CN108441049B - 一种宽温域耐冲击水性阻尼涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种宽温域耐冲击水性阻尼涂料及其制备方法，该水性阻尼涂料由以下质量份数的原料组成：硬核软壳型丙烯酸乳液：35～65份；无机填料：40～80份；丙二醇：0.5～3份；纤维：2～5份；成膜助剂：0.5～3份；润湿分散剂：0.1～1份；消泡剂：0.1～1份；增稠剂：0.1～2份；多功能助剂：0.3～1份；水：3～10份。该水性阻尼涂料的制备方法简单，将各组分分批依次混合均匀即可。本发明的水性阻尼涂料制备工艺简单，固化成膜后涂层的耐冲击性能优异、韧性好、不易开裂，且具有温域宽的高阻尼性能。

Description

一种宽温域耐冲击水性阻尼涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种宽温域耐冲击水性阻尼涂料及其制备方法，属于阻尼涂料技术领域。
背景技术
阻尼涂料是一种具有减震、降噪、阻燃、防腐等性能的功能性涂料，其主要是通过高分子链之间、高分子与无机填料之间、填料与填料之间的摩擦来实现振动能的耗散，从而达到减振降噪的效果，给人们提供一个安静的生活环境和工作环境。
阻尼涂料按分散介质的不同可以划分为油性阻尼涂料和水性阻尼涂料。其中，水性阻尼涂料以水为分散介质，挥发性有机化合物含量很低，绿色环保，且没有油性阻尼涂料普遍存在的易燃易爆问题，使用安全，在轨道车辆、船舶、航空、建筑、家用电器等领域有着广泛的应用前景。而且，在当前空气污染问题极其严重的大环境下，水性涂料取代传统的油性涂料是未来发展的必然趋势。
根据TB/T 2932-1998铁路机车车辆阻尼涂料供货技术条件要求，铁路机车车辆阻尼涂料不仅要具有60℃或以上的有效阻尼温域(ηc≥0.05)，还需要具备良好的抗冲击性能和柔韧性，对阻尼涂料的综合性能有着严苛的要求。为了保证涂膜的耐冲击性能和柔韧性，往往需要适当地增加共混配方中聚合物乳液的用量，但由于聚合物乳液高温阻尼性能较差，聚合物乳液含量的增加会明显降低涂膜高温区阻尼性能。而提高聚合物乳液的玻璃化转变温度有利于改善高温区阻尼性能，但玻璃化转变温度提高又会导致成膜性能、耐冲击性能和柔韧性下降。目前，已有较多关于水性阻尼涂料的研究被报道，研究的重点在于拓宽水性阻尼涂料的有效温域，而对于提高阻尼涂料涂膜的耐冲击性、柔韧性等机械性能却鲜有报道。
因此，开发出一种具备宽温域高阻尼，且在固化和使用过程中性质稳定、不易开裂，同时具备良好的阻尼性能和机械性能的阻尼涂料具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种宽温域耐冲击水性阻尼涂料及其制备方法。
本发明所采取的技术方案是：
一种宽温域耐冲击水性阻尼涂料，由以下质量份数的原料组成：
硬核软壳型丙烯酸乳液：35～65份；
无机填料：40～80份；
丙二醇：0.5～3份；
纤维：2～5份；
成膜助剂：0.5～3份；
润湿分散剂：0.1～1份；
消泡剂：0.1～1份；
增稠剂：0.1～2份；
多功能助剂：0.3～1份；
水：3～10份。
所述硬核软壳型丙烯酸乳液通过以下方法制备得到：
1)将1～3份热分解型引发剂溶解到25～35份水中，得到引发剂溶液；
