轻质内墙隔音材料及其制备方法

1.本发明涉及建筑节能技术领域，尤其涉及一种轻质内墙隔音材料及其制备方法。


背景技术：

2.随着建筑事业的发展，相关技术水平不断提升，公众对于建筑的要求也在不断提升。隔音是现代建筑工程的基础要求之一，人体感觉舒适的室内噪声应控制小于30db，若噪声达到45db以上则会影响日常生活与学习。墙体作为建筑外围结构的主体部分，其使用材料的隔音性能尤为重要。我国建筑墙体一直以来多采用grc轻质多孔、石膏珍珠岩轻质多孔、蒸压加气混凝土、聚苯颗粒为代表的条板墙类，页岩空心砖、石膏板墙为代表的砖墙类，还有有纤维石膏板、纤维水泥板、钙镁板、板材等与岩棉或玻璃棉组成一种复合墙体等材料。而这些材料的隔音效果非常有限，条板墙类和砖墙类隔音量一般都在35～40db之间。复合墙虽然有较高的隔音量，一般在40～45db之间，但易燃的岩棉、玻璃棉等材料限制了它的应用。
3.气凝胶是一类低密度、高孔隙率、低热导率、低介电常数、高比表面积的固体材料，其内部结构大部分由空气构成，具有独特的三维网状多孔结构。由于其独特的结构，气凝胶被广泛应用于隔热材料、轻质结构材料、隔音材料、电化学、光学器件、油水分离、药物输送系统、催化及气体吸附载体等。按骨架的化学结构组成分类，气凝胶可以分成三类，分别是：无机气凝胶、有机气凝胶和有机-无机杂化气凝胶。无机气凝胶通常是由金属醇盐的水解和缩合而成，而有机气凝胶主要由有机高分子组成的气凝胶材料，有间苯二酚-甲醛、聚酰胺、聚丙烯酰胺、聚丙烯腈、聚苯乙烯、聚氨酯、琼脂、聚酰亚胺等很多种类。与无机气凝胶相比，有机气凝胶展示出优异的柔性、低热导率及机械强度和安全性，适应多功能的制造工艺和用途。有机-无机杂化气凝胶是将无机硅或金属氧化物与有机聚合物材料相结合而得，并通过成分比例及复合方式的调控，充分利用二者的优势，弥补各自的不足，可得到综合性能更优的有机-无机杂化气凝胶。
4.cn109054391b公开了一种隔音材料，由按重量份数计的以下组分制成：高阻尼硅橡胶60～80份、羟基硅油4～6份、二氧化硅气凝胶12～25份、过氧化二异丙苯1～2份、pp树脂60～80份、松节油18～25份、白炭黑20～30份、泡沫陶瓷粉23～38份、硫酸钡2～4份、硬脂酸钠0.4～0.9份、活性氧化锌0.3～0.5份、硅藻土6～10份、硼酸锌3～7份、高乙烯基硅油5～8份、铝酸酯偶联剂0.2～0.4份、硫化剂3～5份、促进剂1.4～1.9份。还公开了一种隔音材料的制备方法。该发明提供的隔音材料具有质轻、机械性能好、防火阻燃、能够有效吸收低频声波的特点，且制备方法简单、成本低、可批量生产。
5.虽然气凝胶材料具有密度低、孔隙率高、比表面积高、热导率低等特点，但以二氧化硅为代表的传统无机气凝胶由于其内部的珍珠链状机构的存在而具有机械性能差并且易碎的缺点；而常规高分子气凝胶虽然具有相对较好的机械强度和柔韧性，但存在耐热性较差的缺点，这在很大程度上限制了气凝胶材料的广泛应用。
6.聚酰亚胺是指主链上含有酰亚胺环的一类聚合物，由于酰亚胺环具有刚性的芳香
环稳定结构以及其芳杂环结构的共轭效应使主链键能和分子间作用力增强，因此聚酰亚胺具有良好的力学性能和热稳定性。而聚酰亚胺气凝胶结合了聚酰亚胺和气凝胶两者的优势，兼具气凝胶的高比表面积、高孔隙率与低热导率等特性以及聚酰亚胺的高机械强度、高热稳定性等特点，使聚酰亚胺气凝胶成为一种综合性能优异的三维多孔材料。对轻质、低密度、高强隔热隔音与低导热材料的特殊需求，设计合成高性能的聚酰亚胺气凝胶材料则具有重要的科学价值和广泛的应用前景。聚酰亚胺气凝胶不仅继承了聚酰亚胺材料优异的机械强度、耐高温稳定性、灵活的合成途径等性能，而且还拥有质量轻、比表面积高、孔隙率高、热导率低等气凝胶材料所特有的性能，是一类综合性能优异的多孔材料。而且聚酰亚胺气凝胶材料具有低声阻抗的特点，而且无论是在5000hz以上的高频波段还是3000hz以下的低频波段都具有明显吸声效果，因此聚酰亚胺气凝胶材料在隔音吸音领域也占有一席之地，例如潜艇的声阻隔系统，房屋的隔音墙降噪墙以及道路降噪装置等。结合聚酰亚胺气凝胶材料其他优异的性能，聚酰亚胺气凝胶材料在降噪减噪领域将比其他传统的隔音吸声材料具有更广泛的发展及应用前景。
