一种石墨烯改性水性阻尼涂料及其制备方法与流程

本发明属于涂料技术领域，特别是涉及一种石墨烯改性水性阻尼涂料及其制备方法。

背景技术：

随着社会、科技不断向前发展，振动噪声问题越来越引起各界关注。振动噪声一方面限制了机械设备性能的提高，一方面对环境污染比较严重，危害人们的身心健康，因此减振降噪对改善人机工作生活环境意义重大。

其中水性阻尼涂料因为施工方便，成本低廉一直是人们首选的阻尼材料，但传统的阻尼涂料损耗模量、损耗因子普遍不如阻尼片材及复合阻尼材料好，鉴于石墨烯是已知强度最高的材料之一，同时还具有很好的韧性，且可以弯曲，石墨烯的理论杨氏模量达1.0tpa，固有的拉伸强度为130gpa，具有良好的力学性能，所以将石墨烯与水性阻尼涂料的结合可以充分发挥两者的优势，在保留易施工，低成本的优势下，用于减震效果高的涂料的发展应用具有非常高的诱惑力，所以有关石墨烯的易施工高性能阻尼涂料的研发就显得非常迫切。

中国专利cn109575736a公开了一种基于柔性聚合物修饰的氧化石墨烯阻尼涂料，其利用利用石墨烯的片状、纳米尺寸和超薄柔韧等性能，采用柔性高分子链段与氧化石墨烯进行反应，打开环氧基团并将石墨烯通过化学键连接在柔性高分子链段的端部，添加在阻尼涂料中增强阻尼涂料的柔性，从而极大地提高机车用阻尼涂料的阻尼性能，使阻尼涂料具有优异的减震和减噪功能。但是上述专利需要对石墨烯进行改性，工艺较为复杂。

综上，本发明针对上述现有技术的缺陷及市场需求，开发出一种石墨烯改性水性阻尼涂料及其制备方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种石墨烯改性水性阻尼涂料及其制备方法。本发明的石墨烯改性水性阻尼涂料的阻尼性能得到提高，且施工效果较佳。

为了达到上述的目的，本发明采取以下技术方案：

一种石墨烯改性水性阻尼涂料，由以下重量份数的成分组成：水性硅丙乳液28-30份，石墨烯水性丙烯酸酯乳液4-6份或石墨烯粉末0.1-0.3份，功能性填料28-30份，阻燃剂14-15份，成膜助剂1.5-2份，偶联剂0.6-0.8份，润湿剂0.6-0.8份，消泡剂0.4-0.6份，防霉剂0.4-0.6份，ph调节剂0.2-0.3份，增稠剂0.8-1份，去离子水18-20份。

进一步地，所述功能性填料为云母、滑石粉和碳酸钙按任意比例混合的混合物；所述阻燃剂为氢氧化铝纳米颗粒、氢氧化镁纳米颗粒和硼酸锌纳米颗粒按任意比混合的混合物；所述成膜助剂为醇酯-12；所述偶联剂为乙烯基硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂；所述润湿剂为非离子表面活性剂；所述消泡剂为丙烯酸类消泡剂；所述防霉剂为富马酸酯类；所述的ph调节剂为amp-95；所述增稠剂为纤维素增稠剂。

进一步地，所述水性硅丙乳液固含量为48％，粘度为800-1000cps，玻璃化温度为35℃的乳白色蓝光液体。

进一步地，所述石墨烯水性丙烯酸酯乳液为石墨烯原位聚合丙烯酸酯乳液，其加入的量与水性硅丙乳液的质量比为4～6:28；优选的，质量比为4:28。

进一步地，所述石墨烯粉末为物理法液相剥离制备。

进一步地，优选的所述功能填料按重量组分优选为由云母12-15份，滑石粉10-12份，碳酸钙5-6份组成。

进一步地，所述阻燃剂优选为纳米颗粒氢氧化铝、纳米颗粒氢氧化镁及纳米颗粒硼酸锌的比例关系为3:3:1。

进一步地，所述偶联剂优选为乙烯基三乙氧基硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂ndz-401。

