水性苯丙阻尼涂料的设计与分析毕业论文

 2021-11-23 09:11

论文总字数:18433字

摘 要

水性苯丙阻尼涂料因其挥发性有机化合物含量低,健康安全,绿色环保无污染,施工性能良好,耐候性好这些特点而具有广泛的应用前景。与传统的阻尼涂料相比,水性苯丙阻尼涂料因为含有粘性聚合物而具有高阻尼峰值,宽有效阻尼温域,更适合减振降噪,提升人们的居住环境。本论文参考了近年来国内外的相关文献,对水性苯丙阻尼材料的进展做了总结,并在此基础上通过共混两种玻璃化转变温度相差较大的苯丙乳液改善材料的阻尼性能。还通过控制变量法,设计实验研究共混比、有机小分子的添加量、填料粒径及用量、助剂等对水性苯丙阻尼材料性能的影响,并讨论分析了实验可能产生的不同结果。本论文旨在设计一种在室温附近具有高损耗因子且有宽有效阻尼温域的水性苯丙阻尼材料,为接下来进一步研究更高性能的水性阻尼涂料提供了重要的指导作用。

关键词:水性阻尼涂料;苯丙乳液;设计;共混

Abstract

Water-based styrene-acrylic damping coating has wide application prospects because of its low volatile organic compound content, which is healthy, safe and environmentally friendly, good construction performance, and good weather resistance. Compared with traditional damping coatings, water-based styrene-acrylic damping coatings have high damping peaks and a wide effective damping temperature range owing to containing viscous polymers. They are more suitable for vibration and noise reduction, which can improve our living environment. This paper refers to the relevant literature in recent years at home and abroad, summarizes the progress of water-based styrene-acrylic damping materials, and on the basis of that, we improve the damping performance of the material by blending two styrene-acrylic emulsions with large differences in glass transition temperature. The control variable method was also used to design experiments to study the effects of blending ratio, the amount of small organic molecules added, the particle size and dosage of fillers, additives, etc. on the performance of water-based styrene-acrylic damping materials. And the different results that the experiment may produce is discussed and analyzed. This paper aims to design a water-based styrene-acrylic damping material with a high loss factor and a wide effective damping temperature range around room temperature, to provide significant guidance for the further study of high performance water-based damping coatings.

