一種可加熱干燥寬溫域水性阻尼涂料及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及水性阻尼涂料。尤其涉及用于各種場合減振降噪用的一種可加熱干燥寬溫域水性阻尼涂料及制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]水性阻尼涂料由于其主要使用水做為分散劑，具有低V0C，綠色環(huán)保的特性，現(xiàn)正逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)的有機(jī)溶劑型阻尼涂料、瀝青型阻尼片。同時(shí)由于其涂料的特性能夠方便的涂覆在更多的復(fù)雜界面，無須裁剪，因此比傳統(tǒng)的丁基橡膠型阻尼膠片在施工方面更有優(yōu)勢。但由于水性阻尼涂料的本身的一些劣勢，也限制了其更廣泛的應(yīng)用。
[0003]傳統(tǒng)水性阻尼涂料干燥速度較慢，影響施工進(jìn)度。在快干型水性阻尼涂料方面，公布的中國專利CN102850888A采用的是A、B雙組份乳液的方式來提高樹脂的固化速度，但其實(shí)際干燥過程中水份揮發(fā)的速度并沒有多少改變。又如中國專利CN101405353B采用凝膠比率控制在特定范圍內(nèi)的乳膠粒子可以制得烘烤干燥水性阻尼涂料，而基本無缺陷，但其對(duì)乳液的要求較高。
[0004]另外傳統(tǒng)水性阻尼涂料高阻尼作用的溫域不寬。傳統(tǒng)水性阻尼涂料依靠高分子聚合物鏈段在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的溫域的粘性運(yùn)動(dòng)將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，從而?shí)現(xiàn)阻尼作用。受涂料中聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的溫域?qū)挾鹊南拗?，傳統(tǒng)水性阻尼涂料很難實(shí)現(xiàn)寬溫域的高阻尼作用。雖然可采用不同玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的聚合物乳液共混或采用不同玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的高分子聚合物的互穿網(wǎng)絡(luò)型聚合物乳液來制得寬溫域水性阻尼涂料，但高分子聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度畢竟受溫度影響較大，高阻尼作用溫域的寬度提高有限。所以常規(guī)水性阻尼涂料的阻尼性能受溫度影響較大。
[0005]由于壓電陶瓷復(fù)合材料的發(fā)展，壓電陶瓷可將振動(dòng)機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，然后通過導(dǎo)電材料轉(zhuǎn)化為熱能而耗散掉，因此壓電陶瓷的復(fù)合材料幾乎不受溫度的影響，能高效轉(zhuǎn)化能量。很多專利將其應(yīng)用到聲學(xué)材料領(lǐng)域，如中國專利CN104592647A采用壓電陶瓷與橡膠材料結(jié)合制得復(fù)合阻尼材料?，F(xiàn)有專利中壓電陶瓷復(fù)合材料的主要基體是橡膠或樹脂基，而將壓電陶瓷應(yīng)用到涂料的情況幾乎沒有。中國專利CN102702900A提到在水性阻尼涂料中加入壓電陶瓷粉，但是其添加的壓電陶瓷沒有極化，能夠產(chǎn)生的壓電效應(yīng)較為微弱。
[0006]因此開發(fā)出改變傳統(tǒng)水性阻尼涂料固有缺點(diǎn)，即干燥慢、高阻尼溫域不寬的新型水性阻尼涂料就成了市場的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種可加熱干燥寬溫域水性阻尼涂料及制備方法，是一種兼顧可加熱干燥和寬溫域高阻尼性能的一種水性阻尼涂料及制備方法。