进一步地，所述润湿剂优选为pe-100或dx200。

进一步地，所述消泡剂优选为高效广谱液态消泡剂nxz。

进一步地，所述防霉剂优选为富马酸二甲酯。

进一步地，所述增稠剂优选为羟乙基纤维素增稠剂hbr250。

进一步地，本发明所述的水性高阻尼涂料优选为由由以下重量配比制成：水性硅丙乳液28份，云母12份，滑石粉12份，碳酸钙6份，石墨烯粉末0.1份，氢氧化铝6份，氢氧化镁6份，硼酸锌2份，润湿剂pe-100或dx2000.6份、消泡剂nxz0.4份、富马酸二甲酯0.4份、ph调节剂amp-950.2份，成膜助剂醇酯-121.5份，羟乙基纤维素增稠剂hbr2500.8份，去离子水18份。

进一步地，所述石墨烯水性丙烯酸乳液的制备方法如下：

①将丙烯酸类单体、引发剂、调节剂、乳化剂和水搅拌混合均匀，然后将得到的混合液高速搅拌预乳化，乳化时间为10～15min，得到预乳液；

②在树脂反应釜中加入总量30％的水，将占预乳液总质量5％的预乳液缓慢加入树脂反应釜内，开启搅拌，在通氮气保护下，反应釜夹套通蒸汽缓慢升温至48～55℃；

③搅拌待体系出现蓝光后，开始滴加剩余的预乳化剂，滴加时间为1～4h；

④将体系在48～55℃保温1～3h，降温至35℃以下，用氨水调节乳液ph至7～9，继续搅拌5～15min后开始放料，经过滤后即可得到石墨烯改性的丙烯酸树脂。

进一步地：所述丙烯酸类单体为甲基丙烯酸甲酯(mma)、丙烯酸(aa)或丙烯酸丁酯(ba)，所述引发剂为过硫酸铵；所述乳化剂为op-10或k12；丙烯酸类单体、引发剂、乳化剂和水的质量比为47:1.5:1.5:50。

本发明还提供一种上述石墨烯改性水性阻尼涂料的制备方法，包括如下步骤：

(1)称取18-20份的去离子水，然后先加入28-30的功能性填料以及0.1～0.3份的石墨烯粉末或者4-6份的石墨烯水性丙烯酸酯乳液，在300～500r/min下搅拌10～20min，然后再加入14～15份的阻燃剂，在300～500r/min下搅拌20～30min，最后加入0.6～0.8份的偶联剂，在500～800r/min下搅拌30～40min得到水溶液a；

(2)另取28-30份的水性硅丙乳液，依次加入润湿剂、消泡剂、防霉剂、ph调节剂以及成膜助剂，在200～300r/min下搅拌5～10min，得到水性乳液b；

(3)将所述的水溶液a加入到水性乳液b中，在200～300r/min下搅拌10～20min，随后加入0.8～1份的增稠剂，再搅拌约5～10min即得石墨烯改性水性阻尼涂料。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明操作工艺上的改进可以充分地分散填料，得到工艺性能好的水性阻尼涂料，通过石墨烯水性丙烯酸乳液有效地提高阻尼区域的损耗模量，通过物理液相剥离法制备的石墨烯粉末不仅能显著提高阻尼性能，而且产物环保无污染。使阻尼涂料效果得到了更好的应用。

附图说明

图1石墨烯水性丙烯酸乳液制备工艺流程示意图。

图2实施例1、实施例2和对比实施例损耗因子对比图。

图3实施例3、实施例4、实施例5和对比实施例损耗因子对比图。

图4实施例1、实施例3和对比实施例损耗模量对比图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

除非另作定义，本公开所使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内有一般技能的人士所理解的通常意义。

