本发明涉及一种有机硅凝胶隔声阻尼材料及其制备方法。
背景技术：
高强度的噪声容易使人感觉疲劳，产生消极情绪，甚至引起神经系统、心血管系统、内分泌系统、消化系统以及视觉等方面的疾病，噪声的防治与控制已成当今社会发展有待解决的重要问题。
目前，隔声降噪的途径主要有两种，一种是隔声结构，即把空气中传播的噪声隔绝或隔断的构件或结构，该结构多为单层或多层中空夹层结构；另一种是隔声材料，即在传音途径上降解噪声，控制噪音的传播，该材料多为长链型的高分子。目前市面上的隔声降噪材料有：多孔绵纤类，如海绵(改性海绵)、毛毡、麻绒和波峰海绵等；多孔高分子类，橡胶板、发泡硅胶板、聚氨酯泡沫塑料和发泡胶等。
然而，隔声结构因内部存在中空层而缺乏强度，因此主要用于特殊的声乐建筑内层装饰，如音乐厅、歌剧院等领域，或用于面积较小的地方，如单层或多层中空夹层玻璃；但中间的空气层容易受温度影响起雾，而且隔声效果有限。
多孔绵纤类的隔声降噪材料，因成本低而广受青睐，多用于夹层结构中的填充材料，但因材质为海绵状或纤维状，在建筑施工过程中容易产生大量的细屑或粉尘，影响施工人员的身体健康，而且因环保问题，目前正在逐步被取代。
多孔高分子类的隔声降噪材料为新型的隔声降噪材料，通常为多孔结构的高阻尼材料，在高温或常温条件下，可固化并保持其多孔结构。固化后的高分子材料由于其高交联度的结构，存在难以回收的问题，而且经过长期老化存在粉化的风险。
因此，如何提供一种材质环保、易于施工，同时具有良好的粘接和隔声作用的阻尼材料成为了业界需要解决的问题。
技术实现要素：
针对现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种有机硅凝胶隔声阻尼材料，其材质环保、易于施工，同时具有良好的粘接和隔声作用。
为了实现上述目的，本发明提供了一种有机硅凝胶隔声阻尼材料，阻尼材料原料(按重量份数)包括：
乙烯基聚硅氧烷20－35份；
二羟基聚二甲基硅氧烷5－10份；
含si－h基聚二甲基硅氧烷1－5份；
交联剂0.5－1.0份；
碱0.5－1.0份；
阻燃剂1－5份；其余为水。
本发明中，在25℃时，乙烯基聚硅氧烷粘度为500－1000mpa·s，二羟基聚二甲基硅氧烷粘度为500－1000mpa·s，含si－h基聚二甲基硅氧烷粘度为1000－2000mpa·s。
本发明中，交联剂为n－异丙基丙烯酰胺(nipam)或n，n’－亚甲基双丙烯酰胺(nmba)。
本发明中，碱是硅氢加成或偶合反应的催化剂，其为氢氧化钾、碳酸钾或两者的混合物。
本发明中，阻燃剂为三氧化二锑、氢氧化铝、氢氧化镁、红磷、磷酸三丁酯、磷酸三(2－乙基己基)酯、磷酸三(2－氯乙基)酯和磷酸三(2，3－二氯丙基)酯中的一种或者几种的复配物；
本发明中，水为溶剂，其为自来水、矿泉水、纯净水和去离子水中的一种。
本发明可制备一种高分子量，低交联度的非固化型有机硅凝胶隔声阻尼材料，其能够经受较宽的振动频率范围；具有良好的自粘性，同时粘度较低，有利于工程施工；合成过程中不采用芳香族或挥发性有机物以及有毒重金属有机物，并以水为溶剂为水，材质环保。
根据本发明另一具体实施方式，乙烯基聚硅氧烷为α－ω－二烯基－聚二甲基硅氧烷、α－ω－二烯基－聚甲基苯基硅氧烷、α－ω－二烯基－三甲基聚二甲基硅氧烷和α－ω－二烯基－聚甲基乙烯基硅氧烷中的一种或任意两种的复配物。
