CN113913056A - 一种针对强辐射区域的防辐射水性阻尼涂料及其应用 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种防辐射水性阻尼涂料及其应用，该涂料原料的重量组成主要为：丙烯酸乳液50％～80％；云母粉5％～30％；橡胶粉5％～30％；复合吸波剂0.1％～3％；偶联剂1％～3％；成膜助剂0.2％～5％；触变剂0.1％～5％；所述复合吸波剂为负载四氧化三铁的石墨烯纳米材料。本发明将新型的复合吸波剂应用于水性阻尼涂料，使得水性阻尼涂料在具有良好阻尼性能的基础上，同时也具有良好的吸波性能，兼具防辐射与隔音等功能，从而有效解决了特殊工作环境下的电磁污染问题和噪音污染问题。在本发明中，所述的水性阻尼涂料具有较宽的有效电磁波吸收频率(反射损耗<10dB)，且不影响阻尼涂料的隔音性能。
Description
技术领域
本申请属于涂料技术领域，尤其是涉及一种针对强辐射区域的防辐射水性阻尼涂料及其应用。
背景技术
通讯技术的发展使得移动网络、通信发射站等在社会上得到了普及，随着近些年4G、5G技术的推广和应用，人们享受其带来的便捷的同时，也承担着电磁波对生活环境的负面影响。电磁波能影响信号传播，对仪器造成电磁干扰，还会使得信息泄露。它们在一定程度上都会产生各种形式的电磁污染，在电磁波辐射汇集区活动，会危害人的身体健康。特别是针对电磁信号集中地区域，如4G、5G网络基站附近、写字楼、机房等区域，担忧辐射的舆论和争议广泛存在，对业主的住房体验造成了影响。
水性阻尼涂料具有绿色环保、减震绝热、隔音效果好等特点，随着绿色建筑的推广，水性阻尼涂料正在逐步取代煤焦油沥青、聚氨酯等传统的阻尼涂料。近些年来，国家大力推广的装配式建筑其具有绿色环保、建筑质量好、建造效率高等特点。与此同时，对于绿色建筑物的隔音、防辐射等都提出了更高的要求。因此，研究一种新型的应用于特殊工作、生活环境的防辐射水性阻尼涂料非常有必要。
目前水性阻尼涂料的研发多集中在宽温域阻尼、防水、阻燃、防静电以及耐磨耐候等方面，未有论文和专利针对用于特殊区域的防辐射水性阻尼涂料进行专门的介绍和研究。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种可用于特殊性的强辐射区域的防辐射水性阻尼涂料及其应用，所述的水性阻尼涂料用于特殊性高辐射区域，尤其是用于装配式建筑，可以同时有效解决防辐射、隔音等问题。
本发明提供一种防辐射水性阻尼涂料，其原料的重量组成主要为：
所述复合吸波剂为负载四氧化三铁的石墨烯纳米材料。
在本发明的实施例中，所述复合吸波剂按照以下步骤制得：将石墨烯与多巴胺溶液混合反应，得到聚多巴胺复合石墨烯；将所述聚多巴胺复合石墨烯与氯化铁混合后煅烧，得到负载四氧化三铁的石墨烯纳米材料。
在本发明的实施例中，所述丙烯酸乳液选自纯丙乳液、苯丙乳液、硅丙乳液、醋丙乳液、氟碳乳液和弹性乳液中的一种或几种。
在本发明的实施例中，所述云母粉的粒径在200～500目之间；所述橡胶粉的粒径在50～200目之间。
在本发明的实施例中，所述偶联剂选自乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷和苯甲基三乙氧基硅烷中的一种或几种。
在本发明的实施例中，所述触变剂选自气相二氧化硅、沉淀二氧化硅、有机膨润土和高岭土中的一种或几种。
在本发明的实施例中，所述成膜助剂选自醇酯十二、苯甲醇和丙二醇中的一种或几种。
在本发明的实施例中，所述防辐射水性阻尼涂料还包括功能助剂0.1％～5％；所述功能助剂包括分散剂、杀菌剂和消泡剂。
在本发明的实施例中，所述杀菌剂选自异噻唑啉酮类杀菌剂；所述消泡剂选自矿物油。
本发明提供如前文所述的防辐射水性阻尼涂料在装配式建筑中的应用。