7.cn110803939a公开了一种轻质隔音避潮气凝胶保温材料，该保温材料由下列原料制成：骨料77～90份、添加剂0.5～3份、聚酯多元醇100～130份、复合催化剂0.5～3份、泡沫稳定剂1.5～3.5份、水1～3份、发泡剂15～25份、多异氰酸酯150～300份、无机填料15～34份、甲基修饰的二氧化硅气凝胶溶液10～50份。该发明公开的轻质隔音避潮气凝胶保温材料优越的隔热性能，耐火焰烧穿型性能，可长期耐受除氢氟酸外的大部分酸碱环境，不分解不变质，可长期耐受各种热辐射及电磁辐射，性能不退化，在常规使用环境下具有极长的寿命，并具有一定程度上的弹性。
8.聚酰亚胺气凝胶是由相互连接的聚酰亚胺链条组成的多孔结构，通常情况下，是由二酸酐和二胺合成的聚酰胺酸相互作用，然后热亚胺化形成的。然而，聚酰亚胺气凝胶是由物理相互作用产生的线性结构，而不是聚合物链之间的强共价键，导致了较差的力学性能和较高的体积收缩率，限制了聚酰亚胺气凝胶的实际应用。因此，开发一种成本低、不易燃、力学性能好、体积收缩率低及导热性好的聚酰亚胺气凝胶作为轻质内墙隔音材料是亟待解决的问题。


技术实现要素：

9.碳纳米管，又名巴基管，是一种具有特殊结构的一维量子材料。碳纳米管主要由单层或多层石墨片绕中心按一定角度卷曲而成的同轴中空无缝管状结构，其管壁大都是由六边形碳原子网格组成。碳纳米管具有极高的刚性和强度等优异的力学和物理性能，通过在聚合物基质中添加碳纳米管可以显著提高其力学性能。
10.由于碳纳米管具有超高的比表面积和表面能，通常具有很强的团聚倾向，很难均匀分散在聚合物主体中。而且，由于聚合物气凝胶的溶胶-凝胶转变周期较长，聚合物团簇的波动不稳定，碳纳米管在聚合物气凝胶中的掺入过程比较复杂。本发明人发现了一种简单的方法来形成能够均匀分散的碳纳米管，该方法基于十八胺对碳纳米管的表面修饰，增强了碳纳米管的分散性，使聚酰亚胺气凝胶具有低密度和高机械强度。
11.有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种轻质内墙隔音材料，用以形成该材料的组成物包括二胺单体、四羧酸二酐单体、改性碳纳米管以及溶剂。
12.具体的，用以形成轻质内墙隔音材料的组成物包括4,4'-二氨基二苯醚、3,3',4,4'-联苯四羧酸二酐、改性碳纳米管以及n-甲基吡咯烷酮。
13.优选的，n-甲基吡咯烷酮、4,4'-二氨基二苯醚和3,3',4,4'-联苯四羧酸二酐的质量比为(23～23.2):3:(1.5～1.6)。
14.优选的，所述的改性碳纳米管添加量为4,4'-二氨基二苯醚、3,3',4,4'-联苯四羧酸二酐和n-甲基吡咯烷酮总重量的0.05～0.2％。
15.优选的，所述的改性碳纳米管制备方法，包括以下步骤：
16.s1、将煅烧的多壁碳纳米管加入到盐酸中搅拌，再经超声、过滤、冲洗和干燥，即得到纯化多壁碳纳米管；
17.s2、将步骤s1得到的纯化多壁碳纳米管加入硝酸中，经超声、加热反应、抽滤、洗涤和干燥后，得到羧基化碳纳米管；
18.s3、将步骤s2得到的羧基化碳纳米管用过量的socl2回流，再脱除残留的socl2，得到酰氯化碳纳米管；
19.s4、将步骤s3得到的酰氯化碳纳米管加入到n-甲基吡咯烷酮中超声处理，得到悬浮液；
20.s5、将改性剂加入到n-甲基吡咯烷酮中，再加入步骤s4得到的悬浮液中搅拌，然后离心、真空干燥，得到改性碳纳米管。
21.具体的，所述的改性碳纳米管制备方法，包括以下步骤：
22.s1、将1～2重量份煅烧的多壁碳纳米管加入到80～150ml浓度为4.5～6mol/l的盐酸溶液中，以500r/min～800r/min速度搅拌30min～50min，经超声处理5～7h，采用孔径为0.20～0.24μm的混纤微孔滤膜进行过滤，然后用水冲洗固体过滤物3～10次至中性，再将洗涤后的固体在40℃～60℃下真空干燥20h～26h，即得到纯化多壁碳纳米管；
