一种水性隔音涂料及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于建筑涂料技术领域，具体涉及一种水性隔音涂料及其制备方法和应用。

背景技术

城市的快速发展使得建筑环境复杂化，越来越多的住宅和工作场所注重环境生态，大多将硬景观绿化作为环境建设主要内容，而较少关注声、光、热等物理环境的建设，其中复杂环境中的声污染已成为除水污染、大气污染、固体废弃物污染的第四大主要环境问题，危害性日益突出。随着人民生活水平的提高和科技的发展，声环境问题越来越受到建筑设计人员的重视，如何有效进行建筑声管理，强化建筑防躁降噪能力已成为中心住宅区和基础设施面临的重要问题。

为规范建筑声学设计，我国先后制定了《国产机动车辆允许噪音标准》、《工业企业噪声卫生标准》、《城市区域环境噪声标准》、《住宅隔声标准》、《民用建筑隔声设计规范》与《绿色建筑评价标准》等，已逐步将建筑环境声管理从指导型向强制型过渡。

目前，控制噪音的途径主要分为控制振源与声源，和隔断振动与噪声传递。控制振源是从噪音源头进行干预，具有治本效果，但由于大多噪音声源是客观存在的，因此相关研究大多着重于声音传播控制。根据控制原理的不同，常用控制噪音传播的方法分为吸声和隔声，前者主要采取具有多孔结构的阻尼材料降低声波反射，后者利用重质材料或面密度较大材料阻挡声波传播。因此，传统的隔声材料比较笨重，加工性能差，生产成本高，极大限制了其应用范围。随着人们对生活环境和质量的要求越来越高，对于轻质、易加工成型的隔声材料需求越加强烈，其中隔音涂料由于其简单的生产制造过程、良好的施工性、以及灵活的可设计性受到研究者的广泛重视。然而目前大部分的隔音涂料实质应用的都是吸音原理的隔音，主要通过阻尼原理使声波在涂层内部得到耗散从而起到降噪功能，但由于技术限制和材料局限性，无法达到阻断声波传播的功能，引起其性能受到限制。

也有一些专利试图在聚合物水泥防水涂料中增加隔音材料，以增加其隔音效果。如中国专利CN110482944A公开了一种具有隔热隔音功能的水性防水涂料，由液料和粉料按重量比1:3～5组成；液料是由以下重量份的原料组成：苯丙乳液一号25～30份、苯丙乳液二号25～30份、防腐剂0.1～0.2份、分散剂0.2～0.3份、消泡剂0.1～0.2份和去离子水40～50份；粉料是由以下重量份的原料组成：水泥35～55份、石英砂35～45份、石英粉1～5份、改性隔热材料10～15份、改性隔音材料5～10份、纤维素醚0.02～0.05份、减水剂0.4～0.5份，其将粉料粉碎成超微粉后与液料进行充分混合，使得液料和粉料之间充分交联，使得隔热、隔音改性聚合物能较好的分散于其他微粒间进行充分渗透交联，以进一步提高制备涂料的防水性能，并兼具隔音、隔热的功能。然而该防水涂料主要通过两种苯丙乳液的复配改进其防水性能，所述隔音材料是由空心玻璃微珠、丁腈橡胶胶粉和活性炭混合而成，主要通过空心结构和阻尼橡胶增加声波振动耗散到达消音作用，从本质上讲属于吸音材料，并未测试其实际隔音效果。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有的无机隔音涂料隔音效果不够好和环保性的问题，而提供一种改进的水性隔音涂料及其制备方法，使其具有隔音和吸音双重声波阻隔耗散效果。

本发明的第二目的是提供一种隔音效果更好且结构性能稳定的楼板。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种水性隔音涂料，包括第一组分和第二组分，所述第一组分包括高分子弹性乳液，所述第二组分包括水泥、填料和隔音材料，所述水泥、填料和隔音材料的质量比为1：0.1～10：0.6～10，所述隔音材料为弹性阻尼橡胶、云母粉和无石棉矿物纤维按质量比1:0.05～0.5:0.1～1组成，所述水性隔音涂料还包括纳米硅酸钠。

根据本发明的一些实施方式，所述弹性阻尼橡胶为丁苯橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶、丁基橡胶、丁腈橡胶、硅橡胶、氟橡胶、聚氨酯橡胶中的一种或几种的组合。

