CN105780303B - 一种改性聚丙烯吸音棉及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改性聚丙烯吸音棉及其制备工艺，制备吸音棉的原料包括：无纺布，煤矸石纳米微粒和等规聚丙烯；制备工艺包括：将煤矸石纳米微粒内添加入到异戊醇溶液中，搅拌溶融，然后静置沉积，得到煤矸石纳米凝胶；向等规聚丙烯切片中添加煤矸石纳米凝胶，经过高温熔融共混，采用熔喷法熔喷成纤，得到改性聚丙烯纤维层；向改性聚丙烯纤维层的正背两面分别热压上一层无纺布，即得改性聚丙烯吸音棉。本发明使得生产工艺简单易操作，可大规模生产，制备得到的吸音棉具有吸声效果好、阻燃性能优秀的优点。
Description
技术领域
本发明涉及非织造布领域，具体涉及一种改性聚丙烯吸音棉及其制备工艺。
背景技术
采用熔喷法制备的聚丙烯吸音棉具有质量轻便、材料内部孔隙多，吸声效果好等特点，是一种吸声效果良好、价格便宜的吸音棉材料。为了更好的增加吸音效果，可以采用多孔材料与聚丙烯材料复合，因为多孔材料添加入吸音材料中，可以有效地增加声波的传输路径，增加声波的吸收效果，提高吸音棉的吸音效果。因为聚丙烯吸音棉的氧极限指数较低，易于燃烧，而吸音棉多应用在汽车内饰、房屋装修、工业生产等领域，一旦发生火灾，后果不堪设想。因此，必需提高吸音棉的阻燃性质。
煤矸石是一种煤矿废渣，是一种来源广泛、质优价廉的多孔材料。煤矸石中含有SiO2、MgO、Al2O3等主要成分。向聚丙烯吸音棉中添加纳米级煤矸石微粒，不仅增加了吸音棉的多孔结构，而且将煤矸石的加入到吸音棉中还增加了吸音棉的阻燃性能。当吸音棉受热燃烧时，煤矸石纳米微粒反应生成不燃烧的物理阻隔层，覆盖在基体材料表面，阻隔氧气和可燃气体之间的渗透和交换，从而使燃烧终止。而且煤矸石纳米微粒能将吸音棉燃烧时产生的部分热量带走，致使反馈至聚丙烯基体的热量大大减小，减缓或终止其降解，不能产生维持燃烧所需的可燃气体，从而使燃烧自熄，达到吸音棉阻燃的目的。
中国专利CN201410287888.1公开了一种改性聚丙烯复合材料，其重量百分比组成包括：共聚聚丙烯20～50％；均聚聚丙烯20～60％；聚烯烃弹性体2～10％；玻璃纤维10～20％；淀粉15～20％；经偶联处理的无机物0.1～2％；润滑剂0.1～0.5％。但是该专利添加的玻璃纤维脆性大、易折断，并且易产生环境污染，而且这些添加物不能增强聚丙烯吸音棉的吸音效果。
中国专利CN201210297006.0公开了一种阻燃聚丙烯专用料，本发明公开了一种阻燃聚丙烯专用料，由下述组分按重量份组成：聚丙烯树脂100份，复合阻燃剂30-50份，所述复合阻燃剂，由下述重量份的组分组成：硼酸锌40-60份、磷酸三(2-氯丙基)酯20-30份、包覆红磷10-20份、十溴二苯乙烷10-30份。但是该专利中添加物会污染环境，一旦燃烧还会产生有毒有害气体，对人体有害，而且该专利中添加物也不是多孔结构，不能起到吸音效果。
因此，需要利用煤矸石的多孔结构，以及其阻燃性质，添加入聚丙烯吸音棉中，以增强聚丙烯吸音棉的吸音效果，增加聚丙烯吸音棉的阻燃性质。
发明内容
本发明针对上述问题，提供一种改性聚丙烯吸音棉及其制备工艺，使得生产工艺简单易操作，可大规模生产，制备得到的改性聚丙烯吸音棉具有优秀的吸声效果和阻燃性能。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：
一种改性聚丙烯吸音棉，制备所述吸音棉的原料包括：无纺布，单位面积质量为80g/m2～200g/m2，堆积密度为0.35g/m3～0.45g/m3；和煤矸石纳米微粒，微粒粒度为50nm～300nm；和等规聚丙烯，MFR为120g/10min～200g/10min，MWD为3.5～4.5。