23.s2、将步骤s1得到的纯化多壁碳纳米管加入到80～150ml浓度为5.5mol/l～6.0mol/l的硝酸溶液中，超声处理10～15h，然后加热至55～65℃反应45～52h，然后用孔径0.6～1.0μm聚偏四氟乙烯微滤膜抽滤，用水洗涤3～10次至中性，在60～85℃下真空干燥22～26h后，得到羧基化碳纳米管；
24.s3、将步骤s2得到的羧基化碳纳米管用60～200ml的socl2回流10～14h，再用减压蒸馏脱除残留的socl2，得到酰氯化碳纳米管；
25.s4、将步骤s3得到的酰氯化碳纳米管加入到115～125ml n-甲基吡咯烷酮中，超声处理30～60min，得到悬浮液；
26.s5、将1.8～2.3重量份的改性剂加入到10～15ml n-甲基吡咯烷酮中，再加入步骤s4得到的悬浮液中，在75～85℃下搅拌1.5～3h，然后在50～65℃下离心10～20min、真空干燥8～15h，得到改性碳纳米管。
27.进一步优选的，步骤s1所述的煅烧为在450℃～600℃下煅烧20min～40min。
28.进一步优选的，步骤s1、步骤s2和步骤s4所述的超声处理，其条件各自独立得为20khz～45khz的频率，200～500w的功率。
29.进一步优选的，步骤s5所述的改性剂为十八胺。
30.本发明还提供了轻质内墙隔音材料的制备方法，包括以下步骤：
31.(1)按配方称取原料；
32.(2)将n-甲基吡咯烷酮、4,4'-二氨基二苯醚和3,3',4,4'-联苯四羧酸二酐混合搅拌，再加入改性碳纳米管反应，得到反应液；
33.(3)将步骤(2)得到的反应液，与三乙胺和乙酸酐混合搅拌，然后立即倒入模具中形成聚酰亚胺凝胶；
34.(4)将步骤(3)得到的聚酰亚胺凝胶老化，随后浸泡在丙酮与水的混合液中，并对老化凝胶进行溶剂置换处理，得到半成品；
35.(5)用液态二氧化碳将步骤(4)得到的半成品清洗，得到轻质内墙隔音材料。
36.具体的，所述轻质内墙隔音材料的制备方法，包括以下步骤：
37.(1)按配方称取原料；
38.(2)在氮气下，在n-甲基吡咯烷酮中先后加入4,4'-二氨基二苯醚和3,3',4,4'-联苯四羧酸二酐，混合搅拌8～15min后，再加入改性碳纳米管反应8～12min，得到反应液；
39.(3)将步骤(2)得到的反应液，与三乙胺和乙酸酐混合，搅拌4～6min，然后立即倒入直径2～4厘米的圆柱形模具中形成聚酰亚胺凝胶；
40.(4)将步骤(3)得到的聚酰亚胺凝胶在20～30℃下老化36～48h，随后置于丙酮与水的混合液中进行浸泡，并对老化凝胶进行溶剂置换处理，得到半成品；
41.(5)在8～12mpa和45～60℃条件下用液态二氧化碳将步骤(4)得到的半成品清洗3.5～5h，得到轻质内墙隔音材料。
42.优选的，步骤(3)所述的三乙胺、乙酸酐与4,4'-二氨基二苯醚的质量比为(1.07～1.08):(1.08～1.09):3。
43.优选的，步骤(4)所述的丙酮与水的混合液中，丙酮与水的体积比例为(50:50)～(70:30)。
44.优选的，步骤(4)所述的溶剂置换处理为每8～12h使用1～3倍重量的丙酮与水的混合液对老化凝胶进行溶剂置换处理，共3～5次。
45.本发明具有以下有益效果：
46.本发明提供了一种轻质内墙隔音材料及其制备方法，该方法基于十八胺对碳纳米管的表面修饰，不仅与溶剂和主体聚合物有亲和力，而且与聚酰亚胺气凝胶的末端酸酐基团发生反应，与高分子链形成较强的共价键，进而交联成大的树枝状聚合物簇。因此，这些十八胺修饰的碳纳米管既可以作为刚性交联剂，也可以作为线性增强剂。此外，在三乙胺和乙酸酐的协同作用下，用化学亚胺取代了热亚胺化，在很大程度上保持了结构的完整性。将碳纳米管成功地引入到聚酰亚胺气凝胶中，在不牺牲密度和隔音性能的情况下，大大提高了气凝胶的强度和弹性模数。本发明为制备不易燃、热导率低、重量轻、强度高、隔音效果好的轻质内墙隔音材料提供了一条新的途径。
附图说明
