專利名稱：一種吸聲材料及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種吸聲材料，特別涉及一種能明顯提高中低頻吸聲性能的復合吸聲材料及其制備方法。
背景技術：
隨著現代工業的迅速發展，噪聲對人類的危害也越來越大。噪聲污染、空氣污染和水污染被認為是當代世界三大環境公害。噪聲不僅影響人們正常的工作秩序和工作效率， 還影響人們的日常生活和身心健康。控制噪聲已成為人類的當務之急，對吸聲降噪材料的研究也已經成為世界各國科技工作者的重要研究方向之常見的吸聲材料包括以下幾類(1)有機泡沫塑料類如聚氨酯泡沫塑料、脲醛樹脂泡沫塑料和氨甲基泡沫塑料等。C擬869014Y提供了一種防滲、減震、容易清潔且吸聲效果良好的復合聚氨酯吸聲材料。 CN1312M1A以聚氨酯網狀泡沫塑料為基材制備了網狀復合吸聲材料。有機泡沫塑料類吸聲材料的優點是密度小、柔軟、耐潮、可切割成型、施工安裝方便；缺點是吸聲性能不穩定、易老化、易吸水、室外使用受限。(2)有機纖維材料類如棉、麻、木屑、植物纖維、海草、棕絲及其制品等。如發明專利CN101593515A公開了一種以天然木棉為主要成分的吸聲降噪材料及其在制備吸聲降噪制品中的應用。CN201689670公開了一種吸聲材料構件，其吸聲材料為間位芳綸纖維或對位芳綸纖維制成的吸聲棉或吸聲氈。有機纖維材料類吸聲材料的優點是密度小、吸聲系數高、 原材料來源豐富、價格便宜；缺點是防火、防潮性能差、易蟲蛀、霉變、室外使用受限。(3)無機泡沫建筑材料類如泡沫玻璃、加氣混凝土、膨脹珍珠巖制品等。 CN1043116A提供了一種供建筑用的吸聲性能優良的新型無機建筑吸聲材料，該吸聲材料由水泥、焙燒煤矸石輕骨料、膨脹珍珠巖所組成的無機建筑吸聲砌塊材料。無機泡沫建筑材料類吸聲材料的優點是強度高、加工性能好、防水、不燃、耐腐蝕、不老化；缺點是吸聲效果一般、微孔貫通率少。如上所述，現有吸聲材料雖然種類繁多，品種各異，并各有其優缺點，但由于材料自身性能的限制，使得上述各類材料在應用范圍上都受到一定的限制，而科技發展和社會進步對吸聲材料的綜合性能又提出了更高的要求。
發明內容
本發明的目的在于提供一種吸聲效率高的吸聲材料。本發明的另一目的在于提供上述吸聲材料的制備方法。為達到上述的目的，本發明采用如下技術方案實現一種吸聲材料，其特征在于其是采用樹脂、橡膠、介孔分子篩、阻燃劑及穩定劑為原料制得的；所述樹脂為聚丙烯、聚乙烯或聚苯乙烯，所述介孔分子篩為MCM-41、MCM-48、 SBA-15 或 SBA-16 ο
發明人在研發過程中發現上述介孔分子篩的加入帶來了吸聲性能的提高，但上述介孔分子篩的加入量過多也會引起體系粘度和硬度的增加，在混煉時不易均勻化，使相界面接觸性變差，因此，介孔分子篩的用量也是比較有講究的。為了使得本發明吸聲材料綜合性能更好，優選地，本發明吸聲材料是以20 60wt%的上述樹脂、10 橡膠、5 50wt%的上述介孔分子篩、0. 5 3 {%的阻燃劑及1 5wt%的穩定劑為原料制得的，均以質量百分比計。進一步優選地，本發明吸聲材料以30 40wt%的上述樹脂、40 60襯％的橡膠、 5 15wt %的上述介孔分子篩、1 2wt %的阻燃劑及3 5wt %的穩定劑為原料制得的，均以質量百分比計。