CN112624794A - 一种基于珍珠岩负载石墨烯的吸声砖及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于建筑用吸声材料领域,涉及一种基于珍珠岩负载石墨烯的吸声砖及其制备方法。所述基于珍珠岩负载石墨烯的吸声砖,主要由以下重量份数的原料制备而成:珍珠岩负载石墨烯复合多孔材料30~50份;胶粘剂50~70份。本发明提出一种基于珍珠岩负载石墨烯的吸声砖,珍珠岩为大孔结构的多孔材料,在其表面采用化学气相沉积法合成多层石墨烯,构筑多尺度梯度可调的孔结构的复合多孔材料,与胶粘剂复配制备成吸声砖,可以有效提高孔隙度,使珍珠岩比表面积更大;结合石墨烯独特的表面特性,显著提高吸声效果,广泛应用于建筑吸声材料领域,有效提高空间吸效果。
Description
技术领域
本发明属于建筑用吸声材料领域,具体涉及一种基于珍珠岩负载石墨烯的吸声砖及其制备方法。
背景技术
环境问题是当代人类普遍关注的全球性问题。噪声污染、水污染和大气污染是破坏环境的主要因素,被认为是当今世界的三大污染。
长久以来,众多科研工作者不断开发和使用各种材料来吸声降噪,试图希望找到新的合适的具备高性能的材料。近年来,吸声所用材料在轻量化、容易制备加工等方面特性显得更为突出,珍珠岩在这类材料中具有成本低廉、质量轻密度小、多孔无毒,化学性能稳定、耐高温等特点,在建筑领域尤其在吸声降噪应用中用量呈逐年增长趋势。
石墨烯材料作为一种新型的碳纳米材料具有优异的物理化学特性。石墨烯结构中,每个碳原子与邻近的三个碳原子通过C-C共价键相连,是目前所发现的最薄的二维材料,具有良好的力学、电学性能,同时具有小尺寸、比表面积大、表面能高等特点,在声学领域中同样具有广阔的应用前景。
吸声砖在建筑用吸声材料中应用非常广泛,将珍珠岩与石墨烯有机结合构成一种复合吸声砖用于建筑吸声降噪领域,复合材料所形成的发达孔隙度、多尺度可调变孔径结构有效减少声波反射和透射,可显著提高吸声效率。
发明内容
吸声砖在建筑用吸声材料中应用非常广泛,将珍珠岩与石墨烯有机结合构成一种复合吸声砖用于建筑吸声降噪领域,复合材料所形成的发达孔隙度、多尺度可调变孔径结构有效减少声波反射和透射,可显著提高吸声效率。
本发明的目的是提供一种基于珍珠岩负载石墨烯的吸声砖。所述的吸声砖具有多尺度梯度可调的孔结构特性以及石墨烯独特的吸声性能,可以显著提升空间的吸声效果,广泛应用于建筑用吸声领域。
本发明所述的基于珍珠岩负载石墨烯的吸声砖的技术方案为:
一种基于珍珠岩负载石墨烯的吸声砖,主要由以下重量份数的原料制备而成:
珍珠岩负载石墨烯复合多孔材料 30~50份;
胶粘剂 50~70份。
在一个优选的实施例中,所述珍珠岩负载石墨烯复合多孔材料与所述胶粘剂的重量比为1:(1~1.2)。
在一个优选的实施例中,所述珍珠岩负载石墨烯复合多孔材料中,珍珠岩的粒径为20~200目。
在一个优选的实施例中,所述珍珠岩包括20~100目珍珠岩和100~200目珍珠岩。
所述20~100目珍珠岩与100~200目珍珠岩的重量比为(2~6):1。
在一个优选的实施例中,所述胶粘剂选自环氧树脂、丙烯酸树脂、有机硅树脂和聚氨酯树脂中的一种或两种以上混合物。
在一个优选的实施例中,所述基于珍珠岩负载石墨烯的吸声砖的厚度为2cm~15cm。
本发明的另一个目的在于提供一种珍珠岩负载石墨烯复合多孔材料的制备方法。通过化学气相沉积法将石墨烯负载于珍珠岩表面,构成大孔、微孔相结合的复合多孔材料。
