CN111635695B - 一种快速固化约束结构阻尼涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种快速固化约束结构阻尼涂料及其制备方法，属于特种功能材料技术领域，为阻尼约束结构，阻尼层为单组分无溶剂湿固化聚氨酯涂料，包括：二异氰酸酯、潜伏型扩链剂、二元醇、分散剂、消泡剂、基材润湿剂、附着力促进剂、第一催化剂、阻尼颜填料；约束层为双组分无溶剂聚氨酯涂料，包括A组分：异氰酸酯、多元醇、液体阻燃剂；B组分：端氨基聚醚、聚醚多元醇、阻燃颜填料、空心微珠、扩链剂、第二催化剂、抗氧剂、分散剂、除水剂、色浆。本发明的阻尼涂料，阻尼层和约束层的固化速度可调，冬季施工可快速固化，不流挂，该材料不但可以应用于舰艇领域的振动和噪声防护，还可以广泛应用于轨道交通、汽车、工程机械等领域。

Description

一种快速固化约束结构阻尼涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及特种功能材料技术领域，更具体的说，本发明涉及一种快速固化约束结构阻尼涂料及其制备方法。
背景技术
经过大量实践证明，将阻尼涂料应用于噪声及振动控制是一种最为可行和经济的方法。阻尼涂料是利用有机高分子材料的粘弹性能而制备的特种功能涂料，当高分子材料在玻璃化转变温度范围内，具有非常好的动态力学损耗性能，能够很好地将振动和噪音等形式机械能转变为热能释放，以达到减少振幅、降低振动和噪音的目的。
阻尼涂料按照结构形式来分，可分为自由结构涂料和约束结构阻尼涂料，自由阻尼涂料具有结构简单、施工方便等优点，约束阻尼涂料是在自由阻尼涂料的基础上做出的改进，其阻尼性能大大优于自由阻尼涂料。其中，约束结构阻尼涂料目前主要应用于舰船领域减振降噪。专利申请号为CN91105484.7的《构成约束阻尼结构的阻燃阻尼涂料层》、专利申请号为CN93107379.0的《构成约束阻尼结构的阻尼涂料层》、专利申请号CN201510874283.7的《一种舰船专用复合阻尼涂料及其制备方法》公开的阻尼涂料均由阻尼层和约束层两部分组成，其中阻尼层为双组分聚氨酯体系，约束层为高模量的双组分环氧树脂体系，使用时设计涂层厚度为基材的1.5-2.5倍。
但是，目前的约束结构阻尼涂料存在如下缺点：(1)粘度大，一般为刮涂施工，表面平整度较差，施工劳动强度大、施工效率低；(2)因所用的阻尼材料为无溶剂双组份材料，施工时对操作期要求高，夏季施工尤为不便，需要少量多次混合均匀后使用；(3)由于约束层为高模量环氧树脂的体系，当厚度超过20mm时容易出现开裂问题，需要铺设网格布以降低开裂风险，增加了施工的难度；(4)双组分环氧树脂在冬季的时候固化速度很慢，厚涂施工容易出现流挂问题；(5)阻尼材料的阻尼温域范围较窄，损耗因子(tanδ)仍较低，不能满足目前大型舰船及设备在低温环境下的减振降噪要求。(6)由于约束结构阻尼涂料的施工存在的诸多问题，限制了其在汽车、工程机械、轨道交通领域的应用。
所以，急需研究一种快速固化约束结构阻尼涂料，克服现有技术中存在的问题，使其不但可以应用于舰艇领域的振动和噪声防护，还可以广泛应用于轨道交通、汽车、工程机械等领域。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种快速固化约束结构阻尼涂料及其制备方法，阻尼层和约束层的固化速度可调，冬季施工可快速固化，不流挂，该材料不但可以应用于舰艇领域的振动和噪声防护，还可以广泛应用于轨道交通、汽车、工程机械等领域。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种快速固化约束结构阻尼涂料，包括阻尼层和约束层；
所述阻尼层为单组分无溶剂湿固化聚氨酯涂料，所述阻尼层包括如下重量份数的原料：
二异氰酸酯100份、潜伏型扩链剂50-250份、二元醇150-300份、分散剂5-10份、消泡剂1-5份、基材润湿剂0.5-1.0份、附着力促进剂1.0-2.0份、第一催化剂0.5-2.0份、阻尼颜填料300-500份；
所述阻尼层中端异氰酸酯预聚物的NCO含量为4.0～8.0wt％，与所述潜伏型扩链剂固化时的异氰酸酯指数为0.5～0.9；
所述约束层为双组分无溶剂聚氨酯涂料，所述约束层包括如下重量份数的原料：
A组分：异氰酸酯100份、多元醇30～60份、液体阻燃剂20～30份；所述A组分的NCO含量为13～18wt％；
B组分：端氨基聚醚20～60份、聚醚多元醇0～70份、阻燃颜填料30～40份、空心微珠10～20份、扩链剂20～35份、第二催化剂0～1份、抗氧剂2～5份、分散剂1～3份、除水剂5～10份、色浆1～5份；
所述A组分与B组分的体积比为1：1，异氰酸酯指数为1.05～1.10。
进一步地，所述二异氰酸酯为低反应活性的脂肪族异氰酸酯中的一种或几种，所述脂肪族异氰酸酯包括异佛尔酮二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯、三甲基六亚甲基二异氰酸酯、甲基环己基二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、四甲基苯二亚甲基二异氰酸酯；
