一种防火的改性复合吸音材料及吸音棉的制作方法

1.本发明涉及吸音棉制造技术领域，尤其涉及一种防火的改性复合吸音材料及吸音棉。


背景技术：

2.现代社会随着建筑工业以及交通运输业的快速发展，噪声污染也越发的严重，噪音污染和水污染、大气污染以及固体废弃物污染被称为当今世界的四大污染，而噪音污染的危害性仅次于大气污染位居第二。噪音是所有能引起人身心不适，心情烦躁并且危害身体健康的声音的统称。在当今社会，噪音污染已经成为继水污染、大气污染后被世界范围所关注的环境污染问题之一。噪声不仅会影响听力，而且还对人的心血管系统、神经系统、内分泌系统产生不利影响；并且还能加快建筑物、工业机械的老化，影响仪器的精密度和使用年限。随着大家对噪声控制问题的日益重视，各种各样吸音降噪的方法也随之诞生。
3.吸音棉可以将噪声振动能转化为吸音棉内部的细旦纤维的动能并导成热能而消失，达到吸音降噪的效果。吸音棉可视为多孔材料，具有良好的吸音、隔热效果，其作为一种衬垫材料广泛运用于建筑、电器、汽车、机械行业，主要起到隔音的作用。随着人们对环境要求的提高，人们对吸音棉的性能要求也越来越高，目前市场上常用的吸音棉有玻璃纤维吸音棉、海绵、聚酯纤维吸音棉等。目前的吸音棉有如下不足：(1)释放有害物质，危害人体健康，容易造成二次污染；(2)粘接度不够，易散，抗拉强度差；(3)吸音效果有限；(4)厚度、重量偏差较大，不能满足各行业对此种产品的要求；(5)阻燃效果不够，安全度不高。因此，非常有必要开发出一种性能优异的吸音棉。
4.cn201410165287.3公开了一种等规聚丙烯纤维/pet纤维复合无纺布吸音棉，该吸音棉由顶面层、背面层，及夹装于顶面层与背面层之间的纤维棉层构成，顶面层、背面层采用无纺布材料，该无纺布由下列重量份的原料通过熔喷法制成：等规聚丙烯100、聚对苯二甲酸乙二酯12-15、氯化亚铜2-3、抗氧剂168 1-2、苯甲基硅油4-5、活性炭10-12、硅藻土10-12、粘土2-3、蒲公英3-4、冬凌草2-3、柳叶1-2、助剂4-5。但是该专利采用了大量助剂，而助剂与基体材料之间相容性差，很难达到共混的程度，制备的产品吸声效果差。


技术实现要素：

5.有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种综合性能好的防火的改性复合吸音材料及吸音棉。
6.为实现上述目的，本发明提供了一种防火的改性复合吸音材料及吸音棉，该吸音棉由防火的改性复合吸音材料、亚麻纤维、聚酯纤维加工而成，该吸音棉具有较高的降噪系数、同时具有抗老化、抗菌等性能，既能吸收高频率声波，也能吸收中低频率声波，且防火阻燃性能和力学性能优异，通过在防火的改性复合吸音材料中加入doponh
2-s改性的蒙脱土，提高了材料的力学性能及阻燃性能，并且该阻燃剂能很好的与纤维基体进行交联，形成致密多孔的吸声材料，能使声音在材料内部被衰减，在提高材料力学性能的同时也提高了材
料的吸音性能。
7.为了实现上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：
8.一种防火的改性复合吸音材料，包括如下组分：聚丙烯、高密度聚乙烯、无卤阻燃剂、抗氧剂、抗菌剂。
9.优选的，一种防火的改性复合吸音材料，包括如下重量份的组分：20-25份聚丙烯纤维、5-10份高密度聚乙烯、0.1-0.5份无卤阻燃剂、0.1-0.5份抗氧剂、0.1-0.3份抗菌剂。
10.优选的，所述无卤阻燃剂的制备方法如下：
11.在n2氛围下，将25-30g 9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物、10-14g 4-乙酰基苯甲酸、50-60g对苯二胺、1-3g对甲苯磺酸混合后，加热至120-150℃，反应20-24h后，冷却至室温，加入100-200ml四氢呋喃，搅拌20-30min后，过滤，收集滤饼，将滤饼用四氢呋喃洗涤2-3次后在60-100℃下干燥6-8h，得到doponh2，即为无卤阻燃剂。
12.进一步优选的，所述所述无卤阻燃剂的制备方法如下：