更優選地，上述的橡膠優選為乙丙橡膠、丁腈橡膠或丁基橡膠。發明人在長期研發過程中進一步發現，橡膠組分使本發明材料的綜合吸聲性能提高，其原因是在常溫下，橡膠處于高彈態，當有聲波作用時，其本身會發生彈性形變，從而消耗一些聲波能量；橡膠大分子鏈上的鏈段和側基在聲波作用下產生運動，這種運動在分子內或/和分子間摩擦阻力較大，對聲波能量的消耗顯著。但是當橡膠用量過大時，會造成體系粘度過小，泡孔結構惡化，造成孔隙率下降，材料吸聲性能也隨之降低。因此，在進一步地提高本發明材料的綜合吸聲性能上，橡膠的類型及用量也是有講究的。上述的阻燃劑優選為無水硼酸鋅、氫氧化鎂、氫氧化鋁或磷酸三苯酯。上述的穩定劑優選為硬脂酸鈣、二月桂酸二丁基錫、硫醇丁基錫、硫醇銻復合熱穩定劑或L518系列稀土多功能熱穩定劑。上述的物料均為市售產品。最優選地，一種吸聲材料，其是按質量百分比為30%聚丙烯(PP)和57%乙丙橡膠 (EPR)、10%介孔分子篩SBA-15、1. 5%磷酸三苯酯及4. 5%硬脂酸鈣為原料制得的。上述吸聲材料的制備方法，將上述的各原料攪拌均勻混合，再將所得的混合物在混煉機上載90 150°C溫度下混煉5 30分鐘制得。本發明根據不同聚合物、無機物對聲音頻率響應不同的原理，采用了本發明獨特的多組分聚合物、無機物共混方法，從而使制得的吸聲材料兼具有機、無機材料的優點，改善了其在中低頻范圍內的吸聲性能。介孔分子篩是一種新型的高比表面(可高達2000m2/g)，孔徑尺寸均一可調O 50nm)，排列長程有序的材料，具有孔徑范圍大，穩定性好，孔道形狀多樣(圓柱形、球形或平板狀)，表面可修飾等優良的特性，這些優良的特性賦予了介孔分子篩材料優良的吸聲性能。本發明充分利用介孔分子篩材料的這些性質，與樹脂和橡膠高分子化合物進行合理地復合，制備性能優異的有機高分子/介孔分子篩復合吸聲材料。這種創新性構思和吸聲材料的制備方法在國內外均未見報道。本發明吸聲材料具有如下的有益效果(1)本發明吸聲材料是一種孔隙率、孔徑大小及其分布可控的多孔結構的吸聲材料，在寬頻率范圍內具有高吸聲性能，對高頻、中頻和低頻范圍內均有高效吸聲性能，比一般泡沫塑料提高45%以上，可廣泛應用于劇場、會議室、音樂廳、錄音棚、體育館、高速公路等需要吸聲降噪的場所或環境；(2)同時本發明吸聲材料具有較好的熱性能和力學性能，熱分解溫度在370 410°C范圍內，拉伸強度在55 80Mpa范圍內，彎曲強度在80 IlOMpa范圍內，簡支梁缺口沖擊強度在15 25KJ/m2范圍內；C3)本發明吸聲材料的制備方法是在傳統工藝基礎上的技術革新，不需要新的高昂設備投資，工藝簡單，操作方便，易實現工業化。
具體實施例方式下面通過實施例對本發明進行具體的描述，有必要在此指出的是以下實施例只用于對本發明進行進一步說明，不能理解為對本發明保護范圍的限制，該領域的技術人員可以根據上述本發明內容對本發明作出一些非本質的改進和調整。實施例1 首先按質量百分比將40%聚苯乙烯(PS)和34%乙丙橡膠(EPR) ,20% 介孔分子篩MCM-41、3%無水硼酸鋅及3%的CZX-768無毒鈣鋅復合穩定劑攪拌混合均勻； 將上述混合物在混煉機上在130°C溫度下混煉10分鐘即可制備得到PS/MCM-41復合吸聲材料。