根据本发明的一些实施方式，所述弹性阻尼橡胶中含有质量分数1～10％的玻璃纤维。优选地，所述弹性阻尼橡胶中含有质量分数5～10％的玻璃纤维。

根据本发明的一些实施方式，所述纳米硅酸钠的粒径为小于等于800nm。优选地，所述纳米硅酸钠的粒径为100～800nm。

根据本发明的一些实施方式，所述云母粉为绢云母、白云母中的一种或多种的组合。

根据本发明的一些实施方式，所述云母粉的粒径为150～400目。

根据本发明的一些实施方式，所述无石棉矿物纤维为玄武岩纤维；和/或，所述无石棉矿物纤维的平均长度为1～4mm。

根据本发明的一些实施方式，所述水泥、填料和隔音材料的质量比为1：0.5～4：1～6。

根据本发明的一些实施方式，所述弹性阻尼橡胶、云母粉和无石棉矿物纤维按质量比1:0.05～0.2:0.2～0.5。

根据本发明的一些实施方式，所述纳米硅酸钠为所述第二组分的一种原料，或者，所述纳米硅酸钠作为所述水性隔音涂料的第三组分的一种原料，当所述纳米硅酸钠作为所述第二组分的一种原料时，所述水泥与纳米硅酸钠的质量比为1:0.01～0.3；当所述纳米硅酸钠作为所述第三组分的一种原料时，所述第三组分为将硅酸钠溶于水中形成的纳米硅酸钠水溶液，所述水泥与硅酸钠的质量比为1:0.01～0.3。

优选地，当所述纳米硅酸钠作为所述第二组分的一种原料时，所述水泥与纳米硅酸钠的质量比为1:0.02～0.2；当所述纳米硅酸钠作为所述第三组分的一种原料时，所述水泥与硅酸钠的质量比为1:0.02～0.2。更优选地，当所述纳米硅酸钠作为所述第二组分的一种原料时，所述水泥与纳米硅酸钠的质量比为1:0.04～0.15；当所述纳米硅酸钠作为所述第三组分的一种原料时，所述水泥与硅酸钠的质量比为1:0.04～0.15。

在一些具体实施方式中，所述水性隔音涂料包括所述第一组分、第二组分和第三组分，所述第三组分为硅酸钠溶于水中形成的纳米硅酸钠水溶液。

根据本发明的一些实施方式，所述高分子弹性乳液为乙烯-醋酸乙烯酯共聚物乳液、丙烯酸乳液中的一种或几种的组合。进一步地，所述高分子弹性乳液的固含量大于等于50％。

在一些具体实施方式中，所述高分子弹性乳液的玻璃化转变温度为-40～10℃，具体如塞拉尼斯1356(固含量为55％，玻璃化转变温度为-10℃)、瓦克

优选地，所述高分子弹性乳液的最低成膜温度为0℃以下。

所述高分子弹性乳液的成膜温度低，易于施工，能够适应冬季天气，同时玻璃化转变温度较低，能够增加涂层弹性和应变能力。

根据本发明的一些实施方式，所述水泥为普通硅酸盐水泥，如42.5R。

根据本发明的一些实施方式，所述填料至少包含重钙，且所述重钙的质量占所述填料质量40～100％。进一步地，所述重钙的粒径为300～600目。

进一步地，所述填料还可以选择性包括滑石粉、石英粉中的一种或几种的组合。进一步地，所述滑石粉的粒径为300～600目，所述石英粉的粒径为200～400目。

根据本发明的一些实施方式，所述第一组分和第二组分的质量比为1:0.5～1.5。

根据本发明的一些实施方式，所述第一组分的原料还包括分散剂、消泡剂、成膜助剂、防腐剂中的一种或几种的组合；和/或，

所述高分子弹性乳液的固含量大于等于50％，按重量份计，所述第一组分的原料包括：

按重量份计，所述第二组分的原料包括：

本发明采取的第二技术方案为：一种上述所述的水性隔音涂料的制备方法，所述纳米硅酸钠为所述第二组分的一种原料，或者，所述纳米硅酸钠作为所述水性隔音涂料的第三组分的一种原料，所述的水性隔音涂料的制备方法包括以下步骤：

