CN1708398A - 具有优异声学性能的聚乙烯醇缩丁醛夹层及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种以单一增塑剂增塑并具有隔音性能的PVB夹层。本发明夹层当用在玻璃层压材料中时,可提供足够用作安全玻璃层压材料的强度。
Description
本申请要求2002-10-29提交的美国临时申请60/421,945的权益。
背景技术
技术领域
本发明涉及具有隔音(sound damping)性能因而可用于隔音装置或制品的夹层。本发明尤其涉及具有可用于降噪用玻璃层压材料的隔音性能的聚乙烯醇缩丁醛夹层。
相关技术
增塑的聚乙烯醇缩丁醛(PVB)片材被用于制造透明层压结构,例如:包括汽车、摩托车、船只和飞机在内的交通工具用挡风玻璃、建筑玻璃如办公楼、公寓楼、住宅和/或商业楼用的。
在现代交通工具中——特别是火车、飞机和汽车中——乘客的舒适已在它们所涉及的商业交易中成为重要的卖点。现代交通工具的一个重要特征是最大限度减少从交通工具乘客车厢外面传来的噪音。汽车已成为改善乘坐的听觉质量的特别目标。来自引擎厢的噪音、来自轮胎沿道路或地面滚动的声音以及随着汽车以高速穿过空气时产生的风噪音都是汽车按照预定用途使用期间所产生的噪音的贡献因素。
为了改善乘客旅行的宁静已对汽车做了各种改进和修改,包括新的轮胎设计和聚合物隔音,起到阻止声波从外面渗入到交通工具乘客车厢内的作用。然而,噪音的一个主要来源是透过机动车玻璃窗传入的声音,而玻璃窗通常是声波的良导体,尤其在临界音频。
另外,办公室和其它建筑物应付来自楼外噪音的降噪措施,在外部噪音可能达到使楼内心烦意乱地步的环境中可能是可心的。图1显示按照ISO 140试验程序测定的整块玻璃板的声音传播损耗特性。熟知的临界频率传播损耗性能的下降,即所谓重合骤降,对于玻璃的隔音能力特别有害。已知,此种骤降可通过制成层压结构而缓解,其中聚合物夹层柔软到足以使2个组分玻璃层的振动去耦并有效地阻尼在重合骤降频率及其附近频率的振动[《Noise and Vibration ControlEngineering:Principles and Applications》,Leo L.Beranek,Istvan L.Ver主编,第二版(1992-08)]。还给出了在重合骤降区传播损耗方面表现出某些改进的传统市售PVB-玻璃层压材料的传播损耗性能。图2显示用传统PVB制成的整块和层压玻璃的相应挠曲阻尼特性。挠曲阻尼是采用ISO PDPAS 16940测定的。一种传统PVB夹层显著加强了层合材料的阻尼特性从而有助于缓解重合骤降现象。此种阻尼也有助于降低透过挡风玻璃传入的由机动车车身产生的噪音。各种不同专利曾试图解决机动车和/或建筑物中的降噪问题。美国专利5,368,917和美国专利5,478,615描述包含传统聚乙烯醇缩丁醛(PVB)的机动车用隔音层压玻璃窗。文中所描述的PVB隔音层压材料的隔音性能对温度具有高度依赖性。美国专利6,132,882描述一种包含振动阻尼层如聚丙烯酸酯、至少一个软塑料层如PVB和刚性玻璃或塑料片材的隔音层压材料。美国专利5,773,102描述一种隔音层压玻璃板,其中高性能隔音薄膜与至少一层具有普通声学性能的薄膜例如PVB彼此组合。美国专利5,190,826描述隔音层压玻璃用夹层,其中两种类型聚乙烯醇缩醛薄膜合并使用,或者夹层结合了两种类型聚乙烯醇缩醛薄膜作为隔音材料。一种聚乙烯醇缩醛由6~10个碳原子的醛生成,另一种由1~4个碳原子的醛生成。美国专利6,074,732描述一种隔音层压窗玻璃,由两层玻璃片材中间顺序地夹着PVB/PET/丙烯酸酯/PET/PVB的聚合物层。该PVB层是标准PVB。WO 01/19747 A1描述玻璃层压材料,其中PVB用20~50wt%双组分增塑剂混合物来软化(增塑),该混合物包含30~70wt%聚烷撑二醇作为组分之一。该后一申请描述一种PVB,它以单组分增塑剂软化,由于加工困难不适合隔音用途。若能具有一种既具有标准安全玻璃的好处又具有隔绝外部噪音好处的窗玻璃用玻璃层压材料那将是可心的。还希望仅使用一种类型夹层材料,如同标准安全玻璃那样,和使用以单一一种增塑剂增塑的PVB夹层制造此种层压材料。
