CN105175841B

CN105175841B - 一种基于废旧橡胶粉的吸声材料及其制造方法

Info

Publication number: CN105175841B
Application number: CN201510507666.0A
Authority: CN
Inventors: 徐信武; 黄润州; 梅长彤; 周晓燕; 韩景泉; 陈玲; 孙妍; 周定国
Original assignee: Nanjing Forestry University
Current assignee: Nanjing Forestry University
Priority date: 2014-08-19
Filing date: 2015-08-18
Publication date: 2017-05-17
Anticipated expiration: 2035-08-18
Also published as: CN105175841A

Abstract

本发明属于新材料领域，公开了一种基于废旧橡胶粉的吸声材料及其制造方法。该吸声材料以废旧橡胶粉、纤维和废旧塑料为主要成分，辅以生孔剂、颜料、润滑剂和界面调控剂复合而成。该材料吸声效果好，制造成本低，适用范围广，具有很好的应用前景。

Description

一种基于废旧橡胶粉的吸声材料及其制造方法

技术领域：

本发明属于新材料领域，涉及一种基于废旧橡胶粉的吸声材料及其制造方法。

技术背景：

橡胶是一类能从大形变(一般认为伸长率≥200％)迅速而强烈地恢复且能够或已经被改性成不溶态的材料，又称为“弹性体”。基于橡胶的高弹性、耐酸碱性和对常规溶剂(例如：水、苯、酮、醇)的难(不)溶性，橡胶在轮胎、胶鞋等室外场合得到广泛应用。每年中国橡胶总消费量超过350万t，约占全球天然橡胶消费总量的1/3，产生废旧橡胶约270万t，其中轮胎类占55％、非轮胎类占41％、工厂废料占4％。目前，废旧橡胶的回收再用率仅约65％，尚有近95万t废旧橡胶制品闲置堆放、难以降解，造成“黑色污染”环境问题。世界范围内，每年有近15亿只轮胎报废，其中得到回收利用的只占l0-20％。

目前，废旧橡胶的利用主要包含如下领域：(1)废旧橡胶制备能量利用废旧橡胶制备能量具有耗用废胶量大、成本低和效益高的特点，生产过程中排放的废气经过除尘、吸收处理后对环境造成的危害很小。发达国家以废胶用于制能(热、电)方面所占比重最大。(2)废胶粉用于道路建设废胶粉具有一定弹性和耐磨、防滑等性能，而且其中含有防老剂，因此用于和其他材料一起铺设人行道、高速公路、球场等极为适合，且能够明显提高路面的质量和寿命。该领域已有专利例如：活化废橡胶粉、其制备方法以及改性沥青及其制备方法(CN201010151059.2)、一种废橡胶粉改性沥青及其制备方法(CN201110366277.2)，等。(3)废胶粉脱硫生产再生胶脱硫生产再生胶的方法在二战后得到迅速发展，但是到了70年代随着子午线轮胎的出现，脱硫法的使用变得越来越少。同时，脱硫法还存在生产能耗大、污染严重的致命缺点。这些原因使得脱硫法再生橡胶的生产逐渐衰退。(4)废旧橡胶制造建材用复合材料利用废旧橡胶粉与无机材料混合，制作建筑用材。例举：废橡胶回收制成建材的方法(CN98101291.4)。

木材和橡胶复合制造新型材料是上世纪末从美国兴起的全新研究领域。以木质原料(包括木材和非木材植物纤维材料)和橡胶为两相、添加或不添加其他胶黏剂制成复合材料。1995年，美国俄勒冈州立大学研究了木材纤维/橡胶粉复合板制造技术，采用异氰酸酯(MDI)作为胶黏剂，橡胶颗粒的混合比例达到75％，对板的物理力学性能影响非常显著。2000年，Ismail等分别以异氰酸酯(MDI)、酚醛树脂(PF)和脲醛树脂(UF)为胶粘剂，试制了棕榈纤维粉/天然橡胶复合板，取得成功。2004年，Vladkova等将松木粉分别添加到天然橡胶(NR)和丁腈橡胶(NBR)中，研究了两种橡胶与松木粉复合生产的板材的机械性能。同年，Yang等对MDI-树脂麦秸/废旧轮胎复合板材的研究表明，橡胶的复合对木质复合板材具有良好的隔音、绝热、抗腐等性能。2009年，Bai采用木材微纳纤丝(MCC/NCC)与液体橡胶复合，两种材料之间的胶合界面得到进一步优化，制成了高强度木橡制品。

