CN116120800B - 一种耐低温水性阻尼涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及高分子材料技术领域，具体公开一种耐低温水性阻尼涂料及其制备方法。所述耐低温水性阻尼涂料由基础乳液、助剂和纤维素组成，所述基础乳液包括以下质量份数的组分；所述基础乳液包括以下质量份数的组分：核溶液15‑24份、壳溶液12‑18份、缓冲溶液4‑8份和引发剂6‑10份。本发明提供的水性阻尼涂料在‑80℃‑0℃范围内的损耗因子均远大于0.3，满足了水性阻尼涂料的高使用要求，使得该水性阻尼涂料能够在高原低温等恶劣环境条件下仍能发挥出优良的阻尼效果。

Description

一种耐低温水性阻尼涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，尤其涉及一种耐低温水性阻尼涂料及其制备方法。
背景技术
弹药从出厂到部队的储存、使用、消耗、报废等流通过程中，每个阶段都要经过弹药运输这个环节。在运输过程中，弹药会受到振动、冲击等各种环境力的作用，长时间受到这些外部环境力会导致各类弹药的安全性降低，甚至引起弹药爆炸事故的发生。为降低弹药运输过程中的事故发生率，制定了一系列的弹药运输规范，包括各类路面的最高行驶速度、单车弹药额定装载量等。但在高原高寒风沙大的环境中，运载车辆原有的减振性能大幅下降，加上部分地区础条件建设滞后，道路环境十分恶劣，按照现有的弹药运输规范，会大幅降低弹药运输车的行驶速度和弹药装载量，严重影响了作战支援保障效能。
阻尼涂料由高分子树脂加入适量的填料以及辅助材料配制而成，是一种可涂覆在各种金属板状结构表面上，用于减振、绝热和起密封作用的特种涂料，可广泛地用于飞机、船舶、车辆和各种机械的减振。由于涂料可直接喷涂在结构表面上，施工较为方便，尤其对结构复杂的表面如舰艇、飞机等，更体现出它的优越性。衡量阻尼涂料阻尼效果的物理量为复合损耗因子η(详见GB/T16406-1996)，通常η≥0.03即可认为该材料具为阻尼材料，η≥0.05即具有工程应用价值。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VOC，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，取而代之的是水性阻尼涂料。水性阻尼涂料由于是以水为分散介质，VOC含量很低，安全环保，但目前的水性阻尼涂料的阻尼效果以及在恶劣环境下的耐低温效果都无法满足弹药运输等的使用要求，严重限制了其应用范围。
发明内容
针对现有水性阻尼涂料存在的上述问题，本发明提供一种耐低温水性阻尼涂料及其制备方法，该耐低温水性阻尼涂料具有较好的阻尼性能和耐低温性能，其在-80℃下依然能达到极佳的阻尼效果，扩大了其应用领域。
为达到上述发明目的，本发明实施例采用了如下的技术方案：
一种耐低温水性阻尼涂料，包括基础乳液、助剂和纤维素，所述基础乳液包括以下质量份数的组分：
核溶液15-24份、壳溶液12-18份、缓冲溶液4-8份和引发剂6-10份；
所述核溶液包括以下质量份数的组分：苯乙烯28-32份、丙烯酸正丁酯40-50份、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸铵1-2份、异构醇聚氧乙烯醚0.1-0.3份、聚酯增塑剂5-7份、去离子水45-55份和丙烯酸2-3份；
所述壳溶液包括以下质量份数的组分：丙烯酸异辛酯50-55份、甲基丙烯酸2-3份、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸铵0.5-1.5份、异构醇聚氧乙烯醚0.1-0.2份、聚酯增塑剂3.5-4.5份、去离子水30-40份和丙烯酸1-2份。
相对于现有技术，本发明提供的耐低温水性阻尼涂料由特定的基础乳液、助剂和纤维素组成，基础乳液中又包括特定组分组成的核溶液、壳溶液、缓冲溶液和引发剂，其中，核溶液中选用的丙烯酸正丁酯和壳溶液中选用的丙烯酸异辛酯，结合核溶液中的苯乙烯，可以保证得到的阻尼涂料的强度；壳溶液中的聚酯增塑剂与壳溶液中的成膜物质结合可以实现在阻尼涂料固化后在低温状态下保持稳定性；核溶液中上述组分的配比可以极大提升阻尼涂料固化后的力学性能。本发明中上述基础乳液在加入助剂后与纤维素混合作用，得到的阻尼涂料烘干后，在-80℃-0℃范围内的损耗因子均远大于0.3，满足了水性阻尼涂料的高使用要求，使得该水性阻尼涂料能够在高原低温等恶劣环境条件下仍能发挥出优良的阻尼效果。