发明概述
在一个方面,本发明是一种可用于制备隔音层压材料的具有隔音性能的夹层,该夹层包含下列组分或基本上由下列组分组成:(i)聚乙烯醇缩丁醛(PVB),其羟基值介于约17~约23和(ii)单组分增塑剂四甘醇2-庚酸酯作为单一增塑剂,用量介于约40~约50pph份。
在另一个方面,本发明是一种具有隔音性能的玻璃层压材料,包含下列组分或基本上由下列组分组成:聚乙烯醇缩丁醛的均质夹层,被夹在两片玻璃之间,其中PVB的羟基值介于约17~约23并包含单一一种增塑剂,其用量介于约40~约50pph份。
在另一个方面,本发明是一种具有隔音性能的制品,包含:具有隔音性能的玻璃层压材料,其中该层压材料包含下列组分或基本上由位于两片玻璃之间的聚乙烯醇缩丁醛均质夹层组成,其中PVB的羟基值介于约17~约23,并包含单一一种增塑剂,其用量介于约40~约50pph份。
发明详述
在一种实施方案中,本发明是一种具有隔音性能的聚乙烯醇缩丁醛(PVB)夹层材料。本发明隔音PVB夹层在约10Hz~约10,000Hz频率范围在介于约10℃~约30℃的温度具有隔音性能。优选的是,该夹层在约1000Hz~约5,000Hz频率范围在介于约10℃~约30℃的温度提供隔音性能。更优选的是,该夹层在介于约15℃~约25℃的温度提供上述隔音性能。
本发明的PVB用单一(单组分)增塑剂增塑,其用量应足以获得柔软、柔顺和粘弹性的PVB夹层。为获得本发明PVB夹层,PVB可用约40份每100份(pph)~约50pph的用量增塑。优选的是,该夹层用约41pph~约49pph,更优选约42pph~约49pph,最优选约44~约47pph增塑。除了增塑剂用量之外,要制造柔顺并适合这里使用的夹层所要求的增塑剂用量可能还取决于其它因素。
适合本发明使用的增塑剂是任何传统上用于PVB的增塑剂。例如,传统上用于制备增塑PVB的增塑剂包括诸如下列的增塑剂:聚乙二醇的二酯如三甘醇二(2-乙基己酸酯)(3G0)、四甘醇二庚酸酯(4G7)、三甘醇二(2-乙基丁酸酯)和己二酸二己酯。优选的是,该增塑剂是一种在上面描述的用量之下与羟基值(OH值)介于约17~约23的PVB相容(就是说,与夹层形成单一相)的增塑剂。优选的是,本发明PVB的羟基值介于约18~约21,更优选的是,羟基值介于约18~约19.5,最优选介于约18~约19。特别优选在这里使用的增塑剂是在任何优选范围内都与PVB相容的增塑剂。
在本发明的实施中,采用单一一种增塑剂增塑PVB就足以产生PVB夹层中的隔音性能。在一种特别优选的实施方案中,本发明是一种具有隔音性能的玻璃层压材料,包含羟基值18.5并以单一一种增塑剂增塑的PVB夹层,其中增塑剂以约40pph~50pph的数量存在。
虽然迄今PVB仅被用于具有多个夹层的隔音玻璃层压材料中,或者虽用于具有单一夹层的层压材料中但其中PVB是采用增塑剂的组合来增塑的,然而本申请人发现一种PVB夹层,它具有隔音性能并且还具有足以提供既可用作传统安全玻璃又可作为隔音玻璃层压材料的单一均质夹层玻璃层压材料的附着力和强度。再者,本发明夹层还可与玻璃一起采用公知的层压材料制造方法加工成层压材料。所谓“单一均质夹层”指的是,该夹层从一片玻璃的内表面到另一片玻璃的内表面具有同样组成,不论夹层是一片PVB或多层PVB(就是说至少一层PVB)。所谓“同样组成”,指的是玻璃片之间至少一个PVB夹层中的每一层的组成都是本发明所规定的组成。换句话说,所设想的是,本发明的“单一均质夹层”可以是本发明的一片PVB夹层或者是多层PVB,只要每个夹层片材是具有符合本发明规定范围的组成的PVB。
