專利名稱：具有優(yōu)異聲學(xué)性能的聚乙烯醇縮丁醛夾層及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有隔音(sound damping)性能因而可用于隔音裝置或制品的夾層。本發(fā)明尤其涉及具有可用于降噪用玻璃層壓材料的隔音性能的聚乙烯醇縮丁醛夾層。
相關(guān)技術(shù)增塑的聚乙烯醇縮丁醛(PVB)片材被用于制造透明層壓結(jié)構(gòu)，例如包括汽車、摩托車、船只和飛機(jī)在內(nèi)的交通工具用擋風(fēng)玻璃、建筑玻璃如辦公樓、公寓樓、住宅和/或商業(yè)樓用的。
在現(xiàn)代交通工具中——特別是火車、飛機(jī)和汽車中——乘客的舒適已在它們所涉及的商業(yè)交易中成為重要的賣點(diǎn)?，F(xiàn)代交通工具的一個(gè)重要特征是最大限度減少?gòu)慕煌üぞ叱丝蛙噹饷鎮(zhèn)鱽?lái)的噪音。汽車已成為改善乘坐的聽(tīng)覺(jué)質(zhì)量的特別目標(biāo)。來(lái)自引擎廂的噪音、來(lái)自輪胎沿道路或地面滾動(dòng)的聲音以及隨著汽車以高速穿過(guò)空氣時(shí)產(chǎn)生的風(fēng)噪音都是汽車按照預(yù)定用途使用期間所產(chǎn)生的噪音的貢獻(xiàn)因素。
為了改善乘客旅行的寧?kù)o已對(duì)汽車做了各種改進(jìn)和修改，包括新的輪胎設(shè)計(jì)和聚合物隔音，起到阻止聲波從外面滲入到交通工具乘客車廂內(nèi)的作用。然而，噪音的一個(gè)主要來(lái)源是透過(guò)機(jī)動(dòng)車玻璃窗傳入的聲音，而玻璃窗通常是聲波的良導(dǎo)體，尤其在臨界音頻。
另外，辦公室和其它建筑物應(yīng)付來(lái)自樓外噪音的降噪措施，在外部噪音可能達(dá)到使樓內(nèi)心煩意亂地步的環(huán)境中可能是可心的。

圖1顯示按照ISO 140試驗(yàn)程序測(cè)定的整塊玻璃板的聲音傳播損耗特性。熟知的臨界頻率傳播損耗性能的下降，即所謂重合驟降，對(duì)于玻璃的隔音能力特別有害。已知，此種驟降可通過(guò)制成層壓結(jié)構(gòu)而緩解，其中聚合物夾層柔軟到足以使2個(gè)組分玻璃層的振動(dòng)去耦并有效地阻尼在重合驟降頻率及其附近頻率的振動(dòng)[《Noise and Vibration ControlEngineeringPrinciples and Applications》，Leo L.Beranek，Istvan L.Ver主編，第二版(1992-08)]。還給出了在重合驟降區(qū)傳播損耗方面表現(xiàn)出某些改進(jìn)的傳統(tǒng)市售PVB-玻璃層壓材料的傳播損耗性能。圖2顯示用傳統(tǒng)PVB制成的整塊和層壓玻璃的相應(yīng)撓曲阻尼特性。撓曲阻尼是采用ISO PDPAS 16940測(cè)定的。一種傳統(tǒng)PVB夾層顯著加強(qiáng)了層合材料的阻尼特性從而有助于緩解重合驟降現(xiàn)象。此種阻尼也有助于降低透過(guò)擋風(fēng)玻璃傳入的由機(jī)動(dòng)車車身產(chǎn)生的噪音。各種不同專利曾試圖解決機(jī)動(dòng)車和/或建筑物中的降噪問(wèn)題。美國(guó)專利5,368,917和美國(guó)專利5,478,615描述包含傳統(tǒng)聚乙烯醇縮丁醛(PVB)的機(jī)動(dòng)車用隔音層壓玻璃窗。文中所描述的PVB隔音層壓材料的隔音性能對(duì)溫度具有高度依賴性。美國(guó)專利6,132,882描述一種包含振動(dòng)阻尼層如聚丙烯酸酯、至少一個(gè)軟塑料層如PVB和剛性玻璃或塑料片材的隔音層壓材料。