互穿网络结构阻尼涂料研究进度.源泉

互穿络结构阻尼涂料研究进度

王进杨军（株洲时代新材料科技股份有限公司湖南株洲412007）；张晓君丁智平（湖南工业大学包装与印刷学院湖南株洲412007）

一、前言

聚合物基阻尼涂料是一种以聚合物为基质的功能材料，能够减少各种机械振动产生的振动及噪音，提高机械的精度及寿命，消除振动及噪音产生的环境污染。20世纪50年代，西德首先研制出高聚物粘弹阻尼涂料，因其性能优异、价格低廉、使用方便而广泛用于各种设备的减振消噪音。目前，阻尼高分子材料的设计与研究是国内外关注的热点之一，已有许多高分子聚合物用于减振消噪音系统中。

互穿络(IPN)聚合物是近年发展起来的一类综合性能良好的高分子材料。由于各聚合物络之间互相交叉渗透、机械缠结，起着强迫互容和协同效应作用，为改善聚合物的性能提供了一种有效方法。这一研究领域正引起众多学者的关注。本文总结了近年来国内IPN阻尼涂料的研究进展。

二、聚氨酯/聚丙烯酸酯IPN阻尼涂料

这是研究较多的一类阻尼涂料。秦东奇等人制备了℃的宽温域聚氨酯/聚甲基丙烯酸甲酯(PU/PMMA)IPN阻尼涂料，并且发现加入填料能明显加宽温域，提高阻尼效果。加入石墨、玻璃棉、云母、μm玻璃微球、μm玻璃微球，5种填料的结果表明，不同填料的较佳添加量不同，取得的阻尼效果也相异，，多数以10%为较佳，其中玻璃棉和μm微珠的阻尼因子(tanδ)大于0.5的温度区间都达到110℃(通常tanδ>0.3即可作为一种阻尼涂料)，预示着其是一种具有应用开发前景的阻尼涂料。

李文安利用二步合成法合成了PU/PMMA互穿聚合物阻尼涂料，当PU/PMMA质量比为80/20，NCO/OH为1.5时，采用丙酮作溶剂，同时添加一定量的石墨或云母粉，作为涂料具有很好的成膜性能和阻尼性能。

唐冬雁等以甲苯二异氰酸酯预聚体与聚醚反应，合成了一系列高温固化的聚醚氨酯，用于与体型PMMA的IPN研究。研究发现：-NCO与-OH的组分比及交联密度对络材料的阻尼性能有明显的影响，随-NCO/-OH比例的减小，PU络的完善程度增大；随有效交联密度增大，材料的混容性增加，二者共同作用使材料耗损能量的能力增加，表现出良好的阻尼性能；而当PU与PMMA的组分比为60/40时，IPN的阻尼性能较好，其Tg范围在-℃。

由于聚丙烯酸酯玻璃化转变温度(Tg)温度较高，2种聚合物形成IPN后，可以制备温度范围达100℃以上的宽温域阻尼涂料。并且聚氨酯(PU)分子内含有软段和硬段两相组分，通过采用不同的结构聚氨酯可以合成一系列IPN阻尼涂料，并且该系列的阻尼涂料的力学性能、热性能和耐水性等性能可以加以控制和调节。

三、聚氨酯/环氧树脂(EP)IPN阻尼涂料

由于EP种类对IPN的相分离影响很大，双酚A型EP与PU可以形成相容性较好的IPN，表现出较宽的Tg峰，阻尼性能好。李玉玮等人采用同步法，制备了一系列PU/EP涂料，研究了多元醇类型、催化剂用量及各种无机填料对涂料性能和涂层力学性能的影响。其中，用聚乙二醇(PEG)、端羟基己二酸乙二醇酯(PES)合成的IPN涂料，阻尼性能远好于蓖麻油制备的涂料。