47.图1是本发明对比例1(a)、对比例2(b)和实施例2(c)制备的轻质内墙隔音材料的扫描电镜图。
具体实施方式
48.本技术中部分原材料介绍：
49.多壁碳纳米管，型号cnt102，管径＜8nm，长度10～30μm，比表面积＞500m2/g，堆积密度为0.27g/cm3，北京德科岛金科技有限公司。
50.实施例1
51.一种轻质内墙隔音材料的制备方法，包括以下步骤：
52.(1)称取原料；
53.(2)在氮气下，在69.4g的n-甲基吡咯烷酮中先后加入3g的4,4'-二氨基二苯醚和4.7g的3,3',4,4'-联苯四羧酸二酐，混合搅拌10min后，再加入0.039g的改性碳纳米管反应10min，得到反应液；
54.(3)将步骤(2)得到的反应液，与3.23g的三乙胺和3.26g的乙酸酐混合，搅拌5min，然后立即倒入直径2厘米的圆柱形模具中形成聚酰亚胺凝胶；
55.(4)将步骤(3)得到的聚酰亚胺凝胶在25℃下老化48h，随后置于丙酮与水的混合液中进行浸泡，每12h使用250ml丙酮与水的体积比为70:30的混合液对老化凝胶进行溶剂置换处理，共5次，得到半成品；
56.(5)在10mpa和50℃条件下用液态二氧化碳将步骤(4)得到的半成品清洗4h，得到轻质内墙隔音材料。
57.所述的改性碳纳米管制备方法，包括以下步骤：
58.s1、将2g多壁碳纳米管在500℃下煅烧30min，加入到100ml浓度为5mol/l的盐酸溶液中，以800r/min速度搅拌50min，经频率为40khz、功率为500w的条件下超声处理6h，采用孔径为0.22μm的混纤微孔滤膜进行过滤，然后用水冲洗固体过滤物6次至中性，再将洗涤后的固体在50℃下真空干燥24h，即得到纯化多壁碳纳米管；
59.s2、将步骤s1得到的纯化多壁碳纳米管加入到100ml浓度为6mol/l的硝酸溶液中，在频率为40khz、功率为500w的条件下超声处理12h，然后加热至60℃反应48h，然后用孔径0.8μm的聚偏四氟乙烯微滤膜抽滤，用水洗涤8次至中性，在80℃下真空干燥24h后，得到羧基化碳纳米管；
60.s3、将步骤s2得到的羧基化碳纳米管用200ml的socl2回流12h，再用减压蒸馏脱除残留的socl2，得到酰氯化碳纳米管；
61.s4、将步骤s3得到的酰氯化碳纳米管加入到120ml n-甲基吡咯烷酮中，在频率为40khz、功率为500w的条件下超声处理45min，得到悬浮液；
62.s5、将2g的十八胺加入到12ml n-甲基吡咯烷酮中，再加入步骤s4得到的悬浮液中，在80℃下搅拌5h，然后在60℃下离心15min、真空干燥8h，得到改性碳纳米管。
63.实施例2
64.一种轻质内墙隔音材料的制备方法，包括以下步骤：
65.(1)称取原料；
66.(2)在氮气下，在69.4g的n-甲基吡咯烷酮中先后加入3g的4,4'-二氨基二苯醚和4.7g的3,3',4,4'-联苯四羧酸二酐，混合搅拌10min后，再加入0.077g的改性碳纳米管反应10min，得到反应液；
67.(3)将步骤(2)得到的反应液，与3.23g的三乙胺和3.26g的乙酸酐混合，搅拌5min，然后立即倒入直径2厘米的圆柱形模具中形成聚酰亚胺凝胶；
68.(4)将步骤(3)得到的聚酰亚胺凝胶在25℃下老化48h，随后置于丙酮与水的混合
液中进行浸泡，每12h使用250ml丙酮与水的体积比为70:30的混合液对老化凝胶进行溶剂置换处理，共5次，得到半成品；
69.(5)在10mpa和50℃条件下用液态二氧化碳将步骤(4)得到的半成品清洗4h，得到轻质内墙隔音材料。
70.所述的改性碳纳米管制备方法，包括以下步骤：
71.s1、将2g多壁碳纳米管在500℃下煅烧30min，加入到100ml浓度为5mol/l的盐酸溶液中，以800r/min速度搅拌50min，经频率为40khz、功率为500w的条件下超声处理6h，采用孔径为0.22μm的混纤微孔滤膜进行过滤，然后用水冲洗固体过滤物6次至中性，再将洗涤后的固体在50℃下真空干燥24h，即得到纯化多壁碳纳米管；
