CN102040791A - 一种有机聚合物/二氧化硅复合吸声隔热材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种有机聚合物/二氧化硅复合吸声隔热材料的制备方法，包括以下步骤：一、水与水玻璃混合后沉降取上清液；二、制备预置液；三、将预置液缓慢滴加至上清液中得到凝胶状物质；四、陈化后抽滤；五、洗涤后抽滤；六、烘干后粉碎即得到有机聚合物/二氧化硅复合吸声隔热材料。本发明以多孔二氧化硅作为骨架材料，与丙烯酸类相互贯穿，形成有机物与无机物互穿网络的多孔结构。采用本发明制备的有机聚合物/二氧化硅复合吸声隔热材料不但具有较强的吸声性能，同时具有优越的保温隔热性能。
Description
技术领域
本发明属于材料技术领域，具体涉及一种有机聚合物/二氧化硅复合吸声隔热材料的制备方法。
背景技术
随着现代科技和工业的发展，噪声污染已经成为世界性难题，吸声降噪逐渐演变为一个有关科技、环境、人类协调发展乃至现代军事等各方面的重要课题，因此各种各样的吸声材料随之产生。吸声材料的研究与应用对于噪声污染的吸收与治理具有十分重要的意义，在生活生产的各个领域都有着重要的应用，在国内外的研究领域成为了研究的热点。同时，具有良好隔热功能的节能建筑伴随着低碳经济的发展得到了更广泛的认可。因此，制造和采用具有更强隔热性能的建筑材料也成为了发展节能建筑的关键因素。
目前市场上所生产和使用的多孔吸声材料主要包括：
有机高分子纤维材料，如棉麻纤维、毛毡、甘蔗纤维扳、木质纤维板、水泥木丝板以及稻草等有机天然纤维材料。有机合成纤维材料主要是化学纤维，如晴纶棉、涤纶棉等，这些材料的优点是：原材料来源丰富，价格便宜等。但同时也存在防火、防腐、防潮性能较差等缺点。
有机泡沫聚合物材料，如泡沫塑料米波罗，氨基甲酸酯泡沫，或其他类型的聚氨酯和脲醛树脂泡沫塑料，有机泡沫材料的优点是密度小，耐水耐潮性好，易切割成型，安装施工方便。缺点是易老化，耐水性差，耐火性差。
无机泡沫建筑材料，如泡沫吸声砖，膨胀珍珠岩，泡沫混凝土和泡沫玻璃等。这类材料具有很好的保温性能，同时也具有优良的防潮，耐腐蚀，耐低温，耐火和耐老化等特点。缺点是吸声效果一般，材料微孔的贯通率较低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种有机聚合物/二氧化硅复合吸声隔热材料的制备方法，制备的有机聚合物/二氧化硅复合吸声隔热材料具有较强的吸声性能和优越的保温隔热性能。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种有机聚合物/二氧化硅复合吸声隔热材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)将去离子水与模数为2.0～3.4的水玻璃按1∶1～3的体积比混合，在搅拌速率为200转/分钟～500转/分钟的条件下搅拌并加热至80℃～90℃，然后沉降24h～48h，取上清液；
(2)将引发剂、有机聚合单体和无机酸混合均匀，得到预置液，所述预置液中引发剂的质量百分数为0.1％～5％，有机聚合单体的质量百分数为45％～99％，无机酸为余量；或将引发剂与有机聚合单体混合均匀，得到预置液，所述预置液中引发剂的质量百分数为0.1％～5％，有机聚合单体为余量；所述引发剂为过硫酸铵和/或偶氮类化合物，所述有机聚合单体为丙烯酸类与丙烯酸酯类的混合物，所述丙烯酸类为丙烯酸和/或甲基丙烯酸，所述丙烯酸酯类为丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸甲酯中的一种或几种，所述无机酸为盐酸、硫酸、硝酸和磷酸中的一种或几种；
(3)在氮气或惰性气体的保护下，将步骤(1)中所述上清液加热至55℃～95℃，然后在搅拌速率为100转/分钟～300转/分钟的条件下缓慢滴加步骤(2)中所述预置液形成混合溶液，待混合溶液转变为凝胶状物质时停止滴加；
(4)将步骤(3)中所述凝胶状物质陈化8h～24h，然后抽滤；
(5)将步骤(4)中所述抽滤后的凝胶状物质用去离子水洗涤，然后抽滤；