所述二元醇为低不饱和度的聚氧化丙烯二醇、聚四氢呋喃醚二醇、聚己内酯二醇、聚酯二醇、聚碳酸酯二醇中的一种或几种，平均分子量为400-2000。
进一步地，所述异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、甲基环己基二异氰酸酯、环己烷二亚甲基而异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯、1,4环己烷二异氰酸酯中的一种或几种；
所述多元醇为低不饱和度的聚氧化丙烯二醇、聚四氢呋喃醚二醇、聚己内酯二醇、聚酯二醇、聚碳酸酯二醇、芳香族聚醚多元醇、芳香族聚酯多元醇、生物基多元醇中的一种或几种，平均分子量为400-1000，含水量≤0.5％。
进一步地，所述潜伏型扩链剂为醛亚胺、酮亚胺、恶唑烷中的一种或几种；
所述消泡剂为聚醚改性有机硅类、氟硅氧烷类有机聚合物中的一种或几种；
所述基材润湿剂为改性有机硅类基材润湿剂；
所述附着力促进剂为不含活泼氢的硅烷偶联剂中的至少一种，所述不含活泼氢的硅烷偶联剂包括乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、β-(3,4环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷、γ-异氰酸酯丙基三甲氧基硅烷、γ-异氰酸酯丙基三乙氧基硅烷；
所述阻尼颜填料为云母粉、玻璃鳞片、氧化铁红、石墨粉、氧化铁黑、云母氧化铁红、云母氧化铁黑中任意一种，粒径在40-325目。
进一步地，所述液体阻燃剂为反应型无卤液体阻燃剂中的一种或几种，所述反应型无卤液体阻燃剂包括三(一缩二丙二醇)亚磷酸酯、N，N-二(2-羟乙基)氨基亚甲基膦酸二乙酯、N，N-二(2-羟乙基)氨基亚甲基膦酸二甲酯、含磷多元醇Exolit OP550、ExolitOP550、WANOL FR-212。
进一步地，所述端氨基聚醚包括二官能度端氨基聚醚和三官能度端氨基聚醚；
所述阻燃颜填料为经过有机改性的固体粉末状颜填料中的任意一种，细度为1250～3000目，所述经过有机改性的固体粉末状颜填料包括硅烷改性氢氧化铝、硬脂酸改性氢氧化铝、钛酸酯改性硼酸锌、铝酸酯改性氢氧化镁、酚醛改性多聚磷酸铵；
所述空心微珠为空心玻璃微珠、空心陶瓷微珠、空心酚醛微珠中的一种或几种，堆积密度为0.4～0.8g/cm3；
所述扩链剂为芳香族二胺、脂肪族二胺中的一种或多种，含水量≤0.5％；
所述抗氧剂为抗氧剂245、抗氧剂1010、抗氧剂1035、抗氧剂1076、抗氧剂1098、抗氧剂1135、抗氧剂1330、抗氧剂3114、抗氧剂1024、抗氧剂5057中的一种或几种；
所述除水剂为分子筛、原硅酸乙酯、恶唑烷中的一种或几种；
所述色浆为聚氨酯行业通用色浆，颜色包括：红、黄、蓝、绿、白、黑，含水量≤0.5％。
进一步地，所述扩链剂为3,5-二乙基甲苯二胺、3,3-二氯-4,4-二氨基二苯基甲烷、3,3-二乙基-4,4-二氨基二苯基甲烷、3,5-二甲硫基甲苯二胺、2,4-二氨基-3,5-二甲硫基氯苯、双仲丁氨基二苯基甲烷、N,N,-二烷基苯二胺、异佛尔酮二胺、4,4-双仲丁氨基二环己基甲烷、3,3-二甲基-4,4-双仲丁氨基-二环己基甲烷、三甲基己二胺、氢化MDA中的一种或多种。
进一步地，所述分散剂为脂肪酸衍生物、聚羧酸盐、聚氨酯共聚物、高分子磷酰胺中的一种或几种。
进一步地，所述第一催化剂为有机金属盐类催化剂中的一种或几种，所述有机金属盐类催化剂包括异辛酸铋，异辛酸锌，二月桂酸二丁基锡，二乙酸二丁基锡、钛酸四丁酯、钛酸四异丁酯；
所述第二催化剂为异辛酸铋、异辛酸锌、二月桂酸二丁基锡、二乙酸二丁基锡、三乙烯二胺、双吗啉基二乙基醚、钛酸四丁酯、钛酸四异丙酯中的一种或几种。
另，本发明还提供一种如上所述的快速固化约束结构阻尼涂料的制备方法，包括：
所述阻尼层的制备：将所述二元醇、分散剂、消泡剂、阻尼颜填料加入到反应釜中，启动搅拌，边搅拌边升温至100～110℃，抽真空；当真空度达到-0.1MPa时,脱水1.5～2h，之后将温度降至50～60℃，滴加所述二异氰酸酯，滴加完毕后再将温度上升到80～90℃，保温反应2～4h，待NCO含量达到4.0～8.0wt％，将温度降到50～60℃，加入所述附着力促进剂、基材润湿剂、催化剂、潜伏型扩链剂后搅拌均匀，得到所述阻尼层；
所述A组分的制备：将所述多元醇、液体阻燃剂投入到有氮气保护的反应釜中，在搅拌下加热至100～110℃，在真空-0.1MPa下脱水1.5～2h，解除真空，降温至50～60℃加入所述异氰酸酯，在80℃～90℃下反应2～4h，测定-NCO值达到13～18wt％后，降温至50℃以下，得到所述A组分；
所述B组分的制备：将所述端氨基聚醚、聚醚多元醇、阻燃颜填料、空心微珠、扩链剂、第二催化剂、抗氧剂、分散剂、除水剂、色浆依次投入分散罐中，转速设定在1200-1500r/min，高速分散40～60min，再用200目铜滤网过滤得到所述B组分；
所述约束层由所述A组分和B组分混合得到。
本发明的快速固化约束结构阻尼涂料相对于现有技术具有以下有益效果：
