CN107974188B

CN107974188B - 一种具有互穿网络结构的阻尼涂料及其制备方法

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Publication number: CN107974188B
Application number: CN201711238650.XA
Authority: CN
Inventors: 陈凯锋; 梁宇; 张黎黎; 亓海霞
Original assignee: 725th Research Institute of CSIC
Current assignee: 725th Research Institute of CSIC
Priority date: 2017-11-30
Filing date: 2017-11-30
Publication date: 2020-11-17
Anticipated expiration: 2037-11-30
Also published as: CN107974188A

Abstract

一种具有互穿网络结构的阻尼涂料及其制备方法，其原料由聚氨酯树脂、环氧树脂、固化剂、阻尼填料、隔声填料、颜料和助剂组成，其中，各原料占原料总重量的重量百分比依次为：聚氨酯树脂20~30%、环氧树脂5~30%、固化剂10~35%、阻尼填料5~25%、隔声填料10~40%、颜料0.1~5%和助剂1~10%。本发明的IPN型阻尼涂料，在10‑1000Hz（25℃）范围内，材料自身的阻尼因子最大可达0.83，在500~4000Hz时，隔声量最小值为26dB。依据本发明的配方和制备方法制得的阻尼涂料，具有互穿聚合物网络结构、高阻尼因子，可取代我国现役约束阻尼结构型阻尼涂料体系。

Description

一种具有互穿网络结构的阻尼涂料及其制备方法

技术领域

本发明属于化工材料技术领域，具体涉及一种具有互穿网络结构的阻尼涂料及其制备方法。

背景技术

互穿聚合物网络(interpenetrating polymer network，简称IPN或IPNs)，是由两种或两种以上聚合物通过交联网络的永久物理互锁环连结而成的新型聚物。IPN材料的阻尼性能主要取决于其各组分的玻璃化转变行为和组分之间的相互作用和影响，集中反映与组分间的相容性，不同组分交联网络之间的相互贯穿，缠结从而产生强迫互溶和协同效应，使IPN材料具有宏观的不分相和微观上的相分离的特点。正是由于各组分之间处于半相容状态，使得体系的玻璃化转变温度（T_g）范围得以拓宽，相比于一般的共混型共聚物具有更为优异的物理性能。IPN技术已经成为聚合物材料合成和改性中一种很有前途的方法，但是并不是任意两种或多种聚合物共混都能形成高性能的IPN阻尼材料。

我国舰船用阻尼涂料设计依据GJB3530-1999《舰船用阻尼涂料规范》等标准规范要求，目前成功应用我国舰船的产品采用海洋化工研究院的T54/T60阻尼涂料体系，该体系为约束阻尼结构，由阻尼层涂料和约束层涂料两部分组成。阻尼层涂料为双组份聚氨酯涂料，直接涂于底材，形成一层粘弹材料，通过剪切形变来消耗能量达到降噪减振的目的。约束层成份为无溶剂双组份环氧树脂涂料，在约束层中加有钢丝网，涂于阻尼层表面，形成一层高模量的材料，既能保护阻尼层，又进一步减振和降噪，实现宽温域、高阻尼效果。该技术采用的多层结构设计，敷设复杂，仅适用于平整表面施工，对于动力舱室狭小部位且多曲面结构，不适宜采用该涂层体系；为了提高阻尼涂料减震降噪效果，同时满足舰船舱室环保要求，欧洲专利EP 1616454 (A2)公开了一种干燥时间短的含有膨胀微球的水性阻尼涂料专利，该膨胀微球是Casco Nobel AB 公司或Akezo Nobel公司的产品，具有核壳结构，壳是由小直径的接枝或交联的树脂组成，树脂通常是热塑性的可软化和膨胀的，壳包含一种可挥发性的物质，例如丙烷、正丁烷、异丁烷等烃，当加热时，靠烃的挥发来膨胀，这种微球可改善涂膜的表面性能和阻尼效果。涂料基体是丙烯酸树脂乳液，苯乙烯丁二烯水分散体共聚物，聚氨酯水分散体或者至少两种的共混物，同时加入易溶于水的高沸点溶剂，例如乙二醇或者乙二醇齐聚物等，利用加热固化时溶剂的挥发来控制涂料干燥的速率，可以弥补水性涂料干燥时间长的缺陷，该专利产品需要加热固化，不适用于舱室常温固化施工工艺；CN101508758A公开了一种聚氨酯/乙烯基树脂互穿聚合物网络为基质的、含有受阻胺的IPN阻尼材料的制备方法，该方法制备的IPN阻尼材料具有宽阻尼温域、高阻尼因子，并且阻尼温域可调、软硬段可调，但其固化成膜过程需要脱泡且需要加热固化，同样也不适用于舰船动力舱室常温涂装施工工艺要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有互穿网络结构的阻尼涂料及其制备方法，施工方便，具有互穿聚合物网络结构且高阻尼因子的特点，可取代我国现役约束阻尼结构型阻尼涂料体系。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案为：一种具有互穿网络结构的阻尼涂料，其原料由聚氨酯树脂、环氧树脂、固化剂、阻尼填料、隔声填料、颜料和助剂组成，其中，各原料占原料总重量的重量百分比依次为：聚氨酯树脂20~30%、环氧树脂5~30%、固化剂10~35%、阻尼填料5~25%、隔声填料10~40%、颜料0.1~5%和助剂1~10%。