13.1)在n2氛围下，将25-30g 9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物、10-14g 4-乙酰基苯甲酸、50-60g对苯二胺、1-3g对甲苯磺酸混合后，加热至120-150℃，反应20-24h后，冷却至室温，加入100-200ml四氢呋喃，搅拌20-30min后，过滤，收集滤饼，将滤饼用四氢呋喃洗涤2-3次后在60-100℃下干燥6-8h，得到doponh2；
14.2)将40-50g doponh2、18-24g三乙胺、100-150ml氯仿混合后，在0-5℃下以1-2滴/秒的速度滴加12-16g o-甲基硫代磷酰二氯；滴加完毕后在室温下反应20-24h；然后升温至50-70℃反应30-36h；反应完毕后冷却至室温；过滤，将滤渣分别用饱和碳酸氢钠水溶液、饱和氯化钠水溶液洗涤2-3次后在60-80℃下干燥6-8h得到doponh
2-s，即为无卤阻燃剂。
15.最优选的，所述所述所述无卤阻燃剂的制备方法如下：
16.1)在n2氛围下，将25-30g 9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物、10-14g 4-乙酰基苯甲酸、50-60g对苯二胺、1-3g对甲苯磺酸混合后，加热至120-150℃，反应20-24h后，冷却至室温，加入100-200ml四氢呋喃，搅拌20-30min后，过滤，收集滤饼，将滤饼用四氢呋喃洗涤2-3次后在60-100℃下干燥6-8h，得到doponh2；
17.2)将40-50g doponh2、18-24g三乙胺、100-150ml氯仿混合后，在0-5℃下以1-2滴/秒的速度滴加12-16g o-甲基硫代磷酰二氯；滴加完毕后在室温下反应20-24h；然后升温至50-70℃反应30-36h；反应完毕后冷却至室温；过滤，将滤渣分别用饱和碳酸氢钠水溶液、饱和氯化钠水溶液洗涤2-3次后在60-80℃下干燥6-8h得到doponh
2-s；
18.3)取20-30g doponh
2-s溶于300-500ml甲苯中，加入50-60g蒙脱土、8-12g三乙胺，在120-140℃下搅拌反应10-12h；反应完毕后冷却至室温，过滤，收集滤渣，将滤渣用甲苯洗涤2-3次后在60-80℃下干燥8-10h得到无卤阻燃剂。
19.由于吸音材料的阻燃技术正在朝着高效、经济、环保的方向发展，而无机阻燃剂具有毒性低、热稳定性好、且价格低廉，而无机阻燃剂阻燃剂阻燃效率低，添加量大，但影响材料的力学性能。发明人通过含氮、磷、硫元素的阻燃剂doponh
2-s与无机阻燃剂蒙脱土反应合成了一种特殊的无卤阻燃剂，该阻燃剂结合了纳米阻燃剂和氮、磷、硫阻燃剂的优势，doponh
2-s可以共同作用形成热稳定的焦渣，并增加焦渣的高度，在发生火灾时可以组织阻止热量和质量的传递；而蒙脱土有助于形成更膨胀和更致密的防火炭，doponh
2-s和蒙脱土的协同可以提高基体材料的阻燃性能；通过doponh
2-s对蒙脱土的改性，doponh
2-s可以插入
到蒙脱土的层状结构中，并能对蒙脱土进行交联包覆，使蒙脱土可以均匀分散于基体材料中，提高材料的力学性能，并且该阻燃剂能很好的与纤维基体进行交联，形成致密多孔的吸声材料，能使声音在材料内部被衰减，在提高材料力学性能的同时也提高了材料的吸音性能。
20.优选的，所述抗氧剂为亚磷酸酯类抗氧剂、受阻酚类氧化剂、硫代酯类抗氧剂中的一种。
21.优选的，所述抗菌剂为纳米银、甲壳素中的一种。
22.所述防火的改性复合吸音材料的制备方法如下：按配方称取原料，将聚丙烯纤维、高密度聚乙烯、无卤阻燃剂、抗氧剂、抗菌剂共混后加入挤出机中在220-260℃下熔融挤出造粒得到母粒；然后采用熔喷法熔喷成纤，得到所述防火的改性复合吸音材料。
23.优选的，所述防火的改性复合吸音材料的直径为10-20μm，长度为1-3mm。
24.本发明还公开了一种含有所述防火的改性复合吸音材料的吸音棉，制备方法如下：按质量份计，将80-100份上述防火的改性复合吸音材料、40-60份亚麻纤维、20-30份聚酯纤维混合均匀后，经过开松、梳理、成网、针刺加固、卷绕、切断得到所述吸音棉。
25.优选的，所述吸音棉的厚度为21-24mm。