韩孝真等人研究了蓖麻油(CO)PU与端羟基丁腈(HTBN)改性的环氧IPN，环氧改性后，橡胶态的HTBN在环氧中形成“PhasewithinPhase”结构，相畴减小，DMA谱显示一个宽的Tg峰，并且Tg随EP含量增加而上升，通过改变EP用量可以得到各种适用温域的阻尼涂料。而当PU软段改为PTMG后，却表现出明显的不相容，这可能和PTMG软段与EP中HTBN的极性相差太大，相容性不好有关。

决定PU/EPIPN相容性的关键因素是PU软段与EP的相容性，常用的PPG、PEG、HTBN以及聚酯等PU软段由于均含有极性基团，与双酚A环氧有良好的相容性，所得IPN的相容性也较好，表现出良好的阻尼性能；而HTBN极性极低，与EP不相容，IPN表现出明显的相分离，同样对于极性很大的软段(如HTBN)与极性不高的EP(如脂肪族EP)互穿也会表现出明显的不相容，其阻尼性能较差。

由于环氧树脂的高强度、模量、热稳定性和耐水性等优点，预计该种涂料的耐水性、各种粘结性能和力学性能将得到极大改善，因此在开发新一代的阻尼涂料中具有重要意义。

四、聚氨酯/乙烯基聚合物IPN阻尼涂料

PU与乙烯基聚合物可以形成很多种IPN，如PU/聚苯乙烯(PS)IPN。由于乙烯基单体种类繁多，可以自由选择不同软硬的单体得到各种Tg的IPN。另外，进行IPN时，PU为逐步聚合，而乙烯基聚合为自由基聚合，所以聚合时相互干扰少，形成较理想的IPN。国内对PU与乙烯基聚合物的研究十分活跃，陈宝铨等人研究了不同软段PU/PMMAIPN的相容性，当软段溶解度参数与PMMA接近时，形成的IPN相容性较好，如软段为聚环氧氯丙烷(PECH)时，IPN只显示一个玻璃化温度峰，而软段为聚环氧乙烷(PPG)、聚环氧丙烷(PEG)、丁羟(HTPB)时，由于它们与PMMA溶解度参数相差大，表现出明显的相分离。相容性较好的(PECH)PU/PMMAIPN的进一步研究表明：

(1)PU硬段含量提高，相分离加剧，当三羟甲基丙烷(TMP)/PECH0.3的温度区间较宽，可达170℃。此外，对于阻尼性能好的丁基橡胶，由于高阻尼值的有效阻尼功能区主要集中在低温部分，为拓展丁基橡胶阻尼功能区，王建华等选取CIIR为基体材料，根据PMAc的Tg和其单体对CIIR的溶胀性能，采用适当的PMAc作为第2组分，与CIIR形成互穿聚合物络，利用IPN的强迫互容效应将2组分的阻尼功能区结合起来，改善了材料的高温阻尼性能。

由于丙烯酸酯类聚合物的内聚力小，产品的耐水性、附着力及粘结强度等不够理想，限制了其使用范围。所以，必须用环氧树脂、聚氨酯等对其进行改性，以拓宽应用领域。

而那些业绩让人汗颜的公司则多数属于制造业。根据wind统计显示六、结语

聚合物基阻尼涂料作为一类环保功能材料，将向着高性能、宽温域、智能化、精细化的方向发展，而现有的阻尼改性方法和研究手段都有一定的局限性，如，具有微观相分离结构的聚合物合金在扩展阻尼温度范围的同时，也不可避免地降低了阻尼峰的高度；加入小分子增塑剂尽管可以提高损耗因子，但这不仅会导致阻尼峰的半峰宽变窄，而且使材料的机械强度降低，宽温域的聚合物基阻尼涂料可以通过互穿络结构得到，但一般互穿络结构的合成工艺复杂，溶剂去除困难，成本较高。因此，在今后的研究工作中，可考虑综合利用上述方法，开发吸振效率高、高阻尼温度范围宽、应用领域广、力学性能优良、质轻价廉、易加工的阻尼涂料。