По существу бездефектное покрытие, демпфирующее звуки и вибрацию
Настоящее изобретение касается покрытия для демпфирования звука, в частности касается композиции покрытия, способа нанесения покрытия, а также основы, по меньшей мере частично покрытой композицией покрытия. Композиция для покрытия включает: (i) водную дисперсию полимерных частиц; (ii) соединение простого полиэфиркарбамата; (iii) наполнитель и (iv) неорганические микрочастицы. Материал, применяемый в качестве компонента (iii), и материал, применяемый в качестве компонента (iv) , различны. После нанесения композиции на подложку и после ее отверждения отвержденная композиция покрытия характеризуется коэффициентом потерь для демпфирующего композита, равным 0,05 или более, при частоте от 100 до 6300 Гц и содержит поверхность, которая по существу не имеет дефектов. Отвержденный слой покрытия содержит не более чем один зазор, возникший в результате пузырения, на площади 75 мм2. Изобретение позволяет получить бездефектное покрытие со значительно меньшим числом зазоров. 3 н. и 19 з.п.ф-лы, 3 табл.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение, в общем, относится к композициям покрытий для демпфирования звука.
Уровень техники
Автомобильные OEM (первоначальные производители оборудования) для облицовки днищ кузова, крышек багажника и дверей автомобилей применяют предварительно раскроенные накладки на основе асфальта или каучука, позволяющие заглушить и/или снизить дорожный шум и/или вибрации или шум и/или вибрации при работе двигателя и не допустить таким образом проникновения этих звуков в пассажирский салон транспортного средства. По ряду причин желательно применять распыляемые композиции покрытий, которые могут наноситься при помощи робототехнического оборудования. Например, такие композиции покрытий обычно обеспечивают экономию трудовых ресурсов, уменьшение количества деталей, гибкость проектных характеристик демпфирующих свойств, а также иные снижения расходов по сравнению с их аналогами на основе асфальта/каучука. Иногда в областях применения, в которых отверждение возможно только путем высушивания на воздухе, используются водорастворимые композиции покрытий или композиции покрытий с высоким содержанием твердых частиц.
Традиционно, когда водорастворимая композиция демпфирующего покрытия наносится на подложку и оставляется для высушивания, испарение воды из композиции покрытия в условиях сушки в автомобильной печи может привести к дефектам в высушенном покрытии. В рамках настоящего изобретения термин «дефекты» означает дефекты, возникшие в результате пузырения, или зазоры, возникшие в результате пузырения, которые образуются в покрытии при высыхании. В целом пузырь может быть описан как область в слое покрытия, на которой слой покрытия отделяется, образуя таким образом воздушный карман. В некоторых случаях, если рассматривать нанесенный на подложку слой покрытия, имеющий приблизительные размеры 75 мм (L)×75 мм (W)×2 мм (Т), то зазор, возникший в результате пузырения, может иметь протяженность более 13 мм при измерении вдоль плоскости, которая параллельна поверхности подложки. В других случаях длина зазора, возникшего в результате пузырения, может достигать приблизительно 75% слоя покрытия, описанного в предыдущем предложении. Следует также отметить, что эти дефекты могут возникать не только вблизи поверхности слоя покрытия, но в областях, лежащих глубоко в слое покрытия, а также вблизи поверхности раздела между слоем покрытия и подложкой.
Раскрытие изобретения
Настоящее изобретение направлено на композицию покрытия, включающую: (i) водную дисперсию полимерных частиц; (ii) соединение простого полиэфиркарбамата; (ii) наполнитель и (iv) неорганические микрочастицы; где после нанесения на подложку и после отверждения, отверженная композиция покрытия имеет коэффициент потерь для демпфирующего композита, равный 0,05 или более, при частоте, меняющейся от 100 до 6300 Гц, и содержит поверхность, которая по существу свободна от дефектов. Настоящее изобретение также направлено на способ покрытия по меньшей мере части подложки композицией покрытия, описанной в этом абзаце, а также на подложку, на которую нанесено такое покрытие.
Осуществление изобретения
В настоящем изобретении, если прямо не указано иное, то все числа, такие как числа, выражающие величины, диапазоны, количества или процентные содержания, должны восприниматься как предваряемые словом «примерно», даже если этот термин в явном виде и отсутствует. При описании любого диапазона числовых значений такие диапазоны следует понимать как охватывающие все без исключения числа и/или дроби между указанными минимумом и максимумом диапазона. Например, подразумевается, что диапазон «от 1 до 10» включает все поддиапазоны между (включительно) приведенным минимальным значением, равным 1, и приведенным максимальным значением, равным 10, а именно имеющие минимальное значение, равное или больше чем 1, а максимальное значение, равное или меньше чем 10. В настоящем изобретении термин «число» означает единицу или целое число больше единицы.
