CN115181490A - 一种水性阻尼涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水性阻尼涂料，按重量份计，包括以下成份：水性聚氨酯40‑60份、炭纤维10‑20份、无机填料30‑40、有机小分子填料10‑20份、分散剂1‑2份、硅烷偶联剂5‑10份、消泡剂0.2‑0.5份、流变剂0.2‑0.5份和阻燃剂3‑7份。本发明采用上述一种水性阻尼涂料，提高了阻尼损耗因子及其阻尼温域，达到了高阻尼和宽温域的指标，避免了对环境造成污染。

Description

一种水性阻尼涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及涂料制备技术领域，尤其是涉及一种水性阻尼涂料及其制备方法。
背景技术
阻尼涂料是一种具有减振、降噪功能的高分子材料。利用高分子材料具有的粘弹性，吸收一部分振动能，再以热的形式释放出来(即力学损耗)，从而达到减小振幅，降低振动，抑制噪声的目的。早期的阻尼涂料主要为煤焦油沥青、聚氨酯等添加特定的填料而制成，由于这类阻尼涂料含有大量的VOCs，对环境污染较重且严重损害施工人员的身体的健康，已逐步被淘汰。鉴于以上原因，设计一种水性阻尼涂料及其制备方法是很有必要的。
发明内容
本发明的目的是提供一种水性阻尼涂料及其制备方法，提高了阻尼损耗因子及其阻尼温域，达到了高阻尼和宽温域的指标，避免了对环境造成污染。
为实现上述目的，本发明提供了一种水性阻尼涂料，按重量份计，包括以下成份：
水性聚氨酯40-60份、炭纤维10-20份、无机填料30-40、有机小分子填料10-20份、分散剂1-2份、硅烷偶联剂5-10份、消泡剂0.2-0.5份、流变剂0.2-0.5份和阻燃剂3-7份。
优选的，所述炭纤维为片状云母和片状石墨中的一种或两种。
优选的，所述无机填料为纳米二氧化硅和四针状氧化锌晶须的混合物，其中纳米二氧化硅和四针状氧化锌晶须的添加重量比为1:2。
优选的，所述有机小分子填料为位阻胺或位阻酚类化合物。
优选的，所述分散剂为水性分散剂。
优选的，所述消泡剂为有机硅消泡剂。
一种水性阻尼涂料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将水性聚氨酯和部分水混合搅拌，得到水性聚氨酯稀释液；
S2、向水性聚氨酯稀释液中依次加入分散剂、消泡剂、流变剂和炭纤维混合搅拌，得到混合液；
S3、向混合液中加入无机填料、有机小分子填料、阻燃剂和硅烷偶联剂混合搅拌，得到水性阻尼涂料；
S4、将步骤S3得到的水性阻尼涂料过乳化机研磨，经过研磨进行检测定量包装，得到产品。
优选的，所述步骤S1中混合搅拌的速度为600-800rpm/min，混合搅拌时间为10-20min。
优选的，所述步骤S2中混合搅拌的速度为800-1000rpm/min，混合搅拌时间为5-20分钟。
优选的，所述步骤S3中混合搅拌的速度为1200-1500rpm/min，混合搅拌时间为5-20分钟。
通过添加无机填料和有机小分子填料对水性聚氨酯进行了改性，提高了水性聚氨酯的阻尼损耗因子及其阻尼温域。通过添加片状云母、片状石墨提高了水性聚氨酯的弹性模量，经过硅烷偶联剂处理的纳米二氧化硅增强了水性聚氨酯的力学性能、耐热性能和阻尼性能，硅烷偶联剂分子结构的一端亲无机物，另一端亲有机物，经过硅烷偶联剂处理后的纳米二氧化硅与水性聚氨酯交联在一起，硅烷偶联剂在水性聚氨酯和纳米二氧化硅之间的界面间架起分子桥，起到了提高水性聚氨酯的性能和增加了黏结强度。而四针状氧化锌晶须作为填料或功能材料添加入水性聚氨酯中，高强度、高弹性模量的单晶针状四针起到了锚固作用，并且该晶须属于半导体，具有压电性能损失，使涂料具有较高的振动衰减系数，这会导致得到阻尼材料具有阻尼减振性好、抗老化、耐温性好、粘接强度高、无毒等特点。
