CN105969196B - 羟基磷灰石超长纳米线复合阻燃阻尼涂料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种羟基磷灰石超长纳米线复合阻燃阻尼涂料，所述复合阻燃阻尼涂料以羟基磷灰石超长纳米线和阻尼涂料为原料复合得到，所述羟基磷灰石超长纳米线的长度为10～1000微米，单个羟基磷灰石超长纳米线的直径为5～100纳米，羟基磷灰石超长纳米线占所述复合阻燃阻尼涂料的重量百分比为1～50 wt.%。本发明的羟基磷灰石超长纳米线复合阻燃阻尼涂料具有阻燃、力学增强、减振和降噪等效果，在飞机、轨道列车、汽车和船舶等多个领域具有良好的应用前景。

Description

羟基磷灰石超长纳米线复合阻燃阻尼涂料
技术领域
本发明属于涂料领域，涉及一种阻燃阻尼涂料，具体涉及一种羟基磷灰石超长纳米线复合阻燃阻尼涂料。
背景技术
随着科学技术的快速发展和人们生活水平的提高，高速、自动化的机械设备和振动工具在日常生活中日益增多，由此产生的振动和噪音问题也日益严重。振动和噪声激振共振响应直接影响电子仪器和仪表的正常运作，严重时造成生产事故；振动引发的噪音危害人体健康。采用阻尼材料或阻尼结构进行减振降噪是解决上述问题的一个重要手段。
由高分子聚合物材料混合制备而成的阻尼涂料具有优异的减振、降噪等特点。阻尼涂料涂覆在金属结构表面可以减振降噪，其工作原理是阻尼涂料吸收振动机械能，将其转化成热能而耗散。随着飞机和轨道列车等机械运行速度的提高，振动愈加严重，阻尼涂料吸收转化的热能大幅增加。许多高分子聚合物为易燃物，不具有阻燃性能，存在火灾隐患。因此，研发新型阻燃阻尼涂料具有重要的意义和良好的应用前景。
发明内容
面对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种新型的阻燃阻尼涂料，具体是一种具有阻燃性能的羟基磷灰石超长纳米线复合阻燃阻尼涂料。
在此，本发明提供一种羟基磷灰石超长纳米线复合阻燃阻尼涂料，所述复合阻燃阻尼涂料具有阻燃性能，所述复合阻燃阻尼涂料以羟基磷灰石超长纳米线和阻尼涂料为原料复合得到，所述羟基磷灰石超长纳米线的长度为10～1000微米，单个羟基磷灰石超长纳米线的直径为5～100纳米，羟基磷灰石超长纳米线的重量占所述复合阻燃阻尼涂料百分含量为1～50wt.％，优选5～25wt.％。
本发明采用具有良好的生物相容性、环境友好、阻燃性能优良的阻燃原料羟基磷灰石超长纳米线与阻尼涂料作为原料，通过复合得到具有阻燃性能的羟基磷灰石超长纳米线复合阻燃阻尼涂料。本发明中，羟基磷灰石超长纳米线耐高温并且不燃烧，与阻尼涂料复合后可以提高复合阻燃阻尼涂料的阻燃性能。并且，羟基磷灰石超长纳米线具有独特的一维超长纳米结构，可以改善阻尼涂料的力学性能。羟基磷灰石是一种重要的生物材料，具有良好的生物相容性，环境友好，呈现优良的白色，可以改善阻尼涂料的白度。此外，羟基磷灰石超长纳米线与阻尼涂料的复合可以拓宽阻尼涂料的玻璃化转变温度范围，改善阻尼涂料的减振降噪性能。也就是说，羟基磷灰石超长纳米线与阻尼涂料复合可同时提高阻尼涂料的力学性能、阻燃性能和阻尼性能，并且可以改善阻尼涂料的白度和减振降噪性能。
所述原料中阻尼涂料可以采用任何一种商品化的阻尼涂料。
本发明中，所述羟基磷灰石超长纳米线的长径比大于300。
较佳地，所述羟基磷灰石超长纳米线的长径比大于800。
较佳地，所述羟基磷灰石超长纳米线可以由水热法、溶剂热法、微波加热法制备得到。