优选的，所述基础乳液、助剂和纤维素的质量比为80-120:8-12:1。
上述优选的基础乳液、助剂和纤维素的质量比可进一步提高水性阻尼材料的耐低温特性。
优选的，所述缓冲溶液包括以下质量份数的组分：去离子水25-35份、碳酸氢钠0.05-0.15份、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸铵0.2-0.4份和异构醇聚氧乙烯醚0.08-0.12份。
上述优选的缓冲溶液的加入可以进一步提高该水性阻尼涂料的稳定性和低温阻尼特性。
优选的，所述引发剂包括以下质量份数的组分：去离子水30-35份和过硫酸钾0.5-1.5份。
上述引发剂的使用，可以进一步提高基础乳液的稳定性、基础乳液中粒子粒径的均匀性，进而进一步提高阻尼涂料的耐低温阻尼特性。
优选的，所述助剂包括以下质量份数的组分：
成膜助剂0.5-1份、消泡剂0.8-1.2份、抗划伤剂0.2-0.4份和流平剂0.8-1.2份。
优选的，所述成膜助剂为2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇二异丁酸酯。
优选的，所述分散剂为多元羧酸的胺盐溶液，具体可选用斯洛柯Silok7111W水性通用型分散剂。
优选的，所述抗划伤剂为聚四氟乙烯改性的聚乙烯蜡，具体可选用克拉玛尔的9178耐磨粉。
优选的，所述流平剂为聚醚改性硅氧烷，具体可选用毕克BYK-349型有机硅流平剂。
优选的，所述消泡剂为有机改性硅酮类消泡剂；具体可选用德国赢创化学Surfynol-DF 58型消泡剂。
优选的，所述纤维素为羟乙基纤维素，具体可选用羟乙基纤维素HHR250。
本发明还提供所述耐低温水性阻尼涂料的制备方法，该制备方法，包括以下步骤：
a、将所述核溶液、壳溶液、缓冲溶液和引发剂中的各组分按质量份数混合均匀，分别得到所述核溶液、壳溶液、缓冲溶液和引发剂；
b、将所述缓冲溶液、引发剂和相当于所述壳溶液总质量40-60％的壳溶液混合均匀，加热反应，得到预备乳液；
c、向所述预备乳液中加入剩余的所述壳溶液，保温反应，然后加入核溶液，继续保温反应，反应完成后冷却，调节pH值至7-8，得到所述基础乳液；
d、向所述基础乳液中加入所述助剂和所述纤维素，混合均匀，得到所述耐低温水性阻尼涂料。
相对于现有技术，本发明提供的耐低温水性阻尼涂料的制备方法工艺条件简单、流程容易控制、安全性高、成本低、成品率高、便于批量生产。且利用该方法制备得到的基础乳液在放置过程中不会出现分层以及团聚现象，同时制备的基础乳液泛蓝光，说明基础乳液的粒径较为适中，可进一步提高水性阻尼涂料的使用性能。
优选的，步骤b中，所述加热反应的温度为90-95℃、时间为15-20min。
优选的，步骤c中保温反应的温度为90-95℃，第一次保温反应的时间为35-45min，第二次保温反应的时间为70-90min。
上述优选的加热及保温反应的温度和时间的选择可以进一步提高所制备的水性阻尼涂料的基础乳液的固含量，保证基础乳液中粒子的粒径的均匀性以及涂料的成膜稳定性，也进一步保证了涂料的低温阻尼性能。
优选的，步骤c中，所述壳溶液的加入速率为1.3-1.5份/min，所述核溶液的加入速率为1.3-1.5份/min。
上述优选的壳溶液和核溶液的加入速率，可以进一步保证得到的基础乳液中粒径的均匀性。
优选的，步骤c中，调节pH所用的pH调节剂为有机胺，具体可选用多功能胺助剂AMP-95。
本发明提供了该耐低温水性阻尼涂料的一种使用方法。该使用方法包括：将所述耐低温水性阻尼涂料喷涂在器件上之后，依次在30-35℃下烘干2-3d、40-45℃下烘干10-15h、50-55℃下烘干4-6h。
采用上述梯度烘干的方法可以防止涂料烘干过程中出现气泡，显著提高烘干效率，并进一步保证涂料的低温阻尼特性。
附图说明
图1是本发明实施例1中制备得到的基础乳液中的壳核结构的微观形貌图；
图2是本发明实施例1中制备得到的基础乳液中的壳核结构乳胶微粒的粒径分布图；
