CN110746835A - 一种中低温振动阻尼水性聚合物乳液 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种适用于中低温的振动阻尼水性聚合物乳液的制备方法。该乳液是由两种分散颗粒形式的成膜聚合物乳液A和B调配而成。每种聚合物颗粒均具有四层核壳结构，颗粒平均尺寸为100nm左右，呈单分散性。该聚合物分散体经由自由基乳液聚合得到。具有多层结构的聚合物各层之间相互配合，使其具有宽广的阻尼温域以及优良的阻尼效果。通过使用动态机械热分析仪（DMA）测定，满足tanδ>0.3的最低有效阻尼温度可以达到‑35℃，有效阻尼温域至少覆盖80℃。本乳液具有环境友好的特点，使用本乳液制备的涂料可广泛涂装在飞机，船舶，火车，车辆以及建筑上，以满足对减震降噪的需求。乳液固含量≥50%,稳定储存时间＞300天，涂饰后的阻尼涂层具有良好的外观。

Description

一种中低温振动阻尼水性聚合物乳液
技术领域
本发明属于涂料技术领域，具体涉及一种中低温振动阻尼水性聚合物乳液的制备方法。
背景技术
高速铁路快速发展，高速运行条件下产生的车内噪音严重影响了旅客的舒适度和身心健康。现今高速铁路南北贯通，甚至出口到世界各地，其运行时的室外温度可能会跨越-30至30℃，而外壳体温度可能会跨越-30至65℃，这就要求阻尼涂层具有足够宽的阻尼温域，在整个使用温域内具有良好的阻尼性能。相比于其他类型阻尼产品，阻尼涂料的使用不受结构体形状的限制。但传统的溶剂型阻尼涂料在生产和使用时会排放大量的有毒有害物质，不利于环境友好。
阻尼涂料是利用高分子材料的粘弹性，通过机械损耗将声波的机械振动转换为热能释放出，从而达到减小振幅、降低震动，抑制噪声的目的。使用动态热机械分析（DMA）进行阻尼性能的表征，当tanδ≥0.3时具有工程应用价值。
公开号为CN 105531310A公开了一种制备水性振动阻尼组合物的方法，该方法制备的水性振动阻尼组合物阻尼温域比较单一，为-10至65℃，无法满足低温条件下的使用需求。公开号为CN 101851452B公开了一种低温水性阻尼涂料及其制备方法，该方法制备的阻尼涂层的有效阻尼初始温度-10℃，也不能满足寒冷冬天的使用需求。公开号为CN101250246A公开了一种宽温域高阻尼苯乙烯-丙烯酸乳液材料的制备方法，该方法制得的涂料有效阻尼初始温度为-23℃，也不能满足寒冷冬天的使用需求。
发明内容
在本发明提供了一种中低温振动阻尼水性聚合物乳液，它包括水，乳化剂，以及A和B两种聚合物，聚合物A和B皆是通过包括下述步骤的自由基乳液聚合而获得：
(a)聚合单体原料M1，得到种子乳液聚合所需的种子，
(b)以上一步制得的种子为基础，加入单体原料M2，得到聚合物P1，
(c)在P1存在下加入单体原料M3，得到聚合物P2，
(d)在P2存在下加入单体原料M4，得到聚合物P3，
其中聚合物P3是在聚合物种子的基础上，经由P2、P3阶段逐层聚合得到的。
优选的是，所述的振动阻尼水性聚合物乳液，其组成可以是包含按任意比例调配的A和B组分，也可以是只包含A或B组分中的一种。
优选的是，所述的振动阻尼水性聚合物乳液，其中单体原料AM1包括50-70wt%的苯乙烯，20-40wt%的丙烯酸C1-C10酯中的至少一种，5-15wt%的甲基丙烯酸C1-C4烷基酯中的至少一种,AP2总质量2-12%的乳化剂，乳化剂包括但不限于脂肪酸皂，树脂酸皂，烷基磺酸皂，十二烷基硫酸钠，聚氧乙烯辛基苯酚醚中的一种或几种。
优选的是，所述的振动阻尼水性聚合物乳液，其中单体原料AM2包括0-25wt%的苯乙烯，70-95wt%的丙烯酸C1-C10酯中的至少一种，0-10wt%的甲基丙烯酸C1-C4烷基酯中的至少一种。
优选的是，所述的振动阻尼水性聚合物乳液，其中单体原料AM3包括10-30wt%的苯乙烯，50-90wt%的丙烯酸C1-C10酯中的至少一种，5-20wt%的甲基丙烯酸C1-C4烷基酯中的至少一种，2-20wt%的交联剂，交联剂包括但不限于二乙烯基苯、三烯丙基异三聚氰酸酯 。
优选的是，所述的振动阻尼水性聚合物乳液，其中单体原料AM4包括0-20wt%的苯乙烯，70-90wt%的丙烯酸C1-C10酯中的至少一种，0-20wt%的甲基丙烯酸C1-C4烷基酯中的至少一种，0-5wt%的丙烯酸，0-10wt%的交联剂，交联剂包括但不限于二乙烯基苯、三烯丙基异三聚氰酸酯 。
优选的是，所述的振动阻尼水性聚合物乳液，其中单体原料BM1包括50-70wt%的苯乙烯，20-40wt%的丙烯酸C1-C10酯中的至少一种，5-15wt%的甲基丙烯酸C1-C4烷基酯中的至少一种， BP2总质量2-12%的乳化剂，乳化剂包括但不限于脂肪酸皂，树脂酸皂，烷基磺酸皂，十二烷基硫酸钠，聚氧乙烯辛基苯酚醚中的一种或几种。
优选的是，所述的振动阻尼水性聚合物乳液，其中单体原料BM2包括20-50wt%的苯乙烯，10-40wt%的丙烯酸C1-C10酯中的至少一种，10-30wt%的甲基丙烯酸C1-C4烷基酯中的至少一种,2-20wt%的交联剂，交联剂包括但不限于二乙烯基苯、三烯丙基异三聚氰酸酯 。
优选的是，所述的振动阻尼水性聚合物乳液，其中单体原料BM3包括40-60wt%的苯乙烯，30-50wt%的丙烯酸C1-C10酯中的至少一种，5-10wt%的甲基丙烯酸C1-C4烷基酯中的至少一种，2-10wt%的交联剂，交联剂包括但不限于二乙烯基苯、三烯丙基异三聚氰酸酯 。
优选的是，所述的振动阻尼水性聚合物乳液，其中单体原料BM4包括10-30wt%的苯乙烯，40-60wt%的丙烯酸C1-C10酯中的至少一种，0-10wt%的甲基丙烯酸C1-C4烷基酯中的至少一种，0-5wt%的丙烯酸，0-3wt%的交联剂，交联剂包括但不限于二乙烯基苯、三烯丙基异三聚氰酸酯 。
优选的是，所述的振动阻尼水性聚合物乳液A，其中AM1占2-30wt%；AM2占20-50wt%；AM3占20-50wt%；AM4占10-40wt%；wt%是基于AM1、AM2、AM3和AM4的总重量。
优选的是，所述的振动阻尼水性聚合物乳液B，其中BM1占2-30wt%；BM2占20-50wt%；BM3占20-50wt%；BM4占10-40wt%；wt%是基于BM1、BM2、BM3和BM4的总重量。
本发明的有益效果
本发明提供了一种振动阻尼水性聚合物乳液，该聚合物乳液具有阻尼温域宽，有效阻尼初始温度低的特点。A和B两种组分相容性良好，通过调配可以很方便的获得阻尼温域落在-35至80℃内，有效阻尼温域达到至少80℃的振动阻尼水性聚合物乳液。该乳液以水为分散介质，不使用有机溶剂，应用于涂料时较油性涂料更加安全环保。由于在乳液合成配方中使用了丙烯酸，使得乳胶膜的粘结力大大提高。本乳液中成膜聚合物粒子的直径100nm左右,具有良好的表面浸润性。
附图说明
图1为本发明实例1制备的振动阻尼水性聚合物乳液涂膜的动态力学测试曲线。
图2为本发明实例4制备的振动阻尼水性聚合物乳液涂膜的动态力学测试曲线。