26.与现有技术相比，本发明具有的有益效果：本发明制备防火的改性复合吸音材料所用熔喷技术是一步成网技术，熔喷法获得的材料直径细，比表面积大，孔隙率高，具有良好的吸音性能；本发明制得的吸音棉具有良好的阻燃、抗老化、抗菌性能，并且吸音效果优良，既能吸收高频率声波，也能吸收中低频率声波，且阻燃性能和力学性能优异，拉伸过程中不易断裂；本发明提供了一种无卤阻燃剂，该阻燃剂是通过含氮、磷、硫元素的阻燃剂doponh
2-s与无机阻燃剂蒙脱土反应制得，该阻燃剂结合了无机阻燃剂和氮系、磷系、硫系阻燃剂的优势，doponh
2-s可以插入到蒙脱土的层状结构中，并能对蒙脱土进行交联包覆，使蒙脱土可以均匀分散于基体材料中，提高材料的力学性能及阻燃性能，并且该阻燃剂能很好的与纤维基体进行交联，形成致密多孔的吸声材料，能使声音在材料内部被衰减，在提高材料力学性能的同时也提高了材料的吸音性能。
具体实施方式
27.为免赘述，以下实施例中用到的物品若无特别说明则均市售产品，用到的方法若无特别说明则均为常规方法。
28.本发明所用部分原料来源如下：
29.聚丙烯纤维，抗压强度为460mpa，岛数为25，孔数为25，规格为10nm，灵寿县嘉硕建材加工有限公司。
30.高密度聚乙烯，熔体流动率为1.2g/10min，密度为0.95g/cm3，牌号为5000s，东莞市富美塑料有限公司。
31.9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物，熔点为117-121℃，密度为1.5g/cm3，磷含量≥14％，康迪斯化工(湖北)有限公司。
32.o-甲基硫代磷酰二氯，密度为1.49g/cm3，沸点为66℃，湖北鑫红利化工有限公司。
33.蒙脱土，纯度为97％，密度为1.78g/cm3，粒度为200目，浙江丰虹新材料股份有限公司。
34.三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯，含量≥99％，熔点为183-187℃，灰份含量≤0.2％，挥发份≤0.3％，南京米兰化工有限公司。
35.甲壳素，含量为99％，货号为zl-004510，江苏维之润生物科技有限公司。
36.亚麻纤维，回潮率为12％，含杂率为1％，纤维长度为0.5-4cm，上海佳愉纺织有限公司。
37.聚酯纤维，密度为1.37g/cm3，长度为12mm，断裂延伸率≥19％，直径为25μm，山东兴茂工程材料有限公司。
38.实施例1
39.一种吸音棉的制备方法，包括如下步骤：
40.将100g防火的改性复合吸音材料、60g亚麻纤维、30g聚酯纤维混合均匀后，经过开松、梳理、成网、针刺加固、卷绕、切断得到所述吸音棉；所述吸音棉的厚度为22mm。
41.所述防火的改性复合吸音材料的制备方法，包括如下步骤：将250g聚丙烯纤维、100g高密度聚乙烯、3g无卤阻燃剂、3g三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、2g甲壳素共混后加入挤出机中在250℃下熔融挤出造粒得到母粒；然后采用熔喷法熔喷成纤，得到所述防火的改性复合吸音材料。
42.所述无卤阻燃剂的制备方法，包括如下步骤：
43.1)在n2氛围下，将26.8g 9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物、12.4g 4-乙酰基苯甲酸、58g对苯二胺、2.5g对甲苯磺酸混合后，加热至130℃，反应24h后，冷却至室温，加入150ml四氢呋喃，搅拌25min后，过滤，收集滤饼，将滤饼用四氢呋喃洗涤3次后在80℃下干燥8h，得到doponh2；
44.2)将45g doponh2、22g三乙胺、130ml氯仿混合后，在0℃下以1滴/秒的速度滴加13.5g o-甲基硫代磷酰二氯；滴加完毕后在室温下反应24h；然后升温至60℃反应36h；反应完毕后冷却至室温；过滤，将滤渣分别用饱和碳酸氢钠水溶液、饱和氯化钠水溶液洗涤3次后在80℃下干燥8h得到doponh
2-s；
45.3)取22.5g doponh
2-s溶于400ml甲苯中，加入50g蒙脱土、10.3g三乙胺，在130℃下搅拌反应12h；反应完毕后冷却至室温，过滤，收集滤渣，将滤渣用甲苯洗涤3次后在80℃下干燥10h得到无卤阻燃剂。
46.实施例2
47.一种吸音棉的制备方法，包括如下步骤：