Key Words:Waterborne damping coating;Styrene-acrylic emulsion;design;blend

目 录

第1章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 水性阻尼涂料 1

1.3 本文研究内容 2

第2章 水性阻尼涂料 3

2.1 阻尼材料阻尼机理 3

2.2 聚合物共混 3

2.2.1 共混相容性 4

2.2.2 聚合物共混对材料阻尼性能的影响 4

2.3 填料的分散与稳定 4

2.4 水性阻尼涂料的成膜机理 5

第3章 水性苯丙涂料的设计与分析 7

3.1 引言 7

3.2 实验设计 7

3.2.1 实验主要原料 7

3.2.2 实验主要仪器与设备 7

3.2.3 水性苯丙阻尼涂料制备流程 8

3.3 性能测试与表征 8

3.3.1 差示扫描量热仪(DSC)测试 8

3.3.2 动态力学分析(DMA)测试 9

3.3.3 拉伸测试 9

3.3.4 涂料粘度测试 9

3.4 结果分析与讨论 9

3.4.1 单组分苯丙涂料阻尼性能 9

3.4.2 二元共混体系的阻尼性能 9

3.4.3 填料对水性苯丙阻尼涂料性能的影响 11

3.4.4 助剂对涂料性能的影响 13

第4章 结论 15

参考文献 16

致 谢 18

第一章 绪论

1.1 引言

随着人类社会的发展,工业化水平不断提高,人们的生活水平也不断提升,噪音问题也逐渐得到了大家的重视。因工业生产劳动中的气流扰动、摩擦碰撞等而产生的噪音,不仅会影响附近居民的生活环境,更会对工作者的身心健康产生不可逆转的伤害。因此,减振降噪就显得格外的重要。水性苯丙阻尼涂料,与传统的阻尼涂料相比,由于粘性聚合物的存在,可以有效衰减振动能量,降低噪声,且能通过改性达到高阻尼、宽温域的要求。并且由于水性苯丙阻尼涂料是以水为分散介质,解决了传统油性阻尼涂料VOC含量高,对环境伤害大的问题,保障了使用者的人身安全与环境和谐[1]。而在涂料中添加功能性填料能使水性苯丙阻尼涂料具有良好的耐热性、阻燃性等[2]。水性阻尼涂料还可以运用喷涂工艺,大大减少施工死角,让施工变得更加方便。所以制备阻尼性能优越的阻尼涂料具有较广阔的应用前景与较高的研究必要性。

1.2 水性阻尼涂料

水性阻尼涂料是以水为分散介质,由聚合物乳液、颜料、填料、助剂等制备得到。一般来说,性能优良,适用范围广的阻尼材料具备以下几个特点[3]:

(1)在阻尼材料的有效阻尼温域内,有相对较高的损耗因子阻尼极值;

(2)为了使阻尼材料能够适用在较大温度范围内,且在这个范围还有较高的阻尼性能,阻尼材料要有较宽的有效阻尼温域,降低阻尼材料对温度和振动频率的敏感性;

(3)具备多重功能。指阻尼涂料除了具有宽阻尼温域,高损耗因子外,还应具有其他功能,如隔热、阻燃、吸声等。

基于上述特点,国内外科研从事者围绕如何制备高阻尼宽温域的水性阻尼涂料进行了大量的研究。

蒋巍[4]等通过将三种不同的乳液共混,实验发现制得的阻尼涂料干燥时间短、无污染、附着力强。赵赫[5]将宽温域改性水性聚氨酯乳液与自制的改性丙烯酸酯乳液共混后作为基料制备阻尼涂料,测试发现制品具有较宽的有效阻尼温域。

郭俊[6]等通过自由基聚合机理自制出了具有互穿网络结构的水性丙烯酸乳液,实验发现,以其为基料制备得到的涂料阻尼温域宽隔音减震好的同时,还具备耐高寒、柔韧性好、附着力好、防火阻燃的优点。刘成楼[7]等采用三元聚合物互穿网络乳液研制的水性阻尼涂料,VOC含量低、阻燃性能佳、隔热吸音好、抑振降噪、力学性能优、阻尼温域宽。

郝名扬[8]等用改性超支化聚氨酯得到的树脂来制备阻尼涂层,实验发现得到了一种宽有效阻尼温域,高损耗因子(tanδ≥1.0)的涂料。

莫杨妙[9]等通过核壳乳液聚合,以苯乙烯、丙烯酸丁酯和丙烯酸异辛酯为主要单体合成乳液,测试发现,用合成乳液制备出来的涂料具有优越的综合性能。Parisa Fatemi Khadar[10]等采用三阶段乳液聚合法合成了具有核壳结构的水性苯乙烯/丙烯酸酯胶乳互穿聚合物网络,当加入0.5%的有机改性蒙脱土时,可以得到阻尼性能好的材料。 Soleimani, Hossein[11]等合成了聚(甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸丁酯-丙烯酸)-丙烯酸的有机水性涂料,发现在配方中添加纳米二氧化硅会对所研究的丙烯酸涂层性能具有积极的影响。 Zahedi[12]等使用半连续乳液聚合合成了一系列具有苯乙烯-丙烯酸单体的核/壳/壳颗粒,实验显示,相邻层之间的Tg差,内层中的交联剂的量以及单体进料方法对提高动态机械性能非常有效。

黄志雄[13]等向苯丙乳液中添加改性滑石粉和玻璃纤维粉,发现制得的水性苯丙阻尼涂料的阻尼性能有了大幅度的提高,改性玻璃纤维粉在一定范围内与连续相基体紧密结合。Guang Y[14]等通过加改性硅溶胶对苯丙涂料的性能进行优化,结果表明,当改性纳米二氧化硅溶胶的含量为30%时,涂料表现出最佳的整体性能。

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