(1)阻尼层由传统的双组份聚氨酯体系改为单组份聚氨酯脲体系，即可采用刮涂、辊涂施工又可以使用喷涂设备进行喷涂施工，施工过程受环境温湿度影响小，施工质量稳定、效率高；
(2)材料中不含游离TDI，VOC含量极低，生产、运输、储存及使用过程中安全环保，属于国家大力提倡的绿色环保新材料；
(3)材料固化后阻尼温域宽，复合损耗因子高，在温度-10℃～+50℃内复合损耗因子tanδ≥0.15；
(4)阻尼层和约束层的固化速度可调，固化速度可通过改变异氰酸酯指数，潜伏型扩链剂的种类和用量，以及催化剂的用量来实现可调，冬季施工可快速固化，不流挂；
(5)厚涂施工大于20mm时，无需进行特殊处理，可保证材料不出现开裂问题；
(6)约束层的表观状态可以根据具体的使用要求进行调整，即可做到表面平整光滑，又可将约束层表面设计成具有防滑和吸声的尖劈结构，拓宽了材料的应用范围；
(7)材料的力学性能、阻燃性能，耐介质性能、防腐性能优异。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种快速固化约束结构阻尼涂料，包括阻尼层和约束层；
所述阻尼层为单组分无溶剂湿固化聚氨酯涂料，阻尼层由传统的双组份聚氨酯体系改为单组份聚氨酯脲体系，优势在于：既可采用刮涂、辊涂施工又可以使用喷涂设备进行喷涂施工，施工质量稳定、效率高；材料中不含游离TDI，VOC含量极低，生产、运输、储存及使用过程中安全环保；单组份没有操作期的限制，不会出现双组分因操作期短导致的产品胶化报废现象；配方中起主要作用的原料是二异氰酸酯；潜伏型扩链剂；阻尼颜填料。所述阻尼层包括如下重量份数的原料：
二异氰酸酯100份、潜伏型扩链剂50-250份、二元醇150-300份、分散剂5-10份、消泡剂1-5份、基材润湿剂0.5-1.0份、附着力促进剂1.0-2.0份、第一催化剂0.5-2.0份、阻尼颜填料300-500份；
所述阻尼层中端异氰酸酯预聚物的NCO含量为4.0～8.0wt％，与所述潜伏型扩链剂固化时的异氰酸酯指数为0.5～0.9；通过控制NCO含量、异氰酸酯指数范围来控制材料中的软硬段含量，以及软硬段的微相分离程度，从而保证材料的阻尼性能；同时好的阻尼材料不但要具有优异的阻尼性能，还要具有好的施工性能，合适的NCO含量和适当的异氰酸酯指数，可以保证材料具有合适的施工粘度和固化速度。
所述约束层为双组分无溶剂聚氨酯涂料，约束层由传统的环氧体系改为采用双组分无溶剂聚氨酯体系，优势在于：可实现快速固化及喷涂施工；采用芳香族聚氨酯体系除了具有高的弹性模量外，涂层还具有优异的防腐性能和阻燃性能；另聚氨酯体系柔韧性好，厚涂不易出现开裂现象。所述约束层包括如下重量份数的原料：
A组分：异氰酸酯100份、多元醇30～60份、液体阻燃剂20～30份；所述A组分的NCO含量为13～18wt％；合适的NCO含量既可以调控体系的软硬段含量及软硬段的微相分离程度，使材料具有较高的弹性模量，又可以保证材料具有合适的施工粘度和固化速度；
B组分：端氨基聚醚20～60份、聚醚多元醇0～70份、阻燃颜填料30～40份、空心微珠10～20份、扩链剂20～35份、第二催化剂0～1份、抗氧剂2～5份、分散剂1～3份、除水剂5～10份、色浆1～5份；
所述A组分与B组分的体积比为1：1，异氰酸酯指数为1.05～1.10。
其中，所述二异氰酸酯为低反应活性的脂肪族异氰酸酯中的一种或几种，所述脂肪族异氰酸酯包括异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、苯二亚甲基二异氰酸酯(XDI)、三甲基六亚甲基二异氰酸酯(TMDI)、甲基环己基二异氰酸酯(HTDI)、二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)、四甲基苯二亚甲基二异氰酸酯(TMXDI)。
所述二元醇为低不饱和度的聚氧化丙烯二醇、聚四氢呋喃醚二醇、聚己内酯二醇、聚酯二醇、聚碳酸酯二醇中的一种或几种，平均分子量为400-2000。其中，聚氧化丙烯二醇，如山东蓝星东大生产的DL1000、DL2000，美国陶氏化学的CP1055；聚四氢呋喃醚二醇，如日本三菱化学株式会社的PTMG1000，山西三维集团股份有限的PTG1400，美国INVISTA公司的Terathane1000；聚己内酯二醇，如日本化学工业株式会社大赛璐Placcel210N、Placcel205U；聚酯二醇，如美国Chemtura公司的Fomrez11-45、Fomrez111-56；聚碳酸酯二醇，如日本旭化成化学品株式会社的Duranol T6001、科思创公司的C1200等等。
所述异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯(包括MDI-100、MDI-50)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)，二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)，甲基环己基二异氰酸酯(HTDI)，环己烷二亚甲基而异氰酸酯(HXDI)，苯二亚甲基二异氰酸酯(XDI)，1,4环己烷二异氰酸酯中的一种或几种。