在一个优选的实施例中,所述珍珠岩负载石墨烯复合多孔材料的制备方法包括以下步骤:
(1)将珍珠岩浸渍于催化剂溶液中一段时间后,经过干燥后放入管式反应炉中,通入保护气体,升温至碳源分解温度;
(2)通入一定流速的碳源,持续一段时间,使碳源分解并于珍珠岩表面上均匀生长出石墨烯,自然冷却,得到珍珠岩负载石墨烯复合多孔材料。
在一个优选的实施例中,所述催化剂溶液选自质量分数为15~30%的硝酸铜溶液,浸渍时间为5min~15min。
在一个优选的实施例中,所述干燥的条件为100℃下干燥20min~180min。
在一个优选的实施例中,所述保护气体为氢气、氮气、氦气和氩气中的一种或者两种以上混合物;
保护气氛围通过多次反复抽真空后再通保护气体的操作来实现。
在一个优选的实施例中,所述碳源选自甲烷、乙烷、乙烯和乙炔中的一种,且所述碳源与保护气体的体积流量比为(20~60):(200~600)。
在一个优选的实施例中,所述碳源的流速为5sccm~200sccm,所述碳源分解温度为700~1200℃,通入所述碳源的时间为5min~120min。
本发明还提供一种基于珍珠岩负载石墨烯的吸声砖的制备方法。具体技术方案为:
一种基于珍珠岩负载石墨烯的吸声砖的制备方法,包括以下步骤:
混合珍珠岩负载石墨烯复合多孔材料和胶粘剂,置于模具中成型,脱模养护;
所述珍珠岩负载石墨烯复合多孔材料的重量份为30~50份,所述胶粘剂的重量份为50~70份。
可以理解地,将珍珠岩负载石墨烯复合多孔材料和胶粘剂混合均匀后,置于模具中压实,成型后脱模,经过干燥养护后,可得吸声砖。
吸声砖由多孔材料构筑而成,其孔隙度与孔结构是决定吸声效果的关键因素。本发明基于珍珠岩负载石墨烯复合多孔材料制备吸声砖,珍珠岩为大孔结构的多孔材料,在其表面采用化学气相沉积法合成多层石墨烯,构筑多尺度梯度可调的孔结构的复合多孔材料,与胶粘剂复配制备成吸声砖,可以有效提高孔隙度,使珍珠岩比表面积更大;结合石墨烯独特的表面特性,显著提高吸声效果,广泛应用于建筑吸声材料领域,有效提高空间吸效果。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
(1)本发明提出一种基于珍珠岩负载石墨烯的吸声砖,吸声砖包括具有大孔、微孔相结合的复合多孔材料,增强吸声砖的机械性能,相比于现有技术对珍珠岩和石墨烯颗粒进行直接混合得到的复合材料,本发明的复合多孔材料孔隙度更为发达,同时在实际应用过程中不易脱落和堵塞珍珠岩的大孔孔道,有利于声波的吸收。
(2)本发明利用化学气相沉积法在珍珠岩表面负载石墨烯,制备工艺简单,周期短,成本较低。
附图说明
图1为实施例1制备的珍珠岩负载石墨烯复合多孔材料中石墨烯的AFM图;
图2为实施例1制备的珍珠岩负载石墨烯复合多孔材料的拉曼光谱图;
图3为实施例1制备的基于珍珠岩负载石墨烯的吸声砖在同频率条件下的吸声系数。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明进一步详细的说明。本发明可以以许多不同的形式来实现,并不限于本文所描述的实施方式。相反地,提供这些实施方式的目的是使对本发明公开内容理解更加透彻全面。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本发明所述的基于珍珠岩负载石墨烯的吸声砖的制备方法包括以下步骤:(1)将珍珠岩浸渍于催化剂溶液中一段时间后,经过干燥后放入管式反应炉中,通入保护气体,升温至碳源分解温度;(2)通入一定流速的碳源,持续一段时间,使碳源分解并于珍珠岩表面上均匀生长出石墨烯,自然冷却,得到珍珠岩负载石墨烯复合多孔材料;(3)按照重量份计,取主要原料:珍珠岩负载石墨烯复合多孔材料30~50份、胶粘剂50~70份;(4)将珍珠岩负载石墨烯复合多孔材料与胶粘剂混合均匀倒入模具中压实,经干燥养护后即可得到基于珍珠岩负载石墨烯的吸声砖。