В настоящем изобретении фразы или термины, изложенные во множественном числе, включают в себя и свои эквиваленты, изложенные в единственном числе, и наоборот, если специально не указано иное. В качестве иллюстрации, но не ограничения, можно отметить, что, хотя в настоящем документе используются термины «соединение простого полиэфиркарбамата», «водная дисперсия полимерных частиц», «наполнитель», «неорганическая микрочастица», изложенные в единственном числе, в настоящем изобретении может быть использовано также и множество таких материалов. В настоящем изобретении термин «множество» означает два или более.
В настоящем изобретении термин «включает» и подобные термины означают «включает, но не ограничивается только этим».
В настоящем изобретении применение союза «или» означает «и/или», если специально не указано иное, даже несмотря на то, что союз «и/или» в некоторых случаях используется непосредственно.
В настоящем изобретении термин «молекулярная масса» означает среднюю молекулярную массу (Mw), определенную с помощью гельпроникающей хроматографии.
В настоящем изобретении термин «отверждение» относится к процессу, при котором способные к образованию сшивок компоненты покрытия по меньшей мере частично сшиваются. В некоторых воплощениях плотность сшивания компонентов, способных к образованию сшивок (т.е. степень сшивания), варьируется от 5% до 100%, например от 35% до 85% или в некоторых случаях от 50% до 85% от полного сшивания. Специалисту в данной области техники понятно, что сам факт и степень сшивания, т.е. плотность сшивания, могут быть определены с помощью целого ряда способов, таких как динамический механический термический анализ (DMTA), проводимый в атмосфере азота с применением анализатора «МК III DMTA» компании «Polymer Laboratories».
В настоящем документе отсылки к любому мономеру (мономерам) обычно означают мономер, который может быть полимеризован с другим полимеризуемым компонентом, таким как другой мономер или полимер. Если не указано иное, следует понимать, что когда мономерные компоненты реагируют друг с другом с образованием соединения, то соединение будет включать остатки таких мономерных компонентов. Например, термин «продукт реакции, включающий полиоксиалкиленамин и карбонат» означает, что продукт реакции будет включать остатки полиоксиалкиленамина и карбоната.
Композиция покрытия
Настоящее изобретение направлено на композиции покрытия, которые после того, как композиция покрытия была нанесена на подложку и отверждена, дают поверхность, по существу и/или полностью свободную от дефектов. Отверженная композиция покрытия или слой покрытия также имеют коэффициент потерь для демпфирующего композита, равный 0,05 или более, при частоте, изменяющейся от 100 до 6300 Гц. В настоящем изобретении термин «по существу и/или полностью свободен от дефектов» означает, что отверженный слой покрытия содержит не более чем один зазор, возникший в результате пузырения, на площади, равной 75 мм2. В некоторых воплощениях на такой площади не обнаруживается ни одного зазора, возникшего в результате пузырения.
Как было сказано выше, композиция покрытия настоящего изобретения включает (i) водную дисперсию полимерных частиц; (ii) соединение простого полиэфиркарбамата; (iii) наполнитель и (iv) неорганические микрочастицы. В некоторых воплощениях композиция покрытия по настоящему изобретению представляет собой водорастворимую композицию покрытия. В некоторых воплощениях компонент (ii) необязателен.
Компонент (i) включает водную дисперсию полимерных частиц. Полимерные частицы включают продукт реакции этилен-ненасыщенных мономеров. Примеры подходящих мономеров, которые могут быть использованы в настоящем изобретении, включают (не ограничиваясь ими) мономеры (мет)акрилата (например, (мет)акриловой кислоты и/или производных), стирола, сложных эфиров винилового спирта (например, винилацетата), (мет)акрилонитрила, (мет)акриламида или их комбинации. В некоторых воплощениях один или несколько этилен-ненасыщенных мономеров включают функциональную группу. Подходящие функциональные группы включают (не ограничиваясь ими) гидроксильную, карбоксильную, эпоксидную, сульфонильную, фосфорную, карбаматную группу, аминогруппу, группу мочевины, группу циклической мочевины, амидную группу или их комбинации. В некоторых воплощениях один или несколько мономеров включают уретановую группировку. В некоторых воплощениях уретансодержащий мономер может образовываться в результате реакции гидроксилэтил(мет)акрилата, полиизоцианата и моноспирта с помощью методик, известных в данной области техники. Иногда молярное соотношение гидроксилэтил(мет)акрилата, полиизоцианата и моноспирта может быть равно 1:1:1. В некоторых воплощениях полимерные частицы компонента (i) имеют морфологию ядро-оболочка. А именно полимерная оболочка может быть заполимеризована вокруг полимерного ядра.
В некоторых воплощениях полимерные частицы включают реакционно-способные функциональные группы, такие как гидроксильные группы, а также кислотные группы (например, группы карбоновой кислоты). Эти реакционно-способные функциональные группы могут выступать над поверхностью полимерной оболочки. Соответственно, в некоторых воплощениях композиция покрытия, раскрытая в настоящем изобретении, дополнительно включает сшивающее средство или отверждающее средство. Два примера сшивающих средств, которые могут быть использованы для реакции с гидроксильными функциональными группами или с функциональными группами карбоновой кислоты, включают (но не ограничиваются ими) эпоксидные и/или меламиновые соединения (например, EPONEX 1510 и CYMEL 303).