[0008]本發(fā)明采取的技術(shù)方案是:一種可加熱干燥寬溫域水性阻尼涂料，其特征在于，由以下組份按以下重量份組成:
丙烯酸酯聚合物乳液30份消泡劑0.1?1份分散劑0.1?1份無機(jī)填料10?70份
聚合物基壓電陶瓷復(fù)合材料顆粒10?20份
發(fā)泡劑0.1?1.5份
高沸點(diǎn)溶劑1?10份
PH值調(diào)節(jié)劑0.1?0.8份
增稠劑0.5?5份
去尚子水0.5?40份
成膜劑0?1.2份
潤濕劑0?0.2份
防霉劑0?0.18份
增塑劑0?1.8份
阻燃劑0?80份。
[0009]一種可加熱干燥寬溫域水性阻尼涂料的制備方法，其特征在于:制備步驟如下:
(1)初步混合，在生產(chǎn)釜中加入丙烯酸酯聚合物乳液，開動(dòng)攪拌槳，中速攪拌，攪拌過程中分別加入分散劑、消泡劑、潤濕劑、防霉劑、高沸點(diǎn)溶劑或去離子水并攪拌均勻，在攪拌下投入無機(jī)填料，攪拌均勻，在攪拌下投入聚合物基壓電陶瓷復(fù)合材料顆粒攪拌均勻，加入發(fā)泡劑、阻燃劑、成膜劑或增塑劑攪拌均勻，加入PH值調(diào)節(jié)劑，調(diào)整混合物的PH值到所需值范圍，加入增稠劑調(diào)節(jié)稠度；
(2)離心脫泡分散，將初步混合好的混合物加入離心脫泡分散機(jī)，以速率1200轉(zhuǎn)/min、高速分散10?15min，制得最后的成品。
[0010]本發(fā)明的特點(diǎn)是:不僅具有傳統(tǒng)水性阻尼涂料的共同優(yōu)點(diǎn)，即綠色環(huán)保、不燃、施工方便、適應(yīng)需要減振降噪的不同界面(包括平整界面或者是形狀復(fù)雜，不適合片材貼合的界面)的施工等，而且本發(fā)明具有傳統(tǒng)水性阻尼涂料的不具備的優(yōu)點(diǎn)，即具備可加熱干燥和寬溫域高阻尼性能兩種特性。首先本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)加熱快速干燥。傳統(tǒng)的水性涂料如果采用加熱干燥，將產(chǎn)生大量的裂紋、夾皮等缺陷，嚴(yán)重影響最終的使用性能。本發(fā)明中的發(fā)泡劑在加熱過程中實(shí)現(xiàn)涂層的微發(fā)泡效果，有利于整個(gè)涂層中的水份的快速揮發(fā)、干燥，避免產(chǎn)生裂紋、夾皮等缺陷。同時(shí)本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)在寬溫域內(nèi)的高阻尼作用。本發(fā)明的阻尼機(jī)理結(jié)合了粘彈阻尼和壓電效應(yīng)、焦耳定律阻尼機(jī)理，振動(dòng)機(jī)械能分別通過兩種方式耗散掉。一種方式是通過聚合物的粘性運(yùn)動(dòng)把振動(dòng)機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。另一種方式是聚合物基壓電陶瓷復(fù)合材料顆粒通過壓電陶瓷將振動(dòng)機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，復(fù)合材料中的導(dǎo)電填料將轉(zhuǎn)化的電能進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為熱能耗散掉，并且這種機(jī)理的阻尼效果基本不受溫度影響。兩種阻尼機(jī)理協(xié)同作用，從而實(shí)現(xiàn)寬溫域高阻尼性能。
【具體實(shí)施方式】
[0011]一種可加熱干燥寬溫域水性阻尼涂料，由以下組份按以下重量份組成:
丙烯酸酯聚合物乳液30份
消泡劑0.1?1份分散劑0.1?1份無機(jī)填料10?70份
聚合物基壓電陶瓷復(fù)合材料顆粒10?20份
發(fā)泡劑0.1?1.5份
高沸點(diǎn)溶劑1?10份
PH值調(diào)節(jié)劑0.1?0.8份
增稠劑0.5?5份
去尚子水0.5?40份
成膜劑0?1.2份
潤濕劑0?0.2份
防霉劑0?0.18份
增塑劑0?1.8份
阻燃劑0?80份。