图3为本发明实例3制备的振动阻尼水性聚合物乳液涂膜的红外光谱图。
具体实施方式
为进一步了解本发明，下面结合具体实施方式对本发明的优选方案进行描述，但应该了解，这些描述只是为进一步说明本发明的优点和特征，并非对专利要求的限制。
实施例A
在装有搅拌装置、冷凝装置、温度计并通有氮气保护的四口烧瓶中，加入2g的十二烷基硫酸钠，1g的op-10，80g去离子水，升温至75℃。待搅拌溶解后加入混合单体AM1（6g苯乙烯，4g丙烯酸丁酯）。预乳化20min后加入0.2g引发剂、0.2g缓冲剂和8g水配成的溶液，反应30min得到AP1。加入0.1g引发剂、0.1g缓冲剂和8g水配成的溶液，将混合单体AM2（22.5g丙烯酸丁酯，2g甲基丙烯酸甲酯，1.25g苯乙烯，1.25g二乙烯基苯）以滴加的方式加入到三口烧瓶中，1h内滴加完毕，再反应30min得到AP2。向三口烧瓶中加入0.1g引发剂、0.1g缓冲剂和8g水配成的溶液，将混合单体AM3(45g丙烯酸丁酯，2.5g甲基丙烯酸甲酯， 5g二乙烯基苯）滴加到三口烧瓶中，1h内滴加完毕，再反应30min得到AP3。向三口烧瓶中加入0.2g引发剂、0.2g缓冲剂和8g水配成的溶液，将AM4（19.4g丙烯酸丁酯，1g甲基丙烯酸甲酯，1g苯乙烯，0.6g二乙烯基苯，1g丙烯酸)滴加到三口烧瓶中，1h内滴加完毕，保温反应3h。得到聚合物乳液A。
实施例B
在装有搅拌装置、冷凝装置、温度计并通有氮气保护的四口烧瓶中，加入1.2g的十二烷基硫酸钠，0.8g的op-10，80g去离子水，升温至75℃。待搅拌溶解后加入混合单体BM1（6g苯乙烯，4g丙烯酸丁酯）。预乳化30min后加入0.3g引发剂、0.3g缓冲剂和8g水配成的溶液，反应30min得到BP1。将混合单体BM2（12.5g丙烯酸丁酯，12.5g苯乙烯，1.25g二乙烯基苯）以滴加的方式加入到三口烧瓶中，1h内滴加完毕，再反应30min得到BP2。向三口烧瓶中加入0.1g引发剂、0.1g缓冲剂和8g水配成的溶液，将混合单体BM3(50g丙烯酸丁酯，5g甲基丙烯酸甲酯，2.75g二乙烯基苯）滴加到三口烧瓶中，1h内滴加完毕，再反应30min得到BP3。向三口烧瓶中加入0.2g引发剂、0.2g缓冲剂和8g水配成的溶液，将BM4（4.5g丙烯酸丁酯，2g甲基丙烯酸甲酯，8.5g苯乙烯，1g丙烯酸)滴加到三口烧瓶中，1h内滴加完毕，保温反应3h。得到聚合物乳液B。
实施例1-4
将实施例A与实施例B得到的聚合物乳液按照下表所列比例进行复配，得到振动阻尼水性聚合物乳液。
表1
Figure 859036DEST_PATH_IMAGE001
相应的阻尼性能如表2所示：
表2
Figure 713859DEST_PATH_IMAGE002
从表2可以看出，通过调节A和B组分的比例，可以得到具有应用于不同使用条件下的振动阻尼水性聚合物乳液。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (12)

1.一种中低温振动阻尼水性聚合物乳液，它包括水，乳化剂，以及A和B两种聚合物，聚合物A和B皆是通过包括下述步骤的自由基乳液聚合而获得：
(a)聚合单体原料M1，得到种子乳液聚合所需的种子，
(b)以上一步制得的种子为基础，加入单体原料M2，得到聚合物P1，
(c)在P1存在下加入单体原料M3，得到聚合物P2，
(d)在P2存在下加入单体原料M4，得到聚合物P3，
其中聚合物P3是在聚合物种子的基础上，经由P2、P3阶段逐层聚合得到的。
