一种宽频域吸音的聚氨酯泡沫材料的制作方法

本发明属于吸声降噪材料，具体涉及一种宽频域吸音的聚氨酯泡沫材料。

背景技术：

1、随着科技与现代工业的发展，噪音污染已成为世界性难题。同时，随着环保意识的增强，人们对声音环境的要求也越来越高。世卫组织和欧盟合作研究中心公开的全面报告《噪音污染导致的疾病负担》中指出：即使人处于睡眠状态，噪音污染也能令血压升高，同时，噪音影响人的神经系统，使人急躁易怒视力下降，也会影响儿童智力发育。并且越是人口密集、经济发达的大中型城市，噪音污染的程度也越高。采用多孔吸声材料作为一种主要的吸声降噪方法被越来越多的应用在实际生活中，其中，以高分子多孔材料为代表的泡沫多孔材料更是被广泛应用。

2、聚氨酯泡沫材料作为一种常用的吸声材料，其具有成本低廉、工艺简单、性能可调、吸声性能稳定的优点。但是聚氨酯泡沫材料通常存在低频(500hz以下)吸声性能较差的问题，而提高低频吸声性能，通常需要增加材料的厚度或是在材料背后留有空腔，这往往意味着增加材料所占的有效空间。

3、现有技术中，中国专利cn105482436a公开了一种生物质电厂灰基聚氨酯吸声降噪材料，主要添加了膨胀珍珠岩和稻壳灰，提高了聚氨酯泡沫的中低频吸声性能。中国专利cn112724360a公开了一种多孔无机粒子改性的聚氨酯泡沫材料，具有较好的吸音性能。但在聚氨酯泡沫中加入膨胀珍珠岩和多孔caco3，存在相容性差，容易团聚或分层的现象。

4、因此，如何解决聚氨酯泡沫材料的上述缺陷，是本领域面临的一大挑战。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种宽频域吸音聚氨酯泡沫材料，解决宽频域吸音的难题，制备在高频、中频和低频下都具有良好吸音效果的聚氨酯泡沫材料。

2、为了解决以上技术问题，本发明提供一种由不完全乳化法得到的粒径双峰分布的多孔聚氨酯微球，利用小粒径多孔微球在低频下共振，大粒径多孔微球在中频下共振，聚氨酯泡沫本身具有的高频吸音特性，进而提供其制备的宽频域吸音聚氨酯泡沫材料。

3、本发明采用以下技术方案：

4、一种宽频域吸音聚氨酯泡沫材料，所述泡沫材料由组分a和组分b制备而成，所述组分a和组分b的质量比为1:0.9～1:1.5，所述泡沫材料的异氰酸根指数控制在0.8～3.0；

5、所述组分a包含以下原料，按质量份数计：

6、聚醚多元醇i，55-80份，优选60-70份；

7、聚氨酯微球，5-15份，优选5-10份；

8、阻燃剂，0-20份，优选5-10份；

9、扩链剂，0-8份，优选2-5份；

10、泡沫稳定剂，1-2份；

11、开孔剂，0.5-1份；

12、催化剂i，1.5-5份；

13、水，1-5份；

14、所述组分b为多苯基甲烷多异氰酸酯。

15、本发明的方案中，首先通过升高乳化温度，降低界面膜的强度，使得聚氨酯乳化不完全，通过控制亲水性离子基团的浓度控制聚氨酯微球粒径的大小，从而得到粒径双峰分布的多孔聚氨酯微球。在聚氨酯泡沫中加入双峰分布的多孔聚氨酯微球，一方面，开孔性的聚氨酯泡沫以及多孔的聚氨酯微球，为声波进入材料的内部提供传播通道，同时，高频声波可以使空隙间空气质点的振动速度加快，空气与孔壁的热交换也加快，故聚氨酯泡沫材料本身就具有良好的高频吸声性能；另一方面，多孔聚氨酯微球在一定频率下会与声波发生共振，密度相同的情况下，小粒径多孔微球的质量小，则惯性小，在同等条件下，惯性小的微球对声波的响应更加敏感，共振吸收峰向低频移动，宽度变窄，而大粒径多孔微球的共振频率则处在中频，同时，粒径的不同也影响微球的体积，微球的体积减小，其转动惯量相对应减小，在同等情况下，微球的转动增快，角速度变大，必然导致微球之间以及微球与孔壁之间在切向方向上的接触力增大，微球转动加快、切向力增加会增大微球之间的相互滑移，阻碍微球之间形成同步运动，使其摩擦耗能增加。故最终形成的聚氨酯泡沫材料在高频、中频和低频下都具有良好的吸音性能。另外，相较于传统无机填料，聚氨酯微球在聚氨酯泡沫中分散性好、相容性好。

16、本发明中，所述组分a中的聚醚多元醇i选自以下聚醚多元醇中的一种或多种：

17、聚醚多元醇1，起始剂为山梨醇和/或为蔗糖-甘油复合起始剂，聚合单元为环氧丙烷，羟值300-600mgkoh/g，优选万华化学sypg086、a490、r8336、天津三石化450l中的一种或多种；

18、聚醚多元醇2，起始剂为甘油，聚合单元为环氧丙烷，羟值100-600mgkoh/g，优选万华化学a303、a305、a307和a310中的一种或多种；

19、聚醚多元醇3，起始剂为丙二醇且聚合单元为环氧丙烷的聚醚多元醇和/或起始剂为甘油且聚合单元为环氧丙烷和环氧乙烷的聚醚多元醇，羟值为20～150mgkoh/g，优选万华化学f3135，f3156，a210中的一种或多种。