本发明提出一种基于珍珠岩负载石墨烯的吸声砖,珍珠岩为大孔结构的多孔材料,在其表面采用化学气相沉积法合成多层石墨烯,构筑多尺度梯度可调的孔结构的复合多孔材料,与胶粘剂复配制备成吸声砖,可以有效提高孔隙度,使珍珠岩比表面积更大;结合石墨烯独特的表面特性,显著提高吸声效果,广泛应用于建筑吸声材料领域,有效提高空间吸效果。
以下结合具体实施例和对比例进行进一步说明,以下具体实施例中所涉及的原料,若无特殊说明,均可来源于市售,所使用的仪器,若无特殊说明,均可来源于市售。
实施例1
本实施例提供一种基于珍珠岩负载石墨烯的吸声砖及其制备方法,步骤如下:
1)制备珍珠岩负载石墨烯复合多孔材料
取70-90目珍珠岩40g、120~140目珍珠岩10g,浸渍于质量分数为30%硝酸铜水溶液中,10min后取出,放入烘箱,于100℃下干燥120min后,放入石英反应管中央恒温区,将管式反应炉进行抽真空通入氮气操作,重复4次,在氮气保护下,以10℃/min的速率从室温升温至1000℃,然后向石英管中通入氢气,在该温度下持续30min,再向石英管中以50sccm的流速通入乙炔,持续50min,自然降温后,得到珍珠岩负载石墨烯复合多孔材料,制备的珍珠岩负载石墨烯复合多孔材料中石墨烯的AFM(原子力显微镜)图如图1所示,复合多孔材料的拉曼光谱图如图2所示。
2)制备基于珍珠岩负载石墨烯的吸声砖
取步骤1)制备的珍珠岩负载石墨烯复合多孔材料50g,将其与环氧树脂50g均匀混合,倒入模具中压实,成型后脱模,经干燥养护后,即得基于珍珠岩负载石墨烯的吸声砖,厚度为3cm。
从图1可以看出,石墨烯层厚度约为1.2nm,大约为三层石墨烯。同时,由图2中的拉曼光谱图可以看出,ID<IG,且IG/I2D=2.25,表明在珍珠岩表面所负载的石墨烯是石墨化较好的多层石墨烯。经过测试,本实施例制备的吸声砖开孔率为68.5%,在200Hz-4000Hz不同频率附近的吸声系数平均值为0.7556左右(图3)。
实施例2
本实施例提供一种基于珍珠岩负载石墨烯的吸声砖及其制备方法,步骤如下:
1)制备珍珠岩负载石墨烯复合多孔材料
取50-70目珍珠岩60g、140~160目珍珠岩10g,浸渍于质量分数为30%硝酸铜水溶液中,10min后取出,放入烘箱,于100℃下干燥180min后,放入石英反应管中央恒温区,将管式反应炉进行抽真空通入氮气操作,重复4次,在氮气保护下,以10℃/min的速率从室温升温至1100℃,然后向石英管中通入氢气,在该温度下持续50min,再向石英管中以70sccm的流速通入乙炔,持续60min,自然降温后,得到珍珠岩负载石墨烯复合多孔材料。
2)制备基于珍珠岩负载石墨烯的吸声砖
与实施例1相同。
实施例3
本实施例提供一种基于珍珠岩负载石墨烯的吸声砖及其制备方法,步骤如下:
1)制备珍珠岩负载石墨烯复合多孔材料