(6)将步骤(5)中经抽滤后的凝胶状物质或将重复步骤(5)多次后的凝胶状物质置于烘箱中，在温度为80℃～120℃的条件下烘干；将烘干后的凝胶状物质粉碎即得到有机聚合物/二氧化硅复合吸声隔热材料。
上述步骤(2)中所述偶氮类化合物为偶氮异丁腈。
上述步骤(2)中所述无机酸的质量浓度为10％。
上述步骤(3)中所述惰性气体为氩气或氦气。
本发明与现有技术相比具有以下优点：以多孔二氧化硅作为骨架材料，与丙烯酸类相互贯穿，形成有机物与无机物互穿网络的多孔结构。孔洞的形成和相互的贯穿使材料具有优异的吸声性能使材料具有优异的吸声性能，孔洞的孔径、孔深度与反应条件密切相关。丙烯酸在形成二氧化硅多孔材料过程中，不但作为反应物，同时在此过程中发生聚合反应形成聚丙烯酸，与二氧化硅形成了互穿网络结构。聚丙烯酸在多孔材料中能够增加材料的强度和任性，并且由于聚丙烯为高分子有机材料，能够很好的与各种有机树脂相互配合，形成稳定的体系，从而使制备的吸声填料在树脂中更加稳定。而无机材料的加入保证了制备的吸声填料具有一定的刚性和耐磨性，使填料的形状更加稳定，同时聚合物聚丙烯酸和二氧化硅都具有较低的热导率，并且多孔材料中的空气更好的保障了对热流的隔绝。使制备的材料不但具有较强的吸声性能，同时具有优越的保温隔热性能。将本发明制备的有机聚合物/二氧化硅复合吸声隔热材料与纯丙乳液按1∶1的质量比混合制备的涂层的吸声效果比纯丙乳液涂层的吸声效果提高了25％～40％，热导率降低了18％～25％。
附图说明
图1是本发明实施例3制备的有机聚合物/二氧化硅复合吸声隔热材料的SEM图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
(1)将去离子水与模数为3.2的水玻璃按1∶1的体积比混合，在搅拌速率为200转/分钟的条件下搅拌并加热至80℃，然后沉降24h，取上清液；
(2)将引发剂、有机聚合单体和无机酸混合均匀，得到预置液；所述引发剂为过硫酸铵，所述有机聚合单体为丙烯酸、丙烯酸乙酯和甲基丙烯酸甲酯，所述无机酸为盐酸，所述无机酸的质量浓度为10％；所述预置液中引发剂的质量百分数为0.1％，有机聚合单体的质量百分数为99％，无机酸为余量；
(3)在氮气的保护下，将步骤(1)中所述上清液加热至55℃，然后在搅拌速率为100转/分钟的条件下缓慢滴加步骤(2)中所述预置液形成混合溶液，待混合溶液转变为凝胶状物质时停止滴加；
(4)将步骤(3)中所述凝胶状物质陈化8h，然后抽滤；
(5)将步骤(4)中所述抽滤后的凝胶状物质用去离子水洗涤，然后抽滤；
(6)将步骤(5)中经抽滤后的凝胶状物质置于烘箱中，在温度为80℃的条件下烘干；将烘干后的凝胶状物质粉碎即得到有机聚合物/二氧化硅复合吸声隔热材料。
实施例2
本实施例与实施例1制备工艺相同，其中不同之处在于：所述引发剂为偶氮异丁腈或偶氮异丁腈和过硫酸铵，所述有机聚合单体为丙烯酸与丙烯酸乙酯的混合物，或者为丙烯酸与丙烯酸丁酯的混合物，或者为丙烯酸与甲基丙烯酸甲酯的混合物，或者为丙烯酸、丙烯酸乙酯与丙烯酸丁酯的混合物，或者为丙烯酸、丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸甲酯的混合物，或者为丙烯酸、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯与甲基丙烯酸甲酯的混合物，或者为甲基丙烯酸与丙烯酸酯类的混合物，或者为丙烯酸、甲基丙烯酸与丙烯酸酯类的混合物，所述丙烯酸酯类为丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸甲酯中的一种或几种，所述无机酸为硫酸、硝酸或磷酸，或者为盐酸、硫酸、硝酸和磷酸中的至少两种。
实施例3
(1)将去离子水与模数为3.0的水玻璃按1∶3的体积比混合，在搅拌速率为500转/分钟的条件下搅拌并加热至90℃，然后沉降36h，取上清液；
(2)将引发剂、有机聚合单体和无机酸混合均匀，得到预置液；所述引发剂为过硫酸铵，所述有机聚合单体为丙烯酸、丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸甲酯，所述无机酸为盐酸，所述无机酸的质量浓度为10％；所述预置液中引发剂的质量百分数为2.5％，有机聚合单体的质量百分数为72％，无机酸为余量；