国内最早开展木橡复合的是华南农业大学。研究了废旧橡胶颗粒与木材碎料的复合，橡胶颗粒表面经过机械糙化，显著提高了胶合强度(2007年)。2008年，赵君等以MDI和UF为胶粘剂、废旧轮胎粉和落叶松木刨花为原料，热压制得木质橡胶复合板，并得到了最佳制备工艺。2009年，中国林科院的孙伟圣以人工林木材、木制品加工剩余物和废旧轮胎颗粒为原料，制备了木/橡复合材料，对其在地板中的应用进行了探索性研究。2011年，东北林业大学的崔勇以废旧橡胶粉和杨木刨花为原料，研究了热压工艺和模压工艺制备复合材料的工艺条件和材料性能。南京林业大学从2010年开始，系统开展了木材纤维、木材刨花与废旧橡胶颗粒的复合工艺研究，重点研究了复合工艺和制品的强度、弹性和表面状态，取得了系列研究成果。

上述研究中，木材和橡胶的复合均采用了常规木材胶黏剂(MDI/PF/UF)作为胶黏剂，产品在长期高湿度环境中的耐久性能有待提高。近几年来，“木-橡-塑”三元复合正成为重要的发展方向。三种原料中，废旧塑料发挥了基体和胶黏剂的作用。作为典型先例，2009年，Ruksakulpiwat等研究了香根草纤维复合材料，采用了聚丙烯(PP)和天然橡胶(NR)或乙烯-丙烯共聚弹性体(EPDM)作为共组成分；2010年，Clemons采用聚乙烯(PE)和PP混合树脂与10％EPDM复合；2012年，Kakroodi等研制了桦木粉-PP-SBR(丁苯橡胶)复合材料，桦木粉和SBR粉末的添加比例均达到40％。在国内，木橡塑三元复合尚未见文献报道。

橡胶类物质对声波的传播具有良好的阻尼特性。研究表明，木橡塑三元复合体系中，木粉提高了材料的强度、橡胶赋予材料优良的韧性、延展性和声控特性，而塑料作为胶黏剂赋予材料良好的耐水性、耐候性和耐久性。木橡塑三元复合，既合理利用了三种废旧高分子资源(砂光粉、锯屑等低值木材；废旧塑料；废旧橡胶)，又充分发挥了三种材料的优良特性，将成为今后材料领域的重要发展方向。木橡塑三元复合新型材料具有显著的降噪效果，因而在高速公路、运动场馆、建筑外墙、室内屋顶、室内墙体内衬等场合具有诱人的应用前景。

发明内容

本发明的目的是针对上述技术问题，提供一种基于废旧橡胶粉的吸声材料。

本发明另一个目的是提供上述吸声材料的制造方法。

本发明的目的是通过下列技术方案实现的：

一种基于废旧橡胶粉的吸声材料，该吸声材料以废旧橡胶粉、纤维和废旧塑料为主要成分，辅以生孔剂、颜料、润滑剂和界面调控剂复合而成。

所述的吸声材料的主要成分绝干质量比例为：纤维30～50％，优选为40％，废旧橡胶粉30～50％，优选为40％，废旧塑料20～30％，优选为20％；主要成分的用量合计为100％，辅助成分的用量以主要成分的用量为基准另行计算，具体为：以主要成分总绝干质量为100份计算，辅助成分绝干质量比例为：生孔剂0～8份，颜料0～8份，润滑剂1～3份，优选为2份，界面调控剂1～5份，优选为3份。

所述的吸声材料，其中所述的纤维，包含木材、竹材等植物纤维或玻璃、金属等无机纤维，长度0.5～8mm，直径或横截面尺寸为0.1～1.2mm。

所述的吸声材料，其中所述的生孔剂为碳酸氢钠(NaHCO₃)、偶氮二甲酰胺(C₂H₄O₂N₄)或其他在150～200℃温度范围内能分解产生无毒气体的物质。

所述的吸声材料，其中所述的润滑剂为聚乙烯蜡或其他能降低混合物料挤压或注塑阻力的物质。

所述的吸声材料，其中所述的界面调控剂为马来酸酐改性聚乙烯MA-PE或硅烷；其中硅烷优选硅69(双-[Y-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物)。

所述吸声材料的制备方法，该方法是取物料按照质量比例均混后，挤压或注塑成型，温度控制在150～200℃。

颜料即为常规的颜料，没有特殊的要求，只要不与其他成份反应即可。

具体包括如下步骤：(1)将废旧橡胶粉采用界面调控剂进行包覆预处理；(2)将废旧塑料造粒；(3)将预处理的废旧橡胶粉、塑料颗粒、纤维以及生孔剂、颜料、润滑剂等助剂均混，在高温环境进行封闭炼制；(4)将炼制后的熟料采用挤压或注塑工艺制作成内含细微、贯通孔道的既定形状和尺寸的板材或型材。

本发明的有益效果：

(1)充分利用废旧橡胶和废旧塑料资源，解决环境污染问题；(2)充分利用橡胶的粘弹特性，提高材料的声损耗性能；(3)充分利用废旧塑料作为胶黏剂，材料耐湿、耐水、耐腐、耐虫；(4)充分利用生孔剂，构建可控制的贯通孔隙结构，提高材料的吸声性能；(5)充分利用材料的可挠曲性和可成型性，产品用途广泛，可用于道路声屏障、运动场馆地面、建筑内外墙体、室内天花板等各种场合，具有很好的应用前景。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明作进一步的阐述。