根据本发明另一具体实施方式，二羟基聚二甲基硅氧烷为α－ω－二羟基－聚二甲基硅氧烷、α－ω－二羟基－聚甲基苯基硅氧烷、α－ω－二羟基－三甲基聚二甲基硅氧烷和α－ω－二羟基－聚甲基乙烯基硅氧烷中的一种或任意两种的复配物。
根据本发明另一具体实施方式，含si－h基聚二甲基硅氧烷中，含si－h比例为0.5－1.5％。
根据本发明另一具体实施方式，阻尼材料原料进一步包括表面活性剂，其重量份数为5－10份；表面活性剂为c8－c10异构醇聚氧乙烯(聚合度2－6)醚中的一种或几种的复配物。
根据本发明另一具体实施方式，阻尼材料原料进一步包括有机催化剂，其重量份数为0.2－1.0份；有机催化剂为二丁基锡二月桂酸酯、辛酸亚锡、二(十二烷基硫)二丁基锡、二醋酸二丁基锡、二辛基锡二月桂酸酯、二醋酸二辛基锡、二烷基锡二马来酸酯、二硫醇烷基锡、硫醇二辛基锡和三(五氟苯基)硼烷中的一种。
本发明还提供了一种上述阻尼材料的制备方法，其中，制备方法包括
步骤1：将乙烯基聚硅氧烷、二羟基聚二甲基硅氧烷和有机催化剂置于真空混合器中，并在120－160℃下，脱水混合40－60分钟，得到第一组分；
步骤2：向第一组分中加入含si－h基聚二甲基硅氧烷、交联剂和碱，在120－160℃下，搅拌10－20分钟，得到第二组分；
步骤3：向第二组分中加入表面活性剂和阻燃剂，在120－160℃下，搅拌10－20分钟，得到第三组分；
步骤4：第三组分降温至70℃，然后转移至高速搅拌器中；加入水，在70－80℃下，高速搅拌40－60分钟，得到无色透明的有机硅凝胶水性乳液；
步骤5：将有机硅凝胶水性乳液，涂布在基材上，72－120小时后，固含量处于稳定态，得到有机硅凝胶隔声阻尼材料。
本方案中，乙烯基聚硅氧烷、二羟基聚二甲基硅氧烷、含si－h基聚二甲基硅氧烷和表面活性剂的总质量份数占最终得到的阻尼材料的50－70％。
涂布方式可采用手工涂布或机械涂布，涂胶胶层厚度为0.5－2.5mm；基材包括但不限于木材、石膏板、水泥板、中空纤维板。
阻尼材料呈非固化的水性凝胶状。
有机硅凝胶材料不仅是一种来源广泛且安全环保材料，而且是一种高阻尼材料。
传播中的声波通过具有阻尼性能的有机硅凝胶材料，引起该材料内部的摩擦和互相错动，产生内耗，把声能转为为热能后损耗消散。
有机硅凝胶材料不仅有利于降低结构材料(板材或金属)在共振频率上的振动，而且其阻尼性能可使沿结构传递的振动能量衰减。
有机硅凝胶材料可缩短结构材料(如，板材或金属)被激振的振动时间，使得人耳难以感觉短促的高音(如撞击，敲打等)。
本发明提供一种高分子量，低交联度的有机硅凝胶隔声阻尼材料，其高分子量(相对凝胶而言)可保证材料有一定的机械强度和粘度；低交联度能够给有机硅分子提供较高的运动活性，不仅有利于声能与热能间的快速转化，而且在宽广的振动频率(100－10khz)下具有良好的减振效果。
根据本发明另一具体实施方式，步骤1中，脱水混合过程中，真空度0.07－0.09mpa，转速为1000－1500转/分钟。
根据本发明另一具体实施方式，步骤2中，搅拌过程中，真空度0.07－0.09mpa，转速1000－1500转/分钟；步骤3中，搅拌过程转速为1000－1500转/分钟。
根据本发明另一具体实施方式，步骤4中，搅拌过程转速为2000－5000转/分钟。
