CN102321307B

CN102321307B - 一种吸声材料及其制备方法

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Publication number: CN102321307B
Application number: CN2011103147112A
Authority: CN
Inventors: 刘玉荣
Original assignee: Chongqing University of Arts and Sciences
Current assignee: Chongqing University of Arts and Sciences
Priority date: 2011-10-17
Filing date: 2011-10-17
Publication date: 2012-11-07
Anticipated expiration: 2031-10-17
Also published as: CN102321307A

Abstract

本发明涉及一种吸声材料及其制备方法，首先按质量百分比将20~60%的树脂、10~60%的橡胶、5~50%的介孔分子筛、0.5~3的阻燃剂及1~5%的稳定剂搅拌均匀混合；将上述的混合物在混炼机上载90~150℃温度下混炼5~30分钟即可制备得到综合性能优良的吸声材料。所制备的吸声材料兼具无机吸声材料和有机泡沫吸声材料的优点，对高频、中频和低频范围内均有高效吸声性能，在宽频率范围内具有高吸声性能，比一般泡沫塑料提高45%以上。此外，本发明制备的吸声材料具有良好的热性能和力学性能；且加工工艺简单，操作方便，容易实现工业化，在剧场、会议室、音乐厅、录音棚、体育馆、高速公路等需要吸声降噪的场所或环境具有广阔的应用前景。

Description

一种吸声材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种吸声材料，特别涉及一种能明显提高中低频吸声性能的复合吸声材料及其制备方法。

背景技术

随着现代工业的迅速发展，噪声对人类的危害也越来越大。噪声污染、空气污染和水污染被认为是当代世界三大环境公害。噪声不仅影响人们正常的工作秩序和工作效率，还影响人们的日常生活和身心健康。控制噪声已成为人类的当务之急，对吸声降噪材料的研究也已经成为世界各国科技工作者的重要研究方向之

常见的吸声材料包括以下几类：

(1)有机泡沫塑料类：如聚氨酯泡沫塑料、脲醛树脂泡沫塑料和氨甲基泡沫塑料等。CN2869014Y提供了一种防渗、减震、容易清洁且吸声效果良好的复合聚氨酯吸声材料。CN1312541A以聚氨酯网状泡沫塑料为基材制备了网状复合吸声材料。有机泡沫塑料类吸声材料的优点是密度小、柔软、耐潮、可切割成型、施工安装方便；缺点是吸声性能不稳定、易老化、易吸水、室外使用受限。

(2)有机纤维材料类：如棉、麻、木屑、植物纤维、海草、棕丝及其制品等。如发明专利CN101593515A公开了一种以天然木棉为主要成分的吸声降噪材料及其在制备吸声降噪制品中的应用。CN201689670公开了一种吸声材料构件，其吸声材料为间位芳纶纤维或对位芳纶纤维制成的吸声棉或吸声毡。有机纤维材料类吸声材料的优点是密度小、吸声系数高、原材料来源丰富、价格便宜；缺点是防火、防潮性能差、易虫蛀、霉变、室外使用受限。

(3)无机泡沫建筑材料类：如泡沫玻璃、加气混凝土、膨胀珍珠岩制品等。CN1043116A提供了一种供建筑用的吸声性能优良的新型无机建筑吸声材料，该吸声材料由水泥、焙烧煤矸石轻骨料、膨胀珍珠岩所组成的无机建筑吸声砌块材料。无机泡沫建筑材料类吸声材料的优点是强度高、加工性能好、防水、不燃、耐腐蚀、不老化；缺点是吸声效果一般、微孔贯通率少。

如上所述，现有吸声材料虽然种类繁多，品种各异，并各有其优缺点，但由于材料自身性能的限制，使得上述各类材料在应用范围上都受到一定的限制，而科技发展和社会进步对吸声材料的综合性能又提出了更高的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种吸声效率高的吸声材料。

本发明的另一目的在于提供上述吸声材料的制备方法。

为达到上述的目的，本发明采用如下技术方案实现：

一种吸声材料，其特征在于：其是采用树脂、橡胶、介孔分子筛、阻燃剂及稳定剂为原料制得的；所述树脂为聚丙烯、聚乙烯或聚苯乙烯，所述介孔分子筛为MCM-41、MCM-48、SBA-15或SBA-16。

发明人在研发过程中发现上述介孔分子筛的加入带来了吸声性能的提高，但上述介孔分子筛的加入量过多也会引起体系粘度和硬度的增加，在混炼时不易均匀化，使相界面接触性变差，因此，介孔分子筛的用量也是比较有讲究的。

