CN113089335A - 一种具有吸音隔音功能的降噪墙布及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有吸音隔音功能的降噪墙布及其制备方法，属于噪声控制领域及材料领域。以ABS共聚物为主体共混丁腈乳胶和多壁碳纳米管以及其他助剂制备共混胶，熔喷在基布上形成墙布。由于基布具有孔隙，并且添加烷基化改性多壁碳纳米管，墙布存在彼此连通、与外界相通的孔隙，表面会反射部分声波，剩余声波由于墙布的粘弹性阻尼作用将声能消耗，起到隔音吸音作用。共混烷基化改性多壁碳纳米管，可以在涂料中形成交织层形成点和线的协同增强，在保证熔喷层孔隙吸音同时，力学性能和机械性能得到提升。配合烷基化改性多壁碳纳米管和其他助剂，产品的耐水性和稳定性得到提高。其制备方法简单可行、稳定性好、重复性好，易于实现工业化生产。

Description

一种具有吸音隔音功能的降噪墙布及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种基于ABS改性隔音材料及其制备方法，具体涉及一种具有吸音隔音功能的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物/丁腈橡胶/多壁碳纳米管降噪墙布及其制备方法与应用，属于噪声控制领域及材料领域。
背景技术
随着工业水平的发展，噪声已成为影响全球人类健康和环境的众多因素之一。其控制问题已越来越受到人们的关注，如何减少噪音的损害已成为世界性关注的问题。现有技术的噪声控制的主要出发点是合理阻断噪声的传播路径，而阻断噪声的传播路径则需要使用吸隔声材料。降噪材料的主要作用机理是隔声和吸声，即通过损耗声波在介质中传播的能量达到效果，声波在介质中的损耗原理主要包括粘滞吸收、热传导吸收和分子驰豫吸收。
随着建筑技术发展，具有吸音隔音功能的降噪墙布成为现代建筑重要的应用噪声阻隔构件。传统的隔音材料多为单一材料的厚重型产品，限制了其应用的范围。人们对薄型轻质隔音材料的要求越来越高，因此，具有吸音隔音功能的降噪墙布的研究开发具有十分重要的意义。2015年，Asis Patnaik等人在隔音材料方面做出研究，利用废旧羊毛和再生聚酯纤维制备建筑行业应用的隔热和隔音样品，将废羊毛纤维与50/50比例的RPET纤维以双层垫的形式混合。测试研究得到两层 50％废羊毛和50％RPET垫具备最佳的隔音性能。P.P.Na研究聚酯纤维在隔音起到的作用。结合在轻质墙体中添加玻璃纤维的技术，研究了质量/面积，纤维类型，卷曲度和粘合纤维含量的材料参数对轻质墙体系统的声音传播损失的影响。现有技术的隔音材料虽然能满足一定吸音降噪需求，但存在容易发生吸水膨胀、力学性能和延展性都有待于提高等缺陷。因此，研究开发一种吸音隔音降噪效果好，力学性能和物理机械性能优良的吸音隔音降噪墙布具有重要意义。
发明内容
本发明为解决现有技术的不足，提供一种力学性能和物理机械性能优良，具有吸音隔音功能的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物/丁腈橡胶/多壁碳纳米管降噪墙布及其制备方法。
本发明的具有吸音隔音功能的降噪墙布通过以下步骤制得：
1）织造防火基材布料：利用阻燃纤维纺织成纱线，然后将得到的纱线纺织成布料，得到基布；
2）制备丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物/丁腈橡胶/多壁碳纳米管共混胶；
3）将步骤2）制备的共混胶熔融形成共混熔体导入熔喷模头，将共混熔体由熔喷孔道挤出，通过风道内通入高速的热空气，将熔喷孔道挤出的聚合物熔体细流喷至基布上形成本发明的具有吸音隔音功能的降噪墙布。
优选的，在共混胶熔融形成共混熔体中加入抑菌涂料，所述的抑菌涂料为多孔型纳米二氧化钛载银抗菌剂涂料。
所述的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物/丁腈橡胶/多壁碳纳米管共混胶由以下重量份的原料制得：
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物 40~60份；
丁腈胶乳 20~30份
烷基化改性多壁碳纳米管 20~35份；
稳定剂 10~20份；
颜料 1~3份。
