CN114940782B - 一种建筑用低导热隔声材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种建筑用低导热隔声材料及其制备方法，原料至少包含以下重量份：橡胶基料30～45份，高分子聚合物2～10份，发泡剂5～12份，消烟剂30～45份，硬脂酸0.5～1.5份，增塑剂20～30份，固体填料5～15份，防老剂1～3份，促进剂2～6份，助剂10～15份。本申请制备的隔声材料具有良好的力学性能的同时还能够具有优异的低导热系数，保持了良好的隔热隔声保温性能，并且有效减少了材料吸湿现象的发生，进而进一步的保证了材料使用时的长期低导热系数和隔音效果，适宜在建材领域推广，具有广阔的发展前景。

Description

一种建筑用低导热隔声材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及IPC分类的C08/L902领域，尤其涉及一种建筑用低导热隔声材料及其制备方法。
背景技术
随着社会的进步和经济的发展，人们的生活水平得到了不断的提高，同时对于住房的环境好坏给出了最新的定义。如今，人们在选择住房时，对于住房的保温、抗噪、绝热等要求越来越高，因此，近些年来关于建筑用隔声材料的研究成为隔声材料领域中的研究热点。
现有技术(CN201810218116.0)提供了一种建筑楼地面用隔声保温板，其原料主要包括了膨胀珍珠岩，玻璃微珠，发泡混凝土，硅酸盐水泥，灰钙粉以及各种功能纤维等，采用了压制成板的制备工艺，声称其制备的隔声保温板具有良好的阻燃吸湿性和隔声效果。但是，其使用上述的原料制备的隔声保温板依旧具有较高的导热系数，只能满足一般情况下的隔热保温效果，在寒冷的冬季和炎热下夏季等更高隔热保温要求的情况下无法良好的进行隔热保温作用。
另外，在一些现有技术中为追求更佳的低导热性能，通常都采用了可发泡的聚苯乙烯类的材料作为建筑用隔声材料。但是，依据最新的建筑要求标准，现有技术相应使用的聚苯乙烯类的材料在材料的整体力学强度，耐化学性和隔音效果等方面性能较差，不能够满足相应的要求，因此橡胶类建筑用隔声材料再次成为了研究热点，但是同样的，橡胶类材料虽然在力学强度和耐化学性等性能方面具有较好的优势，但是其普遍在导热系数和保温性能较差的缺点，且长期难以克服。
因此，现在亟需一种在具有优异的力学强度和隔声性能的同时，还能够具有更优异的保温隔热性能的建筑用橡胶基的隔声材料，以填充现有市场需求的空缺。
发明内容
为了解决上述问题，本发明第一方面提供了一种建筑用低导热隔声材料，原料至少包含以下重量份：橡胶基料30～45份，高分子聚合物2～10份，发泡剂5～12份，消烟剂30～45份，硬脂酸0.5～1.5份，增塑剂20～30份，固体填料5～15份，防老剂1～3份，促进剂2～6份，助剂10～15份。
作为一种优选的方案，所述橡胶基料为氯丁橡胶、氯化丁晴橡胶、三元乙丙橡胶、丁苯橡胶、丁基橡胶中的至少一种。
作为一种更优选的方案，所述橡胶基料为氯丁橡胶，氯化丁晴橡胶。
作为一种优选的方案，所述高分子聚合物为乙烯-醋酸乙烯共聚物。
作为一种优选的方案，所述发泡剂为碳酸氢钠、碳酸氢铵、氯化铵、偶氮化合物、亚硝基化合物中的至少一种。
作为一种更优选的方案，所述发泡剂为偶氮二甲酰胺。
作为一种优选的方案，所述消烟剂为锡酸锌、氧化钼、氢氧化镁、氢氧化铝、八钼酸铵中的至少一种。