2.权利要求1所述的振动阻尼水性聚合物乳液，其组成可以是包含按任意比例调配的A和B组分，也可以是只包含A或B组分中的一种。
3.权利要求1所述的振动阻尼水性聚合物乳液，其中单体原料AM1包括50-70wt%的苯乙烯，20-40wt%的丙烯酸C1-C10酯中的至少一种，5-15wt%的甲基丙烯酸C1-C4烷基酯中的至少一种,AP2总质量2-12%的乳化剂，乳化剂包括但不限于脂肪酸皂，树脂酸皂，烷基磺酸皂，十二烷基硫酸钠，聚氧乙烯辛基苯酚醚中的一种或几种。
4.权利要求1所述的振动阻尼水性聚合物乳液，其中单体原料AM2包括0-25wt%的苯乙烯，70-95wt%的丙烯酸C1-C10酯中的至少一种，0-10wt%的甲基丙烯酸C1-C4烷基酯中的至少一种。
5.权利要求1所述的振动阻尼水性聚合物乳液，其中单体原料AM3包括10-30wt%的苯乙烯，50-90wt%的丙烯酸C1-C10酯中的至少一种，5-20wt%的甲基丙烯酸C1-C4烷基酯中的至少一种，2-20wt%的交联剂，交联剂包括但不限于二乙烯基苯、三烯丙基异三聚氰酸酯 。
6.权利要求1所述的振动阻尼水性聚合物乳液，其中单体原料AM4包括0-20wt%的苯乙烯，70-90wt%的丙烯酸C1-C10酯中的至少一种，0-20wt%的甲基丙烯酸C1-C4烷基酯中的至少一种，0-5wt%的丙烯酸，0-10wt%的交联剂，交联剂包括但不限于二乙烯基苯、三烯丙基异三聚氰酸酯 。
7.权利要求1所述的振动阻尼水性聚合物乳液，其中单体原料BM1包括50-70wt%的苯乙烯，20-40wt%的丙烯酸C1-C10酯中的至少一种，5-15wt%的甲基丙烯酸C1-C4烷基酯中的至少一种， BP2总质量2-12%的乳化剂，乳化剂包括但不限于脂肪酸皂，树脂酸皂，烷基磺酸皂，十二烷基硫酸钠，聚氧乙烯辛基苯酚醚中的一种或几种。
8.权利要求1所述的振动阻尼水性聚合物乳液，其中单体原料BM2包括20-50wt%的苯乙烯，10-40wt%的丙烯酸C1-C10酯中的至少一种，10-30wt%的甲基丙烯酸C1-C4烷基酯中的至少一种,2-20wt%的交联剂，交联剂包括但不限于二乙烯基苯、三烯丙基异三聚氰酸酯 。
9.权利要求1所述的振动阻尼水性聚合物乳液，其中单体原料BM3包括40-60wt%的苯乙烯，30-50wt%的丙烯酸C1-C10酯中的至少一种，5-10wt%的甲基丙烯酸C1-C4烷基酯中的至少一种，2-10wt%的交联剂，交联剂包括但不限于二乙烯基苯、三烯丙基异三聚氰酸酯 。
10.权利要求1所述的振动阻尼水性聚合物乳液，其中单体原料BM4包括10-30wt%的苯乙烯，40-60wt%的丙烯酸C1-C10酯中的至少一种，0-10wt%的甲基丙烯酸C1-C4烷基酯中的至少一种，0-5wt%的丙烯酸，0-3wt%的交联剂，交联剂包括但不限于二乙烯基苯、三烯丙基异三聚氰酸酯 。
11.权利要求1所述的振动阻尼水性聚合物乳液A，其中AM1占2-30wt%；AM2占20-50wt%；AM3占20-50wt%；AM4占10-40wt%；wt%是基于AM1、AM2、AM3和AM4的总重量。
12.权利要求1所述的振动阻尼水性聚合物乳液B，其中BM1占2-30wt%；BM2占20-50wt%；BM3占20-50wt%；BM4占10-40wt%；wt%是基于BM1、BM2、BM3和BM4的总重量。
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