72.s2、将步骤s1得到的纯化多壁碳纳米管加入到100ml浓度为6mol/l的硝酸溶液中，在频率为40khz、功率为500w的条件下超声处理12h，然后加热至60℃反应48h，然后用孔径0.8μm的聚偏四氟乙烯微滤膜抽滤，用水洗涤8次至中性，在80℃下真空干燥24h后，得到羧基化碳纳米管；
73.s3、将步骤s2得到的羧基化碳纳米管用200ml的socl2回流12h，再用减压蒸馏脱除残留的socl2，得到酰氯化碳纳米管；
74.s4、将步骤s3得到的酰氯化碳纳米管加入到120ml n-甲基吡咯烷酮中，在频率为40khz、功率为500w的条件下超声处理45min，得到悬浮液；
75.s5、将2g的十八胺加入到12ml n-甲基吡咯烷酮中，再加入步骤s4得到的悬浮液中，在80℃下搅拌5h，然后在60℃下离心15min、真空干燥8h，得到改性碳纳米管。
76.实施例3
77.一种轻质内墙隔音材料的制备方法，包括以下步骤：
78.(1)称取原料；
79.(2)在氮气下，在69.4g的n-甲基吡咯烷酮中先后加入3g的4,4'-二氨基二苯醚和4.7g的3,3',4,4'-联苯四羧酸二酐，混合搅拌10min后，再加入0.154g的改性碳纳米管反应10min，得到反应液；
80.(3)将步骤(2)得到的反应液，与3.23g的三乙胺和3.26g的乙酸酐混合，搅拌5min，然后立即倒入直径2厘米的圆柱形模具中形成聚酰亚胺凝胶；
81.(4)将步骤(3)得到的聚酰亚胺凝胶在25℃下老化48h，随后置于丙酮与水的混合液中进行浸泡，每12h使用250ml丙酮与水的体积比为70:30的混合液对老化凝胶进行溶剂置换处理，共5次，得到半成品；
82.(5)在10mpa和50℃条件下用液态二氧化碳将步骤(4)得到的半成品清洗4h，得到轻质内墙隔音材料。
83.所述的改性碳纳米管制备方法，包括以下步骤：
84.s1、将2g多壁碳纳米管在500℃下煅烧30min，加入到100ml浓度为5mol/l的盐酸溶液中，以800r/min速度搅拌50min，经频率为40khz、功率为500w的条件下超声处理6h，采用孔径为0.22μm的混纤微孔滤膜进行过滤，然后用水冲洗固体过滤物6次至中性，再将洗涤后的固体在50℃下真空干燥24h，即得到纯化多壁碳纳米管；
85.s2、将步骤s1得到的纯化多壁碳纳米管加入到100ml浓度为6mol/l的硝酸溶液中，在频率为40khz、功率为500w的条件下超声处理12h，然后加热至60℃反应48h，然后用孔径
0.8μm的聚偏四氟乙烯微滤膜抽滤，用水洗涤8次至中性，在80℃下真空干燥24h后，得到羧基化碳纳米管；
86.s3、将步骤s2得到的羧基化碳纳米管用200ml的socl2回流12h，再用减压蒸馏脱除残留的socl2，得到酰氯化碳纳米管；
87.s4、将步骤s3得到的酰氯化碳纳米管加入到120ml n-甲基吡咯烷酮中，在频率为40khz、功率为500w的条件下超声处理45min，得到悬浮液；
88.s5、将2g的十八胺加入到12ml n-甲基吡咯烷酮中，再加入步骤s4得到的悬浮液中，在80℃下搅拌5h，然后在60℃下离心15min、真空干燥8h，得到改性碳纳米管。
89.对比例1
90.一种轻质内墙隔音材料的制备方法，包括以下步骤：
91.(1)称取原料；
92.(2)在氮气下，在69.4g的n-甲基吡咯烷酮中先后加入3g的4,4'-二氨基二苯醚和4.7g的3,3',4,4'-联苯四羧酸二酐，混合搅拌10min后，再加入0.077g的1,3,5-三(4-氨基苯氧基)苯反应10min，得到反应液；
93.(3)将步骤(2)得到的反应液，与3.23g的三乙胺和3.26g的乙酸酐混合，搅拌5min，然后立即倒入直径2厘米的圆柱形模具中形成聚酰亚胺凝胶；
94.(4)将步骤(3)得到的聚酰亚胺凝胶在25℃下老化48h，随后置于丙酮与水的混合液中进行浸泡，每12h使用250ml丙酮与水的体积比为70:30的混合液对老化凝胶进行溶剂置换处理，共5次，得到半成品；
95.(5)在10mpa和50℃条件下用液态二氧化碳将步骤(4)得到的半成品清洗4h，得到轻质内墙隔音材料。