有机小分子填料为位阻胺或位阻酚类化合物，有机小分子杂化聚合物阻尼材料，可明显提高材料的阻尼峰值，且可设计材料Tg。在一定温度下，水性聚氨酯与有机杂化小分子形成的氢键会不断重复断键-成键-断键的过程，在这个过程中会消耗能量，氢键是一种较强的分子间作用力，比运动时分子间的摩擦作用更强，消耗的能量也比分子间摩擦大，这使得有机杂化小分子阻尼材料体系的阻尼峰值很高。
因此，本发明采用上述一种水性阻尼涂料及其制备方法，提高了阻尼损耗因子及其阻尼温域，达到了高阻尼和宽温域的指标，避免了对环境造成污染。
下面通过实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
具体实施方式
本发明提供了一种水性阻尼涂料，按重量份计，包括以下成份：
水性聚氨酯40-60份、炭纤维10-20份、无机填料30-40、有机小分子填料10-20份、分散剂1-2份、硅烷偶联剂5-10份、消泡剂0.2-0.5份、流变剂0.2-0.5份和阻燃剂3-7份。所述炭纤维为片状云母和片状石墨中的一种或两种。所述无机填料为纳米二氧化硅和四针状氧化锌晶须的混合物，其中纳米二氧化硅和四针状氧化锌晶须的添加重量比为1:2。所述有机小分子填料为位阻胺或位阻酚类化合物。所述分散剂为水性分散剂。所述消泡剂为有机硅消泡剂。
一种水性阻尼涂料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将水性聚氨酯和部分水混合搅拌，混合搅拌的速度为600-800rpm/min，混合搅拌时间为10-20min，得到水性聚氨酯稀释液；
S2、向水性聚氨酯稀释液中依次加入分散剂、消泡剂、流变剂和炭纤维混合搅拌，混合搅拌的速度为800-1000rpm/min，混合搅拌时间为5-20分钟，得到混合液；
S3、向混合液中加入无机填料、有机小分子填料、阻燃剂和硅烷偶联剂混合搅拌，混合搅拌的速度为1200-1500rpm/min，混合搅拌时间为5-20分钟，得到水性阻尼涂料；
S4、将步骤S3得到的水性阻尼涂料过乳化机研磨，经过研磨进行检测定量包装，得到产品。
以下通过实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
实施例1
本发明提供了一种水性阻尼涂料，按重量份计，包括以下成份：
水性聚氨酯40份、片状云母20份、无机填料35、有机小分子填料12份、水性分散剂1.5份、硅烷偶联剂6份、有机硅消泡剂0.3份、流变剂0.3份和阻燃剂4份。其中无机填料为纳米二氧化硅和四针状氧化锌晶须的混合物，其中纳米二氧化硅和四针状氧化锌晶须的添加重量比为1:2。有机小分子填料为位阻胺或位阻酚类化合物。
一种水性阻尼涂料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将水性聚氨酯和部分水混合搅拌，混合搅拌的速度为800rpm/min，混合搅拌时间为20min，得到水性聚氨酯稀释液；
S2、向水性聚氨酯稀释液中依次加入水性分散剂、有机硅消泡剂、流变剂和片状云母混合搅拌，混合搅拌的速度为1000rpm/min，混合搅拌时间为15分钟，得到混合液；
S3、向混合液中加入无机填料、有机小分子填料、阻燃剂和硅烷偶联剂混合搅拌，混合搅拌的速度为1400rpm/min，混合搅拌时间为20分钟，得到水性阻尼涂料；
S4、将步骤S3得到的水性阻尼涂料过乳化机研磨，经过研磨进行检测定量包装，得到产品。
实施例2
本发明提供了一种水性阻尼涂料，按重量份计，包括以下成份：
水性聚氨酯50份、片状石墨15份、无机填料35、有机小分子填料15份、水性分散剂2份、硅烷偶联剂10份、有机硅消泡剂0.5份、流变剂0.2份和阻燃剂6份。无机填料为纳米二氧化硅和四针状氧化锌晶须的混合物，其中纳米二氧化硅和四针状氧化锌晶须的添加重量比为1:2。有机小分子填料为位阻胺或位阻酚类化合物。