Размер полимерных частиц может варьироваться от 30 нм до 900 нм. Например, в некоторых воплощениях полимерные частицы могут варьироваться по размеру от 50 нм до 400 нм, например от 100 нм до 300 нм.
Мономеры могут быть добавлены в подходящий реакционный сосуд и реакционный процесс может быть проведен при температуре от 70°С до 95°С в течение временного периода от 1 часа до 6 часов. Помимо мономеров, в реакционный сосуд также могут быть загружены катализаторы, поверхностно-активные вещества и/или инициаторы, известные в данной области техники. Один из способов получения водной дисперсии раскрыт в патенте США №6,531,541 от колонки 7, строка 41 до колонки 10, строка 13, процитированная часть включена в настоящий документ посредством ссылки.
Компонент (и) композиции покрытия включает соединение простого полиэфиркарбамата. В некоторых воплощениях соединение простого полиэфиркарбамата представляет собой продукт реакции полиоксиалкиленамина и карбоната, такой как линейный или циклический карбонат. Подходящие для использования полиоксиалкиленамины включают (но не ограничиваются ими) полиоксиалкиленмоноамины, полиоксиалкилендиамины, полиоксиалкилентриамины, полиокситетрамины или их комбинации. В некоторых воплощениях полиоксиалкилендиамин включает соединение, имеющее следующую структуру:
(I)
H2N[R1-O]n[R3-O]m-R2-NH2,
в которой R1, R2, и R3 могут быть одинаковыми или разными и каждый может независимо предствлять собой С2-С12 алкиленовую группу и в которой (n+m) представляет собой величину более 2.
Подходящие циклические карбонаты, которые могут использоваться в соединениях простого полиэфиркарбамата компонента (ii), включают (но не ограничиваются ими) этиленкарбонат, пропиленкарбонат, бутиленкарбонат, глицеринкарбонат или их комбинации.
В некоторых воплощениях соединение простого полиэфиркарбамата получают путем загрузки в подходящий реакционный сосуд полиоксиалкиленамина и циклического карбоната. В некоторых воплощениях полиоксиалкиленамин и циклический карбонат применяют в количествах, достаточных для получения соотношения количеств эквивалентов полиоксиалкиленамина и циклического карбоната в диапазоне от 1:0,5 до 1:1,15. Реакционный сосуд затем нагревают до температуры в диапазоне от 20°С до 150°С в течение временного периода в диапазоне от 1 часа до 10 часов и получают таким образом соединения простого полиэфиркарбамата.
Компонент (iii) композиции покрытия по настоящему изобретению включает наполнитель. Подходящие наполнители включают (но не ограничиваются ими) слюду, сланцевую муку, монтмориллонитовые чешуйки, стеклянные чешуйки, металлические чешуйки, графит, тальк, железоокисный пигмент, глинистые минералы, целлюлозные волокна, минеральные волокна, углеродные волокна, стеклянные или полимерные волокна или гранулы, феррит, карбонат кальция, кальций, карбонат магния, бариты, измельченный природный или синтетический каучук, двуокись кремния, гидроксид алюминия, алюминооксидные порошки, стекловолокно, волокна двуокиси титана и их смеси. Соответственно, в некоторых воплощениях наполнитель включает неорганический наполнитель. В некоторых воплощениях наполнитель может также включать полимерный наполнитель (например, хитин).
Композиции покрытия могут включать наполнитель в количестве от 20 до 90 процентов по массе по отношению к общей массе композиции покрытия. В некоторых воплощениях композиции покрытия могут включать от 50 до 80 процентов по массе наполнителя по отношению к общей массе композиции покрытия.
Компонент (iv) композиции покрытия включает неорганические микрочастицы. Подходящие материалы, которые могут использоваться в качестве неорганических микрочастиц, включают (но не ограничиваются ими) хитин, двуокись кремния, полученную из рисовых отрубей, стеклянные гранулы (например, сферические стеклянные гранулы), полимерные гранулы с полостью или твердотельные (например, вспениваемые микросферы и/или гранулы), каучук (например, каучук, который измельчили до размера микрочастиц), осажденный карбонат кальция, осажденная двуокись кремния, коллоидная двуокись кремния или их комбинации. Поскольку материалы, перечисленные выше в связи с компонентом (iii), также могут быть применены в качестве неорганических микрочастиц компонента (iv), следует отметить, что материал, примененный в качестве компонента (iii), и материал, примененный в качестве компонента (iv), должны быть различными, а не одинаковыми. Например, если в качестве микрочастиц компонента (iv) применяют стеклянные чешуйки, то компонент (iii) не должен включать стеклянные чешуйки. Вместо этого компонентом (iii) может быть любой другой из перечисленных выше материалов.