所述多元醇为低不饱和度的聚氧化丙烯二醇、聚四氢呋喃醚二醇、聚己内酯二醇、聚酯二醇、聚碳酸酯二醇、芳香族聚醚多元醇、芳香族聚酯多元醇、生物基多元醇中的一种或几种，平均分子量为400-1000，含水量≤0.5％。其中，聚氧化丙烯二醇，如山东蓝星东大生产的DL1000、DL2000；聚四氢呋喃醚二醇，如日本三菱化学株式会社的PTMG1000,山西三维集团股份有限的PTG1400，美国INVISTA公司的Terathane1000；聚己内酯二醇，如日本化学工业株式会社大赛璐Placcel210N、Placcel205U；聚酯二醇，如美国Chemtura公司的Fomrez11-45、Fomrez111-56；聚碳酸酯二醇，如日本旭化成化学品株式会社的DuranolT5650、Duranol T5651，日本大赛璐株式会社的CD210、CD205PL、CD205，科思创公司的C1200、C1100；芳香族聚醚多元醇，如法国SEPPIC公司的Dianol 240/1、Dianol 265，日本青木油脂工业株式会社的BPO-3、BPO-4、BEO-6，日本乳化剂株式会社的BA-P3、BA-P4U，天津石化公司的TDA-401；芳香族聚酯多元醇，如美国Stepan公司的PS-2002、PS-3152、PS-2402、PD-200LV、PS-1752等等。
其中，所述潜伏型扩链剂为醛亚胺、酮亚胺、恶唑烷中的一种或几种，如VestaminA139、Hardner OZ、Incozol4、Incozol EH、ALT-101、ALT-402等等。
所述消泡剂为聚醚改性有机硅类、氟硅氧烷类有机聚合物中的一种或几种，如Tego900、BYK141、BYK066N、Tego FoamexN、Tego940、Deform8700、Deform8701、Deform5400等。
所述基材润湿剂为改性有机硅类基材润湿剂，如Tego260、Tego270、BYK333、DowCorning57Additive、BYK306、BYK307、BYK330、BYK310等等。
所述附着力促进剂为不含活泼氢的硅烷偶联剂中的至少一种，所述不含活泼氢的硅烷偶联剂包括乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、β-(3,4环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷、γ-异氰酸酯丙基三甲氧基硅烷、γ-异氰酸酯丙基三乙氧基硅烷。
所述阻尼颜填料为云母粉、玻璃鳞片、氧化铁红、石墨粉、氧化铁黑、云母氧化铁红、云母氧化铁黑中任意一种，粒径在40-325目。
其中，所述液体阻燃剂为反应型无卤液体阻燃剂中的一种或几种，所述反应型无卤液体阻燃剂包括三(一缩二丙二醇)亚磷酸酯、N，N-二(2-羟乙基)氨基亚甲基膦酸二乙酯、N，N-二(2-羟乙基)氨基亚甲基膦酸二甲酯、含磷多元醇Exolit OP550、Exolit OP550、WANOL FR-212。
其中，所述端氨基聚醚包括二官能度端氨基聚醚和三官能度端氨基聚醚，如亨斯曼公司生产的牌号JeffamineD-2000、JeffamineD-400、JeffamineD-4000、THF-140、THF-170、SD-2001、ST-404P-650、P-1000、P-2000、JeffamineT-3000、JeffamineT-5000、JeffamineT-403。
所述阻燃颜填料为经过有机改性的固体粉末状颜填料中的任意一种，细度为1250～3000目，所述经过有机改性的固体粉末状颜填料包括硅烷改性氢氧化铝、硬脂酸改性氢氧化铝、钛酸酯改性硼酸锌、铝酸酯改性氢氧化镁、酚醛改性多聚磷酸铵。
所述空心微珠为空心玻璃微珠、空心陶瓷微珠、空心酚醛微珠中的一种或几种，堆积密度为0.4～0.8g/cm3。
所述扩链剂为芳香族二胺、脂肪族二胺中的一种或多种，含水量≤0.5％，如3,5-二乙基甲苯二胺、3,3-二氯-4,4-二氨基二苯基甲烷、3,3-二乙基-4,4-二氨基二苯基甲烷、3,5-二甲硫基甲苯二胺、2,4-二氨基-3,5-二甲硫基氯苯、双仲丁氨基二苯基甲烷、N,N,-二烷基苯二胺、异佛尔酮二胺、4,4-双仲丁氨基二环己基甲烷、3,3-二甲基-4,4-双仲丁氨基-二环己基甲烷、三甲基己二胺、氢化MDA等等。
所述抗氧剂为抗氧剂245、抗氧剂1010、抗氧剂1035、抗氧剂1076、抗氧剂1098、抗氧剂1135、抗氧剂1330、抗氧剂3114、抗氧剂1024、抗氧剂5057中的一种或几种。
所述除水剂为分子筛、原硅酸乙酯、恶唑烷中的一种或几种。
所述色浆为聚氨酯行业通用色浆，颜色包括：红、黄、蓝、绿、白、黑，含水量≤0.5％。
其中，所述分散剂为脂肪酸衍生物、聚羧酸盐、聚氨酯共聚物、高分子磷酰胺中的一种或几种，如Tego685、BYK110、BYK9076、BYK163、Dispers912、Dispers983等。