48.将100g防火的改性复合吸音材料、60g亚麻纤维、30g聚酯纤维混合均匀后，经过开松、梳理、成网、针刺加固、卷绕、切断得到所述吸音棉，所述吸音棉的厚度为22mm。
49.所述防火的改性复合吸音材料的制备方法，包括如下步骤：将250g聚丙烯纤维、100g高密度聚乙烯、3g无卤阻燃剂、3g三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、2g甲壳素共混后加入挤出机中在250℃下熔融挤出造粒得到母粒；然后采用熔喷法熔喷成纤，得到所述防火的改性复合吸音材料。
50.所述无卤阻燃剂的制备方法，包括如下步骤：
51.1)在n2氛围下，将26.8g 9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物、12.4g 4-乙酰基苯甲酸、58g对苯二胺、2.5g对甲苯磺酸混合后，加热至130℃，反应24h后，冷却至室温，加入150ml四氢呋喃，搅拌25min后，过滤，收集滤饼，将滤饼用四氢呋喃洗涤3次后在80℃下
干燥8h，得到doponh2；
52.2)将45g doponh2、22g三乙胺、130ml氯仿混合后，在0℃下以1滴/秒的速度滴加13.5g o-甲基硫代磷酰二氯；滴加完毕后在室温下反应24h；然后升温至60℃反应36h；反应完毕后冷却至室温；过滤，将滤渣分别用饱和碳酸氢钠水溶液、饱和氯化钠水溶液洗涤3次后在80℃下干燥8h得到doponh
2-s，即为无卤阻燃剂。
53.实施例3
54.一种吸音棉的制备方法，包括如下步骤：
55.将100g防火的改性复合吸音材料、60g亚麻纤维、30g聚酯纤维混合均匀后，经过开松、梳理、成网、针刺加固、卷绕、切断得到所述吸音棉，所述吸音棉的厚度为22mm。
56.所述防火的改性复合吸音材料的制备方法，包括如下步骤：将250g聚丙烯纤维、100g高密度聚乙烯、3g无卤阻燃剂、3g三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、2g甲壳素共混后加入挤出机中在250℃下熔融挤出造粒得到母粒；然后采用熔喷法熔喷成纤，得到所述防火的改性复合吸音材料。
57.所述无卤阻燃剂的制备方法，包括如下步骤：
58.在n2氛围下，将26.8g 9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物、12.4g 4-乙酰基苯甲酸、58g对苯二胺、2.5g对甲苯磺酸混合后，加热至130℃，反应24h后，冷却至室温，加入150ml四氢呋喃，搅拌25min后，过滤，收集滤饼，将滤饼用四氢呋喃洗涤3次后在80℃下干燥8h，得到doponh2，即为无卤阻燃剂。
59.对比例1
60.一种吸音棉的制备方法，包括如下步骤：
61.将100g防火的改性复合吸音材料、60g亚麻纤维、30g聚酯纤维混合均匀后，经过开松、梳理、成网、针刺加固、卷绕、切断得到所述吸音棉，所述吸音棉的厚度为22mm。
62.所述防火的改性复合吸音材料的制备方法，包括如下步骤：将250g聚丙烯纤维、100g高密度聚乙烯、3g三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、2g甲壳素共混后加入挤出机中在250℃下熔融挤出造粒得到母粒；然后采用熔喷法熔喷成纤，得到所述防火的改性复合吸音材料。
63.对比例2
64.一种吸音棉的制备方法，包括如下步骤：
65.将100g防火的改性复合吸音材料、60g亚麻纤维、30g聚酯纤维混合均匀后，经过开松、梳理、成网、针刺加固、卷绕、切断得到所述吸音棉，所述吸音棉的厚度为22mm。
66.所述防火的改性复合吸音材料的制备方法，包括如下步骤：将250g聚丙烯纤维、100g高密度聚乙烯、3g无卤阻燃剂、3g三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、2g甲壳素共混后加入挤出机中在250℃下熔融挤出造粒得到母粒；然后采用熔喷法熔喷成纤，得到所述防火的改性复合吸音材料。
67.所述无卤阻燃剂的制备方法，包括如下步骤：