本发明将羟基磷灰石超长纳米线和阻尼涂料复合制备阻燃阻尼涂料，不需要复杂的工艺和设备就能制备性能优异的阻燃阻尼涂料，具有环境友好、制备工艺简便、可以批量制备等优点。
本发明还提供所述羟基磷灰石超长纳米线复合阻燃阻尼涂料在机械设备领域中的应用，尤其在包括飞机、轨道列车、汽车和船舶等在内的交通机械设备领域中的应用。本发明提供的羟基磷灰石超长纳米线复合阻燃阻尼涂料具有阻燃、力学增强、减振和降噪等效果，在飞机、轨道列车、汽车和船舶等多个领域具有良好的应用前景。
附图说明
图1为羟基磷灰石超长纳米线的扫描电子显微图，该图显示多个纳米线自组装形成束状结构；
图2为羟基磷灰石超长纳米线的透射电子显微图。
具体实施方式
以下结合附图和下述实施方式进一步说明本发明，应理解，附图及下述实施方式仅用于说明本发明，而非限制本发明。
本发明涉及一种具有阻燃性能的羟基磷灰石超长纳米线复合阻燃阻尼涂料，该复合阻燃阻尼涂料采用羟基磷灰石超长纳米线和阻尼涂料为原料复合配制而成，羟基磷灰石超长纳米线与阻尼涂料复合可同时提高阻尼涂料的力学性能、阻燃性能和阻尼性能，并且可以改善阻尼涂料的白度和减振降噪性能。本发明中，可以将羟基磷灰石超长纳米线与水和/或醇(包括甲醇、乙醇、丙醇和/或丁醇)混合制备成羟基磷灰石超长纳米线浆料，按照一定比例，将羟基磷灰石超长纳米线浆料和阻尼涂料混合，搅拌均匀，制备得到羟基磷灰石超长纳米线复合阻燃阻尼涂料；也可以按照一定比例直接将羟基磷灰石超长纳米线粉体与阻尼涂料混合，搅拌均匀，制备得到羟基磷灰石超长纳米线复合阻燃阻尼涂料。
本发明中，对作为原料的阻尼涂料没有特别限定，可以采用任何一种商品化的阻尼涂料。在本实施方式中，优选的阻尼涂料可以采用商品化的水基阻尼涂料。
本发明中，羟基磷灰石超长纳米线的长度为10～1000微米，优选200～1000微米；单个羟基磷灰石超长纳米线的直径为5～100纳米，优选10～50纳米；纳米线的长径比大于300，优选的长径比大于800。羟基磷灰石超长纳米线具有独特的一维超长纳米结构，可以自组装形成三维网络结构，对阻尼涂料具有力学增强的作用，可以改善阻尼涂料的力学性能。
羟基磷灰石超长纳米线在羟基磷灰石超长纳米线复合阻燃阻尼涂料中的重量百分比含量在1～50wt.％范围内可调，本实施方式中，优选羟基磷灰石超长纳米线的重量百分比含量在5～25wt.％。当羟基磷灰石超长纳米线的重量百分比含量少于1％时，阻燃性能不佳。当羟基磷灰石超长纳米线的重量百分比含量超过50％时，干燥后涂料易变脆。
羟基磷灰石是一种重要的生物材料，具有良好的生物相容性，环境友好，呈现优良的白色可以改善阻尼涂料的白度；羟基磷灰石超长纳米线耐高温、不燃烧，可以提高阻尼涂料的阻燃性能；羟基磷灰石超长纳米线具有独特的一维超长纳米结构，可以改善阻尼涂料的力学性能。此外，羟基磷灰石超长纳米线与阻尼涂料的复合可以拓宽阻尼涂料的玻璃化转变温度范围，改善阻尼涂料的减振降噪性能。也就是说，羟基磷灰石超长纳米线与阻尼涂料复合可同时提高阻尼涂料的力学性能、阻燃性能和阻尼性能，并且可以改善阻尼涂料的白度和减振降噪性能。
本发明中，羟基磷灰石超长纳米线可以由水热法、溶剂热法、微波加热法制备得到。
具体的，作为一个示例，溶剂热法制备羟基磷灰石超长纳米线可以参考发明专利“高柔韧性耐高温不燃的羟基磷灰石纸及其制备方法”(专利号：ZL201310687363.2)。