其中，所述第一催化剂为有机金属盐类催化剂中的一种或几种，所述有机金属盐类催化剂包括异辛酸铋，异辛酸锌，二月桂酸二丁基锡，二乙酸二丁基锡、钛酸四丁酯、钛酸四异丁酯。所述第二催化剂为异辛酸铋、异辛酸锌、二月桂酸二丁基锡、二乙酸二丁基锡、三乙烯二胺、双吗啉基二乙基醚、钛酸四丁酯、钛酸四异丙酯中的一种或几种。
另，本发明还提供一种如上所述的快速固化约束结构阻尼涂料的制备方法，包括：
所述阻尼层的制备：将所述二元醇、分散剂、消泡剂、阻尼颜填料加入到反应釜中，启动搅拌，边搅拌边升温至100～110℃，抽真空；当真空度达到-0.1MPa时,脱水1.5～2h，之后将温度降至50～60℃，滴加所述二异氰酸酯，滴加完毕后再将温度上升到80～90℃，保温反应2～4h，待NCO含量达到4.0～8.0wt％，将温度降到50～60℃，加入所述附着力促进剂、基材润湿剂、催化剂、潜伏型扩链剂后搅拌均匀，得到所述阻尼层；
所述A组分的制备：将所述多元醇、液体阻燃剂投入到有氮气保护的反应釜中，在搅拌下加热至100～110℃，在真空-0.1MPa下脱水1.5～2h，解除真空，降温至50～60℃加入所述异氰酸酯，在80℃～90℃下反应2～4h，测定-NCO值达到13～18wt％后，降温至50℃以下，得到所述A组分；
所述B组分的制备：将所述端氨基聚醚、聚醚多元醇、阻燃颜填料、空心微珠、扩链剂、第二催化剂、抗氧剂、分散剂、除水剂、色浆依次投入分散罐中，转速设定在1200-1500r/min，高速分散40～60min，再用200目铜滤网过滤得到所述B组分；
所述约束层由所述A组分和B组分混合得到。
使用时，在经过(除油、除锈)表面处理的基材上，采用刮涂、辊涂或喷涂方式施工所述阻尼层，待所述阻尼层完全干燥后，在其表面用刮涂、辊涂或喷涂方式施工所述约束层，两涂层完全干燥后便可得到具有约束阻尼结构的复合阻尼涂层。
其中，阻尼层的厚度一般在0.5～1.0mm，阻尼层与约束层的总厚度与基材的厚度比为1.0～4.0，即可使材料的平均复合损耗因子在-10℃～+50℃温度范围内可达0.15以上。
实施例1
一、阻尼层的制备
将200份聚醚DL1000、5份分散剂BYK110、1份消泡剂BYK141、2份消泡剂BYK066N，500份200目云母粉加入到反应釜中，启动搅拌，边搅拌边升温至100℃，抽真空。当真空度达到-0.1MPa时,脱水2h后，将温度降至50～60℃，继续加入65份IPDI，滴加完毕后将温度上升到80～90℃，保温反应4h，待-NCO含量达到目标值7.0％后，将温度降到40～50℃，加入附着力促进剂1.0份乙烯基三甲氧基硅烷、0.5份基材润湿剂Wet260、1.0份第一催化剂二月桂酸二丁基锡、152.2份潜伏型扩链剂Hardener OZ搅拌均匀后，即可过滤，包装出料。
二、约束层的制备
(1)约束层A组分的制备
按照重量比将45份聚醚多元醇DL1000、20份液体阻燃剂三(一缩二丙二醇)亚磷酸酯投入到有氮气保护的反应釜中，在搅拌下加热至100℃，在真空-0.1MPa下脱水2h，解除真空，降温至50～60℃，加入100份MDI-50，在80～90℃下反应2～4h，反应结束后，测定-NCO值为14.5％后出料，过滤包装。
(2)约束层B组分的制备
按配方顺序称量各组分，将20份端氨基聚醚D2000，50份多元醇PTMEG650，30份阻燃颜填料改性氢氧化铝，20份扩链剂E100，1份分散剂BYK110，2份抗氧剂1010、0.5份第二催化剂异辛酸铋，5份除水剂3A分子筛，20份空心玻璃微珠，1份色浆，依次投入到分散罐中，转速设定在1200-1500r/min，高速分散40～60min，待物料分散均匀后用200目铜滤网过滤包装，制得B组分。
本实施例中所制备的快速固化约束结构阻尼涂料的主要性能指标如表1所示：
表1实施例1所制备的快速固化约束结构阻尼涂料的主要性能
Figure BDA0002555165250000121
实施例2
一、阻尼层的制备
将150份聚四氢呋喃二醇PTMEG650、10份分散剂Dispers912、2份消泡剂Tego940、3份消泡剂BYK141，300份200目云母粉、200份80目石墨粉加入到反应釜中，启动搅拌，边搅拌边升温至100℃，抽真空。当真空度达到-0.1MPa时,脱水2h后，将温度降至50～60℃，继续加入100份HMDI，滴加完毕后将温度上升到80～90℃，保温反应2～4h，待-NCO含量达到目标值5.0％后，将温度降到40～50℃，加入附着力促进剂2.0份γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、1.0份基材润湿剂BYK333、2.0份第一催化剂钛酸四丁酯、83.9份潜伏型扩链剂VestaminA139搅拌均匀后，即可过滤，包装出料。
二、约束层的制备
(1)约束层A组分的制备
按照重量比将30份苯酐聚酯二元醇450D、30份液体阻燃剂WANOL FR-212投入到有氮气保护的反应釜中，在搅拌下加热至100℃，在真空-0.1MPa下脱水2h，解除真空，降温至50～60℃，加入100份IPDI，在90℃下反应2～4h，反应结束后，测定-NCO值为16.5％后出料，过滤包装。
(2)约束层B组分的制备