与现有技术相比，本发明具备如下有益效果：
1、形态特殊性：本发明可制备出一种非固化型的有机硅凝胶隔声阻尼材料，粘度范围为6000－20000mpa·s(最佳粘度为8000－10000mpa·s)，该形态使得材料具有良好的自粘性；同时，低粘度的有机硅材料也有利于工程施工(无论是人手涂布还是机械涂布)；
2、结构特殊性：本发明可制备一种高分子量，低交联度的有机硅凝胶隔声阻尼材料，由于该特殊结构，使材料能够经受较宽的振动频率范围：即材料在较宽广的振动频率下，仍具有良好的隔声性能；
3、材质环保：合成过程中不采用芳香族或挥发性有机物(包括苯、甲苯、甲醛等)，以及有毒重金属有机物[包括rohs，即铅、汞、镉、六价铬和多溴联苯(pbb)、多溴二苯醚(pbde)]，溶剂为水。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供了一种有机硅凝胶隔声阻尼材料，其原料(按重量份数)包括：
乙烯基聚硅氧烷20－35份；
二羟基聚二甲基硅氧烷5－10份；
含si－h基聚二甲基硅氧烷1－5份；
表面活性剂5－10份；
有机催化剂0.2－1.0份；
交联剂0.5－1.0份；
碱0.5－1.0份；
阻燃剂1－5份；其余为水。
其中，乙烯基聚硅氧烷为α－ω－二烯基－聚二甲基硅氧烷、α－ω－二烯基－聚甲基苯基硅氧烷、α－ω－二烯基－三甲基聚二甲基硅氧烷和α－ω－二烯基－聚甲基乙烯基硅氧烷中的一种或任意两种的复配物。
二羟基聚二甲基硅氧烷为α－ω－二羟基－聚二甲基硅氧烷、α－ω－二羟基－聚甲基苯基硅氧烷、α－ω－二羟基－三甲基聚二甲基硅氧烷和α－ω－二羟基－聚甲基乙烯基硅氧烷中的一种或任意两种的复配物。
含si－h基聚二甲基硅氧烷中，含si－h比例为0.5－1.5％。
表面活性剂为c8－c10异构醇聚氧乙烯(聚合度2－6)醚中的一种或几种的复配物。
有机催化剂为二丁基锡二月桂酸酯、辛酸亚锡、二(十二烷基硫)二丁基锡、二醋酸二丁基锡、二辛基锡二月桂酸酯、二醋酸二辛基锡、二烷基锡二马来酸酯、二硫醇烷基锡、硫醇二辛基锡和三(五氟苯基)硼烷中的一种。
交联剂为n－异丙基丙烯酰胺(nipam)或n，n’－亚甲基双丙烯酰胺(nmba)。
碱是硅氢加成或偶合反应的催化剂，其为氢氧化钾、碳酸钾或两者的混合物。
阻燃剂为三氧化二锑、氢氧化铝、氢氧化镁、红磷、磷酸三丁酯、磷酸三(2－乙基己基)酯、磷酸三(2－氯乙基)酯和磷酸三(2，3－二氯丙基)酯中的一种或者几种的复配物；
水为溶剂，其为自来水、矿泉水、纯净水和去离子水中的一种。
本实施例中，阻尼材料原料(按重量份数)包括：
α－ω－二烯基－聚二甲基硅氧烷35份，α－ω－二羟基－聚二甲基硅氧烷5份，含si－h基聚二甲基硅氧烷1份，c8异构醇聚氧乙烯(聚合度4)醚8份，二丁基锡二月桂酸酯0.5份，n，n’－亚甲基双丙烯酰胺0.8份，氢氧化钾0.5份，磷酸三(2－乙基己基)酯3份，其余为水；所有组分总量按100份计算，余量均由水作为溶剂补充。
本实施例还提供了一种上述阻尼材料的制备方法，其中，制备方法包括
步骤1：将乙烯基聚硅氧烷、二羟基聚二甲基硅氧烷和有机催化剂置于真空混合器中，并在120－160℃下，脱水混合40－60分钟，得到第一组分；，脱水混合过程中，真空度0.07－0.09mpa，转速为1000－1500转/分钟；