美國(guó)專利5,773,102描述一種隔音層壓玻璃板，其中高性能隔音薄膜與至少一層具有普通聲學(xué)性能的薄膜例如PVB彼此組合。美國(guó)專利5,190,826描述隔音層壓玻璃用夾層，其中兩種類型聚乙烯醇縮醛薄膜合并使用，或者夾層結(jié)合了兩種類型聚乙烯醇縮醛薄膜作為隔音材料。一種聚乙烯醇縮醛由6～10個(gè)碳原子的醛生成，另一種由1～4個(gè)碳原子的醛生成。美國(guó)專利6,074,732描述一種隔音層壓窗玻璃，由兩層玻璃片材中間順序地夾著PVB/PET/丙烯酸酯/PET/PVB的聚合物層。該P(yáng)VB層是標(biāo)準(zhǔn)PVB。WO 01/19747 A1描述玻璃層壓材料，其中PVB用20～50wt％雙組分增塑劑混合物來(lái)軟化(增塑)，該混合物包含30～70wt％聚烷撐二醇作為組分之一。該后一申請(qǐng)描述一種PVB，它以單組分增塑劑軟化，由于加工困難不適合隔音用途。若能具有一種既具有標(biāo)準(zhǔn)安全玻璃的好處又具有隔絕外部噪音好處的窗玻璃用玻璃層壓材料那將是可心的。還希望僅使用一種類型夾層材料，如同標(biāo)準(zhǔn)安全玻璃那樣，和使用以單一一種增塑劑增塑的PVB夾層制造此種層壓材料。
發(fā)明概述在一個(gè)方面，本發(fā)明是一種可用于制備隔音層壓材料的具有隔音性能的夾層，該夾層包含下列組分或基本上由下列組分組成(i)聚乙烯醇縮丁醛(PVB)，其羥基值介于約17～約23和(ii)單組分增塑劑四甘醇2-庚酸酯作為單一增塑劑，用量介于約40～約50pph份。
在另一個(gè)方面，本發(fā)明是一種具有隔音性能的玻璃層壓材料，包含下列組分或基本上由下列組分組成聚乙烯醇縮丁醛的均質(zhì)夾層，被夾在兩片玻璃之間，其中PVB的羥基值介于約17～約23并包含單一一種增塑劑，其用量介于約40～約50pph份。
在另一個(gè)方面，本發(fā)明是一種具有隔音性能的制品，包含具有隔音性能的玻璃層壓材料，其中該層壓材料包含下列組分或基本上由位于兩片玻璃之間的聚乙烯醇縮丁醛均質(zhì)夾層組成，其中PVB的羥基值介于約17～約23，并包含單一一種增塑劑，其用量介于約40～約50pph份。
發(fā)明詳述在一種實(shí)施方案中，本發(fā)明是一種具有隔音性能的聚乙烯醇縮丁醛(PVB)夾層材料。本發(fā)明隔音PVB夾層在約10Hz～約10,000Hz頻率范圍在介于約10℃～約30℃的溫度具有隔音性能。優(yōu)選的是，該夾層在約1000Hz～約5,000Hz頻率范圍在介于約10℃～約30℃的溫度提供隔音性能。更優(yōu)選的是，該夾層在介于約15℃～約25℃的溫度提供上述隔音性能。
本發(fā)明的PVB用單一(單組分)增塑劑增塑，其用量應(yīng)足以獲得柔軟、柔順和粘彈性的PVB夾層。為獲得本發(fā)明PVB夾層，PVB可用約40份每100份(pph)～約50pph的用量增塑。優(yōu)選的是，該夾層用約41pph～約49pph，更優(yōu)選約42pph～約49pph，最優(yōu)選約44～約47pph增塑。除了增塑劑用量之外，要制造柔順并適合這里使用的夾層所要求的增塑劑用量可能還取決于其它因素。
適合本發(fā)明使用的增塑劑是任何傳統(tǒng)上用于PVB的增塑劑。例如，傳統(tǒng)上用于制備增塑PVB的增塑劑包括諸如下列的增塑劑聚乙二醇的二酯如三甘醇二(2-乙基己酸酯)(3G0)、四甘醇二庚酸酯(4G7)、三甘醇二(2-乙基丁酸酯)和己二酸二己酯。優(yōu)選的是，該增塑劑是一種在上面描述的用量之下與羥基值(OH值)介于約17～約23的PVB相容(就是說(shuō)，與夾層形成單一相)的增塑劑。優(yōu)選的是，本發(fā)明PVB的羥基值介于約18～約21，更優(yōu)選的是，羥基值介于約18～約19.5，最優(yōu)選介于約18～約19。特別優(yōu)選在這里使用的增塑劑是在任何優(yōu)選范圍內(nèi)都與PVB相容的增塑劑。