聚苯乙烯(PS)牌號為臺灣化纖PS 5250，由成都金鷹集團貿易有限公司提供；乙丙橡膠(EPR)牌號J-0030，由吉化集團吉林市星云化工有限公司提供；MCM-41介孔分子篩 南京先豐納米材料科技有限公司生產的產品，是具有六方有序排列孔道結構和長程有序性的介孔分子篩，其孔徑3. 5nm, BET比表面積彡900m2/g，孔容彡0. 6cm7g。無水硼酸鋅由成都開飛高能化學工業有限公司提供；CZX-768無毒鈣鋅復合穩定劑由肇慶市森德利化工實業有限公司提供。實施例2 首先按質量百分比將30%聚乙烯(PE)和18%丁基橡膠、50%介孔分子篩MCM-41、1%氫氧化鎂阻燃劑及硫醇型有機錫(8831)熱穩定劑攪拌混合均勻；將上述混合物在混煉機上載110°C溫度下混煉20分鐘即可制備得到PE/MCM-41復合吸聲材料。聚乙烯(PE)為吉林石化通用膜料7042，熔指1.7-2. 3g/10min密度0.918 0. 922g/cm3 ；丁基橡膠型號日本JSR 268,由成都(恒裕)化工貿易有限公司提供；氫氧化鎂阻燃劑由山東魯華化工有限公司提供；硫醇型有機錫(8831)熱穩定劑由北京三安化化工產品有限公司提供。實施例3 首先按質量百分比將20%聚乙烯(PE)和13% 丁基橡膠、65%介孔分子篩MCM-41、1%氫氧化鎂及硫醇型有機錫(8831)熱穩定劑攪拌混合均勻；將上述混合物在混煉機上載110°C溫度下混煉20分鐘即可制備得到PE/MCM-41復合吸聲材料。實施例4 首先按質量百分比將30%聚丙烯(PP)和M%乙丙橡膠(EPR)、10%介孔分子篩MCM-41、1. 5%磷酸三苯酯及4. 5%硬脂酸鈣攪拌混合均勻；將上述的混合物在混煉機上在100°C溫度下混煉30分鐘即可制備得到PP/MCM-41復合吸聲材料。聚丙烯為美國液氮PP MFX700-10HS，具有高抗沖擊、環保、高耐熱、耐低溫、耐磨、 耐化學性、電氣性能優良和高尺度穩定性等優良的綜合性能。磷酸三苯酯由成都華翔精細化工有限公司提供；硬脂酸鈣由邵陽天堂助劑化工有限公司成都直銷處生產。實施例5 首先按質量百分比將40%聚苯乙烯(PS)和34%乙丙橡膠(EPR) ,20% 介孔分子篩MCM-48、3 %無水硼酸鋅及3 %的CZX-768無毒鈣鋅復合穩定劑攪拌混合均勻； 將上述混合物在混煉機上在130°C溫度下混煉10分鐘即可制備得到PS/MCM-48復合吸聲材料。MCM-48介孔分子篩南京先豐納米材料科技有限公司生產的產品，是具有約 2. 6nm左右的均一孔徑及兩套相互獨立的三維螺旋孔道網絡結構。BET比表面積彡750m2/g，孔容彡 0. 6cm3/g。實施例6 首先按質量百分比將30%聚乙烯(PE)和18%丁基橡膠、50%介孔分子篩MCM-48、1%氫氧化鎂及硫醇型有機錫(8831)熱穩定劑攪拌混合均勻；將上述混合物在混煉機上載110°C溫度下混煉20分鐘即可制備得到PE/MCM-48復合吸聲材料。實施例7 首先按質量百分比將30%聚丙烯(PP)和M%乙丙橡膠(EPR)、10%介孔分子篩MCM-48、1. 5%磷酸三苯酯及4. 5%硬脂酸鈣攪拌混合均勻；將上述的混合物在混煉機上在100°C溫度下混煉30分鐘即可制備得到PP/MCM-48復合吸聲材料。