68.1)在n2氛围下，将26.8g 9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物、12.4g 4-乙酰基苯甲酸、58g对苯二胺、2.5g对甲苯磺酸混合后，加热至130℃，反应24h后，冷却至室温，加入150ml四氢呋喃，搅拌25min后，过滤，收集滤饼，将滤饼用四氢呋喃洗涤3次后在80℃下干燥8h，得到doponh2；
69.2)取22.5g doponh2溶于400ml甲苯中，加入50g蒙脱土、10.3g三乙胺，在130℃下搅拌反应12h；反应完毕后冷却至室温，过滤，收集滤渣，将滤渣用甲苯洗涤3次后在80℃下干燥10h得到无卤阻燃剂。
70.测试例1
71.吸声系数的测定：根据gb/t18696.1-2004《声学阻抗管中吸声系数和声阻抗的测量第1部分：驻波比法》，采用北京声望sw230阻抗管和va-labimp对应的测试软件及多通道数据采集仪对实施例1-3、对比例1-2所制得的吸音棉进行吸声系数的测试，分别测试125hz、250hz、500hz、1000hz、2000hz、4000hz下的吸音系数，测试结果如表1所示：
72.表1吸音棉的吸声系数的测试结果
[0073][0074]
从表1的实验结果可以看出，实施例1制得的吸音棉具有最好的吸声效果，而实施例1与其他实施例、对比例的区别在于添加了doponh
2-s、蒙脱土反应生成的无卤阻燃剂，造成这种现象可能的原因是该阻燃剂能很好的与纤维基体进行交联，形成致密多孔的吸声材料，能使声音在材料内部被衰减，提高了材料的吸音性能。
[0075]
测试例2
[0076]
阻燃性能测试：将实施例1-3、对比例1-2制得的吸音棉裁减成尺寸为长70-150mm，宽7mm，厚度为3mm，根据gb/t8924-2005《纤维增强塑料燃烧性能试验方法-氧指数法》，在22℃，相对湿度为50％的条件下采用氧指数测定仪(sh5706，广州信禾电子设备有限公司)，测试各试样的氧指数。氧指数的计算公式如下：
[0077]
oi＝(o2)/[(o2)+(n2)]
×
100
[0078]
oi为氧指数，％；
[0079]
o2为氧气的流量，l/min；
[0080]
n2为氮气的流量，l/min。
[0081]
测试结果如表2所示：
[0082]
表2吸音棉的阻燃性能测试结果
[0083] 氧指数(％)实施例131.35实施例230.52实施例326.34对比例122.06对比例228.67
[0084]
从表2的实验结果可以看出，实施例1制得的吸音棉具有最好的阻燃效果，可能的原因是该阻燃剂结合了无机阻燃剂和氮系、磷系、硫系阻燃剂的优势，doponh
2-s可以插入到蒙脱土的层状结构中，并能对蒙脱土进行交联包覆，使蒙脱土可以均匀分散于基体材料中，提高了材料阻燃性能。
[0085]
测试例3
[0086]
力学性能测试：
[0087]
拉伸性能：根据gb/t1447-2005《纤维增强塑料拉伸性能试验方法》，将实施例1-3、对比例1-2制得的吸音棉在22℃，相对湿度(50
±
5)％的环境下调节保存48h后进行测试，标距50mm，厚度2mm，一组试样6个，拉伸速度为10mm/min；拉伸强度的计算公式如下：
[0088]
σf＝p/bd
[0089]
σf为拉伸强度，mpa；p为最大载荷，n；b为试样宽度，mm；d为试样厚度，mm。
[0090]
弯曲强度的测试：根据gb/t1449-2005《纤维增强塑料弯曲性能试验方法》，将实施例1-3、对比例1-2制得的吸音棉裁剪成160mm
×
10mm
×
2mm后进行弯曲强度的测试，一组试样6个，弯曲强度计算公式如下：σ
t
＝3pl/2bd2[0091]
σ
t
为弯曲强度，mpa；p为弯曲最大载荷，n；l为支座跨距，mm。
[0092]
测试结果取平均值。
[0093]
表3吸音棉的力学测试结果
[0094] 拉伸强度(mpa)弯曲强度(％)实施例150.9648.35实施例246.8746.12实施例344.3542.53对比例138.2123.85对比例241.3536.28
[0095]
从表3中的实验结果可以看出，实施例1制得的吸音棉还具有最好的力学性能，可能的原因是一方面doponh
2-s可以插入到蒙脱土的层状结构中，并能对蒙脱土进行交联包覆，使蒙脱土可以均匀分散于基体材料中，提高材料的力学性能；另一方面该阻燃剂能很好的与纤维基体进行交联，形成致密多孔的吸声材料，提高了材料的力学性能。