进一步地，吸音棉原料的重量份为：无纺布400份～1600份，煤矸石50份～500份，等规聚丙烯300份～1000份。
进一步地，煤矸石纳米微粒的制备过程具体为：将煤矸石破碎，过10目～20目筛，经球磨、干燥后，再研磨成粉，过200目～250目筛，得到煤矸石粉体，控制煤矸石粉体中SiO2、MgO、Al2O3的含量，然后将煤矸石粉体投入到5％～30％的乙醇溶液中搅拌，然后进行微波水热反应，得到的沉淀物经离心、洗涤、干燥后，得到煤矸石纳米微粒。
更进一步地，控制煤矸石粉体中SiO2、MgO、Al2O3的含量具体为：SiO2、35％～45％，MgO、0.20％～0.50％，Al2O3、25％～45％。
更进一步地，微波水热反应具体为：反应压力为0.4MPa～1.5MPa，反应温度为：180℃～220℃，反应时间为：1h～3.5h。
进一步地，干燥具体为：干燥温度为60℃～80℃，干燥时间为12h～24h。
根据本发明另一发明目的，在于提供一种上述吸音棉的制备工艺，包括以下步骤：
步骤S01，煤矸石纳米微粒处理：将煤矸石纳米微粒内添加入到质量百分数为10％～30％的异戊醇溶液中，在30℃～35℃的温度条件下进行搅拌溶融，然后静置沉积，得到煤矸石纳米凝胶；
步骤S02，改性聚丙烯纤维层的制备：向等规聚丙烯切片中添加煤矸石纳米凝胶，经过高温熔融共混，采用熔喷法熔喷成纤，得到改性聚丙烯纤维层；
步骤S03，改性聚丙烯吸音棉成品的制备：向改性聚丙烯纤维层的正背两面分别热压上一层无纺布，即得改性聚丙烯吸音棉。
进一步地，步骤S01中，静置沉积的时间为36h～72h。
进一步地，步骤S02中，高温熔融的温度为180℃～235℃。
进一步地，步骤S03中，改性聚丙烯吸音棉的厚度为21mm～24mm。
本发明的优点是：
1.本发明将煤矸石纳米微粒添加入聚丙烯吸音棉中，可以有效提高煤矸石添加入吸音棉的添加效率；煤矸石纳米微粒粒度极小，增加煤矸石微粒的比表面积，可以与聚丙烯充分反应；
2.本发明制得的含有煤矸石纳米微粒的聚丙烯吸音棉具有良好的吸音效果；由于利用了微观形貌为多孔状的煤矸石纳米微粒，添加入吸音棉中，可以有效增加声波的传输路径，增加了空气振动阻力和空气分子与内部通道壁之间的摩擦力，有效增加声波的吸收程度，以达到更好的吸音效果；
3.本发明制得的含有煤矸石纳米微粒的聚丙烯吸音棉具有更好的阻燃性能；这是因为煤矸石中含有SiO2、MgO、Al2O3等主要成分，一旦发生火灾，含有煤矸石纳米微粒的聚丙烯吸音棉中煤矸石纳米微粒反应生成不燃烧的物理阻隔层，覆盖在基体材料表面，阻隔氧气和可燃气体之间的渗透和交换，从而使燃烧终止。而且煤矸石纳米微粒能将吸音棉燃烧时产生的部分热量带走，致使反馈至聚丙烯基体的热量大大减小，减缓或终止其降解，不能产生维持燃烧所需的可燃气体，从而使燃烧自熄，达到吸音棉阻燃的目的。
具体实施方式
以下对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例1
一种改性聚丙烯吸音棉
制备所述吸音棉的原料包括：
无纺布，单位面积质量为80g/m2，堆积密度为0.35g/m3，400份；和煤矸石纳米微粒，微粒粒度为50nm，50份；和等规聚丙烯，MFR为120g/10min，MWD为3.5，300份。