96.对比例2
97.一种轻质内墙隔音材料的制备方法，包括以下步骤：
98.(1)按配方称取原料；
99.(2)在氮气下，在69.4g的n-甲基吡咯烷酮中先后加入3g的4,4'-二氨基二苯醚和4.7g的3,3',4,4'-联苯四羧酸二酐，混合搅拌10min后，再加入0.077g的纯化碳纳米管反应10min，得到反应液；
100.(3)将步骤(2)得到的反应液，与3.23g的三乙胺和3.26g的乙酸酐混合，搅拌5min，然后立即倒入直径2厘米的圆柱形模具中形成聚酰亚胺凝胶；
101.(4)将步骤(3)得到的聚酰亚胺凝胶在25℃下老化48h，随后置于丙酮与水的混合液中进行浸泡，每12h使用250ml丙酮与水的体积比为70:30的混合液对老化凝胶进行溶剂置换处理，共5次，得到半成品；
102.(5)在10mpa和50℃条件下用液态二氧化碳将步骤(4)得到的半成品清洗4h，得到轻质内墙隔音材料。
103.所述的纯化碳纳米管制备方法，包括以下步骤：将2g多壁碳纳米管在500℃下煅烧30min，加入到100ml浓度为5mol/l的盐酸溶液中，以800r/min速度搅拌50min，经频率为40khz、功率为500w的条件下超声处理6h，采用孔径为0.22μm的混纤微孔滤膜进行过滤，然后用水冲洗固体过滤物6次至中性，再将洗涤后的固体在50℃下真空干燥24h，即得到纯化碳纳米管。
104.对比例3
105.一种轻质内墙隔音材料的制备方法，包括以下步骤：
106.(1)称取原料；
107.(2)在氮气下，在69.4g的n-甲基吡咯烷酮中先后加入3g的4,4'-二氨基二苯醚和4.7g的3,3',4,4'-联苯四羧酸二酐，混合搅拌10min后，再加入0.077g的改性碳纳米管反应10min，得到反应液；
108.(3)将步骤(2)得到的反应液，与3.23g的三乙胺和3.26g的乙酸酐混合，搅拌5min，然后立即倒入直径2厘米的圆柱形模具中形成聚酰亚胺凝胶；
109.(4)将步骤(3)得到的聚酰亚胺凝胶在25℃下老化48h，随后置于丙酮与水的混合液中进行浸泡，每12h使用250ml丙酮与水的体积比为70:30的混合液对老化凝胶进行溶剂置换处理，共5次，得到半成品；
110.(5)在8～12mpa和45～60℃条件下用液态二氧化碳将步骤(4)得到的半成品清洗3.5～5h，得到轻质内墙隔音材料。
111.所述的改性碳纳米管制备方法，包括以下步骤：
112.s1、将2g多壁碳纳米管在500℃下煅烧30min，加入到100ml浓度为5mol/l的盐酸溶液中，以800r/min速度搅拌50min，经频率为40khz、功率为500w的条件下超声处理6h，采用孔径为0.22μm的混纤微孔滤膜进行过滤，然后用水冲洗固体过滤物6次至中性，再将洗涤后的固体在50℃下真空干燥24h，即得到纯化多壁碳纳米管；
113.s2、将步骤s1得到的纯化多壁碳纳米管加入到100ml浓度为6mol/l的硝酸溶液中，在频率为40khz、功率为500w的条件下超声处理12h，然后加热至60℃反应48h，然后用孔径0.8μm的聚偏四氟乙烯微滤膜抽滤，用水洗涤8次至中性，在80℃下真空干燥24h后，得到羧基化碳纳米管；
114.s3、将步骤s2得到的羧基化碳纳米管用200ml的socl2回流12h，再用减压蒸馏脱除残留的socl2，得到酰氯化碳纳米管；
115.s4、将步骤s3得到的酰氯化碳纳米管加入到120ml n-甲基吡咯烷酮中，在频率为40khz、功率为500w的条件下超声处理45min，得到悬浮液；
116.s5、将2g的乙二胺加入到12ml n-甲基吡咯烷酮中，再加入步骤s4得到的悬浮液中，在80℃下搅拌5h，然后在60℃下离心15min、真空干燥8h，得到改性碳纳米管。
117.测试例1
118.用fei-nova nano sem450扫描电子显微镜观察了实施例2和对比例1～2的形貌，工作电压为3kv，测试结果见图1。