防辐射功能的实现，离不开高效吸波剂的研究。传统的用于水性阻尼涂料的吸波剂往往是单一的氧化铁或者石墨，存在吸波频段窄、反射率低等问题，不能同时有效吸收低频段与高频段的电磁波干扰。
按照一定重量配比，本发明提供的防辐射水性阻尼涂料主要由丙烯酸乳液、云母粉、橡胶粉、负载四氧化三铁的石墨烯纳米材料、偶联剂、成膜助剂和触变剂等原料制成。本发明通过将Fe3O4负载到石墨烯上，使碳系吸波剂与铁系吸波剂有效结合在一起，获得了一种能够在宽带范围内吸收电磁波的低密度防辐射材料，将其加入到水性阻尼涂料体系使得其获得了良好的吸波性能。本发明将新型的复合吸波剂应用于水性阻尼涂料，使得水性阻尼涂料在具有良好阻尼性能的基础上，同时也具有良好的吸波性能，兼具防辐射与隔音等功能，从而有效解决了特殊工作环境如高强辐射区域下的电磁污染问题和噪音污染问题。在本发明中，所述的水性阻尼涂料具有较宽的有效电磁波吸收频率(反射损耗<10dB)，且不影响阻尼涂料的隔音性能。
具体实施方式
下面对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请提供了一种防辐射水性阻尼涂料，其原料的重量组成主要为：
所述复合吸波剂为负载四氧化三铁的石墨烯纳米材料。
为了提高水性阻尼涂料的防电磁波性能以应用于特殊工作、生活环境，本发明提供一种针对强辐射区域的防辐射水性阻尼涂料，可以同时有效解决防辐射、隔音等问题，利于应用。
按照重量配比，本发明所述的水性阻尼涂料原料包括50％～80％的丙烯酸乳液；本发明所述的丙烯酸乳液中主体为丙烯酸酯树脂，可成水性涂膜层，优选为纯丙乳液、苯丙乳液、硅丙乳液、氟碳乳液、弹性乳液、醋丙乳液中的一种或多种混合物。本发明实施例优选采用两种丙烯酸乳液，记为丙烯酸乳液1、丙烯酸乳液2；具体如：美国瀚森6498(纯丙乳液)、巴斯夫安固力7536(苯丙乳液)、万华8016(弹性乳液)等。在本申请的具体实施例中，丙烯酸乳液1 25％～40％，丙烯酸乳液2 25％～40％；所用丙烯酸乳液要求成膜后具有良好的弹性，两种丙烯酸乳液为苯丙乳液：弹性乳液＝1:1。
所述的纯丙乳液全部采用丙烯酸酯为原料，耐候性优异。苯丙乳液(苯乙烯-丙烯酸酯乳液)是由苯乙烯和丙烯酸酯单体经乳液共聚而得，其附着力好，耐水、耐油、耐热、耐老化性能良好，技术参数：固体含量40～50％，粘度80～2000mPa·s，单体残留量0.5％，PH值8～9。硅丙乳液是将含有不饱和键的有机硅单体与丙烯酸类单体加入合适的助剂，通过核壳包覆聚合工艺聚合而成的乳液；氟碳乳液由有机氟、(甲基)丙烯酸酯、特种湿附着力单体、反应型乳化剂等用种子工艺、核壳技术聚合而成。醋丙乳液又称乙丙乳液，是以醋酸乙烯和丙烯酸丁酯为主要功能单体共聚而成的水性高分子树脂。弹性乳液为丙烯酸酯(例如丙烯酸正丁酯)与有机硅的共聚物，弹性乳液具有优异的回弹性、柔韧性、粘接性、防水性、耐候性、耐积尘性和耐紫外线等性能。
在本发明中，所述防辐射水性阻尼涂料组成包括：云母粉5％～30％，橡胶粉5％～30％。云母粉属于硅酸盐矿物，主要成分包括SiO2、Al2O3等，可起到填料的作用；橡胶粉一般由废旧橡胶材料如废旧轮胎加工成橡胶颗粒。云母粉是主要填料；云母粉与橡胶粉在涂料中皆起到阻尼作用，提升阻尼、隔音性能。本发明所述的云母粉的粒径在200～500目之间，用量优选为10～25wt％。本发明所述的橡胶粉的颗粒粒径在50～200目之间，用量优选为6～20％。本发明具体实施例中，云母粉与橡胶粉的质量比例为4：1～2。
在上述水性阻尼涂料体系的基础上，本发明创新加入新型防辐射材料，其为负载四氧化三铁的石墨烯纳米材料，提升阻尼涂料的吸波性能。石墨烯是一种由sp2杂化碳原子组成的二维纳米材料，具有优异的导电性、超高的比表面积和超低密度等特性，是理想的介电损耗型微波吸收材料；但石墨烯是电阻型损耗材料，无磁性，单独使用不满足宽频段吸收电磁波的需求。而磁性粒子如Fe3O4和羰基铁粒子由于其较强的磁导率可以用来吸收电磁波，但其密度高、吸收带宽窄，适用性受限制。电磁波总损耗由磁损耗和电损耗决定，本发明将磁性材料Fe3O4与石墨烯负载结合，通过阻抗匹配获得更好的吸波效果。