本发明中，可以将羟基磷灰石超长纳米线与水和/或醇(包括甲醇、乙醇、丙醇和/或丁醇)混合制备成羟基磷灰石超长纳米线浆料，按照一定比例，将羟基磷灰石超长纳米线浆料和阻尼涂料混合，搅拌均匀，制备得到羟基磷灰石超长纳米线复合阻燃阻尼涂料；也可以按照一定比例直接将羟基磷灰石超长纳米线粉体与阻尼涂料混合，搅拌均匀，制备得到羟基磷灰石超长纳米线复合阻燃阻尼涂料。
一方面，采用羟基磷灰石超长纳米线与水和/或醇(包括甲醇、乙醇、丙醇和/或丁醇)混合制备成羟基磷灰石超长纳米线浆料，按照一定比例，将羟基磷灰石超长纳米线浆料和阻尼涂料混合，搅拌均匀，制备得到羟基磷灰石超长纳米线复合阻燃阻尼涂料的方法时，羟基磷灰石超长纳米线与水和/或醇(包括甲醇、乙醇、丙醇和/或丁醇)的重量比例可以设为1：100～100：1，该比例范围内得到的羟基磷灰石超长纳米线浆料可以与阻尼涂料进行较好的复合。羟基磷灰石超长纳米线浆料与阻尼涂料的比例可以设为1：100～100：1。羟基磷灰石超长纳米线浆料与阻尼涂料的比例低于1：100时，阻燃性能不佳；羟基磷灰石超长纳米线浆料与阻尼涂料的比例高于100：1时，干燥后涂料易变脆。关于搅拌方式，没有特别限定，本实施方式中，优选采用机械搅拌和磁力搅拌的搅拌方式。
另一方面，采用按照一定比例直接将羟基磷灰石超长纳米线粉体与阻尼涂料混合，搅拌均匀，制备得到羟基磷灰石超长纳米线复合阻燃阻尼涂料的方法时，羟基磷灰石超长纳米线粉体与阻尼涂料的比例可以设为1：100～1：4。羟基磷灰石超长纳米线粉体与阻尼涂料直接混合可以更加简化制备过程。
此外，本发明的羟基磷灰石超长纳米线复合阻燃阻尼涂料中，除阻尼涂料和羟基磷灰石超长纳米线以外，还可以含有阻燃阻尼涂料领域中公知的各种添加剂。该添加剂没有特别限定。
本发明提供的羟基磷灰石超长纳米线复合阻燃阻尼涂料具有阻燃、力学增强、减振和降噪等效果，在飞机、轨道列车、汽车和船舶等多个领域具有良好的应用前景。
本发明的有益效果在于：
本发明将羟基磷灰石超长纳米线和阻尼涂料复合制备阻燃阻尼涂料，具有环境友好、制备工艺简便、可以批量制备等优点；
本发明采用的羟基磷灰石超长纳米线呈优质的白色，可以改善涂料的白度；
本发明采用的羟基磷灰石超长纳米线具有超长一维纳米结构，可以改善阻尼涂料的力学性能；
本发明采用的羟基磷灰石超长纳米线耐高温、不燃烧，可以提高阻尼涂料的阻燃性能；
羟基磷灰石超长纳米线与阻尼涂料的复合可以拓宽阻尼涂料的玻璃化转变温度范围，改善阻尼涂料的减振降噪性能；
本发明提供的羟基磷灰石超长纳米线复合阻燃阻尼涂料具有阻燃、力学增强、减振和降噪等效果，在飞机、轨道列车、汽车和船舶等多个领域具有良好的应用前景。
下面进一步例举实施例以详细说明本发明。同样应理解，以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。下述示例具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围内选择，而并非要限定于下文示例的具体数值。
实施例1
采用水做溶剂配制固体含量为50％的羟基磷灰石超长纳米线浆料。按照羟基磷灰石超长纳米线和德国汉高阻尼涂料重量比为1：20的配方，将羟基磷灰石超长纳米线和阻尼涂料混合，机械搅拌均匀。得到羟基磷灰石超长纳米线复合阻燃阻尼涂料。
玻璃化转变温度范围测试：采用差示扫描量热分析法测定阻燃阻尼涂料的玻璃化转变温度范围。加入5wt.％的羟基磷灰石超长纳米线的阻尼涂料，其玻璃化转变温度范围约为87.6～173.6℃。在阻燃实验中，观察到有一定程度的燃烧，但产生的烟雾明显减少，即加入少量羟基磷灰石纳米线后，阻尼涂料的阻燃性能有所提高。