在本發(fā)明的實(shí)施中，采用單一一種增塑劑增塑PVB就足以產(chǎn)生PVB夾層中的隔音性能。在一種特別優(yōu)選的實(shí)施方案中，本發(fā)明是一種具有隔音性能的玻璃層壓材料，包含羥基值18.5并以單一一種增塑劑增塑的PVB夾層，其中增塑劑以約40pph～50pph的數(shù)量存在。
雖然迄今PVB僅被用于具有多個(gè)夾層的隔音玻璃層壓材料中，或者雖用于具有單一夾層的層壓材料中但其中PVB是采用增塑劑的組合來(lái)增塑的，然而本申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)一種PVB夾層，它具有隔音性能并且還具有足以提供既可用作傳統(tǒng)安全玻璃又可作為隔音玻璃層壓材料的單一均質(zhì)夾層玻璃層壓材料的附著力和強(qiáng)度。再者，本發(fā)明夾層還可與玻璃一起采用公知的層壓材料制造方法加工成層壓材料。所謂“單一均質(zhì)夾層”指的是，該夾層從一片玻璃的內(nèi)表面到另一片玻璃的內(nèi)表面具有同樣組成，不論夾層是一片PVB或多層PVB(就是說(shuō)至少一層PVB)。所謂“同樣組成”，指的是玻璃片之間至少一個(gè)PVB夾層中的每一層的組成都是本發(fā)明所規(guī)定的組成。換句話說(shuō)，所設(shè)想的是，本發(fā)明的“單一均質(zhì)夾層”可以是本發(fā)明的一片PVB夾層或者是多層PVB，只要每個(gè)夾層片材是具有符合本發(fā)明規(guī)定范圍的組成的PVB。
要提供傳統(tǒng)PVB的預(yù)期表現(xiàn)所要求的性能，可能要求所使用的隔音PVB夾層比傳統(tǒng)PVB夾層片材厚。本發(fā)明隔音PVB可以約15密耳～約70密耳范圍的厚度使用。
優(yōu)選的是，夾層片材的厚度介于約20密耳～約60密耳，更優(yōu)選約30密耳～約45密耳。所要求的厚度可采用一個(gè)具有要求厚度的PVB片材獲得，或者替代地，該夾層可以是多片本發(fā)明PVB，其中單個(gè)層的厚度滿足當(dāng)疊摞在一起時(shí)它們提供要求的夾層總厚度。
本發(fā)明PVB夾層可作為夾層與傳統(tǒng)上用于替代玻璃的其它透明、剛性材料一起使用以提供一種透明層壓材料，而這些其它材料具有與PVB之間足夠的附著力，結(jié)果提供，按照傳統(tǒng)試驗(yàn)和測(cè)定方法測(cè)定，具有穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的層壓材料。例如，聚碳酸酯、聚酯和聚丙烯酸或聚丙烯酸酯可在本發(fā)明的實(shí)施中作為玻璃的代用品。
本發(fā)明隔音層合材料可用于汽車、火車、飛機(jī)或其它機(jī)動(dòng)交通工具。例如，本發(fā)明層壓材料可用作汽車擋風(fēng)玻璃、尾燈和側(cè)燈，作為火車車廂和飛機(jī)的玻璃窗，以及作為豪華轎車以及其它豪華交通工具中的玻璃隔板。本發(fā)明隔音層壓材料還適合用于建筑領(lǐng)域。例如，本發(fā)明隔音層壓材料可用作建筑物中的玻璃窗、作為門(mén)、玻璃隔板、欄桿、玻璃地板或其它凡希望除了透明層壓材料提供美學(xué)特性之外還要求提供隔音的場(chǎng)合，以及要求安全玻璃的結(jié)構(gòu)整體性的場(chǎng)合。