为了使得本发明吸声材料综合性能更好，优选地，本发明吸声材料是以20～60wt％的上述树脂、10～60wt％的橡胶、5～50wt％的上述介孔分子筛、0.5～3wt％的阻燃剂及1～5wt％的稳定剂为原料制得的，均以质量百分比计。

进一步优选地，本发明吸声材料以30～40wt％的上述树脂、40～60wt％的橡胶、5～15wt％的上述介孔分子筛、1～2wt％的阻燃剂及3～5wt％的稳定剂为原料制得的，均以质量百分比计。

更优选地，上述的橡胶优选为乙丙橡胶、丁腈橡胶或丁基橡胶。发明人在长期研发过程中进一步发现，橡胶组分使本发明材料的综合吸声性能提高，其原因是：在常温下，橡胶处于高弹态，当有声波作用时，其本身会发生弹性形变，从而消耗一些声波能量；橡胶大分子链上的链段和侧基在声波作用下产生运动，这种运动在分子内或/和分子间摩擦阻力较大，对声波能量的消耗显著。但是当橡胶用量过大时，会造成体系粘度过小，泡孔结构恶化，造成孔隙率下降，材料吸声性能也随之降低。因此，在进一步地提高本发明材料的综合吸声性能上，橡胶的类型及用量也是有讲究的。

上述的阻燃剂优选为无水硼酸锌、氢氧化镁、氢氧化铝或磷酸三苯酯。

上述的稳定剂优选为硬脂酸钙、二月桂酸二丁基锡、硫醇丁基锡、硫醇锑复合热稳定剂或L518系列稀土多功能热稳定剂。

上述的物料均为市售产品。

最优选地，一种吸声材料，其是按质量百分比为30％聚丙烯(PP)和57％乙丙橡胶(EPR)、10％介孔分子筛SBA-15、1.5％磷酸三苯酯及4.5％硬脂酸钙为原料制得的。

上述吸声材料的制备方法，将上述的各原料搅拌均匀混合，再将所得的混合物在混炼机上载90～150℃温度下混炼5～30分钟制得。

本发明根据不同聚合物、无机物对声音频率响应不同的原理，采用了本发明独特的多组分聚合物、无机物共混方法，从而使制得的吸声材料兼具有机、无机材料的优点，改善了其在中低频范围内的吸声性能。

介孔分子筛是一种新型的高比表面(可高达2000m²/g)，孔径尺寸均一可调(2～50nm)，排列长程有序的材料，具有孔径范围大，稳定性好，孔道形状多样(圆柱形、球形或平板状)，表面可修饰等优良的特性，这些优良的特性赋予了介孔分子筛材料优良的吸声性能。本发明充分利用介孔分子筛材料的这些性质，与树脂和橡胶高分子化合物进行合理地复合，制备性能优异的有机高分子/介孔分子筛复合吸声材料。这种创新性构思和吸声材料的制备方法在国内外均未见报道。

本发明吸声材料具有如下的有益效果：(1)本发明吸声材料是一种孔隙率、孔径大小及其分布可控的多孔结构的吸声材料，在宽频率范围内具有高吸声性能，对高频、中频和低频范围内均有高效吸声性能，比一般泡沫塑料提高45％以上，可广泛应用于剧场、会议室、音乐厅、录音棚、体育馆、高速公路等需要吸声降噪的场所或环境；(2)同时本发明吸声材料具有较好的热性能和力学性能，热分解温度在370～410℃范围内，拉伸强度在55～80Mpa范围内，弯曲强度在80～110Mpa范围内，简支梁缺口冲击强度在15～25KJ/m²范围内；(3)本发明吸声材料的制备方法是在传统工艺基础上的技术革新，不需要新的高昂设备投资，工艺简单，操作方便，易实现工业化。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述本发明内容对本发明作出一些非本质的改进和调整。

实施例1：首先按质量百分比将40％聚苯乙烯(PS)和34％乙丙橡胶(EPR)、20％介孔分子筛MCM-41、3％无水硼酸锌及3％的CZX-768无毒钙锌复合稳定剂搅拌混合均匀；将上述混合物在混炼机上在130℃温度下混炼10分钟即可制备得到PS/MCM-41复合吸声材料。

聚苯乙烯(PS)牌号为台湾化纤PS 5250，由成都金鹰集团贸易有限公司提供；乙丙橡胶(EPR)牌号J-0030，由吉化集团吉林市星云化工有限公司提供；MCM-41介孔分子筛：南京先丰纳米材料科技有限公司生产的产品，是具有六方有序排列孔道结构和长程有序性的介孔分子筛，其孔径3.5nm，BET比表面积≥900m²/g，孔容≥0.6cm³/g。无水硼酸锌由成都开飞高能化学工业有限公司提供；CZX-768无毒钙锌复合稳定剂由肇庆市森德利化工实业有限公司提供。