實施例8 首先按質量百分比將40%聚苯乙烯(PS)和34%乙丙橡膠(EPR) ,20% 介孔分子篩SBA-15、3%硼酸鋅及3%的CZX-768無毒鈣鋅復合穩定劑攪拌混合均勻；將上述混合物在混煉機上在130°C溫度下混煉10分鐘即可制備得到PS/SBA-15復合吸聲材料。SBA-15介孔分子篩南京先豐納米材料科技有限公司生產的產品，是在酸性條件下合成的具有二維六方結構的介孔硅基分子篩，孔徑6 lOnm，BET比表面積> 650m2/g，孔容> 1. 2cm7g。與MCM-41相比，SBA-15介孔分子篩具有更大的孔徑、更厚的孔壁和更高的孔容，而且具有更好的水熱穩定性。實施例9 首先按質量百分比將30%聚乙烯(PE)和18%丁基橡膠、50%介孔分子篩SBA-15、1%氫氧化鎂及硫醇型有機錫(8831)熱穩定劑攪拌混合均勻；將上述混合物在混煉機上載110°C溫度下混煉20分鐘即可制備得到PE/SBA-15復合吸聲材料。實施例10 首先按質量百分比將30%聚丙烯(PP)和57%乙丙橡膠(EPR)、10%介孔分子篩SBA-15、1. 5%磷酸三苯酯及4. 5%硬脂酸鈣攪拌混合均勻；將上述的混合物在混煉機上在100°C溫度下混煉30分鐘即可制備得到PP/SBA-15復合吸聲材料。實施例11 首先按質量百分比將40%聚苯乙烯(PS)和34%乙丙橡膠(EPR)、20% 介孔分子篩SBA-16、3%硼酸鋅及3%的CZX-768無毒鈣鋅復合穩定劑攪拌混合均勻；將上述混合物在混煉機上在130°C溫度下混煉10分鐘即可制備得到PS/SBA-16復合吸聲材料。介孔分子篩SBA-16 根據文獻《以嵌段共聚物為結構導向劑的SBA-15和SBA-16 的合成及表征》(無機材料學報，2003,18 ) =855-860)進行制備。其制備方法如下將三嵌段共聚物F127 (EOltl6PO7ciEO106, Mav= 12700，BASF公司提供)溶于適量去離子水， 加入鹽酸(HC1，化學純，重慶化學試劑有限公司提供)溶液，攪拌均勻，在38°C的條件下，向其中逐滴滴加正硅酸乙醋(TEOS，分析純，重慶化學試劑有限公司提供)，持續劇烈地攪拌20h以上，裝入聚四氟乙烯為內襯的高壓釜水熱處理48h，過濾、洗滌并干燥， 最后在550°C鍛燒證以上，得到的白色粉末即為SBA-16.實驗所用各原料的摩爾比為 ITEOS 0. 004F127 0. 75HCI 88H20。所制備得到的SBA介孔分子篩的性能如下孔徑 3. 26nm, BET 比表面積 930m2/g，孔容 0. 60cm3/g。實施例12 首先按質量百分比將30%聚乙烯(PE)和18%丁基橡膠、50%介孔分子篩SBA-16、1%氫氧化鎂及硫醇型有機錫(8831)熱穩定劑攪拌混合均勻；將上述混合物在混煉機上載110°C溫度下混煉20分鐘即可制備得到PE/SBA-16復合吸聲材料。實施例13 首先按質量百分比將30%聚丙烯(PP)和討％乙丙橡膠(EPR)、10%介孔分子篩SBA-16、1. 5%磷酸三苯酯及4. 5%硬脂酸鈣攪拌混合均勻；將上述的混合物在混煉機上在100°C溫度下混煉30分鐘即可制備得到PP/SBA-16復合吸聲材料。表1為本發明所制備吸聲材料的吸聲性能與其它高分子泡沫吸聲材料吸聲性能的對比。吸聲系數按照美國材料和實驗協會在2008年頒布的新測試標準ASTM E 1050-08 《吸聲系數和聲阻抗測試標準》進行測量。表2列出了所制備的吸聲材料的熱性能和力學性能參數與其它高分子泡沫吸聲材料相應性能參數的對比。表1本發明制備的吸聲材料的吸聲性能與其它高分子泡沫材料吸聲性能對比