其中煤矸石纳米微粒的制备为：将煤矸石破碎，过10目筛，经球磨、干燥后，再研磨成粉，过200目筛，得到煤矸石粉体，控制煤矸石粉体中SiO2、MgO、Al2O3的含量为SiO2、35％，MgO、0.20％，Al2O3、25％，然后将煤矸石粉体投入到5％的乙醇溶液中搅拌，然后在反应压力为0.4MPa，反应温度为：180℃，反应时间为：1h的条件下，进行微波水热反应，得到的沉淀物经离心、洗涤，在60℃的温度下干燥12h后，得到煤矸石纳米微粒。
实施例2
一种改性聚丙烯吸音棉
制备所述吸音棉的原料包括：
无纺布，单位面积质量为200g/m2，堆积密度为0.45g/m3，1600份；和煤矸石纳米微粒，微粒粒度为300nm，500份；和等规聚丙烯，MFR为200g/10min，MWD为4.5，1000份。
其中煤矸石纳米微粒的制备为：将煤矸石破碎，过20目筛，经球磨、干燥后，再研磨成粉，过250目筛，得到煤矸石粉体，控制煤矸石粉体中SiO2、MgO、Al2O3的含量为SiO2、45％，MgO、0.50％，Al2O3、45％，然后将煤矸石粉体投入到30％的乙醇溶液中搅拌，然后在反应压力为1.5MPa，反应温度为：220℃，反应时间为：3.5h的条件下，进行微波水热反应，得到的沉淀物经离心、洗涤，在80℃的温度下干燥24h后，得到煤矸石纳米微粒。
实施例3
一种改性聚丙烯吸音棉
制备所述吸音棉的原料包括：
无纺布，单位面积质量为140g/m2，堆积密度为0.40g/m3，1000份；和煤矸石纳米微粒，微粒粒度为180nm，225份；和等规聚丙烯，MFR为160g/10min，MWD为4.0，650份。
其中煤矸石纳米微粒的制备为：将煤矸石破碎，过15目筛，经球磨、干燥后，再研磨成粉，过220目筛，得到煤矸石粉体，控制煤矸石粉体中SiO2、MgO、Al2O3的含量为SiO2、40％，MgO、0.35％，Al2O3、35％，然后将煤矸石粉体投入到17.5％的乙醇溶液中搅拌，然后在反应压力为1.0MPa，反应温度为200℃，反应时间为2.3h的条件下，进行微波水热反应，得到的沉淀物经离心、洗涤，在70℃的温度下干燥18h后，得到煤矸石纳米微粒。
实施例4
一种改性聚丙烯吸音棉的制备工艺
包括以下步骤：
步骤S01，煤矸石纳米微粒处理：将煤矸石纳米微粒内添加入到质量百分数为10％的异戊醇溶液中，在30℃的温度条件下进行搅拌溶融，然后静置沉积36h，得到煤矸石纳米凝胶。
步骤S02，改性聚丙烯纤维层的制备：向等规聚丙烯切片中添加煤矸石纳米凝胶，在180℃的温度条件下进行高温熔融共混，采用熔喷法熔喷成纤，得到改性聚丙烯纤维层。
步骤S03，改性聚丙烯吸音棉成品的制备：向改性聚丙烯纤维层的正背两面分别热压上一层无纺布，即得厚度为21mm的改性聚丙烯吸音棉。
实施例5
一种改性聚丙烯吸音棉的制备工艺
包括以下步骤：
步骤S01，煤矸石纳米微粒处理：将煤矸石纳米微粒内添加入到质量百分数为30％的异戊醇溶液中，在35℃的温度条件下进行搅拌溶融，然后静置沉积72h，得到煤矸石纳米凝胶。
步骤S02，改性聚丙烯纤维层的制备：向等规聚丙烯切片中添加煤矸石纳米凝胶，在235℃的温度条件下进行高温熔融共混，采用熔喷法熔喷成纤，得到改性聚丙烯纤维层。
步骤S03，改性聚丙烯吸音棉成品的制备：向改性聚丙烯纤维层的正背两面分别热压上一层无纺布，即得厚度为24mm的改性聚丙烯吸音棉。
实施例6
一种改性聚丙烯吸音棉的制备工艺
包括以下步骤：
步骤S01，煤矸石纳米微粒处理：将煤矸石纳米微粒内添加入到质量百分数为20％的异戊醇溶液中，在33℃的温度条件下进行搅拌溶融，然后静置沉积54h，得到煤矸石纳米凝胶。
步骤S02，改性聚丙烯纤维层的制备：向等规聚丙烯切片中添加煤矸石纳米凝胶，在208℃的温度条件下进行高温熔融共混，采用熔喷法熔喷成纤，得到改性聚丙烯纤维层。