В некоторых воплощениях неорганические микрочастицы (iv) составляют от 5 процентов по массе до 30 процентов по массе от композиции покрытия по отношению к общей массе композиции. В некоторых воплощениях неорганические микрочастицы (iv) могут составлять от 10 процентов до 25 процентов по массе по отношению к общей массе композиции.
В некоторых воплощениях композиция покрытия по настоящему изобретению дополнительно включает раствор, включающий резорцин и соединение карбоната. В некоторых воплощениях соединение карбоната включает пропиленкарбонат.
Описанная выше композиция покрытия может дополнительно включать один или несколько полимерных пленкообразующих материалов, химически отличающихся от рассмотренных выше полимерных микрочастиц. Полезные полимерные пленкообразующие материалы включают полиэпоксиды, полиуретаны, полиамиды, сложные полиэфиры, полиакрилаты, поливинилхлориды или их смеси. В некоторых воплощениях эти полимерные пленкообразующие материалы включают реакционно-способную функциональную группу, которую выбирают из группы, включающей гидроксильную, карбоксильную, карбаматную, эпоксидную группу, изоцианат, ацетоацетат, соли аминов, меркаптан и их комбинации. Если полимерный пленкообразующий материал включает реакционно-способную функциональную группу, то композиция покрытия также может включать отверждающее средство или сшивающее средство, которое способно вступать в реакцию с реакционно-способной функциональной группой полимерного пленкообразующего материала. Подходящие сшивающие средства, которые могут быть применены, включают (но не ограничиваются ими) аминопласты, полиизоцианаты (включая блокированные изоцианаты), полиэпоксиды, бета-гидроксиалкиламиды, поликислоты, ангидриды, металлоорганические кислотно-функциональные материалы, полиамины, полиамиды, циклические карбонаты, силоксаны или их комбинации. Выбор подходящего типа сшивающего средства будет зависеть от реакционно-способных функциональных групп полимерного пленкообразующего материала.
В некоторых воплощениях в композицию покрытия включают полиакрилатный пленкообразующий материал, такой как ACRONAL DS 3502, представляющий собой полиакрилатную сополимерную эмульсию, полученную из метилакрилата, бутилакрилата, метилметакрилата и метакриловой кислоты.
Обычно пленкообразующий материал присутствует в композиции покрытия в количестве от 1 процента до примерно 40 процентов по массе, например от примерно 5 процентов до 30 процентов по массе, по отношению к общему твердому смолообразному веществу композиции покрытия.
Кроме того, в композицию покрытия может быть включен один или несколько пластификаторов, описанных в предыдущих параграфах. Подходящие пластификаторы, которые могут быть использованы, включают (но не ограничиваются ими) адипаты, бензоаты, глутараты, изофталаты, фосфаты, сложные (поли)эфиры, себацинаты, меллитаты (например, тримеллитат), азелаинат, цитрат, сульфонамиды, терефталаты, гликоль, бензилфталат или их комбинации. Количество пластификатора может варьироваться от 0,1 процента до 50 процентов по массе по отношению к общей массе композиции покрытия.
Композиция покрытия по настоящему изобретению также может включать целый ряд необязательных ингредиентов и/или добавок, которые в определенной степени зависят от конкретного применения композиции. Эти необязательные ингредиенты и/или добавки включают (но не ограничиваются ими) красители или пигменты, такие как сажа или графит, армирующие добавки, тиксотропы, ускорители отверждения, поверхностно-активные соединения, наполнители, стабилизаторы, ингибиторы коррозии, разбавители, вспенивающие средства, антиоксиданты или их комбинации. Подходящие тиксотропы включают (но не ограничиваются ими) коллоидную двуокись кремния, бентонит, карбонат кальция, покрытый стеариновой кислотой, целлюлозу, производные жирных кислот/масел и ассоциированные уретановые загустители, такие как RM-8, коммерчески доступные в компании «Rohm and Haas». Тиксотропы обычно присутствуют в количестве вплоть до примерно 20 процентов по массе по отношению к общей массе композиции покрытия.
Необязательные дополнительные ингредиенты также включают (но не ограничиваются ими) сажу или графит, вспенивающие средства, экспандируемые полимерные микросферы или гранулы, такие как полипропиленовые или полиэтиленовые микросферы, поверхностно-активные соединения и ингибиторы коррозии, подобные сульфонату бария. Эти ингредиенты обычно присутствуют в количестве менее чем примерно 5 процентов по массе по отношению к общей массе композиции покрытия.
Вязкость композиции покрытия, раскрытой в настоящем изобретении, зависит от конкретной области применения. Соответственно, пользователь будет учитывать тип применяемого оборудования для нанесения композиции покрытия, требуемую толщину пленки, а также желаемую устойчивость против образования потеков. В некоторых воплощениях вязкость композиции покрытия варьируется от 60000 сП до 160000 сП, например от 70000 сП до 120000 сП или от 80000 сП до 110000 сП, при 20 RPM при определении вязкости с помощью вискозиметра «Brookfield» при температуре окружающей среды (25°С).