(1)制备第一组分：使第一组分的所有原料进行混合得到所述第一组分；

(2)制备第二组分：使第二组分的所有原料进行混合得到所述第二组分；

或者，所述制备方法还包括制备第三组分的步骤，所述第三组分的制备包括使硅酸钠溶解于水中得到纳米硅酸钠的水溶液，即为所述第三组分。

本发明采取的第三技术方案为：一种楼板，包括用隔音层，所述隔音层为由上述所述水性隔音涂料形成的隔音涂层。

根据本发明的一些实施方面，所述楼板包括依次设置的结构楼板、所述隔音涂层、干硬性砂浆层和瓷砖。所述结构楼板为钢筋混凝土楼板。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

本发明以高分子弹性乳液作为第一组分的主体材料，以水泥、填料及特定的隔音材料作为第二组分的主体材料配合纳米硅酸钠，制备的隔音涂料能够形成具有高面密度的柔性隔音涂层，一方面，利用水泥和纳米硅酸钠与高分子弹性乳液反应形成的无机交联网络材料配合填料的使用使得隔音涂层具有更高的面密度，另一方面，结合由弹性阻尼橡胶、云母粉和无石棉矿物纤维构成的隔音材料的使用，能够获得兼具减震、隔音和吸音三重功能的隔音涂层，具有更好的隔音效果。

具体实施方式

针对现有的聚合物水泥基涂料形成的涂层的隔音效果不好，本发明以高分子弹性乳液作为第一组分的主体材料，以水泥、填料及特定的隔音材料作为第二组分的主体材料配合纳米硅酸钠，制备水性隔音涂料，一方面，利用水泥和纳米硅酸钠和高分子弹性乳液反应形成无机-无机-有机互穿交联三网络材料，增加涂层致密性的同时通过填料填充获得更高的涂层面密度，提升隔音效果；另一方面，结合由弹性阻尼橡胶、云母粉和无石棉矿物纤维构成的隔音材料的使用形成具有一定弹性的高阻尼结构，其中片状云母分散在无机交联网络材料中延长声波传导路径，并与互穿网络结构形成阻尼界面，弹性阻尼橡胶颗粒状搭接在云母片层结构之间增加无机基体的回弹性，而无石棉矿物纤维柱状分散在无机交联网络材料中，与片状云母协同形成支撑结构，增加阻尼界面同时提高涂层机械强度。上述结构具有由有机无机互穿网络所形成的多重阻尼界面，在隔音作用的基础上提供高的声波内耗散效果，使得隔音涂层不仅具有弹性，还兼具减震、隔音和吸音三重功能，并提供较好的结构性能稳定性。

进一步地，本发明选用含有一定量玻璃纤维的弹性阻尼橡胶，玻璃纤维分散在橡胶内部使橡胶颗粒在涂层内部形成分散的阻尼结构单元，进一步增加阻尼作用，同时使涂层具有优异的回弹性和形状保持能力。

下面结合具体实施例详细说明本发明的技术方案，以便本领域技术人员更好理解和实施本发明的技术方案，但并不因此将本发明限制在所述的实例范围之中。

以下实施例及对比例中部分原料来源如下：

高分子弹性乳液：塞拉尼斯的CP149、巴德富的RS-300A丙烯酸乳液；

分散剂：比克化学的DISPERBYK-190；

消泡剂：比克化学的BYK-022；

成膜助剂：伊斯曼的HY-1800；

防腐剂：南京天诗蓝盾生物科技有限公司的LD02；

水泥：峨眉山水泥有限公司的42.5R；

重钙：浙江群丰钙业有限公司，粒径400目；

滑石粉：江阴市广源超微粉有限公司，GY900，325-600目；

石英粉：富彩矿物制品有限公司，300目；

粉状硅酸钠：唐山滦硕无机硅化物有限公司，速溶粉状硅酸钠；

弹性阻尼橡胶：氯丁橡胶粉，常州瑞邦高分子材料有限公司，含有约5％的玻璃纤维，60目；丁苯橡胶，蓝田县宏瑞工业橡胶，含有约5％的玻璃纤维。

云母粉：深圳市海扬粉体科技有限公司的HY-M1，粒径为20～45μm；

无石棉矿物纤维：灵寿县岩龙矿产品加工厂，玄武岩纤维，平均长度约为4mm，平均直径约为2μm。

实施例1

本实施例提供的水性隔音涂料的原料如表1所示，其通过以下方法制备得到：

(1)隔音材料的制备

将弹性阻尼橡胶、云母粉和无石棉矿物纤维加入高速干粉混合机中，室温搅拌均匀，得到隔音材料，其中，弹性阻尼橡胶、云母粉和无石棉矿物纤维的质量比为1:0.1:0.4，其中，弹性阻尼橡胶为氯丁橡胶粉，含5％玻璃纤维；