2)将0.5～1份乳化剂、30～50份水、40～60份苯乙烯、20～40份丙烯酸丁酯、0.5～1.5份丙烯酸和0.5～1份三缩四乙二醇二甲基丙烯酸酯混合，进行乳化，得到预乳化单体A；
3)将0.5～1份乳化剂、30～50份水、10～30份苯乙烯、60～100份丙烯酸丁酯、1～3份二甲基丙烯酸乙二醇酯和2～4份丙烯酸混合，进行乳化，得到预乳化单体B；
4)将0.5～3份乳化剂和0.5～2份碳酸氢钠加入20～40份水中，75～85℃下混合均匀，再加入20～30份预乳化单体A和8～12份引发剂溶液，反应15～20min，再调节温度至80～90℃，同时滴加8～12份引发剂溶液和剩余的预乳化单体A，滴加完后恒温反应10～15min，再同时滴加预乳化单体B和剩余的引发剂溶液，滴加完后恒温反应50～70min，降温，加入氨水调节pH值至7～8，得到硬核软壳型丙烯酸乳液。
所述无机填料为60～800目的片状云母粉、325～1250目的石英粉、325～1250目的滑石粉、200～700目的硅藻土、200～800目的针状硅灰石粉中的至少四种。
所述纤维为四针氧化锌晶须。
所述成膜助剂为十二碳醇酯。
所述润湿分散剂为聚羧酸钠盐、聚合物烷基醇铵盐、丙烯酸酯类共聚物铵盐中的至少一种。
所述消泡剂为非离子型聚硅氧烷消泡剂、矿物油消泡剂中的至少一种。
所述增稠剂为丙烯酸类增稠剂、聚氨酯类增稠剂、气相二氧化硅中的至少一种。
所述多功能助剂为2-氨基-2-甲基-1-丙醇。
上述宽温域耐冲击水性阻尼涂料的制备方法，包括以下步骤：
1)浆料的配制：将硬核软壳型丙烯酸乳液、丙二醇、成膜助剂和水混合均匀，再依次加入润湿分散剂、消泡剂、多功能助剂和纤维，混合均匀；
2)填料与浆料的混合：在浆料中加入无机填料，混合均匀；
3)稠度调节：加入增稠剂调节体系稠度，得到宽温域耐冲击水性阻尼涂料。
本发明的有益效果是：本发明的水性阻尼涂料制备工艺简单，固化成膜后涂层的耐冲击性能优异、韧性好、不易开裂，且具有温域宽的高阻尼性能。
1)本发明的水性阻尼涂料以能够有效抑制振动、隔离噪音的硬核软壳型丙烯酸乳液为主要成分，而漆膜的力学性能主要由乳液粒子性质决定，硬核软壳的结构，既能保证漆膜具有优异的抗冲击性能和柔韧性，又可以提高乳液玻璃化转变温度，提高漆膜高温区的阻尼性能；
2)本发明的水性阻尼涂料中添加有复配的无机填料，可以有效调节其阻尼性能和机械性能；
3)本发明的水性阻尼涂料中添加有四针氧化锌晶须，其具备独特的三维四针状立体结构，力学强度和弹性模量极高，独特的立体结构使其能够各向同性地改善材料的机械功能，此外，四针氧化锌晶须也是一种高比重、高模量的无机填料，可以将机械能转化为热能，表现出良好的阻尼性能，加入阻尼涂料中不仅可以提高涂层的抗冲击性能和柔韧性，同时对涂料的阻尼性能也有明显的提高。
具体实施方式
一种宽温域耐冲击水性阻尼涂料，由以下质量份数的原料组成：
硬核软壳型丙烯酸乳液：35～65份；
无机填料：40～80份；
丙二醇：0.5～3份；
纤维：2～5份；
成膜助剂：0.5～3份；
润湿分散剂：0.1～1份；
消泡剂：0.1～1份；
增稠剂：0.1～2份；
多功能助剂：0.3～1份；
水：3～10份。
优选的，所述硬核软壳型丙烯酸乳液通过以下方法制备得到：
1)将1～3份热分解型引发剂溶解到25～35份水中，得到引发剂溶液；