取80-100目珍珠岩30g、120~140目珍珠岩10g,浸渍于质量分数为30%硝酸铜水溶液中,10min后取出,放入烘箱,于100℃下干燥120min后,放入石英反应管中央恒温区,将管式反应炉进行抽真空通入氮气操作,重复4次,在氮气保护下,以10℃/min的速率从室温升温至1000℃,然后向石英管中通入氢气,在该温度下持续30min,再向石英管中以50sccm的流速通入乙炔,持续50min,自然降温后,得到珍珠岩负载石墨烯复合多孔材料。
2)制备基于珍珠岩负载石墨烯的吸声砖
与实施例1相同。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (13)
1.一种基于珍珠岩负载石墨烯的吸声砖,其特征在于,主要由以下重量份数的原料制备而成:
珍珠岩负载石墨烯复合多孔材料 30~50份;
胶粘剂 50~70份。
2.根据权利要求1所述的基于珍珠岩负载石墨烯的吸声砖,其特征在于,所述珍珠岩负载石墨烯复合多孔材料与所述胶粘剂的重量比为1:(1~1.2)。
3.根据权利要求1所述的基于珍珠岩负载石墨烯的吸声砖,其特征在于,所述珍珠岩负载石墨烯复合多孔材料中,珍珠岩的粒径为20~200目。
4.根据权利要求3所述的基于珍珠岩负载石墨烯的吸声砖,其特征在于,所述珍珠岩包括20~100目珍珠岩和100~200目珍珠岩;
所述20~100目珍珠岩与100~200目珍珠岩的重量比为(2~6):1。
5.根据权利要求1所述的基于珍珠岩负载石墨烯的吸声砖,其特征在于,所述胶粘剂选自环氧树脂、丙烯酸树脂、有机硅树脂和聚氨酯树脂中的一种或两种以上混合物。
6.根据权利要求1所述的基于珍珠岩负载石墨烯的吸声砖,其特征在于,所述基于珍珠岩负载石墨烯的吸声砖的厚度为2cm~15cm。
7.根据权利要求1-6任一项所述的基于珍珠岩负载石墨烯的吸声砖,其特征在于,所述珍珠岩负载石墨烯复合多孔材料的制备方法包括以下步骤:
(1)将珍珠岩浸渍于催化剂溶液中一段时间后,经过干燥后放入管式反应炉中,通入保护气体,升温至碳源分解温度;
(2)通入一定流速的碳源,持续一段时间,使碳源分解并于珍珠岩表面上均匀生长出石墨烯,自然冷却,得到珍珠岩负载石墨烯复合多孔材料。
8.根据权利要求7所述的基于珍珠岩负载石墨烯的吸声砖,其特征在于,所述催化剂溶液选自质量分数为15~30%的硝酸铜溶液,浸渍时间为5min~15min。
9.根据权利要求7所述的基于珍珠岩负载石墨烯的吸声砖,其特征在于,所述干燥的条件为100℃下干燥20min~180min。
10.根据权利要求7所述的基于珍珠岩负载石墨烯的吸声砖,其特征在于,所述保护气体为氢气、氮气、氦气和氩气中的一种或者两种以上混合物;
保护气氛围通过多次反复抽真空后再通保护气体的操作来实现。
11.根据权利要求7所述的基于珍珠岩负载石墨烯的吸声砖,其特征在于,所述碳源选自甲烷、乙烷、乙烯和乙炔中的一种,且所述碳源与保护气体的体积流量比为(20~60):(200~600)。
12.根据权利要求7所述的基于珍珠岩负载石墨烯的吸声砖,其特征在于,所述碳源的流速为5sccm~200sccm,所述碳源分解温度为700~1200℃,通入所述碳源的时间为5min~120min。
13.一种基于珍珠岩负载石墨烯的吸声砖的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
混合珍珠岩负载石墨烯复合多孔材料和胶粘剂,置于模具中成型,脱模养护;
所述珍珠岩负载石墨烯复合多孔材料的重量份为30~50份,所述胶粘剂的重量份为50~70份。
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