其中，所述的聚氨酯树脂为多羟基类树脂，为聚醚型聚氨酯、端羟基聚氨酯、不饱和聚酯型聚氨酯中的一种。

其中，所述的环氧树脂为多羟基类树脂，为环氧树脂E12、E20、E44中的一种。

其中，所述的固化剂为多异氰酸酯固化剂，为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯中的一种或两种以上组合物。

其中，所述的阻尼填料为云母粉或玻璃纤维。

其中，所述的隔声填料为重晶石粉或空心玻璃微珠。

其中，所述的颜料为钛白粉或碳黑。

其中，所述的助剂为BYK530、BYK320、BYK110、气相二氧化硅、有机膨润土两种及两种以上组合物。

一种具有互穿网络结构的阻尼涂料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、按照原料的重量百分比称取各原料，然后将称取的聚氨酯树脂和环氧树脂加入搅拌机中混合均匀，并加入助剂，配制成聚氨酯/环氧树脂基料溶液；

步骤二、将颜料加入到步骤一制得的聚氨酯/环氧树脂基料溶液中，以3000r/min的转速搅拌30min，控制料温在50℃以下，制成分散均匀的色浆溶液；

步骤三、将阻尼填料、隔声填料依次加入到步骤二所制备的色浆溶液中，以1500r/min的转速搅拌30min，再转入砂磨机中，研磨至细度不大于40μm的浆状均质液体；

步骤四、将固化剂加入到步骤三制得的浆状均质液体中，搅拌均匀，采用喷涂、刷涂或辊涂工艺，涂覆于基板上，自然放置；

步骤五、干燥，涂膜固化，即可得阻尼涂料。

优选的，步骤五中的干燥温度为5~40℃；干燥湿度＜85%。

本发明使用多羟基聚氨酯树脂和不同分子量的同类型环氧树脂组成混合树脂，优选侧链多羟基聚氨酯树脂和高分子量双酚A型环氧树脂。

有益效果：本发明依据聚氨酯和环氧树脂的复配比例形成IPN结构，以期提高涂层的强韧性和阻尼性能，通过添加阻尼填料与隔声填料，确保了IPN型涂料体系具有良好的隔声性能。

本发明的IPN型阻尼涂料，在10-1000Hz（25℃）范围内，材料自身的阻尼因子最大可达0.83，在500~4000Hz时，隔声量最小值为26dB。

依据本发明的配方和制备方法制得的阻尼涂料，具有互穿聚合物网络结构、高阻尼因子，可取代我国现役约束阻尼结构型阻尼涂料体系。实验表明，该互穿网络型阻尼涂料具有施工简单，无需复杂设备，常温下即可实现快速固化，首次实现了船舰狭小部位且多曲面结构的常温涂装；干燥时间短，制成材料成膜性好，结构致密，具有良好的阻尼性能和隔声性能。