В некоторых воплощениях описанная выше композиция покрытия также может быть получена путем смешивания компонентов от (i) до (iv) в дополнение к любому из необязательных ингредиентов, если таковые имеются, в высокоэнергетическом вакуумном смесителе, таком как «Dual Disperser», модель HHL-2-1000 (коммерчески доступном в компании «Hockmeyer»). Компоненты смешивают до тех пор, пока они не станут по существу гомогенными, что обычно происходит в течение промежутка времени длительностью от двух до шести часов. В течение этого времени материал хранят при температуре ниже 32,2°С. Это может быть достигнуто путем оборудования смесителя окружающей охлаждающей рубашкой, известной в данной области техники. В некоторых воплощениях для получения в значительной степени свободной от воздуха смеси в конце операции смешивания используют пониженное давление.
Система покрытия
Описанная выше композиция покрытия может наноситься индивидуально или как часть системы покрытия, которая может быть нанесена на ряд различных подложек. Система покрытия обычно включает несколько слоев покрытия. Слой покрытия обычно формируется, когда композиция покрытия, которая нанесена на подложку, по существу отверждается с помощью способов, известных в данной области техники (например, с помощью термического нагрева). Следует отметить, что описанная выше композиция покрытия может быть применена в одном или в нескольких слоях покрытия, описанных в следующих параграфах.
Подходящие подложки, которые могут быть покрыты композицией покрытия, содержащей полимер, включают (но не ограничиваются ими) металлические подложки, подложки из металлических сплавов, подложки, которые были металлизированы, такие как никелированные пластиковые подложки, и/или пластиковые подложки. В некоторых воплощениях металл или металлический сплав может представлять собой алюминий и/или сталь. Например, стальная подложка может представлять собой холоднокатаную сталь, сталь, полученную методом электролитического цинкования в расплаве, и/или сталь горячего цинкования. Кроме того, в некоторых воплощениях подложка может включать часть транспортного средства, такую как кузов транспортного средства (например дверь, днище кузова, моторный щит, колесо, колесную арку, панель кузова, крышку багажника, панель крыши, капот и/или крышу, но не ограничиваются только ими) и/или рама транспортного средства. В настоящем изобретении термин «транспортное средство» или его вариации включает гражданские, коммерческие и военные наземные транспортные средства, такие как легковые машины, мотоциклы и грузовики, но не ограничивается только ими. Следует также понимать, что в некоторых воплощениях подложка может предварительно обрабатываться или не обрабатываться раствором для предварительной обработки, таким как раствор фосфата цинка, такой как описанный в патентах США №№4,793,867 и 5,588,989.
В традиционной системе покрытия, применяемой в автомобильной промышленности, предварительно обработанную подложку покрывают композицией покрытия, наносимой гальваническим способом. Композицию покрытия, наносимую гальваническим способом, затем отверждают перед нанесением последующей композиции покрытия. В некоторых воплощениях описанная выше композиция покрытия может быть нанесена на по меньшей мере часть отвержденной композиции покрытия, нанесенной гальваническим способом. В других воплощениях, однако, композиция покрытия по настоящему изобретению может быть нанесена на подложку, которая не имеет наносимого гальваническим способом слоя покрытия. Другими словами, композиция покрытия может быть нанесена на поверхность подложки независимо от того, проходила ли подложка стадию предварительной обработки или нет. В случае, когда подложку предварительно не обрабатывают, композицию покрытия по настоящему изобретению наносят непосредственно на поверхность подложки без каких-либо промежуточных слоев покрытия, намеренно расположенных между слоем покрытия и подложкой.
Способы, с помощью которых композиция покрытия может быть нанесена на подложку, хорошо известны в данной области техники. Например, описанная выше композиция покрытия может быть нанесена на подложку с помощью напыления, экструзии или вручную с помощью ножевого устройства для нанесения покрытий. В некоторых воплощениях композицию покрытия наносят на подложку так, чтобы толщина влажной пленки варьировалась от 1 мм до 6 мм в зависимости от требований, предъявляемых пользователем к демпфированию. Обычно более толстая пленка обеспечивает более высокие демпфирующие свойства. После нанесения на подложку композиция покрытия может быть высушена на воздухе или она может быть подвергнута горячей сушке, которая может быть осуществлена при температуре от 121°С до 193°С в течение временного периода длительностью от 5 минут до 1 часа. В некоторых воплощениях необходимы дополнительные стадии горячей сушки для учета конкретных конфигураций системы окраски. Толщина сухой пленки слоя покрытия может быть увеличена от 0% до 300% от величины нанесенной влажной пленки в зависимости от скорости высушивания и температуры, приложенной к композиции покрытия. После отверждения слой покрытия характеризуется коэффициентом потерь для демпфирующего композита, равным 0,05 и более, при частоте от 100 до 6300 Гц. Кроме того, после отверждения композиции покрытия она по существу свободна от дефектов.