(3)在氩气的保护下，将步骤(1)中所述上清液加热至95℃，然后在搅拌速率为200转/分钟的条件下缓慢滴加步骤(2)中所述预置液形成混合溶液，待混合溶液转变为凝胶状物质时停止滴加；
(4)将步骤(3)中所述凝胶状物质陈化24h，然后抽滤；
(5)将步骤(4)中所述抽滤后的凝胶状物质用去离子水洗涤，然后抽滤；
(6)将重复步骤(5)两次后的凝胶状物质置于烘箱中，在温度为120℃的条件下烘干；将烘干后的凝胶状物质粉碎即得到有机聚合物/二氧化硅复合吸声隔热材料。
按照本实施例制备的有机聚合物/二氧化硅复合吸声隔热材料的SEM图如图1，图中亮白斑点为二氧化硅包裹聚丙烯酸(酯)，二氧化硅形成了多孔材料的骨架结构，聚丙烯酸(酯)与二氧化硅材料互相交叉，形成互穿网络结构。材料的表面存在大量孔洞，孔洞相互贯通并且延伸至材料内部。
实施例4
本实施例与实施例3制备工艺相同，其中不同之处在于：所述引发剂为偶氮异丁腈或过硫酸铵和偶氮异丁腈，所述有机聚合单体为丙烯酸与丙烯酸乙酯的混合物，或者为丙烯酸与丙烯酸丁酯的混合物，或者为丙烯酸与甲基丙烯酸甲酯的混合物，或者为丙烯酸、丙烯酸乙酯与丙烯酸丁酯的混合物，或者为丙烯酸、丙烯酸乙酯和甲基丙烯酸甲酯的混合物，或者为丙烯酸、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯与甲基丙烯酸甲酯的混合物，或者为甲基丙烯酸与丙烯酸酯类的混合物，或者为丙烯酸、甲基丙烯酸与丙烯酸酯类的混合物，所述丙烯酸酯类为丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸甲酯中的一种或几种，所述无机酸为硫酸、硝酸或磷酸，或者为盐酸、硫酸、硝酸和磷酸中的至少两种。
实施例5
(1)将去离子水与水玻璃按1∶2的体积比混合，在搅拌速率为3 50转/分钟的条件下搅拌并加热至85℃，然后沉降48h，取上清液；
(2)将引发剂、有机聚合单体和无机酸混合均匀，得到预置液；所述引发剂为过硫酸铵和偶氮异丁腈，所述有机聚合单体为丙烯酸、丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸甲酯，所述无机酸为盐酸，所述无机酸的质量浓度为10％；所述预置液中引发剂的质量百分数为5％，有机聚合单体的质量百分数为45％，无机酸为余量；
(3)在氮气或惰性气体的保护下，将步骤(1)中所述上清液加热至75℃，然后在搅拌速率为300转/分钟的条件下缓慢滴加步骤(2)中所述预置液形成混合溶液，待混合溶液转变为凝胶状物质时停止滴加；
(4)将步骤(3)中所述凝胶状物质陈化16h，然后抽滤；
(5)将步骤(4)中所述抽滤后的凝胶状物质用去离子水洗涤，然后抽滤；
(6)将步骤(5)中经抽滤后的凝胶状物质或重复步骤(5)多次后的凝胶状物质置于烘箱中，在温度为100℃的条件下烘干；将烘干后的凝胶状物质粉碎即得到有机聚合物/二氧化硅复合吸声隔热材料。
实施例6
本实施例与实施例5制备工艺相同，其中不同之处在于：所述引发剂为过硫酸铵或偶氮异丁腈，所述有机聚合单体为丙烯酸与丙烯酸乙酯的混合物，或者为丙烯酸与丙烯酸丁酯的混合物，或者为丙烯酸与甲基丙烯酸甲酯的混合物，或者为丙烯酸、丙烯酸乙酯与丙烯酸丁酯的混合物，或者为丙烯酸、丙烯酸乙酯和甲基丙烯酸甲酯的混合物，或者为丙烯酸、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯与甲基丙烯酸甲酯的混合物，或者为甲基丙烯酸与丙烯酸酯类的混合物，或者为丙烯酸、甲基丙烯酸与丙烯酸酯类的混合物，所述丙烯酸酯类为丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸甲酯中的一种或几种，所述无机酸为硫酸、硝酸和磷酸中的一种，或者为盐酸、硫酸、硝酸和磷酸中的至少两种。
实施例7
(1)将去离子水与水玻璃按1∶1的体积比混合，在搅拌速率为200转/分钟的条件下搅拌并加热至80℃，然后沉降24h，取上清液；
