本發(fā)明屬于功能材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種雜化結(jié)構(gòu)可全生物降解復(fù)合隔音材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

噪音污染已成為當(dāng)代全球性的環(huán)境問題，與大氣污染，水污染和固體廢棄物污染一起被列為世界四大污染。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人民生活水平和生活質(zhì)量的不斷提升，人們對吸音隔音材料的需求越來越大，對其性能的要求也越來越高，特別是在建筑以及汽車領(lǐng)域，吸音隔音材料的市場不斷發(fā)展壯大。隔音吸音材料在汽車領(lǐng)域的主要作用是隔音、減振、保暖，所用的主體原料為各種廢纖維，再加入部分熱熔粉或熱熔纖維。這種隔音氈吸音、隔音效果一般。而隔音材料在建筑工程中的應(yīng)用主要在隔音板、隔音墻、密封圈等，且常用膨脹珍珠巖、礦物纖維、泡沫塑料等材料。但由于傳統(tǒng)的隔音材料厚度大、面密度大，使用材料廢棄后對環(huán)境有較大污染，限制了相關(guān)隔音產(chǎn)品的推廣使用，且對1000Hz以下的噪音吸收，隔離效果差。

靜電紡絲是一種簡單、靈活的制備纖維直徑為幾十到幾百納米的紡絲方法，其基本原理是：毛細(xì)管出口的聚合物溶液或熔體，以及自由表面的液體局部點在高壓靜電場的作用下，變形成為泰勒錐，當(dāng)靜電排斥力超過液滴的表面張力時，泰勒錐的頂端處就會形成細(xì)流，并在電場的運動中得到進(jìn)一步拉伸，同時隨著溶劑揮發(fā)(或者熔體冷卻)，得到納米纖維。利用靜電紡絲得到的纖維通常為微米/納米級。但目前鮮有利用靜電紡絲制備隔音材料的報道。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的首要目的是為了改善現(xiàn)有材料低頻吸音隔音性能的不足，提供一種雜化結(jié)構(gòu)可全生物降解復(fù)合隔音材料。

本發(fā)明的另一目的在于提供上述雜化結(jié)構(gòu)可全生物降解復(fù)合隔音材料的制備方法。

本發(fā)明目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種雜化結(jié)構(gòu)可全生物降解復(fù)合隔音材料，所述復(fù)合隔音材料由具有微米結(jié)構(gòu)可生物降解或光降解纖維和納米纖維所構(gòu)成的復(fù)合纖維層與熔噴纖維層進(jìn)行復(fù)合得到。

所述復(fù)合纖維層可以是可生物降解或光降解纖維網(wǎng)層與納米纖維層復(fù)合得到，所述可生物降解或光降解纖維網(wǎng)層的克重為10～50g/m²，納米纖維層的克重為0.2～20g/m²；或是將覆有納米纖維的可生物降解或光降解纖維單纖維鋪疊成網(wǎng)層得到，鋪疊成網(wǎng)層的克重為10.2～70g/m²，其中納米纖維的復(fù)合量為0.2～20g/m²。

優(yōu)選地，所述復(fù)合隔音材料的克重為100～500g/m²。

優(yōu)選地，所述可生物降解纖維包括聚酯纖維、生物基聚酰胺纖維、聚乳酸及其共聚物纖維、聚己內(nèi)酯及其共聚物纖維、聚羥基脂肪酸酯系聚合物纖維、聚酯-聚醚共聚物纖維、聚酯-酰胺共聚物纖維中的至少一種；所述可光降解纖維包括聚丙烯纖維。

優(yōu)選地，所述具有微米結(jié)構(gòu)可生物降解或光降解纖維的纖維直徑為0.5-30μm，截面為圓形或者非圓形，含有或者不含有空腔結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，所述納米纖維是指纖維直徑為50～1600nm的聚乳酸及其共聚物纖維、聚己內(nèi)酯及其共聚物纖維、聚羥基脂肪酸酯系聚合物纖維、聚酯-聚醚共聚物纖維、聚酯-酰胺共聚物纖維中的至少一種。