按配方顺序称量各组分，将60份端氨基聚醚P1000，20份多元醇Placcel210，20份阻燃颜填料改性氢氧化镁，20份扩链剂E300、20份扩链剂Unilink4200，3份分散剂Dispers912，5份抗氧剂3114，0.2份第二催化剂异辛酸铋、0.2份第二催化剂异辛酸锌，10份除水剂原硅酸乙酯，10份空心酚醛微珠，3.5份色浆。依次投入到分散罐中，转速设定在1200-1500r/min，高速分散40～60min，待物料分散均匀后用200目铜滤网过滤包装，制得B组分。
本实施例中所制备的快速固化约束结构阻尼涂料的主要性能指标如表2所示：
表2实施例2所制备的快速固化约束结构阻尼涂料的主要性能
Figure BDA0002555165250000131
Figure BDA0002555165250000141
实施例3
一、阻尼层的制备
将300份聚碳酸酯二醇C1200、7份分散剂BYK9076、5份消泡剂Deform8700，100份325目玻璃鳞片、50份氧化铁红、150份325云母粉加入到反应釜中，启动搅拌，边搅拌边升温至100℃，抽真空。当真空度达到-0.1MPa时,脱水2h后，将温度降至50～60℃，继续加入100份IPDI，滴加完毕后将温度上升到80～90℃，保温反应2～4h，待-NCO含量达到目标值6.3％后，将温度降到40～50℃，加入附着力促进剂1.5份乙烯基三乙氧基硅烷、0.7份基材润湿剂Wet270、1.0份第一催化剂二月桂酸二丁基锡、1.0份第一催化剂异辛酸铋、104.7份潜伏型扩链剂Incozol4搅拌均匀后，即可过滤，包装出料。
二、约束层的制备
(1)约束层A组分的制备：
按照重量比将50份聚己内酯二醇Placcel210N、20份液体阻燃剂N，N-二(2-羟乙基)氨基亚甲基膦酸二甲酯、投入到有氮气保护的反应釜中，在搅拌下加热至100℃，在真空-0.1MPa下脱水2h，解除真空，降温至50～60℃，加入100份MDI，在80～90℃下反应2～4h，反应结束后，测定-NCO值为13.58％后出料，过滤包装。
(2)约束层B组分的制备
按配方顺序称量各组分，将60份端氨基聚醚D2000，50份DL1000，阻燃颜填料20份改性氢氧化镁、20份改性硼酸锌，0.2份第二催化剂双吗啉基二乙基醚、0.8份第二催化剂钛酸四丁酯，2份分散剂BYK9076，5份抗氧剂1330，20份扩链剂MOCA、5份扩链剂Unilink4100，7份除水剂噁唑烷，5份空心陶瓷微珠、5份空心酚醛微珠，2份色浆。依次投入到分散罐中，转速设定在1200-1500r/min，高速分散40～60min，待物料分散均匀后用200目铜滤网过滤包装，制得B组分。
本实施例中所制备的快速固化约束结构阻尼涂料的主要性能指标如表3所示：
表3实施例3所制备的快速固化约束结构阻尼涂料的主要性能
Figure BDA0002555165250000151
实施例4
一、阻尼层的制备
将200份聚己内酯二醇Placcel205U、5份分散剂BYK163、5份分散剂Dispers983、1份消泡剂BYK141、2份消泡剂BYK066N，400份325目云母粉、50份氧化铁黑加入到反应釜中，启动搅拌，边搅拌边升温至100℃，抽真空。当真空度达到-0.1MPa时,脱水2h后，将温度降至50～60℃，继续加入100份XDI，滴加完毕后将温度上升到80～90℃，保温反应2～4h，待-NCO含量达到目标值7.0％后，将温度降到40～50℃，加入附着力促进剂1.8份β-(3,4环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷、1.8份基材润湿剂DowCorning57Additive、1.5份第一催化剂二月桂酸二丁基锡、0.5份第一催化剂异辛酸锌、50份潜伏型扩链剂Incozol4搅拌均匀后，即可过滤，包装出料。
二、约束层的制备
(1)约束层A组分的制备
按照重量比将30份分子量为1000的苯酐聚酯多元醇PD-110LV、25份反应型阻燃剂WANOL FR-212、30份聚碳酸酯多元醇CL1200投入到有氮气保护的反应釜中，在搅拌下加热至100℃，在真空-0.1MPa下脱水2h，解除真空，降温至50～60℃加入100份XDI酯，在90℃下反应2～4h，反应结束后，测定-NCO值为17％后出料，过滤包装。
(2)约束层B组分的制备
按配方顺序称量各组分，将20份端氨基聚醚THF170、10份端氨基聚醚D400，30份阻燃颜填料改性氢氧化铝，20份扩链剂E-300、10份扩链剂2,4-二氨基-3,5-二甲硫基氯苯(TX-2)，3份分散剂BYK9076，5份抗氧剂1145，0.2份第二催化剂异辛酸铋、0.2份第二催化剂异辛酸锌，5份除水剂4A分子筛，15份空心玻璃微珠，2.4份色浆。依次投入到分散罐中，转速设定在1200-1500r/min，高速分散40～60min，待物料分散均匀后用200目铜滤网过滤包装，制得B组分。
本实施例中所制备的快速固化约束结构阻尼涂料的主要性能指标如表4所示：
表4实施例4所制备的快速固化约束结构阻尼涂料的主要性能
Figure BDA0002555165250000171
实施例5
一、阻尼层的制备