作为一种更优选的方案，所述消烟剂为锡酸锌，氧化钼，氢氧化镁和氢氧化铝。
作为一种最优选的方案，所述锡酸锌，氧化钼，氢氧化镁和氢氧化铝的质量比为2～3：1～2：2～3：4～5。
作为一种优选的方案，所述增塑剂为石蜡油、甘油、硬脂酸锌、邻苯二甲酸酯类、脂肪酸类、磷酸酯类中的至少一种。
作为一种更优选的方案，所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯。
作为一种优选的方案，所述固体填料为炭黑、白炭黑、氧化锌、改性氧化锌、聚四氟乙烯、钛白粉中的至少一种。
作为一种更优选的方案，所述固体填料为炭黑和改性氧化锌。
作为一种更优选的方案，所述炭黑与改性氧化锌的质量比为5～8：1～2.5。
所述改性氧化锌的制备方法为：(1)将氧化锌置入配制有琥珀酸酐和硅烷偶联剂的DMF溶液中，升温至60～70℃加热搅拌3～5小时，得预处理液；(2)将预处理液中加入2-甲基咪唑和硝酸锌，混合搅拌，并升温至50～60℃保温10～15分钟；(3)将混合液置入40～60℃的水浴超声反应器中，设置超声功率为500～600W，反应一定时间。
本申请中，通过加入上述改性后的氧化锌，不仅有效的作为成核剂进行胶料的发泡作用提高材料的异相成核作用和力学性能，还有效的提高了隔声材料的抗污染和耐强太阳光的照射抗性，减少光照黄变现象。本申请人推测为：改性后的氧化锌能够通过预处理后表面的活性基团与2-甲基咪唑制备形成的框架材料之间进行有效的配位结合，进而形成有效不易脱落的负载，负载后的氧化锌利用其半导体特性，在强光照射下的激发电子跃迁，激发电子在改性氧化锌的表面流动，增加了电子的流动路径，且因为形成的pn结结构，抑制了激发电子的空穴回溯，使得氧化锌在长时间内保持了极强的表面的有机化合物的夺电子能力，并且pn结结构的形成降低了，整体氧化锌的价带和导带的距离，降低禁带长度，提高了材料整体的紫外光和其他可见光的吸收能力。
作为一种优选的方案，所述水浴超声反应时间为1.5～2.5小时。
作为一种更优选的方案，所述改性氧化锌的平均粒径为80～200nm。
本申请中，通过进一步的限定改性氧化锌的制备过程中的反应时间，有效的控制改性氧化锌整体的粒径大小，有效的提高了隔声材料整体的疏水性能，减低材料吸水率。本申请人推测为：氧化锌作为较强的亲水性粒子，其加入材料中通常会引起材料整体的吸水性增强和疏水性的降低作用，这些都十分影响隔声材料的整体的保温隔热隔声性能。而本申请中通过超声反应时间的控制，使得骨架材料的形成大小整体在60～150nm范围内，使得氧化锌在骨架材料表面负载时能够有效的裸漏出骨架材料表面，避免形成微观状态下的氧化锌包覆壳体，从而极大地提高了氧化锌的疏水性能。
作为一种优选的方案，所述防老剂为防老剂2246、防老剂MBT、防老剂4020、防老剂1098、防老剂1330中的至少一种。
作为一种更优选的方案，所述防老剂为防老剂MBT和防老剂4020；所述防老剂MBT和防老剂4020的质量比为1：1。
作为一种优选的方案，所述促进剂为二硫代氨基甲酸盐类、秋兰姆类、硝基胺类中的至少一种。
作为一种更优选的方案，所述促进剂为二亚硝基五亚甲基四胺，二丁基二硫代氨基甲酸锌，二乙二硫代氨基甲酸锌和六硫化五亚甲基秋兰姆；所述二亚硝基五亚甲基四胺，二丁基二硫代氨基甲酸锌，二乙二硫代氨基甲酸锌和六硫化五亚甲基秋兰姆的质量比为2～3：2～3：1～2：1～2。