优选的，其中所述的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物丙烯腈、1,3-丁二烯、苯乙烯的三元共聚物，分子式(C8H8)x·(C4H6)y·(C3H3N)z其中15＜x＜85,30＜y＜160,15＜z＜80，成型收缩率：0.3-0.5%。
优选的，其中所述的丁腈胶乳为丁二烯与丙烯腈乳液聚合制得的胶乳，所述乳胶中丙烯腈质量百分含量25%~35%。
优选的，所述的稳定剂选自聚乙烯醇缩丁醛、聚二甲基硅氧烷和氨基硅烷中的一种或多种，其中所述的氨基硅烷具分子式：R2 3Si-CmH2m-NH-R1，其中R1基团选自-CnH2n+1、-CnH2nNH2、-(C3-10)-环烷基中的任意一种，R2基团中每一个彼此独立地选自烷基、烷氧基、酰氧基和有机硅氧烷基团，m和n各自为1-6的整数。
优选的，所述烷基化改性多壁碳纳米管，内径4~8nm，外径5~25nm，长度5~25nm。
所述的多壁碳纳米管烷基化改性制备方法如下：将多壁碳纳米管置于真空干燥箱真空脱气除去游离水分，加入50~60wt%乙烯基三甲氧基硅烷的乙醇溶液，100~145℃下反应1.5-2h，停止反应后过滤、烘干，得烷基化改性多壁碳纳米管。
优选的，所述的多壁碳纳米管与乙烯基三甲氧基硅烷的质量比为1:1~1.5。
所述的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物/丁腈橡胶/多壁碳纳米管共混胶制备方法如下：
（1）将丁腈胶乳与稳定剂混炼均匀，然后加入烷基化改性多壁碳纳米管制成母胶备用；
（2）将丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、颜料和步骤（1）制备的母胶加入高速混合器，800~1000r/min，0.5~1.5h制得丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物/丁腈橡胶/多壁碳纳米管共混胶。
有益效果说明：
1、本发明的具有吸音隔音功能的降噪墙布以丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物为主体共混丁腈乳胶和多壁碳纳米管以及其他助剂制备共混胶，将熔喷孔道挤出的聚合物熔体细流喷至基布上形成本发明的具有吸音隔音功能的降噪墙布。由于基布具有孔隙，并且添加了烷基化改性多壁碳纳米管，本发明的具有吸音隔音功能的降噪墙布材料存在彼此连通、可以与外界相通的细微孔隙，当声波入射到材料或者结构表面时，表面会反射掉一部分声波，空隙的存在使一部分入射波穿过材料表面继续向前传播。当声波继续前行，从墙布材料的微孔到达内部后，会使孔中空气振动，振动的空气会与熔喷在基布上的共混胶材料产生相对运动。由于空气的粘滞性和墙布的粘弹性阻尼作用，在孔内会产生粘滞阻力，使空气运动的动能转化为热能而耗散掉，从而产生摩擦损耗将声能衰减，起到良好的隔音和吸音效果。
2、本发明水性环保涂料以丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物为主要熔喷成分共混烷基化改性多壁碳纳米管，可以在涂料中形成交织层。可以形成点和线的协同增强，在保证熔喷层的孔隙吸音的同时，墙布增强增韧效果明显，力学性能和机械性能得到提升。配合烷基化改性多壁碳纳米管和其他助剂，经过有机硅的改性，增加了其耐水性，产品的耐水性和稳定性得到提高。
3、本发明的具有吸音隔音功能的降噪墙布具有良好的吸音降噪性能和优异的力学性能，耐水性和稳定性高。其制备方法简单可行、稳定性好、重复性好，易于实现工业化生产。
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本发明做进一步说明，具体实施例不限制本发明。
实施例1
本发明提供了一种具有吸音隔音功能的降噪墙布，其制备方法如下：
织造防火基材布料：利用阻燃纤维纺织成纱线，然后将得到的纱线纺织成布料，得到基布。
（1）制备烷基化改性多壁碳纳米管：将多壁碳纳米管置于真空干燥箱真空脱气除去游离水分，加入50wt%乙烯基三甲氧基硅烷的乙醇溶液，所述的多壁碳纳米管与乙烯基三甲氧基硅烷的质量比为1:1~1.5。100℃下反应1.5h，停止反应后过滤、烘干，得到内径4~8nm，外径5~25nm，长度5~25nm的烷基化改性多壁碳纳米管。