(2)将引发剂和有机聚合单体混合均匀，得到预置液；所述引发剂为过硫酸铵，所述有机聚合单体为丙烯酸、丙烯酸乙酯和甲基丙烯酸甲酯；所述预置液中引发剂的质量百分数为0.1％，有机聚合单体为余量；
(3)在氮气的保护下，将步骤(1)中所述上清液加热至55℃，然后在搅拌速率为100转/分钟的条件下缓慢滴加步骤(2)中所述预置液形成混合溶液，待混合溶液转变为凝胶状物质时停止滴加；
(4)将步骤(3)中所述凝胶状物质陈化8h，然后抽滤；
(5)将步骤(4)中所述抽滤后的凝胶状物质用去离子水洗涤，然后抽滤；
(6)将步骤(5)中经抽滤后的凝胶状物质置于烘箱中，在温度为80℃的条件下烘干；将烘干后的凝胶状物质粉碎即得到有机聚合物/二氧化硅复合吸声隔热材料。
实施例8
本实施例与实施例7制备工艺相同，其中不同之处在于：所述引发剂为偶氮异丁腈或过硫酸铵和偶氮异丁腈，所述有机聚合单体为丙烯酸与丙烯酸乙酯的混合物，或者为丙烯酸与丙烯酸丁酯的混合物，或者为丙烯酸与甲基丙烯酸甲酯的混合物，或者为丙烯酸、丙烯酸乙酯与丙烯酸丁酯的混合物，或者为丙烯酸、丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸甲酯的混合物，或者为丙烯酸、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯与甲基丙烯酸甲酯的混合物，或者为甲基丙烯酸与丙烯酸酯类的混合物，或者为丙烯酸、甲基丙烯酸与丙烯酸酯类的混合物，所述丙烯酸酯类为丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸甲酯中的一种或几种。
实施例9
(1)将去离子水与水玻璃按1∶3的体积比混合，在搅拌速率为500转/分钟的条件下搅拌并加热至90℃，然后沉降36h，取上清液；
(2)将引发剂和有机聚合单体混合均匀，得到预置液；所述引发剂为过硫酸铵，所述有机聚合单体为丙烯酸、丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸甲酯；所述预置液中引发剂的质量百分数为2.5％，有机聚合单体为余量；
(3)在氩气的保护下，将步骤(1)中所述上清液加热至95℃，然后在搅拌速率为200转/分钟的条件下缓慢滴加步骤(2)中所述预置液形成混合溶液，待混合溶液转变为凝胶状物质时停止滴加；
(4)将步骤(3)中所述凝胶状物质陈化24h，然后抽滤；
(5)将步骤(4)中所述抽滤后的凝胶状物质用去离子水洗涤，然后抽滤；
(6)将重复步骤(5)两次后的凝胶状物质置于烘箱中，在温度为120℃的条件下烘干；将烘干后的凝胶状物质粉碎即得到有机聚合物/二氧化硅复合吸声隔热材料。
实施例10
本实施例与实施例9制备工艺相同，其中不同之处在于：所述引发剂为偶氮异丁腈或过硫酸铵和偶氮异丁腈，所述有机聚合单体为丙烯酸与丙烯酸乙酯的混合物，或者为丙烯酸与丙烯酸丁酯的混合物，或者为丙烯酸与甲基丙烯酸甲酯的混合物，或者为丙烯酸、丙烯酸乙酯与丙烯酸丁酯的混合物，或者为丙烯酸、丙烯酸乙酯和甲基丙烯酸甲酯的混合物，或者为丙烯酸、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯与甲基丙烯酸甲酯的混合物，或者为甲基丙烯酸与丙烯酸酯类的混合物，或者为丙烯酸、甲基丙烯酸与丙烯酸酯类的混合物，所述丙烯酸酯类为丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸甲酯中的一种或几种。
实施例11
(1)将去离子水与水玻璃按1∶2的体积比混合，在搅拌速率为350转/分钟的条件下搅拌并加热至85℃，然后沉降48h，取上清液；
(2)将引发剂和有机聚合单体混合均匀，得到预置液；所述引发剂为过硫酸铵和偶氮异丁腈，所述有机聚合单体为丙烯酸、丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸甲酯；所述预置液中引发剂的质量百分数为5％，有机聚合单体为余量；
(3)在氮气或惰性气体的保护下，将步骤(1)中所述上清液加热至75℃，然后在搅拌速率为300转/分钟的条件下缓慢滴加步骤(2)中所述预置液形成混合溶液，待混合溶液转变为凝胶状物质时停止滴加；