附图说明

图1为本发明制得的涂料具有IPN结构表面的体式显微镜微观表征图；

图2为聚氨酯/环氧树脂不同质量配比IPN材料损耗因子随温度的变化曲线。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征以及达成的目的便于理解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明，但本发明所要求保护的范围并不局限于具体实施方式中所描述的范围。

一种具有互穿网络结构的阻尼涂料，其原料由聚氨酯树脂、环氧树脂、固化剂、阻尼填料、隔声填料、颜料和助剂组成，其中，各原料占原料总重量的重量百分比依次为：聚氨酯树脂20~30%、环氧树脂5~30%、固化剂10~35%、阻尼填料5~25%、隔声填料10~40%、颜料0.1~5%和助剂1~10%。

本发明中的聚氨酯树脂为特链多羟基类树脂，为聚醚型聚氨酯、端羟基聚氨酯、不饱和聚酯型聚氨酯中的一种，优选聚醚型聚氨酯、端羟基聚氨酯等一种聚氨酯树脂或两种组合物。选用支链多羟基类的聚氨酯树脂，在涂料制品使用过程中，能够摩擦生热抵消形变，起到减震作用。

本发明中的环氧树脂为多羟基类树脂，为环氧树脂E12、E20、E44中的一种，优选E12、E20等一种环氧树脂或两种组合物。选用多羟基类的环氧树脂，利于构成IPN结构，增加涂料的粘接强度和防腐性能，并利于隔声。且环氧树脂的防腐作用和聚氨酯树脂的阻尼作用能够起到协同作用。

本发明中的固化剂为多异氰酸酯固化剂，为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯中的一种或两种以上组合物。

本发明中的阻尼填料为云母粉或玻璃纤维。优选用片状的云母粉，经试验研究，片状结构能够延长声波的传输路径，起到隔声、阻尼的作用。

本发明中的隔声填料为重晶石粉或空心玻璃微珠。

本发明中的颜料为钛白粉或碳黑。

本发明中的助剂，如分散剂、消泡剂、流平剂、防沉剂等，优选为BYK530、BYK320、BYK110、气相二氧化硅、有机膨润土两种及两种以上组合物。

一种具有互穿网络结构的阻尼涂料的制备方法，包括以下步骤：步骤一、按照原料的重量百分比称取各原料，然后将称取的聚氨酯树脂和环氧树脂加入搅拌机中混合均匀，并加入助剂，配制成聚氨酯/环氧树脂基料溶液；步骤二、将颜料加入到步骤一制得的聚氨酯/环氧树脂基料溶液中，以3000r/min的转速搅拌30min，控制料温在50℃以下，制成分散均匀的色浆溶液；步骤三、将阻尼填料、隔声填料依次加入到步骤二所制备的色浆溶液中，以1500r/min的转速搅拌30min，再转入砂磨机中，研磨至细度不大于40μm的浆状均质液体；步骤四、将固化剂加入到步骤三制得的浆状均质液体中，搅拌均匀。

对上述步骤制得的阻尼涂料进行性能测试，结果如表1所示：

表1 本发明互穿网络型阻尼涂料的性能测试结果

本发明聚氨酯/环氧树脂与固化剂反应成膜物的玻璃化转变温度低，常温状态下应用时，成膜物质处于高弹态，其材料弹性模量高，阻尼因子值较大，减震效果好。

实施例1

聚醚型聚氨酯树脂 70g；

E12环氧树脂 70g；

甲苯二异氰酸酯 70g；

云母粉 39g；

重晶石粉 48g；

碳黑 1g；

助剂 6g（由重量比为1：1：1的BYK530、BYK320、BYK110组成）；其中的聚氨酯树脂/环氧树脂的质量配比为1：1。

一种具有互穿网络结构的阻尼涂料的制备方法，包括以下步骤：步骤一、按照上述的重量百分比称取各原料，然后将称取的聚氨酯树脂和环氧树脂加入搅拌机中混合均匀，并加入助剂，配制成聚氨酯/环氧树脂基料溶液；