В других воплощениях другие композиции покрытия (верхний слой покрытия), известные в данной области техники (например, композиции первого слоя двухслойного покрытия и/или композиции самовосстанавливающегося покрытия), могут быть нанесены на по меньшей мере часть описанной выше композиции покрытия. Поскольку эти верхние слои покрытия известны в данной области техники, методики нанесения таких композиций покрытия и способы, с помощью которых их отверждают, не обсуждаются здесь дополнительно, поскольку их особенности будут зависеть от конкретного использованного верхнего слоя покрытия.
Хотя некоторые конкретные воплощения изобретения и описаны в настоящем документе детально, специалистам в данной области техники должно быть понятно, что в свете общих идей настоящего раскрытия могут быть разработаны различные модификации и альтернативы этих деталей. Соответственно, конкретные раскрытые подходы предназначены только для целей иллюстрации, а не для ограничения объема изобретения, который выражен прилагаемой формулой изобретения и любыми и всеми ее эквивалентами.
Примеры
Ниже описано получение одного примера композиции покрытия по настоящему изобретению, а также одного сравнительного примера. Количество каждого из перечисленных ниже исходных материалов приведено в граммах (г).
| Таблица 1 | |||
| Компонент | Исходный материал | Пример 1 (сравнительный) | Пример 2 |
| 1 | Акриловый латекс1 | 56,50 | 56,40 |
| 2 | 33,3%-ный раствор DARVAN #1 в воде2 | 1,00 | 1,00 |
| 3 | BYK 0243 | 0,40 | 0,40 |
| 4 | KLUCEL J4 | 0,33 | 0,33 |
| 5 | Деионизированная вода (DI вода) | 3,00 | 3,00 |
| 6 | PROXEL GEL5 | 0,02 | 0,02 |
| 7 | EXPANCEL 551 WU406 | 1,50 | 1,50 |
| 8 | VANSIL W-307 | 100,00 | 100,00 |
| 9 | SANTICIZER2788 | 3,50 | 3,50 |
| 10 | TEG9 | 7,00 | 7,00 |
| 11 | IGEPAL C099710 | 2,00 | 2,00 |
| 12 | RAVEN 41011 | 0,20 | 0,20 |
| 13 | WINNOFIL SPT12 | 15,00 | 15,00 |
| 14 | EXTENDOSPHERE TG13 | 20,00 | 20,00 |
| 15 | Продукт реакции пропиленкарбоната и DYTEK А14 | - | 2,00 |
| 16 | Продукт реакции пропиленкарбоната и JEFF AMINE D40015 | - | 6,00 |
| 17 | 3М Стеклянные гранулы типа VS 550016 | - | 7,00 |
| 1: Р8129 акриловый латекс, доступный в «PPG Industries, Inc.» | |||
| 2: Натриевые соли полимеризованного алкила, доступные в «R.T. Vanderbilt Со.» | |||
| 3: Смесь сополимеры/полисилоксаны, доступная в «BYK Chemie» | |||
| 4: Гидроксипропилцеллюлоза, доступная в «Hercules Inc.» | |||
| 5: 1,2-бинзизотиазолин-3-он, доступный в «Arch Chemical» | |||
| 6: Акриловый сополимер влажный, доступный в «Expancel» | |||
| 7: Кальция силикат, доступный в «R.T. Vanderbilt Со.» | |||
| 8: Алкилбензилфталат, доступный в «Ferro Corp.» | |||
| 9: Триэтиленгликоль, доступный в «Ashland Inc.» | |||
| 10: Нонилфеноксиполи(этиленокси)этанол, доступный в «Rhodia» | |||
| 11: Сажа, доступная в «Phelps Dodge- Columbian Chemicals» | |||
| 12: Осажденный кальция карбонат/стеарат, доступный в «Solvay & CIE» | |||
| 13: Оксидное стекло, муллитовые гранулы, доступные в «Sphere One Inc.» | |||
| 14: Получен в соответствии с примером А патента США №7,288,595, в котором Jeffamine D400 был заменен на Dytek А на основе эквивалентной по амину массы | |||
| 15: Получен в соответствии с примером А патента США №7,288,595 | |||
| 16: Известково-натриевое боросиликатное стекло, доступное в «3М» |
В каждом из примеров исходные материалы, перечисленные в таблице 1, смешивают с помощью смесителя «Speeedmixer DAC 600 FVZ» (коммерчески доступный в компании «FlackTek, Inc.»).