2)将0.5～1份乳化剂、30～50份水、40～60份苯乙烯、20～40份丙烯酸丁酯、0.5～1.5份丙烯酸和0.5～1份三缩四乙二醇二甲基丙烯酸酯混合，进行乳化，得到预乳化单体A；
3)将0.5～1份乳化剂、30～50份水、10～30份苯乙烯、60～100份丙烯酸丁酯、1～3份二甲基丙烯酸乙二醇酯和2～4份丙烯酸混合，进行乳化，得到预乳化单体B；
4)将0.5～3份乳化剂和0.5～2份碳酸氢钠加入20～40份水中，75～85℃下混合均匀，再加入20～30份预乳化单体A和8～12份引发剂溶液，反应15～20min，再调节温度至80～90℃，同时滴加8～12份引发剂溶液和剩余的预乳化单体A，滴加完后恒温反应10～15min，再同时滴加预乳化单体B和剩余的引发剂溶液，滴加完后恒温反应50～70min，降温，加入氨水调节pH值至7～8，得到硬核软壳型丙烯酸乳液。
优选的，所述无机填料为60～800目的片状云母粉、325～1250目的石英粉、325～1250目的滑石粉、200～700目的硅藻土、200～800目的针状硅灰石粉中的至少四种。
优选的，所述纤维为四针氧化锌晶须。
优选的，所述成膜助剂为十二碳醇酯。
优选的，所述润湿分散剂为聚羧酸钠盐、聚合物烷基醇铵盐、丙烯酸酯类共聚物铵盐中的至少一种。
优选的，所述消泡剂为非离子型聚硅氧烷消泡剂、矿物油消泡剂中的至少一种。
优选的，所述增稠剂为丙烯酸类增稠剂、聚氨酯类增稠剂、气相二氧化硅中的至少一种。
优选的，所述多功能助剂为2-氨基-2-甲基-1-丙醇(AMP-95)。
上述宽温域耐冲击水性阻尼涂料的制备方法，包括以下步骤：
1)浆料的配制：将硬核软壳型丙烯酸乳液、丙二醇、成膜助剂和水混合均匀，再依次加入润湿分散剂、消泡剂、多功能助剂和纤维，混合均匀；
2)填料与浆料的混合：在浆料中加入无机填料，混合均匀；
3)稠度调节：加入增稠剂调节体系稠度，得到宽温域耐冲击水性阻尼涂料。
下面结合具体实施例对本发明作进一步的解释和说明。
实施例1：
一种宽温域耐冲击水性阻尼涂料的制备方法，包括以下步骤：
1)浆料的配制：将40份硬核软壳型丙烯酸乳液、2.5份丙二醇、3份十二碳醇酯和10份去离子水混合均匀，再依次加入0.5份聚羧酸钠盐、0.5份非离子型聚硅氧烷消泡剂、0.5份2-氨基-2-甲基-1-丙醇和5份四针氧化锌晶须，低速搅拌混合均匀；
2)填料与浆料的混合：在浆料中加入10份200目的片状云母粉、10份600目的片状云母粉、15份1250目的石英粉、30份1250目的硅灰石和5份1250目的滑石粉，高速搅拌混合均匀；
3)稠度调节：先加入0.5份聚氨酯类增稠剂调节体系稠度，再加入0.3份丙烯酸酯类增稠剂，中速搅拌分散20min，得到宽温域耐冲击水性阻尼涂料。
取实施例1制备的宽温域耐冲击水性阻尼涂料按照TB/T 2932-1998的要求制备样品，并进行性能测试，测试结果如表1所示。
实施例2：
一种宽温域耐冲击水性阻尼涂料的制备方法，包括以下步骤：
1)浆料的配制：将50份硬核软壳型丙烯酸乳液、0.5份丙二醇、1份十二碳醇酯和5份去离子水混合均匀，再依次加入0.5份丙烯酸酯类共聚物铵盐、0.5份矿物油消泡剂、1份2-氨基-2-甲基-1-丙醇和5份四针氧化锌晶须，低速搅拌混合均匀；
2)填料与浆料的混合：在浆料中加入15份100～150目的片状云母粉、15份600目的片状云母粉、20份700目的硅藻土、20份1250目的硅灰石和5份1250目的滑石粉，高速搅拌混合均匀；