步骤五、干燥，涂膜固化，即可得阻尼涂料；其中，干燥温度为5~40℃；干燥湿度＜85%。

互穿网络型阻尼涂料的配套附着强度达到7.8MPa，在f=2100Hz时涂层的隔声量为30dB，阻尼性能如图2所示，阻尼因子最高可达0.80。

实施例2

端羟基聚氨酯树脂70g；

E20环氧树脂46g；

二苯基甲烷二异氰酸酯 52g；

云母粉 42g；

重晶石粉 51g；

碳黑 1g；

助剂 6g；其中的聚氨酯树脂/环氧树脂的质量配比为1.5：1。

制备方法操作步骤同实施例1。

互穿网络型阻尼涂料的配套附着强度达到8.3MPa，在f=2100Hz时涂层的隔声量为28dB，阻尼性能如图2所示，阻尼因子最高可达0.83。

实施例3

不饱和聚酯型聚氨酯树脂 70g；

E20环氧树脂 30g；

六亚甲基二异氰酸酯 40g；

云母粉 45g；

空心玻璃微珠 54g；

碳黑 1g；

助剂 6g；其中的聚氨酯树脂/环氧树脂的质量配比为7：3。

制备方法操作步骤同实施例1。

互穿网络型阻尼涂料的配套附着强度达到8.5MPa，在f=2100Hz时涂层的隔声量为26dB，阻尼性能如图2所示，阻尼因子最高可达0.95。

实施例4

端羟基聚氨酯树脂 70g；

E44环氧树脂 18g；

六亚甲基二异氰酸酯固化剂 31g；

玻璃纤维 50g；

重晶石粉 97g；

钛白粉 1g；

助剂 6g；其中的聚氨酯树脂/环氧树脂的质量配比为4：1。

制备方法操作步骤同实施例1。

互穿网络型阻尼涂料的配套附着强度达到8.1MPa，在f=2100Hz时涂层的隔声量为35dB，阻尼性能如图2所示，阻尼因子最高可达0.81。

Claims

1.一种具有互穿网络结构的阻尼涂料，其特征在于：其原料由支链多羟基类的聚氨酯树脂、环氧树脂、固化剂、阻尼填料、隔声填料、颜料和助剂组成，其中，各原料占原料总重量的重量百分比依次为：聚氨酯树脂20~30%、环氧树脂5~30%、固化剂10~35%、阻尼填料5~25%、隔声填料10~40%、颜料0.1~5%和助剂1~10%；聚氨酯树脂为聚醚型聚氨酯、端羟基聚氨酯、不饱和聚酯型聚氨酯中的一种；阻尼填料为云母粉或玻璃纤维；隔声填料为重晶石粉或空心玻璃微珠；所述的环氧树脂为多羟基类树脂，为环氧树脂E12、E20、E44中的一种；所述的固化剂为多异氰酸酯固化剂，为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯中的一种或两种以上组合物。

2.根据权利要求1所述的一种具有互穿网络结构的阻尼涂料，其特征在于：所述的颜料为钛白粉或碳黑。

3.根据权利要求1所述的一种具有互穿网络结构的阻尼涂料，其特征在于：所述的助剂为BYK530、BYK320、BYK110、气相二氧化硅、有机膨润土中的两种以上组合物。

4.制备如权利要求1所述的一种具有互穿网络结构的阻尼涂料的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、按照权利要求1的重量百分比称取各原料，然后将称取的聚氨酯树脂和环氧树脂加入搅拌机中混合均匀，并加入助剂，配制成聚氨酯/环氧树脂基料溶液；

步骤五、干燥，涂膜固化，即可得阻尼涂料。

5.如权利要求4所述的制备一种具有互穿网络结构的阻尼涂料的方法，其特征在于：步骤五中的干燥温度为5~40℃；干燥湿度＜85%。