Перед составлением композиции покрытия, описанной в таблице 1, были приготовлены две предварительно подготовленные смеси. Одну предварительно подготовленную смесь получали путем смешивания компонента 2 при 2350 оборотов в минуту (rpm) в течение примерно трех минут. Другую предварительно подготовленную смесь получали путем смешивания компонентов 4, 5, и 6 в течение двух минут при 2350 rpm и выдерживания ее в течение ночи перед применением.
После приготовления предварительно подготовленных смесей компоненты 1, 2, предварительно подготовленную из компонентов 4, 5, 6 смесь, а также компоненты 7, 8 загружали в смесительную камеру DAC и перемешивали в течение одной минуты при 2350 rpm. Затем к смеси добавляли компоненты 9, 10, 11, 12, 13 и 14 в количествах, приведенных в таблице 1, и смесь перемешивали в смесителе DAC в течение одной минуты при 2350 rpm. После этого к смеси добавляли компоненты 15, 16 и 17, если они присутствуют, и смесь перемешивали в течение еще одной минуты при 2350 rpm. Во время процесса перемешивания смесь анализировали с помощью шпателя для того, чтобы удостовериться в ее однородности, что понятно специалистам в данной области техники. Конечная стадия процесса смешивания включала перемешивание смеси с помощью лопасти пневматического двигателя в герметичном оборудовании при пониженном давлении в течение одной минуты при от 28 до 30 дюймах вакуумметрического давления. После завершения конечной стадии с помощью лопасти пневматического двигателя, композиции покрытия готовы к тестированию.
Каждую из композиций покрытия по примерам 1 и 2 наносили вручную на автомобильную стальную подложку с гальванопокрытием размером 100 мм × 100 мм с помощью шаблона для нанесения с целью сформировать слой покрытия, имеющий размеры 75 мм (L) × 75 мм (W) × 2 мм (Т). После нанесения на подложку слой покрытия высушивают на воздухе в течение 30 минут, затем сушат в печи в течение 30 минут при 149°С. Каждый образец охлаждают до комнатной температуры в течение по меньшей мере одного часа, затем измеряют толщину покрытия с помощью толщиномера и рассчитывают % расширения для среднего увеличения в толщине от исходных 2 мм во влажном состоянии. Затем от края до края панели делают два параллельных острых надреза, находящихся на расстоянии примерно 10 мм друг от друга, и анализируют на адгезию и на наличие внутри покрытия пузырения или отделения зазоров, которые могут быть размером 0,05 мм или больше и которые можно легко снять с помощью лезвия. Покрытие между острыми надрезами удаляют с помощью лезвия для анализа.
Наличие пузырения на 75% или более разреза обозначают как «сильное», от 25% до 74% пузырения обозначают как «удовлетворительное», отслоение размером в 13 мм или менее обозначают как «частичное пузырение», а «нет» означает отсутствие дефектов из-за пузырения на всем разрезе.
| Таблица 2 | ||
| Пример 1 (сравнительный) | Пример 2 | |
| % Расширения | 114 | 25 |
| Вязкость- #7 | ||
| Вращение при 20 rpm, при 25°С, 20 rpm | 100000 | 109000 |
| Пузырение | Сильное | Нет |
Таблица 2 показывает, что Пример 2 по настоящему изобретению превосходит Пример 1 в снижении зазоров, возникших в слое покрытия в результате пузырения.
Каждую из композиций покрытия по примерам 1 и 2 наносили на SAE Л 637 пластину для теста Oberst типа В с размерами 241 мм (L) × 12,7 мм (W) × 1 мм (9,5 дюймов × 0,5 дюйма × 0,38 дюймов). Композиции покрытия наносили на пластину для теста Oberst с помощью трафарета, подходящего для получения влажной пленки толщиной приблизительно 2 мм. Один конец пластины длиной 25 мм (2,54 см), называемый основанием пластины, оставляли непокрытым. Пластины высушивали на воздухе в течение 30 минут при комнатной температуре и 30 минут при 300°F, воспроизводя условия сушильных камер цеха окраски автомобилей, перед шлифовкой избытка на краях для соответствия размерам пластины. Измерения фактора потери для демпфирующего композита (CDLF) проводили в соответствии с ASTM Е-756, применяя анализатор «Data Physics SignalCalc» от компании «DataPhysics».
Таблица 3 показывает коэффициент потерь для демпфирующего композита (CDLF) для от 2-х до 5-ти режимов на их резонансных частотах для двух отдельных опытных образцов пластинок Oberst. Веса пластинок композита приведены для демонстрации одинаковой обработки.
