丙烯酸酯阻尼乳液的制备及其性能研究

摘要

我国轨道交通发展迅速，车辆在高速行驶途中产生振动和噪声将给乘客以及沿线的居民带来严重不适甚至危害健康，具减振降噪作用的阻尼材料在机车等交通设施上应用越来越广泛。环境保护法规日趋严格，要求使用低污染低排放的降噪减振产品。水性涂料VOC低、绿色安全，因此开发绿色环保且阻尼性能优异的水性阻尼涂料显得非常必要。水性阻尼涂料主要由乳液树脂、填料、助剂等组成，其中高分子乳液作为涂料的基料树脂，其阻尼性能直接关系到涂料的降噪减振效果。本论文研究了两种具有高阻尼性能的丙烯酸酯乳液及其涂料，并根据轨道交通车相关标准对其进行了性能的研究。主要研究内容如下：　　(1)乳液聚合法制备苯丙乳液及其阻尼性能研究。通过乳液聚合制备出一系列的苯丙乳液，采用单因素分析法研究了乳化剂的种类及用量、引发剂的用量、缓冲剂的用量、反应温度、功能单体的用量对聚合反应体系的转化率、凝胶率及乳液稳定性的影响，确定了最优化的阻尼乳液合成配方与工艺：乳化剂加入量为单体总质量的1.0%且SDBS∶OP-10=3∶2，引发剂过硫酸铵(APS)及缓冲剂(NaHCO3)为0.8%，功能单体丙烯酸(AA)的用量为2.0%，聚合反应温度为80℃。对乳液的钙离子稳定性、冻融稳定性、机械稳定性、粒径、粘度及对乳胶膜的耐酸碱性、耐盐水性、吸水率及阻尼性能等进行了测试分析。结果表明，乳化剂的种类及用量对乳液钙离子稳定性有较大影响，选择阴离子乳化剂和非离子乳化剂复配的复合乳化剂且SDBS∶OP-10=3∶2时，乳液的稳定性最优；同时乳液的阻尼性能随着交联剂用量的增加先变强后减弱，当交联剂(DVB)用量为1.0%时，乳胶膜的阻尼效果最好，有效阻尼温度范围为-16℃~32℃，温域宽达48℃，最大阻尼系数tanδ=1.61。这是因为交联剂的用量影响着聚合物网络的交联密度，而适当的交联密度可以增加聚合物网络间相互缠绕穿插程度，提高乳液的阻尼性能；但交联程度过高，则会降低高聚物链段的运动能力，从而使阻尼性能下降。最后，为了使乳液能满足不同的使用温度环境，设计合成了不同玻璃化温度的阻尼乳液，并进行阻尼乳液的共混以获得更宽的阻尼温域。　　(2)有机硅改性核壳型丙烯酸酯乳液及其阻尼涂料性能研究。采用半连续种子乳液法制备了一种有机硅改性核壳型丙烯酸乳液：首先将反应单体与乳化剂及去离子水混合搅拌，分别制备出核预乳化液和壳预乳化液；然后取部分核预乳化液加入引发剂制备出种子乳液，再滴入剩余的核预乳化液制备出核层乳液；最后加入壳预乳化液制备出壳层乳液。研究了γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH-570)的加入方式以及加入量对聚合体系及乳液性能的影响，结果表明当还剩30%的壳预乳化液时同步滴入KH-570，此时乳液聚合体系的转化率最大，凝胶率最小。对乳液的粒径、钙离子稳定性、冻融稳定性、机械稳定性等性能进行了测试表征，采用透射电子显微镜(TEM)观察到乳胶粒子呈球形均匀分布，粒径大小在150nm左右，为包覆结构，即核壳结构；KH-570的加入量对乳胶膜的阻尼性能影响较大，结果表明KH-570的最佳加入量为1.0%，此时核壳乳液有效阻尼温度范围为16~63℃，有效阻尼温域宽达47℃，最大阻尼系数tanδ为1.82，过多或过少的加入KH-570都会使乳胶膜的阻尼性能下降；最后，将该乳液与颜填料、分散剂、消泡剂等共混，制备出了水性阻尼涂料，并对阻尼涂料涂膜外观、施工性能、耐酸碱性、耐热性、耐低温冲击性、耐盐雾性及复合损耗因子等性能进行了研究分析。

目录

声明

第1 章 绪 论

1.1 引言

1.2 水性丙烯酸酯乳液

1.2.1 丙烯酸酯乳液的起源及特点

1.2.2 丙烯酸酯乳液的研究进展

1.2.3 丙烯酸酯乳液的制备方法

1.3 水性阻尼涂料

1.3.1 阻尼材料的分类

1.3.2 阻尼涂料的阻尼机理

1.3.3 水性阻尼涂料阻尼性能的影响因素

1.4 车用阻尼材料

1.4.1 片状阻尼材料

1.4.2 涂料型阻尼材料

1.5 本论文研究背景和研究内容

第2章 苯丙水性阻尼乳液的制备及其性能研究

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 实验药品及规格

2.2.2 实验仪器

2.2.3 乳液合成工艺

2.2.4 乳胶膜的制备

2.3 分析测试方法

2.3.1 固含量

2.3.2 转化率

2.3.3 凝胶率

2.3.4 乳液稳定性测试

2.3.5 乳液粒径分布的测试

2.3.6 粘度

2.3.7 红外光谱仪(FT-IR)分析

2.3.8 玻璃化转变温度（Tg）的测定

2.3.9 动态力学分析（DMA）测试

2.3.10 吸水率测试

2.3.11 耐酸碱性测试

2.3.12 耐盐水性测试

2.4 结果与讨论

2.4.1 乳化剂的种类和用量

2.4.2 引发剂用量的影响

2.4.3 缓冲剂用量的影响

2.4.4 反应温度的影响

2.4.5 功能单体用量的影响

2.4.6 红外谱图分析

2.4.7 乳胶膜的DSC测试分析

2.4.8 乳胶膜的动态力学测试分析（DMA）

2.4.9 乳液及乳胶膜的其他基本性能

2.5 共混乳液的性能测试

2.6 本章小结

第3章 有机硅改性核壳型丙烯酸酯乳液及其阻尼涂料性能研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 实验药品及其规格

3.2.2 实验仪器

3.2.3 乳液合成工艺

3.2.4 乳胶膜的制备

3.2.5 水性阻尼涂料的制备

3.3 分析测试方法

3.3.1 固含量

3.3.2 转化率

3.3.3 凝胶率

3.3.4 乳液稳定性测试

3.3.5 乳液粒径及Zeta电位分析

3.3.6 粘度

3.3.7 红外光谱（FT-IR）分析

3.3.8 透射电子显微镜（TEM）分析

3.3.9 动态力学分析（DMA）

3.3.10 吸水率

3.3.11 耐酸碱性测试

3.3.12 耐盐水性

3.4 结果与讨论

3.4.1 有机硅加入方式的影响

3.4.2 红外谱图分析

3.4.3 粒径及Zeta电位分析

3.4.4 乳液形貌分析

3.4.5 乳胶膜的动态力学测试分析（DMA）

3.4.6 乳液及乳胶膜的其他基本性能

3.4.7 水性阻尼涂料性能检测分析

3.5 本章小结

结论

参考文献

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录

致谢