实施例：

(1)原料：杨木纤维，筛分值为60-80目，烘至绝干；聚乙烯(废旧与新鲜均可，从环保和经济方面考虑优先采用废旧品)：高密度聚乙烯(HDPE)；橡胶粉：废旧轮胎粉碎而得，筛分值为60-100目；界面调控剂：马来酸酐改性聚乙烯MA-PE；生孔剂：碳酸氢钠；润滑剂：聚乙烯蜡。

(2)配方：如下表所示，三大主要成分占100％，复合1.5～3％界面调控剂MA-PE、0～5％碳酸氢钠生孔剂和2％润滑剂。根据表中各组分的含量变化，开展多配方试验。

注：辅助成分的用量以主要成分为基准计算，“三大主要成分占100％，复合1.5～3％界面调控剂MA-PE”的含义是指“以三大主要成分的量作为100％基准，MA-PE的量取1.5～3％，即三大主要成分的量为100g，则MA-PE的量取1.5～3g”，其他辅助成分的用量以此类推。

(3)制备工艺：将60-100目的橡胶粉与马来酸酐改性聚乙烯高速均混，实现对橡胶粉的界面处理；将高密度聚乙烯粉碎后，与杨木纤维、橡胶粉、碳酸氢钠和润滑剂进行混合；挤出工艺温度为160℃，转速为30r/min。

(4)性能测试方法：拉伸性能按照GB/T 1040.3-2006标准测试；密度测定按照GB/T17657-1999标准进行测试；吸声系数采用驻波管法进行测试。

(5)性能测试结果：

以40％木粉为例，MA-PE 2.5％，润滑剂2％，随着生孔剂含量的变化，材料的各性能测试结果如下表所示。结果表明：生孔剂和橡胶含量的变化，有效改变了材料的湿稳定性、力学性能、密度和吸声性能。当材料的吸声系数大于0.20时，通常将该材料称为吸声材料。从测试结果看，当橡胶含量达到20％以上、生孔剂含量大于3％时，本发明的材料对于频率在1000Hz以下的日常噪音吸声系数达到0.22～0.39；而当生孔剂含量达到5％时，即使对于2000Hz的高频声波，吸声系数也普遍达到0.20，是优良的吸声材料。与此同时，材料的密度均控制在1.2g/cm³以下，拉伸强度均大于20MPa。

Claims

1.一种基于废旧橡胶粉的吸声材料，其特征在于该吸声材料以废旧橡胶粉、纤维和废旧塑料为主要成分，辅以生孔剂、颜料、润滑剂和界面调控剂复合而成；

其中：该吸声材料的主要成分绝干质量比例为：纤维30～50％，废旧橡胶粉30～50％，废旧塑料20～30％；以主要成分总绝干质量为100份计算，辅助成分绝干质量比例为：生孔剂0～8份，颜料0～8份，润滑剂1～3份，界面调控剂1～5份。

2.根据权利要求1所述的吸声材料，其特征在于该吸声材料的主要成分绝干质量比例为：纤维40％，废旧橡胶粉40％，废旧塑料20％；以主要成分总绝干质量为100份计算，辅助成分绝干质量比例为：生孔剂0～8份，颜料0～8份，润滑剂2份，界面调控剂3份。

3.根据权利要求1或2所述的吸声材料，其特征在于所述的纤维，包含植物纤维或无机纤维，长度0.5～8mm，直径或横截面尺寸为0.1～1.2mm。

4.根据权利要求3所述的吸声材料，其特征在于植物纤维为木材纤维、竹材纤维，无机纤维为玻璃纤维、金属纤维。

5.根据权利要求1或2所述的吸声材料，其特征在于所述的生孔剂为碳酸氢钠、偶氮二甲酰胺或其他在150～200℃温度范围内能分解产生无毒气体的物质。

6.根据权利要求1或2所述的吸声材料，其特征在于所述的润滑剂为聚乙烯蜡。

7.根据权利要求1或2所述的吸声材料，其特征在于所述的界面调控剂为马来酸酐改性聚乙烯或硅烷。

8.根据权利要求7所述的吸声材料，其特征在于所述的界面调控剂为硅69。

9.权利要求1所述吸声材料的制备方法，其特征在于该方法是取物料按照质量比例均混后，挤压或注塑成型，温度控制在150～200℃。

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于该方法包括下列步骤：

(1)将废旧橡胶粉采用界面调控剂进行包覆预处理；

(2)将废旧塑料造粒；

(3)将预处理的废旧橡胶粉、塑料颗粒、纤维以及生孔剂、颜料、润滑剂均混，在高温环境进行封闭炼制；

(4)将炼制后的熟料采用挤压或注塑工艺制作成内含细微、贯通孔道的既定形状和尺寸的板材或型材。