[0012]上述無機(jī)填料為片狀云母或片狀云母與碳酸鈣、硅灰石、滑石粉中的一種或幾種的混合物，片狀云母的細(xì)度為80目?1000目。
[0013]上述聚合物基壓電陶瓷復(fù)合材料顆粒的成份由聚合物基體、壓電陶瓷粉末、導(dǎo)電填料組成，其中聚合物基體為橡膠基體或樹脂基體，可為丁基橡膠、乙丙橡膠、環(huán)氧樹脂中的一種，其中壓電陶瓷粉末為PZT鋯鈦酸鉛、PMN鈮鎂鋯鈦酸鉛、PZN鈮鋅鋯鈦酸鉛或PLZT摻鑭鋯鈦酸鉛中的一種或幾種，其中導(dǎo)電填料為碳纖維、乙炔炭黑中的一種或兩種。聚合物基壓電陶瓷復(fù)合材料顆粒細(xì)度為30?80目之間，以確保每個(gè)聚合物基壓電陶瓷復(fù)合材料顆粒中具有較多的壓電陶瓷粉末。聚合物基壓電陶瓷復(fù)合材料顆粒經(jīng)過電場的極化處理，經(jīng)處理后的每個(gè)顆粒中所有壓電陶瓷粉末的電疇都沿極化電場方向取向排列。不論阻尼涂料在保存和使用過程中，如何流動(dòng)，阻尼涂料中每一個(gè)單獨(dú)的聚合物基壓電陶瓷復(fù)合材料顆粒中的所有壓電陶瓷粉末電疇保持同一取向排列，這樣確保每個(gè)聚合物基壓電陶瓷復(fù)合材料顆粒都具有較強(qiáng)的壓電效應(yīng)，從而保證了整個(gè)阻尼涂料具有較強(qiáng)的壓電效應(yīng)。相反如果直接在涂料中添加壓電陶瓷粉末并極化，由于涂料具有流動(dòng)性，極化只能使壓電陶瓷每單個(gè)粉末中的各個(gè)電疇沿電場方向取向排列，同時(shí)由于壓電陶瓷粉末非常細(xì)，產(chǎn)生的規(guī)模效應(yīng)較低，壓電效應(yīng)較低。直接添加壓電陶瓷粉到水性阻尼涂料中，壓電陶瓷粉能夠貢獻(xiàn)的阻尼作用是很小的。故相比于直接添加壓電陶瓷粉末，經(jīng)受振動(dòng)變形時(shí)，添加聚合物基壓電陶瓷復(fù)合材料顆粒的水性阻尼涂料能更有效利用壓電效應(yīng)和焦耳定律將振動(dòng)機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，然后由?dǎo)電材料將電能轉(zhuǎn)化為熱能耗散掉。
[0014]本發(fā)明阻尼涂層經(jīng)受振動(dòng)變形時(shí)，振動(dòng)機(jī)械能通過兩種機(jī)理耗散掉，一方面，阻尼涂料中的聚合物鏈段的粘性運(yùn)動(dòng)，將振動(dòng)機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能耗散掉。另一方面，阻尼涂料中的聚合物基壓電陶瓷復(fù)合材料顆粒通過壓電效應(yīng)、焦耳定律將振動(dòng)機(jī)械能將振動(dòng)機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能耗散掉，并且這種阻尼作用的大小幾乎不受溫度的影響。由聚合物基壓電陶瓷復(fù)合材料顆粒由壓電效應(yīng)、焦耳定律產(chǎn)生的阻尼作用可以在所有溫域有效的增強(qiáng)涂料中聚合物乳液由于聚合物鏈段的粘性運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的阻尼作用。二者產(chǎn)生的協(xié)同效應(yīng)，有效的加寬高阻尼作用的溫域。
[0015]上述發(fā)泡劑為熱膨脹型發(fā)泡微球，熱膨脹型發(fā)泡微球的起發(fā)溫度可在70°C?190°C，內(nèi)部為低沸點(diǎn)碳?xì)浠衔锏?。加熱后，高分子殼體軟化，其中的液態(tài)碳?xì)浠衔镒兂蓺怏w，微球因產(chǎn)生的壓力而膨脹。熱膨脹型發(fā)泡微球在水性阻尼涂料中添加量較少，可在阻尼涂層加熱干燥過程中微發(fā)泡，提供必要孔洞通道，讓阻尼涂層內(nèi)部的水份能夠很好的揮發(fā)，避免干燥過程中涂層產(chǎn)生夾皮、縫隙等缺陷。
[0016]上述高沸點(diǎn)溶劑為能與水互溶，沸點(diǎn)大于100°C的有機(jī)溶劑，包括丙二醇、二丙二醇等中的一種或兩種。
[0017]一種可加熱干燥寬溫域水性阻尼涂料的制備方法，制備步驟如下: