[发明专利]包含纳米填料的高固含宽温域阻尼聚氨酯水分散体的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高固含宽温域阻尼聚氨酯水分散体的制备，特别是涉及可用于涂料组合物的包含纳米填料的高固含宽温域阻尼聚氨酯水分散体的制备方法。

技术背景

阻尼材料是一种能吸收振动机械能，并将之转化为热能而耗散的功能材料，阻尼减振降噪技术利用阻尼材料在变形时把动能转变成为热能的原理，能够减少各种机械产生的振动及噪音，提高机械的精度及寿命，消除振动及噪音产生的环境污染。阻尼材料的种类很多，概括起来可以分为以下几种：聚合物阻尼材料、高阻尼合金、复合阻尼材料，陶瓷类耐高温阻尼材料，以及智能型阻尼材料，其中聚合物阻尼材料是应用最广的阻尼材料。聚合物阻尼材料具有显著的粘弹性，内耗大，能够实现高阻尼，同时可以根据不同需要进行分子设计，而且具有良好的加工性能，在导弹、卫星、飞机、舰船、汽车等领域具有重要价值。

粘弹特性是聚合物材料的基本特征，使其能够在交变应力下发生力学损耗和滞后现象，当振动或噪音传递时，可以通过分子链段间的内摩擦作用，将机械能转化为热能耗散掉。聚合物阻尼材料的种类非常多，目前以丁基橡胶、聚丙烯酸酯、聚氨酯复合材料居多。丁基橡胶阻尼材料以共混的方式为主， CN 1304474C公开了以丁基橡胶、硫化剂、填料、聚丙烯酸酯为原料，在160℃～180℃温度下共混后制备互穿网络阻尼材料，材料的最大阻尼值（tanδmax）在22℃～65℃的范围，力学性能好，可在较宽温度阻尼，CN 101357969B公开了以采用类似方法制备了阻尼材料。

聚丙烯酸酯阻尼材料主要采用多元共聚的的方式制备。CN 101250246B公开了以聚甲基丙烯酸甲酯（MMA）、苯乙烯（St）、丙烯酸乙酯(EA)、丙烯酸丁酯（BA）等为主要单体制备聚丙烯酸酯材料，并以有机硅、六方氮化硼、云母等材料共同改性制备阻尼材料，充分发挥了无机材料的纳米效应，阻尼因子（tanδ）可达0.5以上。

聚氨酯复合材料的制备以互穿网络（IPN）形式为主。CN 100567352C公开了以聚丁基二醇、异氰酸酯、乙烯基单体、交联剂为主要原料，制备溶剂型聚氨酯/乙烯基聚合物IPN双组分阻尼材料，该材料具有优良的热稳定性、水解稳定性、低温柔性以及耐腐蚀性、耐油性。CN 100368476C公开了以聚丙烯酸酯、聚氨酯、聚硅氧烷制备阻尼乳胶，该材料结合了三类聚合物的优点，具有优异的粘接性能和力学性能，耐老化性好，可适用于电子、电器、机车、轮船、军舰、建筑等领域的减震消声。

阻尼材料在军用、民用的各个领域有着广泛用途，成为近年来高分子材料方面的研究热点，科研人员在丁基橡胶阻尼材料、聚丙烯酸酯阻尼材料、溶剂型聚氨酯阻尼材料、聚氨酯IPN复合材料方面做出大量工作。聚氨酯具有微相分离的特殊结构，是目前最具应用前景的阻尼材料，至今未见高固含宽温域阻尼聚氨酯材料的报道，尤其是包含纳米填料有机-无机杂化的宽温域阻尼聚氨酯，本发明即旨在制备该类宽温域阻尼聚氨酯分散体。

发明内容

针对现有技术制备阻尼材料的技术现状，本发明旨在提供一种利用有机-无机杂化技术、共聚改性技术等制备包含纳米填料的高固含宽温域阻尼聚氨酯水分散体方法，以解决现有阻尼聚氨酯水性分散体固含量低（30%～40%）、阻尼性能差（tanδ＜0.3）、温域范围窄（约40℃～50℃）等系列问题。

本发明提供的包含纳米填料的高固含宽温域阻尼聚氨酯水分散体的制备方法，主要包括以下工艺步骤：

（1）平均分子量为2900g/mol～8000 g/mol的多元醇I与平均分子量为500 g/mol～2500 g/mol的多元醇II加入到二异氰酸酯，控制70℃～90℃反应60～120min制得聚氨酯预聚物(a)，其中所用多元醇II的玻璃化转变温度比多元醇I的玻璃化转变温度高30～80℃，多元醇II与多元醇I的质量比为1:2～1:6，加入的多元醇与二异氰酸酯的摩尔比n_(NCO)/n_(OH)=4～7；

（2）在聚氨酯预聚物(a)中加入聚氨酯预聚物(a)质量2～5%的亲水扩链剂和5～15%的溶剂，控温70℃～95℃继续反应60min～150min，按中和度80%～100%加入成盐剂，得到水可分散聚氨酯预聚物(b)；