作为一种优选的方案，所述助剂为改性硬硅钙石。
所述改性硬硅钙石的制备方法为：(1)称取预定量的硬硅钙石，置入反应器中，加入一定量的去离子水进行搅拌分散；(2)加热反应液至80～90℃，并且配置浓度为10～15wt％的磷酸水溶液；(3)将磷酸水溶液向反应液中进行滴定，速率为1～1.5mL/min，搅拌速度为60～100r/min；(4)待反应滴定时间1～2.5小时后，将反应体系沉淀抽滤，干燥既得。
作为一种优选的方案，所述改性硬硅钙石与改性氧化锌的质量比为11～13：1～2.5。
本申请中，通过在隔声材料中加入改性硬硅钙石有效的降低了隔声材料的整体的导热系数，进一步的，通过改性硬硅钙石与改性氧化锌的复配使用，避免了隔声材料加入改性硬硅钙石后的力学性能下降的现象。本申请人推测为：改性后的硬硅钙石通过反应过程中生成的稳定羟基磷酸钙与无定型二氧化硅的协同作用，在硬硅钙石的表面形成了保护壳层，并且形成了纳米羟基磷酸钙与二氧化硅交织结构，接触热阻明显增加，孔隙率的增加也同样的降低了气体对流传热的效果；进一步的当，改性硬硅钙石与平均粒径为80～200nm的改性氧化锌的质量比为11～13：1～2.5时，改性后的氧化锌的正方体结构能够在填充部分改性硬硅钙石蓬松孔隙的同时，进一步提高改性硬硅钙石的热阻，并且降低改性硬硅钙石蓬松孔隙的吸收现象，并且改性氧化锌内部含有的骨架结构也同时作为改性硬硅钙石的内部的支撑结构，形成多点支撑的球形体，避免改性硬硅钙石较差的力学性能降低整体材料体系的力学性能。
作为一种优选的方案，所述建筑用低导热隔声材料的导热系数为0.030～0.034W/m·K。
作为一种优选的方案，所述建筑用低导热隔声材料还包括了碳材料和气凝胶。
作为一种优选的方案，所述碳材料为石墨烯、氧化石墨烯、石墨、活性碳纤维、碳粉中的至少一种。
作为一种更优选的方案，所述碳材料为石墨。
本发明第二方面提供了上述建筑用低导热隔声材料的制备方法，步骤至少包含以下几步：(1)称取除促进剂以外的其它原料备用；(2)将步骤(1)中所有原料置入密炼机中进行密炼，完成后出料得初料；(3)将初料置入开炼机切片，得初料胶片；(4)将初料胶片再次置入开炼机，压热包辊后加入促进剂，后继续投料反应，得初料胶条；(5)多螺杆挤出机挤出，得成型料；(6)碳材料与气凝胶在表面的喷洒，压延成型：(7)多节烘道加热发泡，得橡塑管；(8)冷却，剪切既得所述建筑用低导热隔声材料。
作为一种优选的方案，所述步骤(2)的具体操作为：将上述称量好的物料放入密炼室进行密炼，密炼至110℃～125℃出料，完成后出料得初料。
作为一种优选的方案，所述步骤(3)的具体操作为：将上述初料倒入开炼机切片，切出的胶片厚度7～8mm，胶片宽度900～1000mm，胶片长度4000～5000mm，得初料胶片冷却待用。
作为一种优选的方案，所述步骤(4)的具体操作为：将初料胶片再次置入开炼机，压热包辊后加入促进剂，搅拌均匀后投胶料到自动翻料擘，开计时器，自动翻料300秒开始下料、胶条厚度7～8mm，胶条宽度150mm～200mm，胶条长度不切段，得初料胶条。
作为一种优选的方案，所述步骤(5)的具体操作为：多螺杆挤出机挤出，依次调整挤出机上的温度为：机头段30℃～35℃、挤出段30℃～35℃、塑化段30℃～35℃、螺杆段25℃～30℃，启动挤出机，调整转速25～35转/分，将胶条均匀喂入喂料口，进过多层磨具挤出成型，得成型料。