一种水性阻尼涂料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将水性聚氨酯和部分水混合搅拌，混合搅拌的速度为800rpm/min，混合搅拌时间为10min，得到水性聚氨酯稀释液；
S2、向水性聚氨酯稀释液中依次加入分散剂、消泡剂、流变剂和炭纤维混合搅拌，混合搅拌的速度为1000rpm/min，混合搅拌时间为20分钟，得到混合液；
S3、向混合液中加入无机填料、有机小分子填料、阻燃剂和硅烷偶联剂混合搅拌，混合搅拌的速度为1500rpm/min，混合搅拌时间为15分钟，得到水性阻尼涂料；
S4、将步骤S3得到的水性阻尼涂料过乳化机研磨，经过研磨进行检测定量包装，得到产品。
实施例3
本发明提供了一种水性阻尼涂料，按重量份计，包括以下成份：
水性聚氨酯60份、片状云母15份、无机填料40、有机小分子填料20份、水性分散剂2份、硅烷偶联剂5份、有机硅消泡剂0.2份、流变剂0.5份和阻燃剂7份。无机填料为纳米二氧化硅和四针状氧化锌晶须的混合物，其中纳米二氧化硅和四针状氧化锌晶须的添加重量比为1:2。有机小分子填料为位阻胺或位阻酚类化合物。
一种水性阻尼涂料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将水性聚氨酯和部分水混合搅拌，混合搅拌的速度为700rpm/min，混合搅拌时间为20min，得到水性聚氨酯稀释液；
S2、向水性聚氨酯稀释液中依次加入分散剂、消泡剂、流变剂和炭纤维混合搅拌，混合搅拌的速度为1000rpm/min，混合搅拌时间为20分钟，得到混合液；
S3、向混合液中加入无机填料、有机小分子填料、阻燃剂和硅烷偶联剂混合搅拌，混合搅拌的速度为1200rpm/min，混合搅拌时间为20分钟，得到水性阻尼涂料；
S4、将步骤S3得到的水性阻尼涂料过乳化机研磨，经过研磨进行检测定量包装，得到产品。
对比例1
水性聚氨酯60份、片状云母15份、水性分散剂2份、有机硅消泡剂0.2份、流变剂0.5份和阻燃剂7份。
对比例2
水性聚氨酯50份、片状石墨15份、水性分散剂2份、有机硅消泡剂0.5份、流变剂0.2份和阻燃剂6份。
将实施例1-3得到的水性阻尼涂料和对比例1-2得到的涂料直接涂覆在金属板表面上，施工时应充分搅拌、多次涂刷，每次不宜过厚，等待干透后再涂第二层。漆膜经140℃固化20min后观察，发现实施例1-3所得的水性阻尼涂料漆膜的表面无开裂和鼓泡。对上述实施例1-3和对比例1-2所制得的水性阻尼涂料进行各项物理性能测试。
阻尼系数测试
对上述实施例1-3和对比例1-2所制得的水性阻尼涂料进行阻尼测试，阻尼测试具体方法按GB/T 18258-2000的规定进行试验，钢板尺寸为240mm×10mm×0.8mm，水性阻尼涂料尺寸为220mm×10mm×2.0mm，在标准条件下放置24h后进行0℃、20℃、40℃、60℃条件下的损耗因子试验，其阻尼系数测定结果如表1所示：
表1阻尼系数测试结果
Figure BDA0003820348650000071
从上述结果可以看出，本发明所述水性阻尼涂料在保证常温损耗因子的前提下，拥有更宽的阻尼温域，0℃下的阻尼系数为0.1213-0.1815，20℃下的阻尼系数为0.2132-0.2212，40℃下的阻尼系数为0.1055-0.1315，60℃下的阻尼系数为0.0721-0.0972。而对比例1不添加无机填料和有机小分子填料，其在40℃下难以实现很好的阻尼效果，其在低温(0℃)或是较高温(60℃)区域阻尼效果均不理想。
其中，粘度测试方法为：压流粘度测试，流出嘴直径为2.6mm，压力4bar，结果范围400～800g/min；