（2）制备丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物/丁腈橡胶/多壁碳纳米管共混胶：所述的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物/丁腈橡胶/多壁碳纳米管共混胶由以下重量份的原料制得：
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物 40份；
丁腈胶乳 20份
烷基化改性多壁碳纳米管 20份；
稳定剂 10份；
颜料 1份。
先将丁腈胶乳与稳定剂混炼均匀，然后加入烷基化改性多壁碳纳米管制成母胶备用；然后将丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、颜料和步骤（1）制备的母胶加入高速混合器，800~1000r/min，0.5h制得丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物/丁腈橡胶/多壁碳纳米管共混胶。
所述的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物丙烯腈、1,3-丁二烯、苯乙烯的三元共聚物，分子式(C8H8)x·(C4H6)y·(C3H3N)z其中15＜x＜85,30＜y＜160,15＜z＜80，成型收缩率：0.3-0.5%。所述的丁腈胶乳为丁二烯与丙烯腈乳液聚合制得的胶乳，所述乳胶中丙烯腈质量百分含量25%~35%，所述的稳定剂为聚乙烯醇缩丁醛。
（3）将步骤（2）制备的共混胶熔融形成共混熔体导入熔喷模头，添加多孔型纳米二氧化钛载银抗菌剂涂料，将共混熔体由熔喷孔道挤出，通过风道内通入高速的热空气，将熔喷孔道挤出的聚合物熔体细流喷至基布上形成本发明的具有吸音隔音功能的降噪墙布。
实施例2
（1）制备烷基化改性多壁碳纳米管：将多壁碳纳米管置于真空干燥箱真空脱气除去游离水分，加入55wt%乙烯基三甲氧基硅烷的乙醇溶液，所述的多壁碳纳米管与乙烯基三甲氧基硅烷的质量比为1:1~1.5。100~125℃下反应2h，停止反应后过滤、烘干，得到内径4~8nm，外径5~25nm，长度5~25nm的烷基化改性多壁碳纳米管。
（2）制备丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物/丁腈橡胶/多壁碳纳米管共混胶：所述的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物/丁腈橡胶/多壁碳纳米管共混胶由以下重量份的原料制得：
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物 50份；
丁腈胶乳 25份
烷基化改性多壁碳纳米管 30份；
稳定剂 15份；
颜料 2份。
先将丁腈胶乳与稳定剂混炼均匀，然后加入烷基化改性多壁碳纳米管制成母胶备用；然后将丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、颜料和步骤（1）制备的母胶加入高速混合器，800~1000r/min，0.5~1.5h制得丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物/丁腈橡胶/多壁碳纳米管共混胶。
所述的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物丙烯腈、1,3-丁二烯、苯乙烯的三元共聚物，分子式(C8H8)x·(C4H6)y·(C3H3N)z其中15＜x＜85,30＜y＜160,15＜z＜80，成型收缩率：0.3-0.5%。所述的丁腈胶乳为丁二烯与丙烯腈乳液聚合制得的胶乳，所述乳胶中丙烯腈质量百分含量25%~35%，所述的稳定剂为聚二甲基硅氧烷。
（3）将步骤（2）制备的共混胶熔融形成共混熔体导入熔喷模头，添加多孔型纳米二氧化钛载银抗菌剂涂料，将共混熔体由熔喷孔道挤出，通过风道内通入高速的热空气，将熔喷孔道挤出的聚合物熔体细流喷至基布上形成本发明的具有吸音隔音功能的降噪墙布。
实施例3
（1）制备烷基化改性多壁碳纳米管：将多壁碳纳米管置于真空干燥箱真空脱气除去游离水分，加入50~60wt%乙烯基三甲氧基硅烷的乙醇溶液，所述的多壁碳纳米管与乙烯基三甲氧基硅烷的质量比为1:1~1.5。125~145℃下反应2h，停止反应后过滤、烘干，得到内径4~8nm，外径5~25nm，长度5~25nm的烷基化改性多壁碳纳米管。