图3是本发明实施例1中制备得到的水性阻尼涂料烘干后的照片；
图4是本发明实施例1中制备得到的水性阻尼涂料在不同低温条件下损耗因子的变化曲线图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种耐低温水性阻尼涂料，由质量比为80:8:1的基础乳液、助剂和纤维素(羟乙基纤维素HHR250)组成；
其中，基础乳液包括以下质量份数的组分：
核溶液15份、壳溶液12份、缓冲溶液4份和引发剂6份；
上述核溶液包括以下质量份数的组分：苯乙烯28份、丙烯酸正丁酯40份、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸铵1份、异构醇聚氧乙烯醚0.1份、聚酯增塑剂(艾迪科RS-107增塑剂)5份、去离子水45份和丙烯酸2份；
上述壳溶液包括以下质量份数的组分：丙烯酸异辛酯50份、甲基丙烯酸2份、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸铵0.5份、异构醇聚氧乙烯醚0.1份、聚酯增塑剂(艾迪科RS-107增塑剂)3.5份、去离子水30份和丙烯酸1份；
上述缓冲溶液包括以下质量份数的组分：去离子水25份、碳酸氢钠0.05份、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸铵0.2份和异构醇聚氧乙烯醚0.08份；
上述引发剂包括以下质量份数的组分：去离子水30份和过硫酸钾0.5份。
助剂包括以下质量份数的组分：
成膜助剂0.5份、消泡剂0.8份、分散剂0.4份、抗划伤剂0.2份和流平剂0.8份。
其中，成膜助剂为2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇二异丁酸酯；
消泡剂为德国赢创化学Surfynol-DF 58型消泡剂；
分散剂为斯洛柯Silok 7111W水性通用型分散剂；
抗划伤剂为克拉玛尔的9178耐磨粉；
流平剂为毕克BYK-349型有机硅流平剂。
上述耐低温水性阻尼涂料的制备方法，包括以下步骤：
a、将核溶液、壳溶液、缓冲溶液和引发剂中的各组分按质量份数混合均匀，分别得到核溶液、壳溶液、缓冲溶液和引发剂；
b、将缓冲溶液、引发剂和相当于壳溶液总质量40％的壳溶液混合均匀，加热至90℃反应15min，得到预备乳液；
c、向预备乳液中加入剩余的壳溶液(加入速率为1.3份/min)，90℃保温反应35min，然后加入核溶液(加入速率为1.3份/min)，继续90℃保温反应70min，反应完成后冷却，用多功能胺助剂AMP-95调节pH值至7，得到基础乳液；得到的基础乳液的微观形貌图如图1所示，基础乳液中可形成明显的大小均匀的壳核粒子结构；对基础乳液中的壳核粒子的粒径进行统计，统计结果如图2所示，其中的粒子的粒径分布均匀，多集中在120-300nm之间；
d、向基础乳液中加入上述助剂和纤维素，混合均匀，得到耐低温水性阻尼涂料。
将上述制备得到的耐低温水性阻尼涂料喷涂到金属基板上，然后依次在30℃下烘干2d、40℃下烘干10h、50℃下烘干4h，烘干后的阻尼涂料如图3所示。
对得到的阻尼涂料的低温阻尼特性进行检测。在不同的低温条件下，测得的阻尼涂料的损耗因子的大小如图4所示，其在-80℃-0℃下的损耗因子值均大于0.3，具有极佳的低温阻尼特性。
实施例2
一种耐低温水性阻尼涂料，由质量比为100:10:1的基础乳液、助剂和纤维素(羟乙基纤维素HHR250)组成；
其中，基础乳液包括以下质量份数的组分：
核溶液20份、壳溶液15份、缓冲溶液6份和引发剂8份；
上述核溶液包括以下质量份数的组分：苯乙烯30份、丙烯酸正丁酯46份、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸铵1.4份、异构醇聚氧乙烯醚0.25份、聚酯增塑剂(艾迪科RS-107增塑剂)6份、去离子水50份和丙烯酸2.5份；
上述壳溶液包括以下质量份数的组分：丙烯酸异辛酯52份、甲基丙烯酸2.5份、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸铵1份、异构醇聚氧乙烯醚0.18份、聚酯增塑剂(艾迪科RS-107增塑剂)4份、去离子水36份和丙烯酸1.8份；