(4)将步骤(3)中所述凝胶状物质陈化16h，然后抽滤；
(5)将步骤(4)中所述抽滤后的凝胶状物质用去离子水洗涤，然后抽滤；
(6)将步骤(5)中经抽滤后的凝胶状物质或重复步骤(5)多次后的凝胶状物质置于烘箱中，在温度为100℃的条件下烘干；将烘干后的凝胶状物质粉碎即得到有机聚合物/二氧化硅复合吸声隔热材料。
实施例12
本实施例与实施例11制备工艺相同，其中不同之处在于：所述引发剂为过硫酸铵或偶氮异丁腈，所述有机聚合单体为丙烯酸与丙烯酸乙酯的混合物，或者为丙烯酸与丙烯酸丁酯的混合物，或者为丙烯酸与甲基丙烯酸甲酯的混合物，或者为丙烯酸、丙烯酸乙酯与丙烯酸丁酯的混合物，或者为丙烯酸、丙烯酸乙酯和甲基丙烯酸甲酯的混合物，或者为丙烯酸、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯与甲基丙烯酸甲酯的混合物，或者为甲基丙烯酸与丙烯酸酯类的混合物，或者为丙烯酸、甲基丙烯酸与丙烯酸酯类的混合物，所述丙烯酸酯类为丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸甲酯中的一种或几种。
实施例13
将实施例1，3，5，7，9，11中制备的有机聚合物/二氧化硅复合吸声隔热材料分别与纯丙乳液按1∶1的质量比混合制备涂层，对涂层进行性能测试，并与纯丙乳液涂层进行比较，结果如表1所示。
表1有机聚合物/二氧化硅复合吸声隔热材料制备的涂层的性能
Claims (4)
1.一种有机聚合物/二氧化硅复合吸声隔热材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)将去离子水与模数为2.0～3.4的水玻璃按1∶1～3的体积比混合，在搅拌速率为200转/分钟～500转/分钟的条件下搅拌并加热至80℃～90℃，然后沉降24h～48h，取上清液；
(2)将引发剂、有机聚合单体和无机酸混合均匀，得到预置液，所述预置液中引发剂的质量百分数为0.1％～5％，有机聚合单体的质量百分数为45％～99％，无机酸为余量；或将引发剂与有机聚合单体混合均匀，得到预置液，所述预置液中引发剂的质量百分数为0.1％～5％，有机聚合单体为余量；所述引发剂为过硫酸铵和/或偶氮类化合物，所述有机聚合单体为丙烯酸类与丙烯酸酯类的混合物，所述丙烯酸类为丙烯酸和/或甲基丙烯酸，所述丙烯酸酯类为丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸甲酯中的一种或几种，所述无机酸为盐酸、硫酸、硝酸和磷酸中的一种或几种；
(3)在氮气或惰性气体的保护下，将步骤(1)中所述上清液加热至55℃～95℃，然后在搅拌速率为100转/分钟～300转/分钟的条件下缓慢滴加步骤(2)中所述预置液形成混合溶液，待混合溶液转变为凝胶状物质时停止滴加；
(4)将步骤(3)中所述凝胶状物质陈化8h～24h，然后抽滤；
(5)将步骤(4)中所述抽滤后的凝胶状物质用去离子水洗涤，然后抽滤；
(6)将步骤(5)中经抽滤后的凝胶状物质或将重复步骤(5)多次后的凝胶状物质置于烘箱中，在温度为80℃～120℃的条件下烘干；将烘干后的凝胶状物质粉碎即得到有机聚合物/二氧化硅复合吸声隔热材料。
2.根据权利要求1中所述一种有机聚合物/二氧化硅复合吸声隔热材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述偶氮类化合物为偶氮异丁腈。
3.根据权利要求1中所述一种有机聚合物/二氧化硅复合吸声隔热材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述无机酸的质量浓度为10％。
4.根据权利要求1中所述一种有机聚合物/二氧化硅复合吸声隔热材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述惰性气体为氩气或氦气。
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