本发明实施例中创新采用负载四氧化三铁的石墨烯纳米复合吸波剂，首先对石墨烯进行表面修饰，在石墨烯表面包覆一层聚多巴胺薄膜，使其表面二次功能化，然后此聚多巴胺复合石墨烯负载磁性颗粒Fe3O4，增强阻抗匹配，提高复合材料的吸波性能。
其中，聚多巴胺具有大量儿茶酚结构，具有超强的黏附性。聚多巴胺利用自身的黏附性来将纳米粒子帮包裹，进而形成“纳米衣”，使纳米粒具有聚多巴胺的特性。儿茶酚结构使纳米粒带负电，强静电排斥力使聚多巴胺包裹的纳米粒表现出极强的稳定性。另外，儿茶酚结构是多价金属离子的强配位体，如铁离子、锌离子、铜离子、铈离子等。因此，聚多巴胺可通过金属离子配位间接吸附其他分子。
在本发明的实施例中，制备所述复合吸波剂材料所需原料的重量组成为：
本发明优选实施例将Fe3O4负载到石墨烯上以获得新型吸波剂，其具体制备工艺如下：
(1)配置多巴胺溶液，调节pH值为8，将石墨烯置入配置好的溶液中并超声10min，使石墨烯分散均匀，振荡1h，用去离子水洗涤，烘干，从而制得聚多巴胺复合石墨烯。
(2)将步骤(1)的聚多巴胺复合石墨烯浸渍于一定浓度的FeCl3溶液中，室温下水浴振荡一定时间，去离子水洗涤，烘干，优选在氮气氛围下于马弗炉中一定温度下煅烧1h，得到负载Fe3O4的石墨烯，即获得新型吸波剂材料(可称复合吸波剂)。
本发明所用石墨烯、多巴胺盐酸盐、无水FeCl3、去离子水均为市售。本发明所述的吸波剂用量为0.1～3wt％，优选为1～3％，如为1％、1.5％、2％、2.5％等。一般而言，石墨烯电磁波吸收机理以电损耗为主，主要作用在高频率。氧化铁的电磁波吸收机理以磁损耗为主，主要作用在低频率。将二者搭配使用将有助于在较宽的吸收带上实现有效电磁波吸收，然而简单的搭配使用只能在高低频段上实现有效的吸收峰，中间频段吸波性能并不理想。本发明通过聚多巴胺将二者在微观上连接，可以解决中间频段电磁波吸收的问题，这是相比于单独使用二者的主要优势。
并且，所述的防辐射水性阻尼涂料包括1％～3％重量比的偶联剂。本发明实施例所述偶联剂为硅烷偶联剂，优选为乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、苯甲基三乙氧基硅烷中的一种或多种混合物。
在本发明中，所述防辐射水性阻尼涂料优选包括：成膜助剂0.2％～5％；触变剂0.1％～5％；功能助剂0.1％～5％。
其中，本发明所用的成膜助剂优选为醇酯十二、苯甲醇和丙二醇中的一种或几种，用量优选为0.5～4％。醇酯十二的化学名称为2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯，亦称醇酯-12等。成膜助剂优选的标准为：在使用量经济实惠的同时，能够帮助涂料快速成膜固化。
本发明所用的触变剂优选为气相二氧化硅、沉淀二氧化硅、有机膨润土、高岭土中的一种或几种，用量优选为0.5～4％。气相二氧化硅也称气相白碳黑，具有优越的稳定性、增稠性和触变性；沉淀二氧化硅是沉淀白炭黑，属于湿法硅酸类产品。有机膨润土是无机有机复合物，高岭土属于粘土矿物。触变剂优选的标准为：(1)能有效减少涂料的流坠性；(2)能快速有效地调节涂料的粘度。
此外，本发明所用的功能助剂包括：分散剂、杀菌剂(也称防腐剂)、消泡剂等。本申请对分散剂、消泡剂无特殊要求，常用的市售产品即可。具体地，本发明所用的分散剂可选自分散剂SN-5027和SN-5040(丙烯酸钠盐，阴离子表面活性剂)中的一种或几种。SN-5027为疏水改性的聚丙烯酸铵盐的聚合物分散剂，具有降低研磨料粘度、改善涂料的储存稳定性、增加光泽和流平性等特点。
