CN108034344B - 一种中温用宽温域聚氨酯阻尼涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种中温用宽温域聚氨酯阻尼涂料及其制备方法，该涂料由甲组份和乙组份组成，甲组份和乙组份的重量比为（2.5～3）：1；其中，所述的甲组份由以下重量份的原料组成：羟基丙烯酸树脂40~60份、阻尼填料10~17份、隔声填料15~28份、阻燃剂20~25份、色浆0.5~1份、分散助剂0.5~1份、流平剂0.5~1份、消泡剂1.5~2份、触变剂0.5~1份；所述的乙组份为含二氮芴结构的聚氨酯预聚体。本发明以聚氨酯为单一树脂体系，通过在聚氨酯结构中引入大体积、稠杂环的“二氮芴”结构，当应用于涂料中时，以期获得适用于30~50℃中温环境下的宽温域聚氨酯阻尼涂料。

Description

一种中温用宽温域聚氨酯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，具体涉及一种中温用宽温域聚氨酯阻尼涂料及其制备方法。

背景技术

国际海事组织（IMO）通过决议要求船舶结构应符合审议通过的《船上噪声等级规则》，以保护人员免受噪声伤害。事实上，船舶长期漂浮在海上，自身存在很多噪声源，如果噪声不能得到有效控制，还会对船体的结构造成一定的破坏。在船舶行业，传统的减振降噪方法就是对船体结构的加强，并没有从根本上将振动能消耗掉，而仅仅向其它部位传播。目前，船舶行业中常用的减振降噪技术包括阻尼、隔声和吸声等。有机高分子阻尼涂料由于其较好的阻尼性能、优良的施工性能得到越来越多的关注，将其用于结构复杂的金属表面时，可显著降低船舶所产生的噪声，提高船舶的使用寿命，保护船员的身心健康。

聚氨酯树脂具有高弹性、耐溶剂性、耐低温性等特点，在解决减振降噪问题中发挥着重要的作用，然而聚氨酯类阻尼涂料由于聚氨酯玻璃化转变温度较低，单一体系下使用阻尼温域窄，使用温度存在限制，在现有技术的使用过程中，一般通过聚氨酯与环氧树脂复合而获得宽温域的涂料，或是通过聚合物乳液混合，提高涂料的阻尼温域，目前尚没有以聚氨酯作为单一树脂体系而获得宽温域阻尼涂料的报道。

发明内容

本发明目的之一是开发一种单一聚氨酯体系、中温用宽温域的聚氨酯阻尼涂料；本发明的目的之二是提供一种中温用宽温域聚氨酯阻尼涂料的制备方法。

本发明为实现目的之一所采用的技术方案为：一种中温用宽温域聚氨酯阻尼涂料，该涂料由甲组份和乙组份组成，甲组份和乙组份的重量比为（2.5～3）：1；其中，所述的甲组份由以下重量份的原料组成：羟基丙烯酸树脂40~60份、阻尼填料10~17份、隔声填料15~28份、阻燃剂20~25份、色浆0.5~1份、分散助剂0.5~1份、流平剂0.5~1份、消泡剂1.5~2份、触变剂0.5~1份；所述的乙组份为含二氮芴结构的聚氨酯预聚体。

所述的含二氮芴结构的聚氨酯预聚体的结构式为：

。

优选的，本发明的触变剂为聚酰胺蜡、有机膨润土、气相二氧化硅中的一种或两种以上组合物。

优选的，本发明的分散助剂为BYK-110、BYK-163中的一种或两种以上组合物。

优选的，本发明的消泡剂为6800、6600、BYK-066中的一种或两种以上组合物。

优选的，本发明的阻尼填料为云母粉、片状石墨、玻璃鳞片中的一种或两种以上组合物。

优选的，本发明的隔声填料为重质隔声填料，为重晶石、轻质碳酸钙、重质碳酸钙、玻璃纤维中的一种或两种以上组合物。

优选的，本发明的阻燃剂为改性聚磷酸铵阻燃剂、POSS、DOPO中的一种或两种以上组合物。

优选的，本发明的色浆为炭黑色浆。

本发明为实现目的之一所采用的技术方案为：一种中温用宽温域聚氨酯阻尼涂料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、按照上述甲组份的配方，按照重量份称取各原料；

步骤二、将羟基丙烯酸树脂置于分散罐中，再加入触变剂、分散助剂、消泡剂，于800~1000r/min转速下高速分散至均匀；

步骤三、然后再向分散罐中依次加入阻尼填料、隔声填料、阻燃剂，于1200~1500r/min转速下高速分散至细度为100μm以下，加入色浆调色后，制得甲组份；

步骤四、将甲组份和乙组份按照（2.5～3）：1的重量比混合，充分搅拌均匀，即得本发明的涂料。

有益效果：本发明以聚氨酯为单一树脂体系，通过在聚氨酯结构中引入大体积、稠杂环的“二氮芴”结构，当应用于涂料中时，以期获得适用于30~50℃中温环境下的宽温域聚氨酯阻尼涂料。本发明创新性的在聚氨酯树脂基料中引入稠杂环的“二氮芴”结构，为宽温域的阻尼涂料研制提供新的解决思路。