将280份聚醚DL2000、5份分散剂Tego685、1份消泡剂BYK141、0.5份消泡剂Deform5400，120份80目云母粉、200份325目云母氧化铁红加入到反应釜中，启动搅拌，边搅拌边升温至100℃，抽真空。当真空度达到-0.1MPa时,脱水2h后，将温度降至50～60℃，继续加入50份IPDI、50份HTDI，滴加完毕后将温度上升到80～90℃，保温反应2～4h，待-NCO含量达到目标值7.9％后，将温度降到40～50℃，加入附着力促进剂1.0份γ-异氰酸酯丙基三甲氧基硅烷、0.5份基材润湿剂Wet260、0.5份基材润湿剂BYK306、1.0份第一催化剂二月桂酸二丁基锡、135.2份潜伏型扩链剂VestaminA139搅拌均匀后，即可过滤，包装出料。
二、约束层的制备
(1)约束层A组分的制备
按照重量比将60份DL2000、20份反应型阻燃剂WANOL FR-212投入到有氮气保护的反应釜中，在搅拌下加热至100℃，在真空-0.1MPa下脱水2h，解除真空，降温至50～60℃，加入100份HMDI酯，在80～90℃下反应2～4h，反应结束后，测定-NCO值为15.9％后出料，过滤包装。
(2)约束层B组分的制备
按配方顺序称量各组分，将30份端氨基聚醚D2000、30份聚醚多元醇DL1000，40份聚碳酸酯多元醇PCDL1000，30份阻燃颜填料改性多聚磷酸铵，20份扩链剂E-100、15份扩链剂4,4，-双仲丁氨基二环己基甲烷(Clearlink1000)，0.1份第二催化剂二月桂酸二丁酯、0.2份第二催化剂钛酸四异丁酯，2份分散剂BYK163，5份抗氧剂5057，5份除水剂4A分子筛、5份除水剂原硅酸乙酯，20份空心陶瓷微珠，5份色浆。依次投入到分散罐中，转速设定在1200-1500r/min，高速分散40～60min，待物料分散均匀后用200目铜滤网过滤包装，制得B组分。
本实施例中所制备的快速固化约束结构阻尼涂料的主要性能指标如表5所示：
表5实施例5所制备的快速固化约束结构阻尼涂料的主要性能
Figure BDA0002555165250000181
Figure BDA0002555165250000191
本发明的快速固化约束结构阻尼涂料相对于现有技术具有以下有益效果：
(1)阻尼层由传统的双组份聚氨酯体系改为单组份聚氨酯脲体系，即可采用刮涂、辊涂施工又可以使用喷涂设备进行喷涂施工，施工过程受环境温湿度影响小，施工质量稳定、效率高；
(2)材料中不含游离TDI，VOC含量极低，生产、运输、储存及使用过程中安全环保，属于国家大力提倡的绿色环保新材料；
(3)材料固化后阻尼温域宽，复合损耗因子高，在温度-10℃～+50℃内复合损耗因子tanδ≥0.15；
(4)阻尼层和约束层的固化速度可调，固化速度可通过改变异氰酸酯指数，潜伏型扩链剂的种类和用量，以及催化剂的用量来实现可调，冬季施工可快速固化，不流挂；
(5)厚涂施工大于20mm时，无需进行特殊处理，可保证材料不出现开裂问题；
(6)约束层的表观状态可以根据具体的使用要求进行调整，即可做到表面平整光滑，又可将约束层表面设计成具有防滑和吸声的尖劈结构，拓宽了材料的应用范围；
(7)材料的力学性能、阻燃性能，耐介质性能、防腐性能优异。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种快速固化约束结构阻尼涂料，其特征在于，包括阻尼层和约束层；
所述阻尼层为单组分无溶剂湿固化聚氨酯涂料，所述阻尼层包括如下重量份数的原料：
二异氰酸酯100份、潜伏型扩链剂50-250份、二元醇150-300份、分散剂5-10份、消泡剂1-5份、基材润湿剂0.5-1.0份、附着力促进剂1.0-2.0份、第一催化剂0.5-2.0份、阻尼颜填料300-500份；
所述阻尼层中的NCO含量为4.0～8.0wt%，与所述潜伏型扩链剂固化时的异氰酸酯指数为0.5～0.9；
所述约束层为双组分无溶剂聚氨酯涂料，所述约束层包括如下重量份数的原料：
A组分：异氰酸酯100份、多元醇30～60份、液体阻燃剂20～30份；所述A组分的NCO含量为13～18wt%；
B组分：端氨基聚醚20～60份、聚醚多元醇0～70份、阻燃颜填料30～40份、空心微珠10～20份、扩链剂20～35份、第二催化剂0～1份、抗氧剂2～5份、分散剂1～3份、除水剂5～10份、色浆1～5份；
所述A组分与B组分的体积比为1：1，异氰酸酯指数为1.05～1.10。
2.根据权利要求1所述的快速固化约束结构阻尼涂料，其特征在于，所述二异氰酸酯为低反应活性的脂肪族异氰酸酯中的一种或几种，所述脂肪族异氰酸酯包括异佛尔酮二异氰酸酯、三甲基六亚甲基二异氰酸酯、甲基环己基二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯；
所述二元醇为低不饱和度的聚氧化丙烯二醇、聚四氢呋喃醚二醇、聚酯二醇中的一种或几种，平均分子量为400-2000。