本发明实施例中的石墨烯水性丙烯酸乳液的制备工艺流程示意图如图1所示。

①将功能性单体、引发剂、调节剂、乳化剂和水搅拌混合均匀，然后将得到的混合液高速搅拌预乳化，乳化时间为10～15min，得到预乳液；

②在树脂反应釜中加入总量30％的水，将占预乳液总质量5％的预乳液缓慢加入树脂反应釜内，开启搅拌，在通氮气保护下，反应釜夹套通蒸汽缓慢升温至48～55℃；

③搅拌待体系出现蓝光后，开始滴加剩余的预乳化剂，滴加时间为1～4h；

④将体系在48～55℃保温1～3h，降温至35℃以下，用氨水调节乳液ph至7～9，继续搅拌5～15min后开始放料，经过滤后即可得到石墨烯改性的丙烯酸树脂。

本发明实施例中的石墨烯粉末是杭州烯创科技有限公司通过物理法高温高压液相剥离法制备而成，进料为石墨和水，出料为石墨烯粉体和水蒸气，基本没有污染。以下实施例中所用石墨烯均为杭州烯创科技有限公司购买所得。

实施例1

称取18份的去离子水，然后先加入30份的功能性填料(云母12份，滑石粉12份，碳酸钙6份)，石墨烯粉末0.1份，在300r/min下搅拌10min，然后再加入14份的阻燃剂(氢氧化铝6份，氢氧化镁6份，硼酸锌2份)，在300r/min下搅拌20min得到水溶液a。

另取28份的水性硅丙乳液，依次加入润泰润湿剂pe-100或dx2000.6份、消泡剂nxz0.4份、防霉剂为富马酸酯类富马酸二甲酯0.4份、ph调节剂amp-950.2份以及成膜助剂醇酯十二1.5份，在200r/min下搅拌5min，得到水性乳液b。

将水溶液a加入到水性乳液b中，在200r/min下搅拌10min，随后加入0.8份的亚跨龙羟乙基纤维素增稠剂hbr250，再搅拌约5min既得石墨烯改性水性阻尼涂料。

实施例2

称取18份的去离子水，然后先加入30份的功能性填料(云母12份，滑石粉12份，碳酸钙6份)，石墨烯粉末0.2份，在300r/min下搅拌10min，然后再加入14份的阻燃剂(氢氧化铝6份，氢氧化镁6份，硼酸锌2份)，在300r/min下搅拌20min得到水溶液a。

另取28份的水性硅丙乳液，依次加入润泰润湿剂pe-100或dx2000.6份、消泡剂nxz0.4份、防霉剂为富马酸酯类富马酸二甲酯0.4份、ph调节剂amp-950.2份以及成膜助剂醇酯十二1.5份，在200r/min下搅拌5min，得到水性乳液b。

将水溶液a加入到水性乳液b中，在200r/min下搅拌10min，随后加入0.8份的亚跨龙羟乙基纤维素增稠剂hbr250，再搅拌约5min既得石墨烯改性水性阻尼涂料。

实施例3

称取18份的去离子水，然后先加入30份的功能性填料(云母12份，滑石粉12份，碳酸钙6份)，0.2份，在300r/min下搅拌10min，然后再加入14份的阻燃剂(氢氧化铝6份，氢氧化镁6份，硼酸锌2份)，在300r/min下搅拌20min得到水溶液a。

另取28份的水性硅丙乳液，4份石墨烯水性丙烯酸乳液，依次加入润泰润湿剂pe-100或dx2000.6份、消泡剂nxz0.4份、防霉剂为富马酸酯类富马酸二甲酯0.4份、ph调节剂amp-950.2份以及成膜助剂醇酯十二1.5份，在200r/min下搅拌5min，得到水性乳液b。

将水溶液a加入到水性乳液b中，在200r/min下搅拌10min，随后加入0.8份的亚跨龙羟乙基纤维素增稠剂hbr250，再搅拌约5min既得石墨烯水性丙烯酸乳液改性阻尼涂料。

实施例4

称取18份的去离子水，然后先加入30份的功能性填料(云母12份，滑石粉12份，碳酸钙6份)，在300r/min下搅拌10min，然后再加入14份的阻燃剂(氢氧化铝6份，氢氧化镁6份，硼酸锌2份)，在300r/min下搅拌20min得到水溶液a。