具体的，本发明选用长侧链的羟基丙烯酸树脂作为聚氨酯基体的预聚物，使用含“二氮芴”结构的异氰酸酯固化剂，向涂料中添加阻尼填料与重质隔声填料，保证涂层具有良好的隔声性能。二氮双酚芴结构中的大体积、稠侧链的“二氮芴”结构，可以在聚合物链移动时增加碰撞机会、摩擦面积；同时，吡啶环和苯环的存在，可以提高聚氨酯的玻璃化转变温度Tg，从而拓宽阻尼涂料的阻尼温域，使涂料可以满足中温环境下的使用要求。

本发明选用片状阻尼填料，可以增加填料与聚合物链的摩擦面积，保证涂料阻尼性能。本发明的涂料具有较宽的阻尼温域，制备方法简单，常温下即可实现快速固化，干燥时间短。

附图说明

图1至图4为本发明实施例2制得的涂料涂覆在样板上后，进行人工海水浸泡实验的测试结果；

图5为本发明实施例2制得的涂料的阻尼因子示意图；

图6为本发明含“二氮芴”结构的乙组份的合成示意图；

图7为对比例1与实施例2制得的涂料的阻尼因子测试结果。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

一种中温用宽温域聚氨酯阻尼涂料，该涂料由甲组份和乙组份组成，甲组份和乙组份的重量比为（2.5～3）：1；其中，所述的甲组份由以下重量份的原料组成：羟基丙烯酸树脂40~60份、阻尼填料10~17份、隔声填料15~28份、阻燃剂20~25份、色浆0.5~1份、分散助剂0.5~1份、流平剂0.5~1份、消泡剂1.5~2份、触变剂0.5~1份；所述的乙组份为一种固化剂，具体的为含二氮芴结构的聚氨酯预聚体。

图6中，虚线框框示的是二氮芴结构。含二氮芴结构的聚氨酯预聚体的结构式为：

。

优选的，触变剂为聚酰胺蜡、有机膨润土、气相二氧化硅中的一种或两种以上组合物；分散助剂为BYK-110、BYK-163中的一种或两种以上组合物；消泡剂为6800、6600、BYK-066中的一种或两种以上组合物；阻尼填料为云母粉、片状石墨、玻璃鳞片中的一种或两种以上组合物；隔声填料为重质隔声填料，为重晶石、轻质碳酸钙、重质碳酸钙、玻璃纤维中的一种或两种以上组合物；阻燃剂为改性聚磷酸铵阻燃剂、POSS、DOPO中的一种或两种以上组合物；色浆为炭黑色浆。

本发明实施例1-3的配方见下表1所示：

表1 实施例1-3的配方

实施例1

一种中温用宽温域聚氨酯阻尼涂料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、按照表1中实施例1的甲组份的配方，按照重量称取各原料；

步骤二、将羟基丙烯酸树脂置于分散罐中，再加入触变剂、分散助剂、消泡剂，于800~1000r/min转速下高速分散至均匀；

步骤三、然后再向分散罐中依次加入阻尼填料、隔声填料、阻燃剂，于1200r/min转速下高速分散至细度为100μm以下，加入色浆调色后，制得甲组份；

步骤四、将甲组份和乙组份按照2.5：1的重量比混合，充分搅拌均匀，即得本发明的涂料。

实施例2

一种中温用宽温域聚氨酯阻尼涂料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、按照表1中实施例1的甲组份的配方，按照重量称取各原料；

步骤二、将羟基丙烯酸树脂置于分散罐中，再加入触变剂、分散助剂、消泡剂，于800~1000r/min转速下高速分散至均匀；

步骤三、然后再向分散罐中依次加入阻尼填料、隔声填料、阻燃剂，于1300r/min转速下高速分散至细度为100μm以下，加入色浆调色后，制得甲组份；

步骤四、将甲组份和乙组份按照3：1的重量比混合，充分搅拌均匀，即得本发明的涂料。

实施例3

一种中温用宽温域聚氨酯阻尼涂料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、按照表1中实施例1的甲组份的配方，按照重量称取各原料；