（2）制备丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物/丁腈橡胶/多壁碳纳米管共混胶：所述的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物/丁腈橡胶/多壁碳纳米管共混胶由以下重量份的原料制得：
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物 60份；
丁腈胶乳 30份
烷基化改性多壁碳纳米管 35份；
稳定剂 20份；
颜料 3份。
先将丁腈胶乳与稳定剂混炼均匀，然后加入烷基化改性多壁碳纳米管制成母胶备用；然后将丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、颜料和步骤（1）制备的母胶加入高速混合器，800~1000r/min， 1.5h制得丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物/丁腈橡胶/多壁碳纳米管共混胶。
所述的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物丙烯腈、1,3-丁二烯、苯乙烯的三元共聚物，分子式(C8H8)x·(C4H6)y·(C3H3N)z其中15＜x＜85,30＜y＜160,15＜z＜80，成型收缩率：0.3-0.5%。所述的丁腈胶乳为丁二烯与丙烯腈乳液聚合制得的胶乳，所述乳胶中丙烯腈质量百分含量25%~35%。所述的稳定剂为氨基硅烷中的一种或多种，其中所述的氨基硅烷具分子式：R2 3Si-CmH2m-NH-R1，其中R1基团选自-CnH2n+1、-CnH2nNH2、-(C3-10)-环烷基中的任意一种，R2基团中每一个彼此独立地选自烷基、烷氧基、酰氧基和有机硅氧烷基团，m和n各自为1-6的整数。
（3）将步骤（2）制备的共混胶熔融形成共混熔体导入熔喷模头，添加多孔型纳米二氧化钛载银抗菌剂涂料，将共混熔体由熔喷孔道挤出，通过风道内通入高速的热空气，将熔喷孔道挤出的聚合物熔体细流喷至基布上形成本发明的具有吸音隔音功能的降噪墙布。
对比例1
仅将丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物换成市售丙烯酸树脂，其它同实施例2。
对比例2
仅不用烷基化改性多壁碳纳米管，其他同实施例2。
对比例3
仅不用稳定剂，其他同实施例2。
结果对照：
拉伸性能采用ASTM D638和ASTM D790测试标准用万能材料试验机测试，硬度采用GB/T 6739-2006测试，耐冲击强度采用GB/T 1732-1993测试。隔音性能测试采用北京声望公司生产的 BSWAVS302USB 双声道声学分析仪测试材料的隔音性能，测量装置采用Spectra LAB 软件分析数据，选择非计权网络，声压级为90 dB的粉红背景噪声源和常用的1 /3倍频程作为研究对象，其中静音箱体积为1000 mm×1000 mm×1000 mm，声音的取样频率为48 000，抽取速率选择位为1，快速傅里叶变换样本数取4 096材料的隔音性能用声音透过衰减量 R 表示：
Figure RE-192678DEST_PATH_IMAGE001
式中:Ii为声波的入射强度; It为声波透过隔音材料后的透过强度; T为声音的透过率;Ei为声波入射能量; Et为声波的透过能量。隔音量和抗拉伸强度结果见下表：
Figure RE-928553DEST_PATH_IMAGE002
墙布材料存在彼此连通、可以与外界相通的细微孔隙，当声波入射到材料或者结构表面时，表面会反射掉一部分声波，空隙的存在使一部分入射波穿过材料表面继续向前传播。当声波继续前行，从墙布材料的微孔到达内部后，会使孔中空气振动，振动的空气会与熔喷在基布上的共混胶材料产生相对运动。由于空气的粘滞性和墙布的粘弹性阻尼作用，在孔内会产生粘滞阻力，使空气运动的动能转化为热能而耗散掉，从而产生摩擦损耗将声能衰减，起到良好的隔音和吸音效果。丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物/丁腈橡胶/多壁碳纳米管共混胶具有隔音吸音性能，见实施例1-3。将其换成市售丙烯酸树脂或不用多壁碳纳米管时，隔音吸音性能有所降低，见对比例1、2。烷基化碳纳米管，表现出比较好的力学性能，不使用时对隔音性能和机械性能均有影响，见对比例2和对比例3。综上，本发明的具有吸音隔音功能的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物/丁腈橡胶/多壁碳纳米管降噪墙布不仅具有良好的隔音吸音功能，而且具有优异的力学性能和耐水性能。