119.如图1(b)所示，对比例2用纯化碳纳米管获得的气凝胶有严重的团聚现象，聚合物纤维束明显聚集，缠绕在一起，失去了多孔结构的优势，这是由于碳纳米管具有团聚倾向，没有均匀分散在聚合物主体中导致的。而实施例2均没有明显的团聚现象，而是一束束聚合物纤维，纠缠在一起形成一个3d线性网络结构，说明十八胺对碳纳米管的改性可以消除碳纳米管的团聚现象，使改性碳纳米管具有较高的交联度，能够在聚酰亚胺气凝胶中分散均匀，并与聚酰亚胺气凝胶相互交联。与对比例1相比，由于改性碳纳米管与聚酰亚胺凝胶末端酸酐基团的相互作用，改性碳纳米管附近的聚合物链表现出比对比例1聚合物更紧密的堆积，这一结果证实了改性碳纳米管起到了交联中心的作用。随着改性碳纳米管含量的增
加，交联中心的增加，聚酰亚胺气凝胶具有相对更致密的纤维状结构，具有更多的小孔，更有利于提高软质内墙隔音材料的力学性能、隔热性能和隔音效果。
120.测试例2
121.物理性质分析：将实施例1～3和对比例1～3制备的轻质内墙隔音材料进行物理性质分析，采用dh-12n密度计和quadrasorb si分析仪测定了实施例1～3和对比例1～3制备的轻质内墙隔音材料的密度、平均孔径和比表面积，测定结果见表1。
122.体积收缩率测定：体积收缩率是气凝胶固化前后的体积差与固化前体积之比值，也可以用气凝胶固化前后的密度差与固化后密度之比值的百分率表示。密度采用上述方法测定，按如下公式计算固化气凝胶的体积收缩率，测试结果见表1。
123.体积收缩率＝(1
–
ρ
前
/ρ
后
)
×
100％
124.式中：ρ
前
为聚酰亚胺凝胶的密度，g/cm3；ρ
后
为轻质内墙隔音材料的密度，g/cm3。
125.表1轻质内墙隔音材料的物理性质测定结果
[0126][0127]
由表1可以看出，与对比例1相比，纯化碳纳米管和改性碳纳米管的添加都有利于聚酰亚胺气凝胶密度的减小，而且随着改性碳纳米管含量的增加，使聚酰亚胺气凝胶密度从0.144g/cm3下降到0.107g/cm3，这是由于碳纳米管本身是一种低密度的材料，有利于轻质材料的制备。
[0128]
由表1可知，与对比例3相比，实施例3利用十八胺改性碳纳米管制备的软质内墙隔音材料比利用乙二胺改性碳纳米管制备的软质内墙隔音材料具有更低平均孔径和体积收缩率，以及更高的比表面积。这可能是由于接枝到碳纳米管表面的十八胺，不仅与溶剂和主体聚合物有更强的亲和力，使碳纳米管在聚酰亚胺气凝胶中更均匀地分散，而且与更多的聚酰亚胺末端酸酐基团发生反应，与高分子链形成较强的共价键，使十八胺改性碳纳米管成为交联中心，提高了聚酰亚胺气凝胶的稳定性，降低了体积收缩率和平均孔径，从而有利于提高软质内墙隔音材料的防水性能、力学性能和隔音性能。
[0129]
如表1所示，改性碳纳米管含量的增加会导致平均孔径减小，比表面积增大，说明添加改性碳纳米管的聚酰亚胺气凝胶中的大孔被分解成多个小孔，具有更大的空隙率，与测试例1结果相符。这可能是由于在引入改性碳纳米管后，聚酰亚胺的多个生长位置导致了快速的相分离，从而导致了聚酰亚胺分子链的紧密堆积，使聚酰亚胺气凝胶的孔径变窄，比
表面积增大，形成了更多的小孔，说明添加改性碳纳米管的聚酰亚胺气凝胶的力学性能、隔热性能和隔音效果更好。
[0130]
根据表1的体积收缩率测试结果可知，由于改性碳纳米管含量的增加，聚酰亚胺气凝胶在初始凝胶化、溶剂交换和超临界干燥过程中的体积收缩率从41.9％逐渐降低到6.2％。这是由于改性碳纳米管的添加增强了聚酰亚胺气凝胶的交联程度，将体积收缩问题在聚酰亚胺与改性碳纳米管交联并形成凝胶时进行预先控制，极大的改善了现有方法制备聚酰亚胺气凝胶高体积收缩率的问题。
[0131]
测试例3
[0132]
将实施例1～3和对比例1～3制备的轻质内墙隔音材料进行建筑特性分析，通过导热系数、力学性能和隔音测试等三个方面来评价墙体材料的建筑性能。
[0133]
导热系数测试：将实施例1～3和对比例1～3制备的轻质内墙隔音材料置于40℃烘箱内烘干至恒重，采用英贝尔(天津)测控设备有限责任公司生产的双平板导热系数测试仪测试导热系数，测试结果见表2。
[0134]