3)稠度调节：先加入0.5份聚氨酯类增稠剂调节体系稠度，再加入0.2份丙烯酸酯类增稠剂，中速搅拌分散20min，得到宽温域耐冲击水性阻尼涂料。
取实施例2制备的宽温域耐冲击水性阻尼涂料按照TB/T 2932-1998的要求制备样品，并进行性能测试，测试结果如表1所示。
实施例3：
一种宽温域耐冲击水性阻尼涂料的制备方法，包括以下步骤：
1)浆料的配制：将50份硬核软壳型丙烯酸乳液、3份丙二醇、0.5份十二碳醇酯和5份去离子水混合均匀，再依次加入0.5份聚羧酸钠盐、0.25份非离子型聚硅氧烷消泡剂、0.25份矿物油消泡剂、1份2-氨基-2-甲基-1-丙醇和5份四针氧化锌晶须，低速搅拌混合均匀；
2)填料与浆料的混合：在浆料中加入10份60目的片状云母粉、20份200目的片状云母粉、15份1250目的石英粉、15份1250目的滑石粉和10份325目的硅藻土，高速搅拌混合均匀；
3)稠度调节：先加入0.5份聚氨酯类增稠剂调节体系稠度，再加入0.3份丙烯酸酯类增稠剂，中速搅拌分散20min，得到宽温域耐冲击水性阻尼涂料。
取实施例3制备的宽温域耐冲击水性阻尼涂料按照TB/T 2932-1998的要求制备样品，并进行性能测试，测试结果如表1所示。
实施例4：
一种宽温域耐冲击水性阻尼涂料的制备方法，包括以下步骤：
1)浆料的配制：将50份硬核软壳型丙烯酸乳液、1份丙二醇、3份十二碳醇酯和5份去离子水混合均匀，再依次加入0.5份丙烯酸酯类共聚物铵盐、0.5份非离子型聚硅氧烷消泡剂、0.5份2-氨基-2-甲基-1-丙醇和4份四针氧化锌晶须，低速搅拌混合均匀；
2)填料与浆料的混合：在浆料中加入15份200目的片状云母粉、10份600目的片状云母粉、20份800目的石英粉、10份600目的滑石粉和10份700目的硅藻土，高速搅拌混合均匀；
3)稠度调节：先加入0.5份聚氨酯类增稠剂调节体系稠度，再加入1份丙烯酸酯类增稠剂，中速搅拌分散20min，得到宽温域耐冲击水性阻尼涂料。
取实施例4制备的宽温域耐冲击水性阻尼涂料按照TB/T 2932-1998的要求制备样品，并进行性能测试，测试结果如表1所示。
实施例5：
一种宽温域耐冲击水性阻尼涂料的制备方法，包括以下步骤：
1)浆料的配制：将60份硬核软壳型丙烯酸乳液、0.5份丙二醇、1份十二碳醇酯和3份去离子水混合均匀，再依次加入0.5份聚合物烷基醇铵盐、0.5份矿物油消泡剂、0.5份2-氨基-2-甲基-1-丙醇和2份四针氧化锌晶须，低速搅拌混合均匀；
2)填料与浆料的混合：在浆料中加入15份200目的片状云母粉、20份600目的片状云母粉、10份400目硅灰石、30份600目的石英粉和5份200目的硅藻土，高速搅拌混合均匀；
3)稠度调节：先加入0.5份聚氨酯类增稠剂调节体系稠度，再加入0.5份丙烯酸酯类增稠剂，中速搅拌分散20min，得到宽温域耐冲击水性阻尼涂料。
取实施例5制备的宽温域耐冲击水性阻尼涂料按照TB/T 2932-1998的要求制备样品，并进行性能测试，测试结果如表1所示。
测试例：
对实施例1～5的宽温域耐冲击水性阻尼涂料进行性能测试(TB/T 2932-1998)，测试结果如下表所示：
表1实施例1～5的宽温域耐冲击水性阻尼涂料的性能测试数据
Figure BDA0001599066860000071
Figure BDA0001599066860000081