实施例2
采用水做溶剂配制固体含量为50％的羟基磷灰石超长纳米线浆料。按照羟基磷灰石超长纳米线和德国汉高阻尼涂料重量比为1：10的配方，将羟基磷灰石超长纳米线和阻尼涂料混合，机械搅拌均匀。得到羟基磷灰石超长纳米线复合阻燃阻尼涂料。
玻璃化转变温度范围测试：采用差示扫描量热分析法测定阻燃阻尼涂料的玻璃化转变温度范围。加入10wt.％的羟基磷灰石超长纳米线的阻尼涂料，其玻璃化转变温度范围约为86.4～177.2℃。在阻燃实验中，未观察到燃烧现象，并且未观察到烟雾产生，即加入10wt.％的羟基磷灰石纳米线后，阻尼涂料的阻燃性能显著提高。
实施例3
采用水做溶剂配制固体含量为50％的羟基磷灰石超长纳米线浆料。按照羟基磷灰石超长纳米线和德国汉高阻尼涂料重量比为1：4的配方，将羟基磷灰石超长纳米线和阻尼涂料混合，机械搅拌均匀。得到羟基磷灰石超长纳米线复合阻燃阻尼涂料。
玻璃化转变温度范围测试：采用差示扫描量热分析法测定阻燃阻尼涂料的玻璃化转变温度范围。加入25wt.％的羟基磷灰石超长纳米线的阻尼涂料，其玻璃化转变温度范围约为55.4～197.6℃。在阻燃实验中，未观察到燃烧现象，而且未观察到烟雾产生，即加入25wt.％的羟基磷灰石纳米线后，阻尼涂料具有优异的阻燃性能。
实施例4
采用水做溶剂配制固体含量为50％的羟基磷灰石超长纳米线浆料。按照羟基磷灰石超长纳米线和德国汉高阻尼涂料重量比为1：2的配方，将羟基磷灰石超长纳米线和阻尼涂料混合，机械搅拌均匀。得到羟基磷灰石超长纳米线复合阻燃阻尼涂料。
玻璃化转变温度范围测试：采用差示扫描量热分析法测定阻燃阻尼涂料的玻璃化转变温度范围。加入50wt.％的羟基磷灰石超长纳米线的阻尼涂料，其玻璃化转变温度范围约为40.1～233.1℃。在阻燃实验中，未观察到燃烧现象，而且未观察到烟雾产生，即加入50wt.％的羟基磷灰石纳米线后，阻尼涂料具有更加优异的阻燃性能。
图1为羟基磷灰石超长纳米线的扫描电子显微图，该图显示多个纳米线自组装形成束状结构；图2为羟基磷灰石超长纳米线的透射电子显微图。由图1、图2可知产物羟基磷灰石为超长纳米线，长度200微米以上，羟基磷灰石超长纳米线的直径约为10至几十纳米。
产业应用性：本发明所用阻燃原料羟基磷灰石超长纳米线生物相容性好、环境友好、制备工艺简单、易于实现批量生产。本发明提供的羟基磷灰石超长纳米线复合阻燃阻尼涂料具有良好的力学性能、阻燃性能和减振降噪效果，在飞机、轨道列车、汽车和船舶等多个领域具有良好的应用前景。

Claims (3)

1.一种羟基磷灰石超长纳米线复合阻燃阻尼涂料，其特征在于，所述复合阻燃阻尼涂料以羟基磷灰石超长纳米线和阻尼涂料为原料复合得到，所述羟基磷灰石超长纳米线的长度为10～1000微米，单个羟基磷灰石超长纳米线的直径为5～100纳米，羟基磷灰石超长纳米线占所述复合阻燃阻尼涂料的重量百分比为1～50 wt.%，所述羟基磷灰石超长纳米线自组装形成三维网络结构，所述复合阻燃阻尼涂料的玻璃化转变温度范围为40.1~233.1 ℃。
2.根据权利要求1所述的复合阻燃阻尼涂料，其特征在于，所述羟基磷灰石超长纳米线的长径比大于300。
3.根据权利要求2所述的复合阻燃阻尼涂料，其特征在于，所述羟基磷灰石超长纳米线的长径比大于800。
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