实施例2：首先按质量百分比将30％聚乙烯(PE)和18％丁基橡胶、50％介孔分子筛MCM-41、1％氢氧化镁阻燃剂及1％硫醇型有机锡(8831)热稳定剂搅拌混合均匀；将上述混合物在混炼机上载110℃温度下混炼20分钟即可制备得到PE/MCM-41复合吸声材料。

聚乙烯(PE)为吉林石化通用膜料7042，熔指1.7-2.3g/10min密度：0.918～0.922g/cm³；丁基橡胶型号：日本JSR 268，由成都(恒裕)化工贸易有限公司提供；氢氧化镁阻燃剂由山东鲁华化工有限公司提供；硫醇型有机锡(8831)热稳定剂由北京三安化化工产品有限公司提供。

实施例3：首先按质量百分比将20％聚乙烯(PE)和13％丁基橡胶、65％介孔分子筛MCM-41、1％氢氧化镁及1％硫醇型有机锡(8831)热稳定剂搅拌混合均匀；将上述混合物在混炼机上载110℃温度下混炼20分钟即可制备得到PE/MCM-41复合吸声材料。

实施例4：首先按质量百分比将30％聚丙烯(PP)和54％乙丙橡胶(EPR)、10％介孔分子筛MCM-41、1.5％磷酸三苯酯及4.5％硬脂酸钙搅拌混合均匀；将上述的混合物在混炼机上在100℃温度下混炼30分钟即可制备得到PP/MCM-41复合吸声材料。

聚丙烯为美国液氮PP MFX700-10HS，具有高抗冲击、环保、高耐热、耐低温、耐磨、耐化学性、电气性能优良和高尺度稳定性等优良的综合性能。磷酸三苯酯由成都华翔精细化工有限公司提供；硬脂酸钙由邵阳天堂助剂化工有限公司成都直销处生产。

实施例5：首先按质量百分比将40％聚苯乙烯(PS)和34％乙丙橡胶(EPR)、20％介孔分子筛MCM-48、3％无水硼酸锌及3％的CZX-768无毒钙锌复合稳定剂搅拌混合均匀；将上述混合物在混炼机上在130℃温度下混炼10分钟即可制备得到PS/MCM-48复合吸声材料。

MCM-48介孔分子筛：南京先丰纳米材料科技有限公司生产的产品，是具有约2.6nm左右的均一孔径及两套相互独立的三维螺旋孔道网络结构。BET比表面积≥750m²/g，孔容≥0.6cm³/g。

实施例6：首先按质量百分比将30％聚乙烯(PE)和18％丁基橡胶、50％介孔分子筛MCM-48、1％氢氧化镁及1％硫醇型有机锡(8831)热稳定剂搅拌混合均匀；将上述混合物在混炼机上载110℃温度下混炼20分钟即可制备得到PE/MCM-48复合吸声材料。

实施例7：首先按质量百分比将30％聚丙烯(PP)和54％乙丙橡胶(EPR)、10％介孔分子筛MCM-48、1.5％磷酸三苯酯及4.5％硬脂酸钙搅拌混合均匀；将上述的混合物在混炼机上在100℃温度下混炼30分钟即可制备得到PP/MCM-48复合吸声材料。

实施例8：首先按质量百分比将40％聚苯乙烯(PS)和34％乙丙橡胶(EPR)、20％介孔分子筛SBA-15、3％硼酸锌及3％的CZX-768无毒钙锌复合稳定剂搅拌混合均匀；将上述混合物在混炼机上在130℃温度下混炼10分钟即可制备得到PS/SBA-15复合吸声材料。

SBA-15介孔分子筛：南京先丰纳米材料科技有限公司生产的产品，是在酸性条件下合成的具有二维六方结构的介孔硅基分子筛，孔径6～10nm，BET比表面积≥650m²/g，孔容≥1.2cm³/g。与MCM-41相比，SBA-15介孔分子筛具有更大的孔径、更厚的孔壁和更高的孔容，而且具有更好的水热稳定性。

实施例9：首先按质量百分比将30％聚乙烯(PE)和18％丁基橡胶、50％介孔分子筛SBA-15、1％氢氧化镁及1％硫醇型有机锡(8831)热稳定剂搅拌混合均匀；将上述混合物在混炼机上载110℃温度下混炼20分钟即可制备得到PE/SBA-15复合吸声材料。