3.根据权利要求1所述的快速固化约束结构阻尼涂料，其特征在于，所述异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、甲基环己基二异氰酸酯、环己烷二亚甲基二 异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯、1,4环己烷二异氰酸酯中的一种或几种；
所述多元醇为低不饱和度的聚氧化丙烯二醇、聚四氢呋喃醚二醇、聚酯二醇、芳香族聚醚多元醇、芳香族聚酯多元醇、生物基多元醇中的一种或几种，平均分子量为400-1000，含水量≤0.5%。
4.根据权利要求1所述的快速固化约束结构阻尼涂料，其特征在于，所述潜伏型扩链剂为醛亚胺、酮亚胺、噁 唑烷中的一种或几种；
所述消泡剂为聚醚改性有机硅类、氟硅氧烷类有机聚合物中的一种或几种；
所述基材润湿剂为改性有机硅类基材润湿剂；
所述附着力促进剂为不含活泼氢的硅烷偶联剂中的至少一种，所述不含活泼氢的硅烷偶联剂包括乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、β-（3,4环氧环己基）乙基三甲氧基硅烷、γ-异氰酸酯丙基三甲氧基硅烷、γ-异氰酸酯丙基三乙氧基硅烷；
所述阻尼颜填料为云母粉、玻璃鳞片、氧化铁红、石墨粉、氧化铁黑、云母氧化铁红、云母氧化铁黑中任意一种，粒径在40-325目。
5.根据权利要求1所述的快速固化约束结构阻尼涂料，其特征在于，所述液体阻燃剂为反应型无卤液体阻燃剂中的一种或几种，所述反应型无卤液体阻燃剂包括三（一缩二丙二醇）亚磷酸酯、N，N-二（2-羟乙基）氨基亚甲基膦酸二乙酯、N，N-二（2-羟乙基）氨基亚甲基膦酸二甲酯、含磷多元醇Exolit OP550、WANOL FR-212。
6.根据权利要求1所述的快速固化约束结构阻尼涂料，其特征在于，所述端氨基聚醚包括二官能度端氨基聚醚和三官能度端氨基聚醚；
所述阻燃颜填料为经过有机改性的固体粉末状颜填料中的任意一种，细度为1250～3000目，所述经过有机改性的固体粉末状颜填料包括硅烷改性氢氧化铝、硬脂酸改性氢氧化铝、钛酸酯改性硼酸锌、铝酸酯改性氢氧化镁、酚醛改性多聚磷酸铵；
所述空心微珠为空心玻璃微珠、空心陶瓷微珠、空心酚醛微珠中的一种或几种，堆积密度为0.4～0.8g/cm3；
所述扩链剂为芳香族二胺、脂肪族二胺中的一种或多种，含水量≤0.5%；
所述抗氧剂为抗氧剂245、抗氧剂1010、抗氧剂1035、抗氧剂1076、抗氧剂1098、抗氧剂1135、抗氧剂1330、抗氧剂3114、抗氧剂1024、抗氧剂5057中的一种或几种；
所述除水剂为分子筛、原硅酸乙酯、噁 唑烷中的一种或几种；
所述色浆为聚氨酯行业通用色浆，颜色包括：红、黄、蓝、绿、白、黑，含水量≤0.5%。
7.根据权利要求6所述的快速固化约束结构阻尼涂料，其特征在于，所述扩链剂为3,5-二乙基甲苯二胺、3,3-二氯-4,4-二氨基二苯基甲烷、3,3-二乙基-4,4-二氨基二苯基甲烷、3,5-二甲硫基甲苯二胺、2,4-二氨基-3,5-二甲硫基氯苯、双仲丁氨基二苯基甲烷、N,N,-二烷基苯二胺、异佛尔酮二胺、4,4-双仲丁氨基二环己基甲烷、3,3-二甲基-4,4-双仲丁氨基-二环己基甲烷、三甲基己二胺、氢化MDA中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的快速固化约束结构阻尼涂料，其特征在于，所述分散剂为脂肪酸衍生物、聚羧酸盐、聚氨酯共聚物中的一种或几种。
9.根据权利要求1所述的快速固化约束结构阻尼涂料，其特征在于，所述第一催化剂为有机金属盐类催化剂中的一种或几种，所述有机金属盐类催化剂包括异辛酸铋，异辛酸锌，二月桂酸二丁基锡，二乙酸二丁基锡、钛酸四丁酯；
所述第二催化剂为异辛酸铋、异辛酸锌、二月桂酸二丁基锡、二乙酸二丁基锡、三乙烯二胺、双吗啉基二乙基醚、钛酸四丁酯、钛酸四异丙酯中的一种或几种。
10.一种如权利要求1-9任一项所述的快速固化约束结构阻尼涂料的制备方法，其特征在于，包括：
所述阻尼层的制备：将所述二元醇、分散剂、消泡剂、阻尼颜填料加入到反应釜中，启动搅拌，边搅拌边升温至100～110℃，抽真空；当真空度达到-0.1MPa时, 脱水1.5～2h，之后将温度降至50～60℃，滴加所述二异氰酸酯，滴加完毕后再将温度上升到80～90℃，保温反应2～4h，待NCO含量达到4.0～8.0wt%，将温度降到50～60℃，加入所述附着力促进剂、基材润湿剂、第一催化剂、潜伏型扩链剂后搅拌均匀，得到所述阻尼层；
所述A组分的制备：将所述多元醇、液体阻燃剂投入到有氮气保护的反应釜中，在搅拌下加热至100～110℃，在真空-0.1MPa下脱水1.5～2h，解除真空，降温至50～60℃加入所述异氰酸酯，在80℃～90℃下反应2～4h，测定-NCO值达到13～18wt%后，降温至50℃以下，出料得到所述A组分；
所述B组分的制备：将所述端氨基聚醚、聚醚多元醇、阻燃颜填料、空心微珠、扩链剂、第二催化剂、抗氧剂、分散剂、除水剂、色浆依次投入分散罐中，转速设定在1200-1500r/min，高速分散40～60min，再用200目铜滤网过滤得到所述B组分；
所述约束层由所述A组分和B组分混合得到。
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