Claims (10)

1.一种具有吸音隔音功能的降噪墙布，其制备方法包括以下步骤：
1）织造防火基材布料：利用阻燃纤维纺织成纱线，然后将得到的纱线纺织成布料，得到基布；
2）制备丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物/丁腈橡胶/多壁碳纳米管共混胶；
3）将步骤2）制备的共混胶熔融形成共混熔体导入熔喷模头，将共混熔体由熔喷孔道挤出，通过风道内通入高速的热空气，将熔喷孔道挤出的聚合物熔体细流喷至基布上形成具有吸音隔音功能的降噪墙布。
2.如权利要求1所述的一种具有吸音隔音功能的降噪墙布的制备方法，其特征在于：在共混胶熔融形成共混熔体中加入抑菌涂料，所述的抑菌涂料为多孔型纳米二氧化钛载银抗菌剂涂料。
3.如权利要求1所述的一种具有吸音隔音功能的降噪墙布，其特征在于所述的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物/丁腈橡胶/多壁碳纳米管共混胶由以下重量份的原料制得：
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物 40~60份；
丁腈胶乳 20~30份
烷基化改性多壁碳纳米管 20~35份；
稳定剂 10~20份；
颜料 1~3份。
4.如权利要求3所述的一种具有吸音隔音功能的降噪墙布，其特征在于：其中所述的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物丙烯腈、1,3-丁二烯、苯乙烯的三元共聚物，分子式(C8H8)x·(C4H6)y·(C3H3N)z其中15＜x＜85,30＜y＜160,15＜z＜80，成型收缩率：0.3-0.5%。
5.如权利要求3所述的一种具有吸音隔音功能的降噪墙布，其特征在于：其中所述的丁腈胶乳为丁二烯与丙烯腈乳液聚合制得的胶乳，所述乳胶中丙烯腈质量百分含量25%~35%。
6.如权利要求3所述的一种具有吸音隔音功能的降噪墙布，其特征在于：所述的稳定剂选自聚乙烯醇缩丁醛、聚二甲基硅氧烷和氨基硅烷中的一种或几种的组合，其中所述的氨基硅烷具分子式：R2 3Si-CmH2m-NH-R1，其中R1基团选自-CnH2n+1、-CnH2nNH2、-(C3-10)-环烷基中的任意一种，R2基团中每一个彼此独立地选自烷基、烷氧基、酰氧基和有机硅氧烷基团，m和n各自为1-6的整数。
7.如权利要求3所述的一种具有吸音隔音功能的降噪墙布，其特征在于：所述烷基化改性多壁碳纳米管，内径4~8nm，外径5~25nm，长度5~25nm。
8.如权利要求7所述的一种具有吸音隔音功能的降噪墙布，其特征在于所述的烷基化改性多壁碳纳米管制备方法如下：将多壁碳纳米管置于真空干燥箱真空脱气除去游离水分，加入50~60wt%乙烯基三甲氧基硅烷的乙醇溶液，100~145℃下反应1.5-2h，停止反应后过滤、烘干，得到烷基化改性多壁碳纳米管。
9.如权利要求8所述的一种具有吸音隔音功能的降噪墙布，其特征在于：所述的多壁碳纳米管与乙烯基三甲氧基硅烷的质量比为1:1~1.5。
10.一种制备如权利要求3-9任一所述的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物/丁腈橡胶/多壁碳纳米管共混胶的制备方法：
S1:将丁腈胶乳与稳定剂混炼均匀，然后加入烷基化改性多壁碳纳米管制成母胶备用；
S2:将丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、颜料和步骤S1:制备的母胶加入高速混合器，800~1000r/min，0.5~1.5h制得丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物/丁腈橡胶/多壁碳纳米管共混胶。
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