具体地，本发明所用的防腐剂选自异噻唑啉酮LXE等异噻唑啉酮类杀菌剂；本发明所用的消泡剂选自750矿物油。750矿物油指的是由石油所得精炼液态烃的混合物，原油经常压和减压分馏、溶剂抽提和脱蜡，加氢精制而得，该复杂的碳氢化合物主要包括直链、支链烷烃和烷基取代的环烷烃(MOSH)以及烷基取代的芳香烃(MOAH)两大类，另外还含有极少量无烷基取代的多环芳烃以及含硫、含氮化合物，可用作消泡剂。
本发明实施例加工时，该用于装配式建筑的防辐射水性阻尼涂料的制备方法具体如下：
(1)搅拌机加入丙烯酸乳液1、丙烯酸乳液2，搅拌5min，加入分散剂，获得分散性良好的乳液；
(2)在(1)所得乳液中加入成膜助剂、偶联剂、杀菌剂，搅拌10min，制备与无机填料相容性优良的乳液***；
(3)将云母粉、橡胶颗粒及吸波剂加入上述乳液***中搅拌，可搅拌20min，加入消泡剂去除气泡；
(4)将触变剂分阶段加入(3)所得液体组合物，快速搅拌，观察液体组合物的粘度，在此过程中偶联剂会与云母粉等填料进一步形成Si-O-Si网络结构；再次搅拌10min后，即可获得防辐射水性阻尼涂料(常温下，粘度约在250Pa·s左右)。
上述制备过程中，分散性良好、相容性优良的表征可以以填料加入前后力学性能的变化作为参考。一般而言，无机填料的加入一般会造成涂料断裂伸长率的减小，而分散性良好、相容性良好的乳液体系在加入无机填料后则在最大程度上减小了力学性能的影响。
此外，本发明还提供了如前文所述的防辐射水性阻尼涂料在装配式建筑中的应用。
本发明实施例通过新型吸波剂的加入，使得传统的水性阻尼涂料最大反射率可达-50dB，有效吸收带宽11GHz左右，能够起到良好的吸波效果。在-10℃到60℃条件下复合损耗因子大于0.3，说明针对装配式建筑的防辐射水性阻尼涂料具有良好的隔音效果。
为了更好理解本发明技术内容，下面提供具体实施例，对本发明做进一步的说明。在本发明中，在未作相反说明的情况下，本发明中涉及的量均为质量百分比。
对比例1
原料配方对应表1中的1#，水性阻尼涂料的制备方法如下：
(1)搅拌机加入丙烯酸乳液1、丙烯酸乳液2，搅拌5min，加入分散剂，获得乳液；
(2)加入成膜助剂、偶联剂、杀菌剂，搅拌10min，制备乳液***；
(3)将云母粉、橡胶颗粒加入乳液***中搅拌，搅拌20min，加入消泡剂；
(4)将触变剂分阶段加入上述的液体组合物，快速搅拌，观察液体组合物的粘度，再次搅拌10min后，获得水性阻尼涂料。
实施例1
1、新型吸波剂的制备方法如下：
(1)配置1L pH值为8的多巴胺溶液将2g石墨烯置入配置好的溶液中并超声10min，振荡1h，用去离子水洗涤，烘干，制得聚多巴胺复合石墨烯。
(2)将聚多巴胺复合石墨烯浸渍于1L的0.35mol/LFeCl3溶液中，室温下水浴振荡30min，去离子水洗涤，烘干，在氮气氛围下于马弗炉中650摄氏度下煅烧1h，得到负载Fe3O4的石墨烯纳米材料，即为新型吸波剂材料。
2、防辐射水性阻尼涂料的制备方法如下，原料配方对应表1中的2#：
(1)搅拌机加入丙烯酸乳液1、丙烯酸乳液2，搅拌5min，加入分散剂，获得乳液；
(2)加入成膜助剂、偶联剂、杀菌剂，搅拌10min，制备乳液***；
(3)将云母粉、橡胶颗粒及吸波剂加入乳液***中搅拌，搅拌20min，加入消泡剂；
(4)将触变剂分阶段加入上述液体组合物，快速搅拌，观察液体组合物的粘度(约在250Pa·s左右)，再次搅拌10min后，获得防辐射水性阻尼涂料。
实施例2-8
按照表1配方3#-9#和实施例1的方法，分别制备防辐射水性阻尼涂料。
以上实施例中：
所用丙烯酸乳液为苯丙乳液：弹性乳液＝1:1，为普通市售产品。
所用云母粉为500目。
所用橡胶粉为100目。
所用分散剂为SN-5040。
所用杀菌剂为异噻唑啉酮LXE。
所用消泡剂为750矿物油。
所用成膜助剂为醇酯12。