(2)第一组分的制备

将高分子弹性乳液(CP149)和水加入混合釜中，在60℃下搅拌25min后加入分散剂、消泡剂、成膜助剂和防腐剂，继续分散搅拌20min，得到第一组分；

(3)第二组分的制备

将水泥、重钙、滑石粉、石英粉和隔音材料加入高速干粉混合机中，在室温下搅拌混合均匀，得到第二组分；

(3)第三组分的制备

将粉状硅酸钠溶于水中形成浓度为5％的纳米硅酸钠水溶液，得到第三组分；

(4)水性隔音涂料的制备

按照第一组分和第二组分的质量比为1:1、水泥与硅酸钠的质量比为1:0.1，将第一组分、第二组分和第三组分混合搅拌均匀，得到水性隔音涂料。

实施例2

本实施例提供的水性隔音涂料，与实施例1的不同之处在于：高分子弹性乳液选用巴德富的RS-300A丙烯酸乳液。其他同实施例1。

实施例3

本实施例提供的水性隔音涂料，其原料配方如表1所示，其他同实施例1。

实施例4

本实施例提供的水性隔音涂料，其原料配方如表1所示，且本例中，水泥与硅酸钠的质量比为1:0.075，其他同实施例1。

实施例5

本实施例提供的水性隔音涂料，其原料配方如表1所示，且本例中，水泥与硅酸钠的质量比为1:0.05，其他同实施例1。

实施例6

本实施例提供的水性隔音涂料，其原料配方如表1所示，其他同实施例1，其中，弹性阻尼橡胶为丁苯橡胶，含5％玻璃纤维。

对比例1

本对比例提供的水性隔音涂料，与实施例1的不同之处在于：不含第三组分，其他同实施例1。

对比例2

本对比例提供的水性隔音涂料，与实施例1的不同之处在于：隔音材料中不添加云母粉，其他同实施例1。

对比例3

本对比例提供的水性隔音涂料，与实施例1的不同之处在于：隔音材料中不添加无石棉矿物纤维，其他同实施例1。

对比例4

本对比例提供的水性隔音涂料，与实施例1的不同之处在于：弹性阻尼橡胶选用不含玻璃纤维的弹性阻尼橡胶，具体为氯丁橡胶粉，其他同实施例1。

对比例5

本对比例提供的水性隔音涂料，与实施例1的不同之处在于：隔音材料的用量为5份，其他同实施例1。

表1为实施例1～6的双组份水性隔音涂料的原料配方(按重量份计)

对实施例1～6和对比例1～5的双组份水性隔音涂料进行性能测试，结果如表2和表3所示。其中，干密度参照GB 14907-2018进行测试；表干时间、实干时间参照GB/T 1728-2020进行测试；粘结强度参照JG/T 24-2018进行测试；柔韧性参照GB/T 1731-2020进行测试；抗压强度参照GB/T 14907-2018进行测试；耐水性、耐碱性参照GB/T 1733-1993进行测试；涂层耐温变形参照JG/T 25-2017进行测试；损耗因子参照GB/T16406-1996进行测试；计权标准化撞击声压级参照GB/T19889.7-2005进行测试，以钢筋混凝土结构楼板+3mm涂料+40mm干硬性砂浆+10mm瓷砖作为测试样品。

表2为实施例1～6的双组份水性隔音涂料的性能测试结果

表1中的计权标准化撞击声压级采用的样品是钢筋混凝土结构楼板+3mm涂料+40mm干硬性砂浆+10mm瓷砖作为测试样品，更加贴近涂料的实际使用场景。

表3为对比例1～5的水性隔音涂料的性能测试结果

本发明代表性实施例中，在本申请的配方下，通过多种吸音功能的成分配合使用构成隔音材料，利用涂层的高弹性达到减震缓冲效果，增强声波在涂层内部耗散，同时重质填料使得涂层具有更高的面密度，提高声波在涂层界面的阻隔作用，3mm薄涂即可达到国家绿色建筑评价标准的隔音吸音效果。并且本发明的水性隔音涂料采用全水性体系，相比传统隔音涂料具有轻质、净味、无有机溶剂挥发等优点。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。