實(shí)施例給出下面的實(shí)施例和對(duì)比例旨在進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。這些實(shí)施例不擬從任何意義上限制本發(fā)明的范圍，它們也不應(yīng)被用于以任何與本發(fā)明和/或本文的描述不一致的方式界定權(quán)利要求或本說(shuō)明羥基值的分析試驗(yàn)和聲學(xué)測(cè)定是對(duì)每種樣品按照以下方法實(shí)施的羥基值A(chǔ)STM D 1396-92實(shí)施例1按如下所述制備聚乙烯醇縮丁醛片材在90℃，包含32重量份平均聚合度618的聚乙烯醇(PVA)和68重量份平均聚合度1005的市售供應(yīng)PVA的混合物，溶解在615重量份去離子水中。向該溶液中加入1.3重量份88％對(duì)甲苯磺酸和足以將溶解的PVA溶液調(diào)節(jié)到pH值等于2的硫酸。采用美國(guó)專利3,153,009中描述的程序，加入足以達(dá)到18.5的羥基值的正丁醛，和以干PVA重量為基準(zhǔn)計(jì)，0.33％的DOSS(二辛基磺基琥珀酸鈉)，并將該P(yáng)VA裝入保持在90℃的反應(yīng)容器中。保持1h后獲得一種淤漿；加入表面張力調(diào)節(jié)劑以消除泡沫，并用氫氧化鈉溶液將混合物的pH值提高到pH11以使淤漿穩(wěn)定化。隨后，淤漿以去離子水洗滌和冷卻。獲得一種粒狀白色PVB樹(shù)脂，其殘余羥基值為18.5。這些粒料與含有4g/L TinuvinP、1.2g Tinuvin123和8g/L辛基苯酚抗氧化劑的4G7增塑劑進(jìn)行混合，并按照在擠出機(jī)中的停留時(shí)間介于10～25min的速率擠出。增塑劑干粒料的進(jìn)料速率比是44∶100(重量∶重量)。在擠出期間注入乙酸鉀∶乙酸鎂為3∶1的水溶液以遞送50～100ppm的鉀濃度。在縫模(slot die)處測(cè)定的熔融溫度介于190℃～215℃。測(cè)定采用這里所描述的改性PVB制造的4mm玻璃/1mm隔音PVB/4mm玻璃的層壓材料的傳播損耗，并示于圖1。用該改性PVB制造的層壓材料梁的撓曲阻尼被標(biāo)繪于圖2。
實(shí)施例2按照實(shí)施例1制備PVB粒料，不同的是，用0.2重量份硫酸月桂酯鈉鹽替代DOSS作為表面活性劑且不加入任何其它表面改性劑。獲得一種粒狀白色PVB樹(shù)脂，具有22.1的殘余羥基。按照實(shí)施例1所述采用該粒料制成片材。圖2顯示用本實(shí)施例所描述的改性PVB制備的層壓材料梁的撓曲阻尼測(cè)定結(jié)果。
實(shí)施例3按照實(shí)施例1制備PVB粒料。該粒料與含有4g/L Tinuvin326、4g/L Tinuvin123和8g/L辛基苯酚的4G7增塑劑進(jìn)行混合，并按照在擠出機(jī)中的停留時(shí)間介于10～25min的速率擠出。增塑劑∶干粒料的進(jìn)料比是47∶100(重量∶重量)。在擠出期間注入乙酸鉀∶乙酸鎂為3∶1的水溶液以遞送35～100ppm的鉀濃度。在縫模處測(cè)定的熔融溫度介于190℃～215℃。
實(shí)施例4按實(shí)施例1所述制備PVB樹(shù)脂，并按照實(shí)施例3進(jìn)行配制和擠出，不同的是，增塑劑∶干粒料的進(jìn)料比是49∶100(重量∶重量)。
對(duì)比例C1實(shí)施例1中描述的粒料被用于按照實(shí)施例1制備片材，不同的是以3G0作為增塑劑，并采用相同添加劑，3G0增塑劑∶干樹(shù)脂的進(jìn)料比等于37∶100。聲音傳播損耗特性示于圖1，撓曲阻尼特性標(biāo)繪于圖2。在這些圖中，這些特性被標(biāo)為標(biāo)準(zhǔn)PVB。