要提供传统PVB的预期表现所要求的性能,可能要求所使用的隔音PVB夹层比传统PVB夹层片材厚。本发明隔音PVB可以约15密耳~约70密耳范围的厚度使用。
优选的是,夹层片材的厚度介于约20密耳~约60密耳,更优选约30密耳~约45密耳。所要求的厚度可采用一个具有要求厚度的PVB片材获得,或者替代地,该夹层可以是多片本发明PVB,其中单个层的厚度满足当叠摞在一起时它们提供要求的夹层总厚度。
本发明PVB夹层可作为夹层与传统上用于替代玻璃的其它透明、刚性材料一起使用以提供一种透明层压材料,而这些其它材料具有与PVB之间足够的附着力,结果提供,按照传统试验和测定方法测定,具有稳定结构的层压材料。例如,聚碳酸酯、聚酯和聚丙烯酸或聚丙烯酸酯可在本发明的实施中作为玻璃的代用品。
本发明隔音层合材料可用于汽车、火车、飞机或其它机动交通工具。例如,本发明层压材料可用作汽车挡风玻璃、尾灯和侧灯,作为火车车厢和飞机的玻璃窗,以及作为豪华轿车以及其它豪华交通工具中的玻璃隔板。本发明隔音层压材料还适合用于建筑领域。例如,本发明隔音层压材料可用作建筑物中的玻璃窗、作为门、玻璃隔板、栏杆、玻璃地板或其它凡希望除了透明层压材料提供美学特性之外还要求提供隔音的场合,以及要求安全玻璃的结构整体性的场合。
实施例
给出下面的实施例和对比例旨在进一步说明本发明。这些实施例不拟从任何意义上限制本发明的范围,它们也不应被用于以任何与本发明和/或本文的描述不一致的方式界定权利要求或本说明:
羟基值的分析试验和声学测定是对每种样品按照以下方法实施的:
羟基值:ASTM D 1396-92
实施例1
按如下所述制备聚乙烯醇缩丁醛片材:在90℃,包含32重量份平均聚合度618的聚乙烯醇(PVA)和68重量份平均聚合度1005的市售供应PVA的混合物,溶解在615重量份去离子水中。向该溶液中加入1.3重量份88%对甲苯磺酸和足以将溶解的PVA溶液调节到pH值等于2的硫酸。采用美国专利3,153,009中描述的程序,加入足以达到18.5的羟基值的正丁醛,和以干PVA重量为基准计,0.33%的DOSS(二辛基磺基琥珀酸钠),并将该PVA装入保持在90℃的反应容器中。保持1h后获得一种淤浆;加入表面张力调节剂以消除泡沫,并用氢氧化钠溶液将混合物的pH值提高到pH11以使淤浆稳定化。随后,淤浆以去离子水洗涤和冷却。获得一种粒状白色PVB树脂,其残余羟基值为18.5。这些粒料与含有4g/L TinuvinP、1.2g Tinuvin123和8g/L辛基苯酚抗氧化剂的4G7增塑剂进行混合,并按照在挤出机中的停留时间介于10~25min的速率挤出。增塑剂:干粒料的进料速率比是44∶100(重量∶重量)。在挤出期间注入乙酸钾∶乙酸镁为3∶1的水溶液以递送50~100ppm的钾浓度。在缝模(slot die)处测定的熔融温度介于190℃~215℃。测定采用这里所描述的改性PVB制造的4mm玻璃/1mm隔音PVB/4mm玻璃的层压材料的传播损耗,并示于图1。用该改性PVB制造的层压材料梁的挠曲阻尼被标绘于图2。
实施例2
按照实施例1制备PVB粒料,不同的是,用0.2重量份硫酸月桂酯钠盐替代DOSS作为表面活性剂且不加入任何其它表面改性剂。获得一种粒状白色PVB树脂,具有22.1的残余羟基。按照实施例1所述采用该粒料制成片材。图2显示用本实施例所描述的改性PVB制备的层压材料梁的挠曲阻尼测定结果。
实施例3