所用偶联剂为KH550，添加量为5mL。触变剂为纳米气相SiO2，添加量为5g，两者为常见填料不再在表格中列出。
所述实验温度为测试损耗因子的温度，其他测试项目均为室温。
表1.实施方案的配方1-9#
对上述涂料进行性能测试，结果如下：
表2：实施方案1-9#涂料性能测试结果
注：1.电磁波吸收率采用弓形法进行测试，所用为AV3629D矢量网络分析仪，测试频率范围为2-18GHz，样品尺寸为180mm×180mm，厚度为5mm。
2.采用国标GB/T 18258-2000方法，测试不同温度下的阻尼系数。
3.耐盐水按照GB/T763规定的试验方法进行试验。
4.实干时间的测定依据GBT 9755-2014规定，采用国家标准GB1728-79(89)的测试方法，即将一张定性滤纸放到涂膜的表面上，用200g的砝码压在滤纸上，然后开始计时，30s后拿下砝码将涂膜片倒置，察看定性滤纸是否自由下落。若能自由下落则表示涂膜以达到实干。
由以上实施例可知，最大反射率小于-50dB时，本发明有效吸收带宽11GHz左右，能够起到良好的吸波效果。在-10℃到60℃条件下复合损耗因子大于0.3，说明针对装配式建筑的防辐射水性阻尼涂料具有良好的隔音效果。所述的水性阻尼涂料具有较宽的有效电磁波吸收频率(反射损耗<10dB)，且不影响阻尼涂料的隔音性能。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
Claims (10)
1.一种防辐射水性阻尼涂料，其特征在于，其原料的重量组成主要为：
所述复合吸波剂为负载四氧化三铁的石墨烯纳米材料。
2.根据权利要求1所述的防辐射水性阻尼涂料，其特征在于，所述复合吸波剂按照以下步骤制得：将石墨烯与多巴胺溶液混合反应，得到聚多巴胺复合石墨烯；将所述聚多巴胺复合石墨烯与氯化铁混合后煅烧，得到负载四氧化三铁的石墨烯纳米材料。
3.根据权利要求1所述的防辐射水性阻尼涂料，其特征在于，所述丙烯酸乳液选自纯丙乳液、苯丙乳液、硅丙乳液、醋丙乳液、氟碳乳液和弹性乳液中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的防辐射水性阻尼涂料，其特征在于，所述云母粉的粒径在200～500目之间；所述橡胶粉的粒径在50～200目之间。
5.根据权利要求1所述的防辐射水性阻尼涂料，其特征在于，所述偶联剂选自乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷和苯甲基三乙氧基硅烷中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的防辐射水性阻尼涂料，其特征在于，所述触变剂选自气相二氧化硅、沉淀二氧化硅、有机膨润土和高岭土中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的防辐射水性阻尼涂料，其特征在于，所述成膜助剂选自醇酯十二、苯甲醇和丙二醇中的一种或几种。
8.根据权利要求1-7任一项所述的防辐射水性阻尼涂料，其特征在于，所述防辐射水性阻尼涂料还包括功能助剂0.1％～5％；所述功能助剂包括分散剂、杀菌剂和消泡剂。
9.根据权利要求8所述的防辐射水性阻尼涂料，其特征在于，所述杀菌剂选自异噻唑啉酮类杀菌剂；所述消泡剂选自矿物油。
10.如权利要求1-9任一项所述的防辐射水性阻尼涂料在装配式建筑中的应用。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115612334A (zh) * | 2022-09-24 | 2023-01-17 | 广东安捷伦新材料科技有限公司 | 一种雷达易感应吸波涂料及其制备方法 |
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