力学性能测试：采用instron3367型万能试验机对实施例1～3和对比例1～3制备的轻质内墙隔音材料进行弹性模量和屈服应力测试，压缩速率为5mm/min，圆柱体试件尺寸为φ2
×
4cm，测试结果见表2。
[0135]
隔音测试：按照《建筑和建筑构件隔声测量》行业标准gb/t19889.3-2005，将实施例1～3和对比例1～3制备的轻质内墙隔音材料进行隔音效果测试，具体测试结果见表2。
[0136]
吸水率：将实施例1～3和对比例1～3制备的轻质内墙隔音材料放入电热鼓风干燥箱内，在60℃下保温24h，然后在80℃下保温24h，再在105
±
5℃下烘至恒重m0；样品冷却至室温后，放入水温为20℃的恒温水槽内，然后加水至样品高度的1/3，保持24h后加水至试件的2/3，经24h后再加水高出试件30mm以上，保持24h；将试件从水中取出，用湿毛巾抹去表面水分，立即称取样品质量mg。吸水率按下式计算，测试结果见表2。
[0137]
w＝(m
g-m0)/m0×
100％
[0138]
其中，w为吸水率，％；m0为样品烘干后的质量，g；mg为样品浸水后的质量，g；
[0139]
表2轻质内墙隔音材料的建筑性能测定结果
[0140][0141][0142]
如表2所示，实施例1～3和对比例1～3制备的软质内墙隔音材料均有优异的隔热性能。加入少量的改性碳纳米管可以很小程度上减小聚酰亚胺气凝胶的热导系数，并没有太大的影响。这应该是由于通过相互交联的改性碳纳米管-聚酰亚胺气凝胶网络的形成不充分，阻碍了热传递，但聚酰亚胺气凝胶本身导热系数小，改性碳纳米管的引入可以有效地降低密度和孔径，这都是造成低导热率但变化不大的原因。
[0143]
由表2可知，改性碳纳米管的加入在一定程度上可以减小吸水率，说明改性碳纳米管的加入可以提高软质内墙隔音材料的防水性。这可能是由于改性碳纳米管的加入使聚酰亚胺气凝胶具有更多小孔，相对更致密的纤维状结构，从而提高了软质内墙隔音材料的防水性能。
[0144]
因为在各种实际应用中聚酰亚胺气凝胶经常会遇到压缩力，因此弹性模量和屈服应力是气凝胶最基本的力学性能要求。弹性模量可视为衡量材料产生弹性变形难易程度的指标，其值越大，使材料发生一定弹性变形的应力也越大，即材料刚度越大，亦即在一定应力作用下，发生弹性变形越小。如表2所示，与对比例1相比，改性碳纳米管的加入使聚酰亚胺气凝胶的弹性模量和屈服应力都有明显的提高，当改性碳纳米管添加量为0.2％时，其屈服应力提升到58.2mpa，弹性模量也增加至46.5mpa。这种优异的力学性能主要归功于改性碳纳米管交联的三维网络。在外力作用下，改性碳纳米管与聚酰亚胺气凝胶链之间的强化学键可以有效地将应力从气凝胶链转移到具有高比表面积和优异力学性能的碳纳米管表
面，缠绕的纤维网络赋予了气凝胶优异的韧性，从而提高了软质内墙隔音材料的力学性能。
[0145]
由表2可知，改性碳纳米管的加入提高了聚酰亚胺气凝胶的隔音量，当改性碳纳米管的添加量为0.2％时，聚酰亚胺气凝胶隔音量可达到50db，表现出了优异的隔音性能。这是由于本发明软质内墙隔音材料三维多孔的结构特性，当声波进入材料内部时，由于存在改性碳纳米管和聚酰亚胺气凝胶交联网络结构中许多小空隙形成的空气通道，改性碳纳米管和间隙之间的声波振动速度不同，由此产生内摩擦，使声波振动能转化为热能并被吸收，从而提高了软质内墙隔音材料的隔音性能。
[0146]
由表2可以看出，与对比例3相比，实施例3利用十八胺改性碳纳米管制备的软质内墙隔音材料比利用乙二胺改性碳纳米管制备的软质内墙隔音材料具有更好的防水性能、力学性能和隔音性能，这可能是由于接枝到碳纳米管表面的十八胺，不仅与溶剂和主体聚合物有更强的亲和力，使碳纳米管在聚酰亚胺气凝胶中更均匀地分散，而且与聚酰亚胺的末端酸酐基团发生反应，与高分子链形成较强的共价键，提高了聚酰亚胺气凝胶的稳定性，从而提高了软质内墙隔音材料的防水性能、力学性能和隔音性能。
[0147]
综上所述，本发明制备的轻质内墙隔音材料不易燃、热导率低、重量轻、强度高、防水、隔音效果好。