作为一种优选的方案，所述步骤(7)的具体操作为：将上述成型料经引料棒送入有多节烘道的烘箱发泡出橡胶管，多节烘道为七节，各节烘道温度为：一节120℃～125℃，二节125℃～135℃，三节135℃～145℃，四节145℃～155℃，五节155℃～165℃，六节165℃～175℃；七节175℃～185℃，得橡塑管。
作为一种优选的方案，所述碳材料的用量为200～1000g/m2；所述气凝胶的用量为10～100g/m2。
作为一种更优选的方案，所述碳材料的用量为500g/m2；所述气凝胶的用量为50g/m2。
有益效果：
1、本申请中制备的一种建筑用低导热隔声材料具有优异的力学，低导热隔热和隔声性能，是一种优异的高质量环保耐用型材料，能够在住房和办公场所的房屋建造中充分的发挥保温隔音效果，具有优异的经济性和环保性。
2、本申请中制备的一种建筑用低导热隔声材料通过特定填料的配比加入，在有效的进行异相成核作用以及粒子力学增强作用的同时，还能够依据填料的激发态强氧化作用提高隔声材料在光照状态下的抗污染效果，并且具有良好的耐黄变性能。
3、本申请中制备的一种建筑用低导热隔声材料通过材料表面的碳材料和气凝胶层的喷洒压制成型，有效的降低了隔声材料的导热系数，使其在具有优异的力学强度的同时还能够具有极地热导系数，从而同时具有优异的保温隔热性能。
4、本申请中制备的一种建筑用低导热隔声材料即能够有效的应用在住房楼层之间，隔绝楼层之间的热能和声音传输，减少噪音提高保温能力，还能够应用于建筑外侧用以隔绝外部嘈杂环境，进一步的提高室内保温效果。
具体实施方式
实施例1
实施例1第一方面提供了一种建筑用低导热隔声材料，原料包含以下重量份：氯丁橡胶16份，氯化丁晴橡胶12份，乙烯-醋酸乙烯共聚物6份，偶氮二甲酰胺10份，消烟剂(锡酸锌，氧化钼，氢氧化镁和氢氧化铝，质量比为2：1：2：4)35份，硬脂酸1份，邻苯二甲酸二辛酯22份，固体填料(炭黑和改性氧化锌，质量比7:2)9份，防老剂(防老剂MBT和防老剂4020，质量比1:1)2份，促进剂(二亚硝基五亚甲基四胺，二丁基二硫代氨基甲酸锌，二乙二硫代氨基甲酸锌和六硫化五亚甲基秋兰姆，质量比为3:3:2:2)5份，改性硬硅钙石12份。
本实施例中，隔声材料表面喷涂有石墨层和气凝胶层；所述石墨的用量为500g/m2；所述气凝胶的用量为50g/m2。
本实施例中，改性硬硅钙石的制备方法为(以重量份计)：(1)称取5份的硬硅钙石，置入反应器中，加入200份的去离子水进行搅拌分散；(2)加热反应液至85℃，并且配置浓度为15wt％的磷酸水溶液；(3)将磷酸水溶液向反应液中进行滴定，速率为1.5mL/min，搅拌速度为80r/min；(4)待反应滴定时间2小时后，将反应体系沉淀抽滤，干燥既得。
本实施例中，改性氧化锌的制备方法为(以重量份计)：(1)将2份氧化锌置入配制有5份琥珀酸酐和5份硅烷偶联剂的80份DMF溶液中，升温至65℃加热搅拌3.5小时，得预处理液；(2)将预处理液中加入10份2-甲基咪唑和5份硝酸锌，混合搅拌，并升温至60℃保温12分钟；(3)将混合液置入50℃的水浴超声反应器中，设置超声功率为600W，反应2小时。
本实施例中，改性氧化锌的平均粒径为120nm。
本实施例中，氯丁橡胶为东莞市鼎信塑胶原料有限公司出售的G42型号的氯丁橡胶产品。