另取28份的水性硅丙乳液，5份石墨烯水性丙烯酸乳液，依次加入润泰润湿剂pe-100或dx2000.6份、消泡剂nxz0.4份、防霉剂为富马酸酯类富马酸二甲酯0.4份、ph调节剂amp-950.2份以及成膜助剂醇酯十二1.5份，在200r/min下搅拌5min，得到水性乳液b。

将水溶液a加入到水性乳液b中，在200r/min下搅拌10min，随后加入0.8份的亚跨龙羟乙基纤维素增稠剂hbr250，再搅拌约5min既得石墨烯原位聚合丙烯酸酯乳液改性阻尼涂料。

实施例5

称取18份的去离子水，然后先加入30份的功能性填料(云母12份，滑石粉12份，碳酸钙6份)，在300r/min下搅拌10min，然后再加入14份的阻燃剂(氢氧化铝6份，氢氧化镁6份，硼酸锌2份)，在300r/min下搅拌20min得到水溶液a。

另取28份的水性硅丙乳液，6份石墨烯水性丙烯酸乳液，依次加入润泰润湿剂pe-100或dx2000.6份、消泡剂nxz0.4份、防霉剂为富马酸酯类富马酸二甲酯0.4份、ph调节剂amp-950.2份以及成膜助剂醇酯十二1.5份，在200r/min下搅拌5min，得到水性乳液b。

将水溶液a加入到水性乳液b中，在200r/min下搅拌10min，随后加入0.8份的亚跨龙羟乙基纤维素增稠剂hbr250，再搅拌约5min既得石墨烯水性丙烯酸乳液改性阻尼涂料。

对比实施例

普通水性阻尼涂料具体制备方法如下所示：

称取18份的去离子水，然后先加入30份的功能性填料(云母12份，滑石粉12份，碳酸钙6份)，在300r/min下搅拌10min，然后再加入14份的阻燃剂(氢氧化铝6份，氢氧化镁6份，硼酸锌2份)，在300r/min下搅拌20min得到水溶液a。

另取28份的水性硅丙乳液，依次加入润泰润湿剂pe-100或dx2000.6份、消泡剂nxz0.4份、防霉剂为富马酸酯类富马酸二甲酯0.4份、ph调节剂amp-950.2份以及成膜助剂醇酯十二1.5份，在200r/min下搅拌5min，得到水性乳液b。

将水溶液a加入到水性乳液b中，在200r/min下搅拌10min，随后加入0.8份的亚跨龙羟乙基纤维素增稠剂hbr250，再搅拌约5min既得普通水性阻尼涂料。

通过附图2可以发现通过加入石墨烯粉末对阻尼性能的影响，加入石墨烯粉末后阻尼对应的玻璃化温度均有所提升，但阻尼性能加入量为1％时损耗因子由1.01降到了0.97，当石墨烯粉末的量提升到2％时，损耗因子由0.01提升到1.07，说明石墨烯粉末加入量增加后，阻尼效果提升较明显。

通过附图3可以发现通过加入石墨烯水性丙烯酸乳液，玻璃化温度有所提升，随着石墨烯水性丙烯酸乳液的比例增加，玻璃化温度逐渐下降，当加入的比例为4:1的比例时，损耗因子的性能可以提高到1.04，这时候性能改善较为显著。通过实施例和对比实施例的对照发现当石墨烯粉末加入量为填料的2％时，损耗因子最高，阻尼效果最好。

通过附图4可以发现原阻尼中损耗模量只有2.5*10⁸，通过加入石墨烯粉末可以将损耗模量提高到3.2*10⁸，而加入石墨烯也能将损耗模量提高到2.75*10⁸，损耗模量在阻尼应用中对自由阻尼结构中有很好的提振作用，所以石墨烯改性阻尼涂料在阻尼性能上有了很大的一个提升。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求保护范围内。