20、本发明中，所述组分a中的聚醚多元醇i包含以下质量份数的聚醚多元醇组分：

21、聚醚多元醇1，加入比例为0-20份，优选5-10份；

22、聚醚多元醇2，加入比例为5-25份，优选10-20份；

23、聚醚多元醇3，加入比例为40-60份，优选45-55份。

24、本发明中，所述聚氨酯微球为多孔微球，优选多孔微球粒径呈现双峰分布，包含大粒径微球与小粒径微球；优选地，所述大粒径多孔微球与小粒径多孔微球的粒径比值在2：1～10：1，优选5：1～8：1，所述大粒径多孔微球与小粒径多孔微球的总质量比值在0.5：1～4：1，优选1：1～2：1。

25、本发明中，所述聚氨酯微球的原料为聚醚多元醇ii、亲水性扩链剂、多异氰酸酯和催化剂ii。

26、本发明中，所述聚醚多元醇ii与聚醚多元醇i相同；优选地，所述聚醚多元醇ii中，聚醚多元醇1为0-15份，优选5-10份；聚醚多元醇2为5-25份，优选10-20份；聚醚多元醇3为20-50份，优选30-40份。

27、本发明中，所述亲水性扩链剂为2,2-二羟甲基丙酸、2,2-二羟甲基丁酸、1,2-二羟基-3-丙磺酸钠、乙二胺基乙磺酸钠、n-甲基二乙醇胺中的一种或多种；优选地，所述大粒径聚氨酯微球中亲水性扩链剂的添加量为1-2.5份，优选1.5-2.5份；小粒径聚氨酯微球中亲水性扩链剂的添加量为4-7份，优选4-5份，以质量份数计。

28、本发明中，所述多异氰酸酯为hdi、hmdi、tdi、mdi，pm200，pm400，pm700中的一种或多种。

29、本发明中，所述催化剂为胺、有机金属、金属盐催化剂中的一种或多种，优选三乙醇胺、n,n-二甲基环己胺、五甲基二乙烯三胺、三乙烯二胺、双(二甲胺基乙基)醚、醋酸钾、有机锡和季胺盐中的一种或多种。

30、本发明中，所述多孔聚氨酯微球采用不完全反向乳化法制得；优选地，所述制备方法包含以下步骤：

31、s1：将聚醚多元醇ii、亲水性扩链剂、多异氰酸酯和催化剂ii置于稀释剂中，升温反应，得到聚氨酯预聚体a并保持恒温；

32、s2：将聚醚多元醇ii、亲水性扩链剂、多异氰酸酯和催化剂ii置于稀释剂中，升温反应，得到聚氨酯预聚体b并保持恒温；

33、s3：将水不断加入高速搅拌的聚氨酯预聚体a中，继续搅拌，再在该分散体中加入聚氨酯预聚体b，继续搅拌，真空干燥后得到粒径双峰分布的聚氨酯多孔微球。

34、本发明中，所述s1和s2的反应温度为40-100℃，反应时间3-10h，恒温温度为40-60℃，优选40-50℃。

35、本发明中，所述s1和s2中稀释剂的加入量为所述聚氨酯微球的原料质量的0.5-2.5倍。所述稀释剂包含n,n-二甲基甲酰胺、n-甲基吡咯烷酮、n-乙基吡咯烷酮、丙酮中的一种或多种，优选n,n-二甲基甲酰胺和/或丙酮。

36、本发明中，所述s3两次搅拌时间都为10-60min。

37、本发明中，所述s3中水的加入量为所述聚氨酯微球的原料质量的2-4倍。

38、本发明中，所述组分a中的扩链剂选自甘油、二丙二醇、二乙二醇和正丁醇中的一种或多种。

39、本发明中，所述组分a中的阻燃剂为烷基磷酸酯，优选磷酸三(1-氯-乙丙基)酯(tcpp)、磷酸三乙酯(tep)、甲基磷酸二甲酯(dmmp)和磷酸三(2-氯乙基)酯(tecp)中的一种或多种。

40、本发明中，所述组分a中的泡沫稳定剂选自硅-碳键非水解型聚硅氧烷-聚醚共聚物，优选迈图l-6164、l-5388和l-580中的一种或多种。

41、本发明中，所述组分a中的开孔剂为赢创o-501、赢创o-500和美思德ak9905中的一种或多种。

42、本发明中，所述组分a中的催化剂i与聚氨酯微球的催化剂ii相同。

43、本发明中，所述组分b多苯基甲烷多异氰酸酯粘度为150～800cp，优选万华化学pm200、pm400、pm700和巴斯夫m20s中的一种或多种。

44、可以使用本领域公知的方法制备所述高开孔率聚氨酯空腔填充泡沫，包括但不限于机械发泡、手工发泡。发泡过程中料温控制为15-60℃，优选20-30℃；模具温度20-50℃，优选30-45℃；发泡固化时间0.5-4h，优选1-2h。

45、与现有技术相比较，本发明的有益效果在于：

46、(1)解决了宽频域吸音的难题，制备了在高频、中频和低频下都具有良好吸音效果的聚氨酯泡沫材料，在2000-4000hz高频率范围内，其吸音系数最高可以达到1.050，并且在250-2000hz频率范围内，其吸音系数均在0.4以上，最高可以达到0.914，说明其在中低频范围内具有良好的吸声效果，尤其的，即使在500hz以下的低频率范围内，其吸音系数最高仍然可以达到0.756。

47、(2)相较于传统无机填料，聚氨酯微球在聚氨酯泡沫中分散性好、相容性好。