上述缓冲溶液包括以下质量份数的组分：去离子水30份、碳酸氢钠0.1份、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸铵0.3份和异构醇聚氧乙烯醚0.1份；
上述引发剂包括以下质量份数的组分：去离子水32份和过硫酸钾1.2。
助剂包括以下质量份数的组分：
成膜助剂0.7份、消泡剂1份、分散剂0.5份、抗划伤剂0.3份和流平剂1份。
其中，成膜助剂为2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇二异丁酸酯；
消泡剂为德国赢创化学Surfynol-DF 58型消泡剂；
分散剂为斯洛柯Silok 7111W水性通用型分散剂；
抗划伤剂为克拉玛尔的9178耐磨粉；
流平剂为毕克BYK-349型有机硅流平剂。
上述耐低温水性阻尼涂料的制备方法，包括以下步骤：
a、将核溶液、壳溶液、缓冲溶液和引发剂中的各组分按质量份数混合均匀，分别得到核溶液、壳溶液、缓冲溶液和引发剂；
b、将缓冲溶液、引发剂和相当于壳溶液总质量50％的壳溶液混合均匀，加热至92℃反应18min，得到预备乳液；
c、向预备乳液中加入剩余的壳溶液(加入速率为1.4份/min)，92℃保温反应40min，然后加入核溶液(加入速率为1.4份/min)，继续92℃保温反应80min，反应完成后冷却，用多功能胺助剂AMP-95调节pH值至7.5，得到基础乳液；
d、向基础乳液中加入上述助剂和纤维素，混合均匀，得到耐低温水性阻尼涂料。
将上述制备得到的耐低温水性阻尼涂料喷涂到金属基板上，然后依次在32℃下烘干2d、43℃下烘干12h、52℃下烘干5h。
对得到的阻尼涂料的低温阻尼特性进行检测。
实施例3
一种耐低温水性阻尼涂料，由质量比为120:12:1的基础乳液、助剂和纤维素(羟乙基纤维素HHR250)组成；
其中，基础乳液包括以下质量份数的组分：
核溶液24份、壳溶液18份、缓冲溶液8份和引发剂10份；
上述核溶液包括以下质量份数的组分：苯乙烯32份、丙烯酸正丁酯50份、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸铵2份、异构醇聚氧乙烯醚0.3份、聚酯增塑剂(艾迪科RS-107增塑剂)7份、去离子水55份和丙烯酸3份；
上述壳溶液包括以下质量份数的组分：丙烯酸异辛酯55份、甲基丙烯酸3份、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸铵1.5份、异构醇聚氧乙烯醚0.2份、聚酯增塑剂(艾迪科RS-107增塑剂)4.5份、去离子水40份和丙烯酸2份；
上述缓冲溶液包括以下质量份数的组分：去离子水35份、碳酸氢钠0.15份、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸铵0.4份和异构醇聚氧乙烯醚0.12份；
上述引发剂包括以下质量份数的组分：去离子水35份和过硫酸钾1.5份。
助剂包括以下质量份数的组分：
成膜助剂1份、消泡剂1.2份、分散剂0.6份、抗划伤剂0.4份和流平剂1.2份。
其中，成膜助剂为2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇二异丁酸酯；
消泡剂为德国赢创化学Surfynol-DF 58型消泡剂；
分散剂为斯洛柯Silok 7111W水性通用型分散剂；
抗划伤剂为克拉玛尔的9178耐磨粉；
流平剂为毕克BYK-349型有机硅流平剂。
上述耐低温水性阻尼涂料的制备方法，包括以下步骤：
a、将核溶液、壳溶液、缓冲溶液和引发剂中的各组分按质量份数混合均匀，分别得到核溶液、壳溶液、缓冲溶液和引发剂；
b、将缓冲溶液、引发剂和相当于壳溶液总质量60％的壳溶液混合均匀，加热至95℃反应20min，得到预备乳液；
c、向预备乳液中加入剩余的壳溶液(加入速率为1.5份/min)，95℃保温反应45min，然后加入核溶液(加入速率为1.5份/min)，继续95℃保温反应90min，反应完成后冷却，用多功能胺助剂AMP-95调节pH值至8，得到基础乳液；
d、向基础乳液中加入上述助剂和纤维素，混合均匀，得到耐低温水性阻尼涂料。