權利要求
1.一種吸聲材料，其特征在于其是采用樹脂、橡膠、介孔分子篩、阻燃劑及穩定劑為原料制得的；所述樹脂為聚丙烯、聚乙烯或聚苯乙烯，所述介孔分子篩為MCM-41、MCM-48、 SBA-15 或 SBA-16。
2.如權利要求1所述的吸聲材料，其特征在于所述吸聲材料是以20 60wt%的所述樹脂、10 60 wt %的橡膠、5 50wt%的所述介孔分子篩、0. 5 3wt%的阻燃劑及1 5wt%的穩定劑為原料制得的，均以質量百分比計。
3.如權利要求2所述的吸聲材料，其特征在于所述吸聲材料以30 40wt%的所述樹脂、40 60 wt %的橡膠、5 15wt%的所述介孔分子篩、1 2wt%的阻燃劑及3 5wt%的穩定劑為原料制得的，均以質量百分比計。
4.如權利要求1、2或3所述的吸聲材料，其特征在于所述的橡膠為乙丙橡膠、丁腈橡膠或丁基橡膠。
5.如權利要求1、2或3所述的吸聲材料，其特征在于所述的阻燃劑為無水硼酸鋅、氫氧化鎂、氫氧化鋁或磷酸三苯酯。
6.如權利要求4所述的吸聲材料，其特征在于所述的阻燃劑為無水硼酸鋅、氫氧化鎂、氫氧化鋁或磷酸三苯酯。
7.如權利要求1、2或3所述的吸聲材料，其特征在于所述的穩定劑為硬脂酸鈣、二月桂酸二丁基錫、硫醇丁基錫、硫醇銻復合熱穩定劑或L518系列稀土多功能熱穩定劑。
8.如權利要求4或6所述的吸聲材料，其特征在于所述的穩定劑為硬脂酸鈣、二月桂酸二丁基錫、硫醇丁基錫、硫醇銻復合熱穩定劑或L518系列稀土多功能熱穩定劑。
9.如權利要求1所述的吸聲材料，其特征在于其是按質量百分比為30%聚丙烯(PP)、 57%乙丙橡膠(Era)、10%介孔分子篩SBA-15、1. 5%磷酸三苯酯及4. 5%硬脂酸鈣為原料制得的。
10.如權利要求1 9任一項所述吸聲材料的制備方法，其特征在于將所述的各原料攪拌均勻混合，再將所得的混合物在混煉機上載90 150°C溫度下混煉5 30分鐘制得。
全文摘要
本發明涉及一種吸聲材料及其制備方法，首先按質量百分比將20~60%的樹脂、10~60%的橡膠、5~50%的介孔分子篩、0.5~3的阻燃劑及1~5%的穩定劑攪拌均勻混合；將上述的混合物在混煉機上載90~150℃溫度下混煉5~30分鐘即可制備得到綜合性能優良的吸聲材料。所制備的吸聲材料兼具無機吸聲材料和有機泡沫吸聲材料的優點，對高頻、中頻和低頻范圍內均有高效吸聲性能，在寬頻率范圍內具有高吸聲性能，比一般泡沫塑料提高45%以上。此外，本發明制備的西吸聲材料具有良好的熱性能和力學性能；且加工工藝簡單，操作方便，容易實現工業化，在劇場、會議室、音樂廳、錄音棚、體育館、高速公路等需要吸聲降噪的場所或環境具有廣闊的應用前景。
文檔編號C08K3/38GK102321307SQ20111031471
公開日2012年1月18日 申請日期2011年10月17日 優先權日2011年10月17日
發明者劉玉榮 申請人:重慶文理學院