本实施例中，氯化丁晴橡胶为上海凯茵化工有限公司出售的氯化丁晴橡胶1068产品。
本实施例中，乙烯-醋酸乙烯共聚物为山东豪顺化工有限公司出售的乙烯-醋酸乙烯共聚物产品。
本实施例中，炭黑为无锡双诚炭黑科技有限公司出售的炭黑产品。
本实施例中，防老剂MBT和防老剂4020为宜兴瑞风橡塑科技有限公司出售的防老剂MBT和防老剂4020产品。
本实施例中，硅烷偶联剂为(3-氨丙基)三乙氧基硅烷(CAS:919-30-2)。
本实施例中，2-甲基咪唑为上海阿拉丁试剂公司出售的2-甲基咪唑试剂产品。
本实施例中，石墨为宜昌新成石墨有限责任公司出售的300倍率膨胀石墨产品。
本实施例中，气凝胶为华夏特材科技有限公司出售的气凝胶产品。
本实施例第二方面提供了一种上述建筑用低导热隔声材料的制备方法，步骤包含以下几步：(1)称取除促进剂以外的其它原料备用；(2)将上述称量好的物料放入密炼室进行密炼，密炼至110℃～125℃出料，完成后出料得初料；(3)将上述初料倒入开炼机切片，切出的胶片厚度8mm，胶片宽度1000mm，胶片长度4500mm，得初料胶片冷却待用；(4)将初料胶片再次置入开炼机，压热包辊后加入促进剂，搅拌均匀后投胶料到自动翻料擘，开计时器，自动翻料300秒开始下料、胶条厚度8mm，胶条宽度180mm，胶条长度不切段，得初料胶条；(5)多螺杆挤出机挤出，依次调整挤出机上的温度为：机头段33℃、挤出段33℃、塑化段33℃、螺杆段28℃，启动挤出机，调整转速30转/分，将胶条均匀喂入喂料口，进过多层磨具挤出成型，得成型料；(6)使用自动撒粉机静电喷粉装在将石墨与气凝胶在表面的喷洒，压延成型：(7)将上述成型料经引料棒送入有多节烘道的烘箱发泡出橡胶管，多节烘道为七节，各节烘道温度为：一节124℃，二节130℃，三节140℃，四节150℃，五节160℃，六节170℃；七节180℃，得橡塑管；(8)冷却，剪切既得所述建筑用低导热隔声材料。
实施例2
本实施例的具体实施方式同实施例1，不同之处在于：改性硬硅钙石13份，改性氧化锌为1.5份。
对比例1
本对比例的具体实施方式同实施例1，不同之处在于：改性硬硅钙石为20份，改性氧化锌为0.5份。
对比例2
本对比例的具体实施方式同实施例1，不同之处在于：改性氧化锌的制备方法中，超声反应时间为0.5小时。
对比例3
本对比例的具体实施方式同实施例1，不同之处在于：采用普通的氧化锌作为固体填料替换改性氧化锌。
性能评价
1.吸水率：参考GB/T 8810的方法对所有实施例和对比例制得的并正常仓库储存1个月后的隔声材料进行吸水率的性能测试，每个实施例对比例测试5个试样，测得的数值的平均值记入表1。
2.导热系数：参考GB/T 10294的方法对所有实施例和对比例制得的并正常仓库储存1个月后的隔声材料进行导热系数的性能测试，每个实施例对比例测试5个试样，测得的数值的平均值记入表1。
3.力学性能：参考GB/T 8813以及GB/T 2918和GB/T 15048的方法对所有实施例和对比例制得的并正常仓库储存1个月后的隔声材料进行压缩强度和压缩形变的性能测试，每个实施例对比例测试5个试样，测得的数值的平均值记入表1。
4.声学性能：参考GB/T 19889.7-2005的方法对所有实施例和对比例制得的并正常仓库储存1个月后的隔声材料进行声学性能的测试，记录撞击隔声性能，单位db，厚度为20mm，每个实施例对比例测试5个试样，测得的数值的平均值记入表2。