将上述制备得到的耐低温水性阻尼涂料喷涂到金属基板上，然后依次在35℃下烘干3d、45℃下烘干15h、55℃下烘干6h。
对得到的阻尼涂料的低温阻尼特性进行检测。
对实施例1-3中的阻尼涂料的低温阻尼特性的检测结果如表1所示。
表1阻尼涂料的低温阻尼特性
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种耐低温水性阻尼涂料，其特征在于：包括基础乳液、助剂和纤维素，所述基础乳液包括以下质量份数的组分：
核溶液15-24份、壳溶液12-18份、缓冲溶液4-8份和引发剂6-10份；
所述核溶液由以下质量份数的组分组成：苯乙烯28-32份、丙烯酸正丁酯40-50份、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸铵1-2份、异构醇聚氧乙烯醚0.1-0.3份、聚酯增塑剂5-7份、去离子水45-55份和丙烯酸2-3份；
所述壳溶液由以下质量份数的组分组成：丙烯酸异辛酯50-55份、甲基丙烯酸2-3份、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸铵0.5-1.5份、异构醇聚氧乙烯醚0.1-0.2份、聚酯增塑剂3.5-4.5份、去离子水30-40份和丙烯酸1-2份；
所述耐低温水性阻尼涂料的制备方法包括以下步骤：
a、将所述核溶液、壳溶液、缓冲溶液和引发剂中的各组分按质量份数混合均匀，分别得到所述核溶液、壳溶液、缓冲溶液和引发剂；
b、将所述缓冲溶液、引发剂和相当于所述壳溶液总质量40-60%的壳溶液混合均匀，加热反应，得到预备乳液；
c、向所述预备乳液中加入剩余的所述壳溶液，保温反应，然后加入所述核溶液，继续保温反应，反应完成后冷却，调节pH值至7-8，得到所述基础乳液；
d、向所述基础乳液中加入所述助剂和所述纤维素，混合均匀，得到所述耐低温水性阻尼涂料。
2.如权利要求1所述的耐低温水性阻尼涂料，其特征在于：所述基础乳液、助剂和纤维素的质量比为80-120:8-12:1。
3.如权利要求1所述的耐低温水性阻尼涂料，其特征在于：所述缓冲溶液包括以下质量份数的组分：去离子水25-35份、碳酸氢钠0.05-0.15份、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸铵0.2-0.4份和异构醇聚氧乙烯醚0.08-0.12份；
和/或所述引发剂包括以下质量份数的组分：去离子水30-35份和过硫酸钾0.5-1.5份。
4.如权利要求1或2所述的耐低温水性阻尼涂料，其特征在于：所述助剂包括以下质量份数的组分：
成膜助剂0.5-1份、消泡剂0.8-1.2份、分散剂0.4-0.6份、抗划伤剂0.2-0.4份和流平剂0.8-1.2份。
5.如权利要求4所述的耐低温水性阻尼涂料，其特征在于：所述成膜助剂为2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇二异丁酸酯；
和/或所述分散剂为多元羧酸的胺盐溶液；
和/或所述抗划伤剂为聚四氟乙烯改性的聚乙烯蜡；
和/或所述流平剂为聚醚改性硅氧烷；
和/或所述消泡剂为有机改性硅酮类消泡剂。
6.如权利要求1或2所述的耐低温水性阻尼涂料，其特征在于：所述纤维素为羟乙基纤维素。
7.如权利要求1所述的耐低温水性阻尼涂料，其特征在于：步骤b中，所述加热反应的温度为90-95℃、时间为15-20min；
和/或步骤c中所述保温反应的温度为90-95℃，第一次保温反应的时间为35-45min，第二次保温反应的时间为70-90min。
8.如权利要求1所述的耐低温水性阻尼涂料，其特征在于：步骤c中，所述壳溶液的加入速率为1.3-1.5份/min，所述核溶液的加入速率为1.3-1.5份/min；
和/或步骤c中，调节pH所用的pH调节剂为有机胺。
9.权利要求1-6任一项所述的耐低温水性阻尼涂料的使用方法，其特征在于：将所述耐低温水性阻尼涂料喷涂在器件上之后，依次在30-35℃下烘干2-3d、40-45℃下烘干10-15h、50-55℃下烘干4-6h。
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