按照实施例1制备PVB粒料。该粒料与含有4g/L Tinuvin326、4g/L Tinuvin123和8g/L辛基苯酚的4G7增塑剂进行混合,并按照在挤出机中的停留时间介于10~25min的速率挤出。增塑剂∶干粒料的进料比是47∶100(重量∶重量)。在挤出期间注入乙酸钾∶乙酸镁为3∶1的水溶液以递送35~100ppm的钾浓度。在缝模处测定的熔融温度介于190℃~215℃。
实施例4
按实施例1所述制备PVB树脂,并按照实施例3进行配制和挤出,不同的是,增塑剂∶干粒料的进料比是49∶100(重量∶重量)。
对比例C1
实施例1中描述的粒料被用于按照实施例1制备片材,不同的是以3G0作为增塑剂,并采用相同添加剂,3G0增塑剂∶干树脂的进料比等于37∶100。声音传播损耗特性示于图1,挠曲阻尼特性标绘于图2。在这些图中,这些特性被标为标准PVB。
Claims (26)
1.一种可用于制备隔音层压材料的具有隔音性能的夹层,该夹层包含下列组分或基本上由下列组分组成:(i)聚乙烯醇缩丁醛(PVB),其羟基值介于约17~约23和(ii)单一一种增塑剂,用量介于约40~约50份/100份(pph)。
2.权利要求1的夹层,其中PVB的羟基值介于约18~约21。
3.权利要求2的夹层,其中PVB的羟基值介于约18~19.5。
4.权利要求3的夹层,其中增塑剂选自聚乙二醇的二酯。
5.权利要求4的夹层,其中增塑剂选自三甘醇二(2-乙基己酸酯)(3GO)、四甘醇二庚酸酯(4G7)、三甘醇二(2-乙基丁酸酯)和己二酸二己酯。
6.权利要求5的夹层,其中增塑剂是3GO。
7.权利要求5的夹层,其中增塑剂以约44pph~约47pph的量存在。
8.一种具有隔音性能的玻璃层压材料,其包含下列组分或基本上由下列组分组成:位于两片玻璃之间的聚乙烯醇缩丁醛的均质夹层,其中PVB的羟基值介于约17~约23并包含约40~约50pph份的单一一种增塑剂。
9.权利要求8的玻璃层压材料,其中PVB的羟基值介于约18~约21。
10.权利要求9的玻璃层压材料,其中PVB的羟基值介于约18~约19.5。
11.权利要求8的玻璃层压材料,其中增塑剂选自聚乙二醇的二酯。
12.权利要求11的玻璃层压材料,其中增塑剂选自三甘醇二(2-乙基己酸酯)(3GO)、四甘醇二庚酸酯(4G 7)、三甘醇二(2-乙基丁酸酯)和己二酸二己酯。
13.权利要求12的玻璃层压材料,其中增塑剂是3GO。
14.权利要求12的玻璃层压材料,其中增塑剂以约44pph~约47pph的量存在。
15.一种包含具有隔音性能的玻璃层压材料的制品,其中层压材料包含下列组分或基本上由下列组分组成:位于两片玻璃之间的聚乙烯醇缩丁醛的均质夹层,其中PVB的羟基值介于约17~约23并包含约40~约50pph份的单一一种增塑剂。
16.权利要求15的制品,其中PVB的羟基值介于约18~约21。
17.权利要求16的制品,其中PVB的羟基值介于约18~约19.5。
18.权利要求17的制品,其中增塑剂选自聚乙二醇的二酯。
19.权利要求18的制品,其中增塑剂选自三甘醇二(2-乙基己酸酯)(3GO)、四甘醇二庚酸酯(4G7)、三甘醇二(2-乙基丁酸酯)和己二酸二己酯。
20.权利要求19的制品,其中增塑剂是3GO。
21.权利要求19的制品,其中增塑剂以约44pph~约47pph的量存在。
22.权利要求18的制品,其中制品是机动交通工具。
23.权利要求22的交通工具,其中交通工具选自汽车;火车;和飞机。
24.权利要求18的制品,其中制品是建筑物。
25.权利要求24的制品,其中玻璃层压材料是窗玻璃单元。
26.权利要求24的制品,其中玻璃层压材料是:间隔板、墙壁、地板或天花板。
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