步骤S03，改性聚丙烯吸音棉成品的制备：向改性聚丙烯纤维层的正背两面分别热压上一层无纺布，即得厚度为23mm的改性聚丙烯吸音棉。
实验例1
对实施例1～6所制的吸音棉与普通市售PP吸音棉的阻燃性能进行测试，测试结果如表1所示。其中测试阻燃性能的项目包括：极限氧指数(LOI)测试按照GB/T2406-1993标准执行；垂直燃烧测试按照UL94-2009标准执行；锥形量热测试(CCT)按照ISO5660-2002标准执行。
表1阻燃性能测试结果
结论：实施例1～6所制的吸音棉与普通市售PP吸音棉相比，阻燃性能大幅提升。
实验例2
对实施例1～6制得的吸音棉与普通市售PP吸音棉进行1/3倍频程的吸声系数测试，测试结果如表2所示。
表2 1/3倍频程的吸声系数测试结果
结论：实施例1～6所制的吸音棉与普通市售PP吸音棉相比，具有更好的吸音效果。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种改性聚丙烯吸音棉，其特征在于，制备所述吸音棉的原料包括：
无纺布，单位面积质量为80g/m2~200g/m2，堆积密度为0.35g/m3~0.45g/m3；
和煤矸石纳米微粒，微粒粒度为50nm~300nm；和
等规聚丙烯，MFR为120g/10min~200g/10min，MWD为3.5~4.5；
所述改性聚丙烯吸音棉的制备工艺，包括以下步骤：
步骤S01，煤矸石纳米微粒处理：将煤矸石纳米微粒内添加入到质量百分数为10%~30%的异戊醇溶液中，在30℃ ~35℃ 的温度条件下进行搅拌溶融，然后静置沉积，得到煤矸石纳米凝胶；
步骤S02，改性聚丙烯纤维层的制备：向等规聚丙烯切片中添加煤矸石纳米凝胶，经过高温熔融共混，采用熔喷法熔喷成纤，得到改性聚丙烯纤维层；
步骤S03，改性聚丙烯吸音棉成品的制备：向改性聚丙烯纤维层的正背两面分别热压上一层无纺布，即得改性聚丙烯吸音棉。
2.根据权利要求1所述的吸音棉，其特征在于，所述吸音棉的原料的重量份为：无纺布400份~1600份，煤矸石50份~500份，等规聚丙烯300份~1000份。
3.根据权利要求1所述的吸音棉，其特征在于，所述煤矸石纳米微粒的制备过程具体为：将煤矸石破碎，过10目~20目筛，经球磨、干燥后，再研磨成粉，过200目~250目筛，得到煤矸石粉体，控制煤矸石粉体中SiO2、MgO、Al2O3的含量，然后将煤矸石粉体投入到5%~30%的乙醇溶液中搅拌，然后进行微波水热反应，得到的沉淀物经离心、洗涤、干燥后，得到煤矸石纳米微粒。
4.根据权利要求3所述的吸音棉，其特征在于，所述控制煤矸石粉体中SiO2、MgO、Al2O3的含量具体为：SiO2、35%~45%，MgO、0.20%~0.50%，Al2O3、25%~45%。
5.根据权利要求3所述的吸音棉，其特征在于，所述微波水热反应具体为：反应压力为0.4MPa~1.5MPa，反应温度为：180℃ ~220℃ ，反应时间为：1h~3.5h。
6.根据权利要求3所述的吸音棉，其特征在于，所述得到的沉淀物经离心、洗涤、干燥具体为：得到的沉淀物经离心、洗涤，在干燥温度为60℃ ~80℃ 、干燥时间为12h~24h的条件下进行干燥。
7.根据权利要求1所述的吸音棉，其特征在于，步骤S01中，所述静置沉积的时间为36h~72h。
8.根据权利要求1所述的吸音棉，其特征在于，步骤S02中，所述高温熔融的温度为180℃ ~235℃ 。
9.根据权利要求1所述的吸音棉，其特征在于，步骤S03中，所述改性聚丙烯吸音棉的厚度为21mm~24mm。
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