实施例10：首先按质量百分比将30％聚丙烯(PP)和57％乙丙橡胶(EPR)、10％介孔分子筛SBA-15、1.5％磷酸三苯酯及4.5％硬脂酸钙搅拌混合均匀；将上述的混合物在混炼机上在100℃温度下混炼30分钟即可制备得到PP/SBA-15复合吸声材料。

实施例11：首先按质量百分比将40％聚苯乙烯(PS)和34％乙丙橡胶(EPR)、20％介孔分子筛SBA-16、3％硼酸锌及3％的CZX-768无毒钙锌复合稳定剂搅拌混合均匀；将上述混合物在混炼机上在130℃温度下混炼10分钟即可制备得到PS/SBA-16复合吸声材料。

介孔分子筛SBA-16：根据文献《以嵌段共聚物为结构导向剂的SBA-15和SBA-16的合成及表征》(无机材料学报，2003，18(4)：855-860)进行制备。其制备方法如下：将三嵌段共聚物F127(EO₁₀₆PO₇₀EO₁₀₆，M_av＝12700，BASF公司提供)溶于适量去离子水，加入盐酸(HCl，化学纯，重庆化学试剂有限公司提供)溶液，搅拌均匀，在38℃的条件下，向其中逐滴滴加正硅酸乙醋(TEOS，分析纯，重庆化学试剂有限公司提供)，持续剧烈地搅拌20h以上，装入聚四氟乙烯为内衬的高压釜水热处理48h，过滤、洗涤并干燥，最后在550℃锻烧5h以上，得到的白色粉末即为SBA-16.实验所用各原料的摩尔比为1TEOS∶0.004F127∶0.75HCI∶88H₂O。所制备得到的SBA介孔分子筛的性能如下：孔径3.26nm，BET比表面积930m²/g，孔容0.60cm³/g。

实施例12：首先按质量百分比将30％聚乙烯(PE)和18％丁基橡胶、50％介孔分子筛SBA-16、1％氢氧化镁及1％硫醇型有机锡(8831)热稳定剂搅拌混合均匀；将上述混合物在混炼机上载110℃温度下混炼20分钟即可制备得到PE/SBA-16复合吸声材料。

实施例13：首先按质量百分比将30％聚丙烯(PP)和54％乙丙橡胶(EPR)、10％介孔分子筛SBA-16、1.5％磷酸三苯酯及4.5％硬脂酸钙搅拌混合均匀；将上述的混合物在混炼机上在100℃温度下混炼30分钟即可制备得到PP/SBA-16复合吸声材料。

表1为本发明所制备吸声材料的吸声性能与其它高分子泡沫吸声材料吸声性能的对比。吸声系数按照美国材料和实验协会在2008年颁布的新测试标准ASTM E 1050-08《吸声系数和声阻抗测试标准》进行测量。表2列出了所制备的吸声材料的热性能和力学性能参数与其它高分子泡沫吸声材料相应性能参数的对比。

表1本发明制备的吸声材料的吸声性能与其它高分子泡沫材料吸声性能对比

表2本发明吸声材料的热性能和力学性能与其它高分子泡沫材料性能参数对比

由表1可以看出，本发明所制备的有机高分子/介孔分子筛复合吸声材料的吸声性能在相同厚度时优于其它发泡高分子材料的吸声性能，尤其是中低频吸声性能提高：在250～4000Hz范围内，吸声系数几乎是其它材料的2倍。相同条件下，其吸声平均吸声系数也比其他材料高得多。可见，本发明所得吸声材料是一种吸声系数高、吸声性能优良的新型吸声材料。

从表2可以看出，本发明吸声材料相对于常规的高分子泡沫吸声材料而言，具有较好的热性能和力学性能。热分解温度在370～410℃范围内，拉伸强度在55～80Mpa范围内，弯曲强度在80～110Mpa范围内，简支梁缺口冲击强度在15～25KJ/m²范围内。而且，该复合吸声材料的加工不需要新的高昂设备投资，工艺简单，操作方便，容易实现工业化，在剧场、会议室、音乐厅、录音棚、体育馆、高速公路等需要吸声降噪的场所或环境具有广泛的应用前景。

Claims

1.一种吸声材料，其特征在于：它是首先按质量百分比为30%聚丙烯、54%乙丙橡胶、10%介孔分子筛SBA-16、1.5%磷酸三苯酯及4.5%的硬脂酸钙搅拌混合均匀，再将得到的混合物在混炼机上在100℃温度下混炼30分钟制得的。