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种宽温域耐冲击水性阻尼涂料，其特征在于：由以下质量份数的原料组成：
硬核软壳型丙烯酸乳液：35～65份；
无机填料：40～80份；
丙二醇：0.5～3份；
纤维：2～5份；
成膜助剂：0.5～3份；
润湿分散剂：0.1～1份；
消泡剂：0.1～1份；
增稠剂：0.1～2份；
多功能助剂：0.3～1份；
水：3～10份；
所述无机填料为60～800目的片状云母粉、325～1250目的石英粉、325～1250目的滑石粉、200～700目的硅藻土、200～800目的针状硅灰石粉中的至少四种；
所述纤维为四针氧化锌晶须；
所述硬核软壳型丙烯酸乳液通过以下方法制备得到：1)将1～3份热分解型引发剂溶解到25～35份水中，得到引发剂溶液；2)将0.5～1份乳化剂、30～50份水、40～60份苯乙烯、20～40份丙烯酸丁酯、0.5～1.5份丙烯酸和0.5～1份三缩四乙二醇二甲基丙烯酸酯混合，进行乳化，得到预乳化单体A；3)将0.5～1份乳化剂、30～50份水、10～30份苯乙烯、60～100份丙烯酸丁酯、1～3份二甲基丙烯酸乙二醇酯和2～4份丙烯酸混合，进行乳化，得到预乳化单体B；4)将0.5～3份乳化剂和0.5～2份碳酸氢钠加入20～40份水中，75～85℃下混合均匀，再加入20～30份预乳化单体A和8～12份引发剂溶液，反应15～20min，再调节温度至80～90℃，同时滴加8～12份引发剂溶液和剩余的预乳化单体A，滴加完后恒温反应10～15min，再同时滴加预乳化单体B和剩余的引发剂溶液，滴加完后恒温反应50～70min，降温，加入氨水调节pH值至7～8，得到硬核软壳型丙烯酸乳液。
2.根据权利要求1所述的宽温域耐冲击水性阻尼涂料，其特征在于：所述成膜助剂为十二碳醇酯。
3.根据权利要求1所述的宽温域耐冲击水性阻尼涂料，其特征在于：所述润湿分散剂为聚羧酸钠盐、聚合物烷基醇铵盐、丙烯酸酯类共聚物铵盐中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的宽温域耐冲击水性阻尼涂料，其特征在于：所述消泡剂为非离子型聚硅氧烷消泡剂、矿物油消泡剂中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的宽温域耐冲击水性阻尼涂料，其特征在于：所述增稠剂为丙烯酸类增稠剂、聚氨酯类增稠剂、气相二氧化硅中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的宽温域耐冲击水性阻尼涂料，其特征在于：所述多功能助剂为2-氨基-2-甲基-1-丙醇。
7.权利要求1～6中任意一项所述的宽温域耐冲击水性阻尼涂料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)浆料的配制：将硬核软壳型丙烯酸乳液、丙二醇、成膜助剂和水混合均匀，再依次加入润湿分散剂、消泡剂、多功能助剂和纤维，混合均匀；
2)填料与浆料的混合：在浆料中加入无机填料，混合均匀；
3)稠度调节：加入增稠剂调节体系稠度，得到宽温域耐冲击水性阻尼涂料。
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