固化条件：120～150℃下，15～30min完全固化干燥时间测试方法：GB/T17281979(1989)中的压滤纸测试法；柔韧性测试方法：GB 1731-1993《漆膜柔韧性测试方法》；附着力测试方法：GB/T 9286-1998《色漆和清漆漆膜的划格试验》；耐盐水测试方法：GB/T1763-89《漆膜耐盐水试剂性测定法》；耐硫酸、氢氧化钠测试方法：GB/T 1763-89《漆膜耐化学试剂性测定方法》；低温冲击：漆膜-30℃存储2h，50g钢球测0.5m冲击不开裂，其余主要的测试项目及其依据：GB/T 1771-2007色漆和清漆耐中性盐雾性能的测定，GB/T 2793-1995胶粘剂不挥发物含量的测定，GB/T 4498-1997橡胶灰分的测定，GB/T13354-1992液态胶粘剂密度的测定方法(重量杯法)，GB/T 18258-2000阻尼材料阻尼性能测试方法。
具体测试结果如表2所示：
表2
Figure BDA0003820348650000081
从上述结果可以看出，本发明所述水性阻尼涂料压流粘度为510-550g/min，固化时间在20min内，固化温度在140℃，灰分为34-42％，密度为0.66-0.72g/cm3，膨胀率＜50％，低温冲击无断裂。本发明所述水性阻尼涂料具有很好地延展性和抗裂能力，水性阻尼涂料中各成分之间的具有很好的连接性，水性阻尼涂料的耐低温冲击性，起到减震降噪作用，具有较宽阻尼温域及阻尼性能，且有良好的机械性能和涂装性能，成本较低，且乳液基料性质稳定，可大量工业生产。
因此，本发明采用上述一种水性阻尼涂料及其制备方法，提高了阻尼损耗因子及其阻尼温域，达到了高阻尼和宽温域的指标，避免了对环境造成污染。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种水性阻尼涂料，其特征在于，按重量份计，包括以下成份：
水性聚氨酯40-60份、炭纤维10-20份、无机填料30-40、有机小分子填料10-20份、分散剂1-2份、硅烷偶联剂5-10份、消泡剂0.2-0.5份、流变剂0.2-0.5份和阻燃剂3-7份。
2.根据权利要求1所述的一种水性阻尼涂料，其特征在于：所述炭纤维为片状云母和片状石墨中的一种或两种。
3.根据权利要求1所述的一种水性阻尼涂料，其特征在于：所述无机填料为纳米二氧化硅和四针状氧化锌晶须的混合物，其中纳米二氧化硅和四针状氧化锌晶须的添加重量比为1:2。
4.根据权利要求1所述的一种水性阻尼涂料，其特征在于：所述有机小分子填料为位阻胺或位阻酚类化合物。
5.根据权利要求1所述的一种水性阻尼涂料，其特征在于：所述分散剂为水性分散剂。
6.根据权利要求1所述的一种水性阻尼涂料，其特征在于：所述消泡剂为有机硅消泡剂。
7.一种如权利要求1-6任一项所述的水性阻尼涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将水性聚氨酯和部分水混合搅拌，得到水性聚氨酯稀释液；
S2、向水性聚氨酯稀释液中依次加入分散剂、消泡剂、流变剂和炭纤维混合搅拌，得到混合液；
S3、向混合液中加入无机填料、有机小分子填料、阻燃剂和硅烷偶联剂混合搅拌，得到水性阻尼涂料；
S4、将步骤S3得到的水性阻尼涂料过乳化机研磨，经过研磨进行检测定量包装，得到产品。
8.根据权利要求7所述的一种水性阻尼涂料的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中混合搅拌的速度为600-800rpm/min，混合搅拌时间为10-20min。
9.根据权利要求7所述的一种水性阻尼涂料的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中混合搅拌的速度为800-1000rpm/min，混合搅拌时间为5-20分钟。
10.根据权利要求7所述的一种水性阻尼涂料的制备方法，其特征在于：所述步骤S3中混合搅拌的速度为1200-1500rpm/min，混合搅拌时间为5-20分钟。
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