步骤2：向第一组分中加入含si－h基聚二甲基硅氧烷、交联剂和碱，在120－160℃下，搅拌10－20分钟，得到第二组分；搅拌过程中，真空度0.07－0.09mpa，转速1000－1500转/分钟；
步骤3：向第二组分中加入表面活性剂和阻燃剂，在120－160℃下，搅拌10－20分钟，得到第三组分；搅拌过程转速为1000－1500转/分钟；
步骤4：第三组分降温至70℃，然后转移至高速搅拌器中；加入水，在70－80℃下，高速搅拌40－60分钟，得到无色透明的有机硅凝胶水性乳液；搅拌过程转速为2000－5000转/分钟；
步骤5：将有机硅凝胶水性乳液，涂布在基材上，72－120小时后，固含量处于稳定态，得到有机硅凝胶隔声阻尼材料。
本方案中，乙烯基聚硅氧烷、二羟基聚二甲基硅氧烷、含si－h基聚二甲基硅氧烷和表面活性剂的总质量份数占最终得到的阻尼材料的50－70％。
涂布方式可采用手工涂布或机械涂布，涂胶胶层厚度为0.5－2.5mm；基材包括但不限于木材、石膏板、水泥板、中空纤维板。
处于稳定态时，固含量范围为50－60％。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于：阻尼材料原料(按重量份数)包括：
α－ω－二烯基－聚二甲基硅氧烷20份，α－ω－二羟基－聚甲基苯基硅氧烷15份，α－ω－二羟基－聚二甲基硅氧烷5份，含si－h基聚二甲基硅氧烷1份，c8异构醇聚氧乙烯(聚合度4)醚8份，二丁基锡二月桂酸酯0.5份，n，n’－亚甲基双丙烯酰胺0.8份，氢氧化钾0.5份，磷酸三(2－乙基己基)酯3份，其余为水。
实施例3
本实施例与实施例1的区别在于：阻尼材料原料(按重量份数)包括：
α－ω－二羟基－聚甲基苯基硅氧烷30份，α－ω－二羟基－聚二甲基硅氧烷5份，含si－h基聚二甲基硅氧烷1份，c8异构醇聚氧乙烯(聚合度4)醚8份，二丁基锡二月桂酸酯0.5份，n，n’－亚甲基双丙烯酰胺0.8份，氢氧化钾0.5份，磷酸三(2－乙基己基)酯3份，其余为水。
实施例4
本实施例与实施例1的区别在于：阻尼材料原料(按重量份数)包括：
α－ω－二烯基－聚二甲基硅氧烷，20份α－ω－二羟基－聚二甲基硅氧烷10份，含si－h基聚二甲基硅氧烷1.5份，c8异构醇聚氧乙烯(聚合度4)醚8份，二丁基锡二月桂酸酯0.5份，n，n’－亚甲基双丙烯酰胺0.8份，氢氧化钾0.5份，磷酸三(2－乙基己基)酯3份，其余为水。
如表1所示，设置六组对照例；对照例1－3为其他阻尼材料的配方，对照例4－6为其他隔声材料。
表1
表2为各实施例中阻尼材料各项指标测试的实验结果；可见，实施例的隔声效果普遍优于对照例，同时在粘度更低的情况下达到了更好的粘附强度，并且更加环保；以实施例2效果最佳。
表2
注：1、粘接强度按照《中国药典》中《0952黏附力测定法》通则进行测试；
2、隔声效果测试，经由2mm材料和两块10mm厚石膏板组成的“隔声墙”进行测试，在同样的制备条件、声源、环境下进行对比测试，声源大小为60db。
虽然本发明以较佳实施例揭露如上，但并非用以限定本发明实施的范围。任何本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的发明范围内，当可作些许的改进，即凡是依照本发明所做的同等改进，应为本发明的范围所涵盖。