表1
表2
实施例 撞击隔声性能(厚度为20mm)db
实施例1 62
实施例2 63
对比例1 66
对比例2 67
对比例3 66
通过实施例1～2、对比例1～3和表1、2可以得知，本发明提供的一种建筑用低导热隔声材料及其制备方法，具有良好的力学性能的同时还能够具有优异的低导热系数，保持了良好的隔热隔声保温性能，并且有效减少了材料吸湿现象的发生，进而进一步的保证了材料使用时的长期低导热系数和隔音效果，适宜在建材领域推广，具有广阔的发展前景。其中实施例1在具有最佳的制备原料配比和制备工艺等因素下获得了最佳性能指数。

Claims (4)

1.一种建筑用低导热隔声材料，其特征在于：原料至少包含以下重量份：橡胶基料30~45份，高分子聚合物2~10份，发泡剂5~12份，消烟剂30~45份，硬脂酸0.5~1.5份，增塑剂20~30份，固体填料5~15份，防老剂1~3份，促进剂2~6份，助剂10~15份；
所述高分子聚合物为乙烯-醋酸乙烯共聚物；
所述橡胶基料为氯丁橡胶，氯化丁晴橡胶；
所述固体填料为炭黑和改性氧化锌；所述炭黑与改性氧化锌的质量比为5~8：1~2.5；
所述改性氧化锌的制备方法为：（1）将氧化锌置入配制有琥珀酸酐和硅烷偶联剂的DMF溶液中，升温至60~70℃加热搅拌3~5小时，得预处理液；（2）将预处理液中加入2-甲基咪唑和硝酸锌，混合搅拌，并升温至50~60℃保温10~15分钟；（3）将混合液置入40~60℃的水浴超声反应器中，设置超声功率为500~600W，反应一定时间；
所述水浴超声反应时间为1.5~2.5小时
所述助剂为改性硬硅钙石；
所述改性硬硅钙石的制备方法为：（1）称取预定量的硬硅钙石，置入反应器中，加入一定量的去离子水进行搅拌分散；（2）加热反应液至80~90℃，并且配置浓度为10~15wt%的磷酸水溶液；（3）将磷酸水溶液向反应液中进行滴定，速率为1~1.5mL/min，搅拌速度为60~100r/min；（4）待反应滴定时间1~2.5小时后，将反应体系沉淀抽滤，干燥既得；
所述改性硬硅钙石与改性氧化锌的质量比为11~13：1~2.5；
所述建筑用低导热隔声材料还包括了碳材料和气凝胶；
所述碳材料为石墨；
所述的建筑用低导热隔声材料的制备方法，其特征在于：步骤至少包含以下几步：（1）称取除促进剂，碳材料以及气凝胶以外的其它原料备用；（2）将步骤（1）中所有原料置入密炼机中进行密炼，完成后出料得初料；（3）将初料置入开炼机切片，得初料胶片；（4）将初料胶片再次置入开炼机，压热包辊后加入促进剂，后继续投料反应，得初料胶条；（5）多螺杆挤出机挤出，得成型料；（6）碳材料与气凝胶在表面的喷洒，压延成型：（7）多节烘道加热发泡，得橡塑管；（8）冷却，剪切既得所述建筑用低导热隔声材料。
2.根据权利要求1所述的建筑用低导热隔声材料，其特征在于：所述消烟剂为锡酸锌、氧化钼、氢氧化镁、氢氧化铝、八钼酸铵中的至少一种。
3. 根据权利要求2所述的建筑用低导热隔声材料，其特征在于：所述建筑用低导热隔声材料的导热系数为0.030~0.034 W/m·K。
4.根据权利要求3所述的建筑用低导热隔声材料，其特征在于：所述碳材料的用量为200~1000g/m2；所述气凝胶的用量为10~100g/m2。
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