權(quán)利要求
1.一種可用于制備隔音層壓材料的具有隔音性能的夾層，該夾層包含下列組分或基本上由下列組分組成(i)聚乙烯醇縮丁醛(PVB)，其羥基值介于約17～約23和(ii)單一一種增塑劑，用量介于約40～約50份/100份(pph)。
2.權(quán)利要求1的夾層，其中PVB的羥基值介于約18～約21。
3.權(quán)利要求2的夾層，其中PVB的羥基值介于約18～19.5。
4.權(quán)利要求3的夾層，其中增塑劑選自聚乙二醇的二酯。
5.權(quán)利要求4的夾層，其中增塑劑選自三甘醇二(2-乙基己酸酯)(3GO)、四甘醇二庚酸酯(4G7)、三甘醇二(2-乙基丁酸酯)和己二酸二己酯。
6.權(quán)利要求5的夾層，其中增塑劑是3GO。
7.權(quán)利要求5的夾層，其中增塑劑以約44pph～約47pph的量存在。
8.一種具有隔音性能的玻璃層壓材料，其包含下列組分或基本上由下列組分組成位于兩片玻璃之間的聚乙烯醇縮丁醛的均質(zhì)夾層，其中PVB的羥基值介于約17～約23并包含約40～約50pph份的單一一種增塑劑。
9.權(quán)利要求8的玻璃層壓材料，其中PVB的羥基值介于約18～約21。
10.權(quán)利要求9的玻璃層壓材料，其中PVB的羥基值介于約18～約19.5。
11.權(quán)利要求8的玻璃層壓材料，其中增塑劑選自聚乙二醇的二酯。
12.權(quán)利要求11的玻璃層壓材料，其中增塑劑選自三甘醇二(2-乙基己酸酯)(3GO)、四甘醇二庚酸酯(4G 7)、三甘醇二(2-乙基丁酸酯)和己二酸二己酯。
13.權(quán)利要求12的玻璃層壓材料，其中增塑劑是3GO。
14.權(quán)利要求12的玻璃層壓材料，其中增塑劑以約44pph～約47pph的量存在。
15.一種包含具有隔音性能的玻璃層壓材料的制品，其中層壓材料包含下列組分或基本上由下列組分組成位于兩片玻璃之間的聚乙烯醇縮丁醛的均質(zhì)夾層，其中PVB的羥基值介于約17～約23并包含約40～約50pph份的單一一種增塑劑。
16.權(quán)利要求15的制品，其中PVB的羥基值介于約18～約21。
17.權(quán)利要求16的制品，其中PVB的羥基值介于約18～約19.5。
18.權(quán)利要求17的制品，其中增塑劑選自聚乙二醇的二酯。
19.權(quán)利要求18的制品，其中增塑劑選自三甘醇二(2-乙基己酸酯)(3GO)、四甘醇二庚酸酯(4G7)、三甘醇二(2-乙基丁酸酯)和己二酸二己酯。
20.權(quán)利要求19的制品，其中增塑劑是3GO。
21.權(quán)利要求19的制品，其中增塑劑以約44pph～約47pph的量存在。
22.權(quán)利要求18的制品，其中制品是機(jī)動(dòng)交通工具。
23.權(quán)利要求22的交通工具，其中交通工具選自汽車；火車；和飛機(jī)。
24.權(quán)利要求18的制品，其中制品是建筑物。
25.權(quán)利要求24的制品，其中玻璃層壓材料是窗玻璃單元。
26.權(quán)利要求24的制品，其中玻璃層壓材料是間隔板、墻壁、地板或天花板。
全文摘要
本發(fā)明是一種以單一增塑劑增塑并具有隔音性能的PVB夾層。本發(fā)明夾層當(dāng)用在玻璃層壓材料中時(shí)，可提供足夠用作安全玻璃層壓材料的強(qiáng)度。
文檔編號(hào)B32B17/10GK1708398SQ200380102572
公開(kāi)日2005年12月14日 申請(qǐng)日期2003年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月29日
發(fā)明者S·J·本尼森, D·L·賴默 申請(qǐng)人:納幕爾杜邦公司