步骤二、将羟基丙烯酸树脂置于分散罐中，再加入触变剂、分散助剂、消泡剂，于800~1000r/min转速下高速分散至均匀；

步骤三、然后再向分散罐中依次加入阻尼填料、隔声填料、阻燃剂，于1500r/min转速下高速分散至细度为100μm以下，加入色浆调色后，制得甲组份；

步骤四、将甲组份和乙组份按照2.7：1的重量比混合，充分搅拌均匀，即得本发明的涂料。

将实施例2所得的阻尼涂料制成样板（涂膜厚度150±10μm），于人工海水中浸泡，观察240h、480h以及720h后样板的表面状态。如图1图2、图3至图4所示，依次为涂覆后的样板、240h、480h、720h后样板的表面状态，测试发现：图4的720h后样板的涂层无锈蚀，未出现起泡和脱落的现象，表明该阻尼涂料具有较好的防腐性能。其余各实施例进行同样的实验，发现：720h后涂层无锈蚀，未出现起泡和脱落的现象。

本发明的中温用宽温域聚氨酯阻尼涂料具有较宽的阻尼温域、较好的阻尼性能。本发明的乙组份为一种新型固化剂，如图5所示，该阻尼涂料中“二氮芴”结构的引入，提高了聚氨酯的玻璃化转变温度。在-20~100℃范围内，随着温度的升高，阻尼因子tanδ先增大后减小，T=22℃时，涂料粘弹性最好，聚合物链间移动时的摩擦最充分，阻尼因子达0.42。此外，在0~50℃宽温域范围内，该涂料阻尼因子均大于0.3，适用于中温（30～50℃）的阻尼环境。当温度大于80℃时，阻尼因子趋于平稳（0.2），显示了一定的高温应用潜力。

对比例1：将实施例2中的甲组份与现有市售固化剂进行混合制备样品，作为对比例1，阻尼因子测试结果与采用本发明的固化剂的实施例2进行对比。结果可以发现，市售固化剂可以为涂料带来较高的阻尼因子（10℃，tanδ_max=0.68），但是阻尼温域较窄（-10~30℃），且玻璃化转变温度附近阻尼因子下降明显。相比于本发明固化剂的阻尼因子测试结果，很显然，目前市售的固化剂并不适用于中温阻尼环境（30~50℃）。

Claims (8)

1.一种中温用宽温域聚氨酯阻尼涂料，其特征在于：该涂料由甲组份和乙组份组成，甲组份和乙组份的重量比为（2.5～3）：1；

其中，所述的甲组份由以下重量份的原料组成：羟基丙烯酸树脂40~60份、阻尼填料10~17份、隔声填料15~28份、阻燃剂20~25份、色浆0.5~1份、分散助剂0.5~1份、流平剂0.5~1份、消泡剂1.5~2份、触变剂0.5~1份；

所述的乙组份为含二氮芴结构的聚氨酯预聚体；所述的含二氮芴结构的聚氨酯预聚体的结构式为：

。

2.如权利要求1所述的一种中温用宽温域聚氨酯阻尼涂料，其特征在于：所述的触变剂为聚酰胺蜡、有机膨润土、气相二氧化硅中的一种或两种以上组合物。

3.如权利要求1所述的一种中温用宽温域聚氨酯阻尼涂料，其特征在于：所述的分散助剂为BYK-110、BYK-163中的一种或两种以上组合物。

4.如权利要求1所述的一种中温用宽温域聚氨酯阻尼涂料，其特征在于：所述的消泡剂为6800、6600、BYK-066中的一种或两种以上组合物。

5.如权利要求1所述的一种中温用宽温域聚氨酯阻尼涂料，其特征在于：所述的阻尼填料为云母粉、片状石墨、玻璃鳞片中的一种或两种以上组合物。

6.如权利要求1所述的一种中温用宽温域聚氨酯阻尼涂料，其特征在于：所述的隔声填料为重质隔声填料，为重晶石、轻质碳酸钙、重质碳酸钙、玻璃纤维中的一种或两种以上组合物。

7.如权利要求1所述的一种中温用宽温域聚氨酯阻尼涂料，其特征在于：所述的阻燃剂为改性聚磷酸铵阻燃剂、POSS、DOPO中的一种或两种以上组合物；所述的色浆为炭黑色浆。

8.制备如权利要求1所述的一种中温用宽温域聚氨酯阻尼涂料的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、按照权利要求1中甲组份的配方，按照重量份称取各原料；

步骤二、将羟基丙烯酸树脂置于分散罐中，再加入触变剂、分散助剂、消泡剂，于800~1000r/min转速下高速分散至均匀；

步骤三、然后再向分散罐中依次加入阻尼填料、隔声填料、阻燃剂，于1200~1500r/min转速下高速分散至细度为100μm以下，加入色浆调色后，制得甲组份；

步骤四、将甲组份和乙组份按照（2.5～3）：1的重量比混合，充分搅拌均匀，即得涂料。

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