尼涂料，其特征在于，所述硅灰石粉粒径范围在200目至1250目之间，所述滑石粉粒径范围在200目至800目之间。
4.如权利要求1所述的水性阻尼涂料，其特征在于，所述石墨粒径范围在325目至1250目之间，铅粉粒径范围在800目至2000目之间。
5.如权利要求1所述的水性阻尼涂料，其特征在于，所述多功能助剂的制备如下：
取一定量的水，置于分散机下将分散剂和润湿分散剂、改性脲类流变触变剂及抗菌剂四种助剂按重量配比1:1:1:1至5:4:5:1，依次加入，其中，四种助剂的质量占多功能助剂总质量的20%-60%，搅拌时间为20-30分钟，使其分散均匀，即得多功能助剂，密封待用。
6.如权利要求5所述的水性阻尼涂料，其特征在于，分散剂采用离子型聚丙烯酸盐类分散剂；润湿分散剂采用二辛基磺基琥珀酸盐或者硫酸月桂酯中的至少一种；触变剂采用改性脲类流变触变剂；抗菌剂采用邻苯基苯酚或者双硫代氨基甲酸酯的至少一种；消泡剂为脂肪族酰胺、聚乙二醇或改性聚二甲基硅氧烷中的至少一种；增稠剂为聚丙烯酸酯类；成膜助剂为醇酯十二或者丙二醇苯醚的至少一种。
7.如权利要求1所述的水性阻尼涂料，其特征在于，所述分散剂、润湿分散剂、改性脲类流变触变剂与抗菌剂的重量配比为1:1:1:1至5:4:5:1，分散机中搅拌速度为600-800 rpm，搅拌时间为20-30分钟。
8.一种制备如权利要求1所述的水性阻尼涂料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A：阻尼层涂料制备：将纯丙IPN结构乳液、苯丙类核壳乳液和硅丙类核壳乳液混合后，搅拌下加入多功能助剂和云母粉、硅灰石粉、滑石粉、石墨、丁基橡胶粉，搅拌均匀后依次加入成膜助剂、消泡剂和增稠剂，即得到阻尼层涂料；
步骤B：约束层涂料的制备：将改性环氧树脂和柔性不饱和聚酯树脂混合后，在搅拌下将多功能助剂、云母粉、石墨、铅粉，Fe2O3、玻璃纤维按配比依次加入，最后加入成膜助剂、消泡剂和增稠剂，即得到约束层涂料。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，其中步骤A中纯丙IPN结构乳液、苯丙类核壳乳液及硅丙类核壳乳液的质量比为1:1:1至5:5:1；其中步骤B中改性环氧树脂与不饱和聚氨酯树脂的质量比为1:1至4:1。
10.如权利要求1所述的涂料的应用，其特征在于，所述涂料采用喷涂、刮涂或滚涂的方式进行施工，阻尼层厚度1-6毫米，约束层厚度为0.5-4毫米，阻尼层涂覆于基材壳体的表面，约束层涂覆于阻尼层外侧。
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