| Таблица 3 | |||||
| Коэффициент потерь для демпфирующего композита (CDLF) | |||||
| Пример 1 (Сравнительный) | Пример 2 | ||||
| Коэффициент | Резонансная | Коэффициент | Резонансная | ||
| потерь для демпфирующег | частота | потерь для демпфирующег | частота | ||
| о композита | о композита | ||||
| Образец 1 | CDLF | Гц | CDLF | Гц | |
| 2-й режим | 0,182 | 116 | 0,134 | 107 | |
| 3-й режим | 0,202 | 347 | 0,154 | 313 | |
| 4-й режим | 0,191 | 709 | 0,171 | 628 | |
| 5-й режим | 0,177 | 1057 | |||
| Фактическая | 6,8 | 7,0 | |||
| масса, г | |||||
| Образец 2 | CLF | Гц | CLF | Гц | |
| 2-й режим | 0,191 | 120 | 0,126 | 108 | |
| 3-й режим | 0,205 | 360 | 0,144 | 313 | |
| 4-й режим | 0,210 | 729 | 0,161 | 631 | |
| 5-й режим | 0,167 | 1063 | |||
| Фактическая | 6,6 | 6,9 | |||
| масса, г |
Как можно видеть из таблицы 3, композиция покрытия по настоящему изобретению и сравнительные примеры обеспечивают результаты CDLF более 0,1 и, следовательно, подходят для определенных производителей в автомобильной промышленности.
1. Композиция покрытия для демпфирования звука, включающая: (i) водную дисперсию полимерных частиц; (ii) соединение простого полиэфиркарбамата; (iii) наполнитель и (iv) микрочастицы; где материал, примененный в качестве компонента (iii) , и материал, примененный в качестве компонента (iv), различны; и где после нанесения композиции на подложку и после отверждения отвержденная композиция покрытия характеризуется коэффициентом потерь для демпфирующего композита, равным 0,05 или более, при частоте от 100 до 6300 Гц, и где композиция по существу не имеет дефектов, и отвержденный слой покрытия содержит не более чем один зазор, возникший в результате пузырения на площади 75мм2.
2. Композиция покрытия по п.1, в которой полимерные частицы (i) имеют гидроксильные функциональные группы.
3. Композиция покрытия по п.1, в которой микрочастицы (iv) содержат рисовые отруби, стеклянные гранулы или их комбинации.
4. Композиция покрытия по п.1, в которой наполнитель (iii) включает целлюлозные волокна, хитин, стекловолокно, углеродные волокна, волокна двуокиси титана или их комбинации.
5. Композиция покрытия по п.1, в которой полимерные частицы (i) имеют морфологию ядро-оболочка.
6. Композиция покрытия по п.1, в которой соединение простого полиэфиркарбамата (ii) содержит продукт реакции, включающий полиоксиалкиленамин и карбонат.
7. Композиция покрытия по п.6, в которой полиалкиленамин содержит полиоксиалкилендиамин.
8. Композиция покрытия по п.7, в которой полиоксиалкилендиамин включает соединение, имеющее следующую структуру (I):
H2N[R1-O]n[R3-O]m-R2-NH2
где R1, R2, и R3 могут быть одинаковыми или разными и каждый из них может независимо представлять собой С2-С12 алкиленовую группу и где (n+m) представляет собой величину, большую 2.
9. Композиция покрытия по п.6, в которой карбонат включает пропиленкарбонат.
10. Композиция покрытия по п.1, дополнительно включающая раствор, включающий резорцин и соединение карбоната.
11. Композиция покрытия по п.10, в которой соединение карбоната включает пропиленкарбонат.
12. Композиция покрытия по п.1, в которой полимерные частицы содержат реакционно-способные функциональные группы и которая дополнительно содержит отверждающее средство, способное вступать в реакцию с реакционно-способными функциональными группами полимерных частиц.
13. Композиция покрытия по п.12, в которой отверждающее средство включает эпоксидное соединение, меламиновое соединение или их комбинации.
14. Основа, по меньшей мере частично покрытая композицией покрытия по п.1.
15. Способ нанесения покрытия на основу, включающий нанесение композиции покрытия по любому из пп.1-9 на по меньшей мере часть подложки; и отверждение по меньшей мере части композиции покрытия для формирования слоя покрытия, где слой покрытия имеет коэффициент потерь для демпфирующего композита, равный 0,05 или более, при частоте от 100 до 6300 Гц и по существу не имеет дефектов и содержит не более чем один зазор, возникший в результате пузырения, на площади 75 мм2.
16. Способ по п.15, в котором соединение простого полиэфиркарбамата (ii) включает продукт реакции, содержащий полиоксиалкиленамин и карбонат.
17. Способ по п.16, в котором полиалкиленамин включает полиоксиалкилендиамины.
18. Способ по п.16, в котором карбонат включает пропиленкарбонат.
19. Способ по п.15, в котором (i) полимерные частицы содержат продукт реакции, включающий этилен-ненасыщенные мономеры.
20. Способ по п.19, в котором по меньшей мере один из этилен-ненасыщенных мономеров включает функциональную группу и в котором функциональная группа включает гидроксильную, карбаматную, аминогруппу или их комбинации.
21. Способ по п.19, в котором по меньшей мере один из этилен-ненасыщенных мономеров включает уретановую группировку.
22. Способ по п.15, который дополнительно включает комбинирование раствора резорцина и соединения карбоната с компонентами (i)-(iv).