優(yōu)選地，所述的熔噴纖維層是指聚己內(nèi)酯或PLA熔噴纖維層，熔噴纖維層的纖維直徑為0.5-2μm，克重為10g/m²，厚度為0.2-1mm。

上述雜化結(jié)構(gòu)可全生物降解復(fù)合隔音材料的制備方法，包括如下制備步驟：

(1)將具有微米結(jié)構(gòu)可生物降解或光降解纖維經(jīng)過充分開梳，形成單纖維狀態(tài)后鋪疊成可生物降解或光降解纖維網(wǎng)層，以所得纖維網(wǎng)層為接收端，采用靜電紡絲工藝在可生物降解或光降解纖維網(wǎng)層上制備納米纖維層，得到復(fù)合纖維層；或?qū)⒖缮锝到饣蚬饨到饫w維經(jīng)過充分開梳，形成單纖維狀態(tài)后，以所得單纖維為接收端，通過靜電紡絲工藝和外界擾動風(fēng)分散的方式將納米纖維覆于可生物降解或光降解纖維單纖維上，再將其鋪疊成網(wǎng)，得到復(fù)合纖維層；

(2)將多層復(fù)合纖維層進(jìn)行復(fù)合后，再與熔噴纖維層進(jìn)行復(fù)合，得到所述雜化結(jié)構(gòu)可全生物降解復(fù)合隔音材料。

優(yōu)選的，所述靜電紡絲包括針頭法靜電紡絲、線電極法靜電紡絲、螺旋電極法靜電紡絲、梭電極法靜電紡絲、離心靜電紡絲、熔噴靜電紡絲。

優(yōu)選的，所述用于靜電紡絲的納米纖維材料可采用溶液或者熔體形式，其中溶液中納米纖維材料的有效質(zhì)量濃度范圍為5％～50％。

優(yōu)選的，所述外界擾動風(fēng)分散的擾動風(fēng)溫度為20～80℃，相對濕度為25％～98％。

本發(fā)明的制備方法及所得到的產(chǎn)物具有如下優(yōu)點及有益效果：

(1)本發(fā)明所得復(fù)合隔音材料具有優(yōu)良的吸音隔音性能，其對500Hz聲源的吸收系數(shù)達(dá)到0.3以上，對1000Hz聲源的吸收系數(shù)達(dá)到0.5以上。

(2)本發(fā)明采用靜電紡絲得到納米纖維層，纖維直徑為50-1600nm，具有纖維直徑小、孔隙率高以及比表面積大等特點，適于吸音隔音材料的應(yīng)用。

(3)本發(fā)明均采用可生物降解或光降解的聚合物制得，使得該高性能吸音隔音材料具有可全生物降解的特點，符合綠色環(huán)保的要求。

(4)本發(fā)明所得復(fù)合隔音材料孔隙率高且具有三維立體蓬松結(jié)構(gòu)，可以使聲波在材料中傳播時引起更大粘性流動損失，同時通過層疊的方法將各種聲學(xué)材料結(jié)合起來能夠?qū)崿F(xiàn)聲音在不同頻率下衰減的最大化。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。

實施例1

在本實施例中，具有微米結(jié)構(gòu)的可生物降解纖維為聚酯纖維。聚酯纖維經(jīng)過開梳處理形成單纖維狀態(tài)，然后將其鋪疊堆積成具有單軸取向的網(wǎng)層，面密度為30g/m²，厚度為3mm。該聚酯纖維截面為圓形，具有一個空腔結(jié)構(gòu)，纖維直徑為12μm。

納米纖維層可采用針頭靜電紡絲成型制得，以聚乳酸作為納米纖維成纖原料。聚乳酸(PLA，M_w＝3×10⁵g/mol)真空干燥后(60℃，12h)，采用氯仿為溶劑，配置成20％的溶液，磁力攪拌4h，靜置脫泡2h。將配好的PLA溶液進(jìn)行針頭法靜電紡絲成型，接收端為聚酯纖維網(wǎng)層，紡絲電壓為15kV，接收距離約為12cm，推進(jìn)速度為0.5ml/h，得到覆有納米纖維層的聚酯復(fù)合纖維結(jié)構(gòu)層。納米纖維直徑為300-1000nm，納米纖維層克重為12.0g/m²。將復(fù)合纖維結(jié)構(gòu)層真空干燥后進(jìn)行多層復(fù)合，得到克重為320g/m²的復(fù)合纖維網(wǎng)層。最后將復(fù)合纖維網(wǎng)層與熔噴纖維層進(jìn)行復(fù)合，形成雜化結(jié)構(gòu)復(fù)合隔音材料。由上述方法制得的雜化結(jié)構(gòu)復(fù)合隔音材料對500Hz聲源的吸收系數(shù)達(dá)到0.38，對1000Hz聲源的吸收系數(shù)達(dá)到0.59，吸音性能較好。

實施例2

在本實施例中，具有微米結(jié)構(gòu)的可生物降解纖維為生物基聚酰胺纖維。生物基聚酰胺纖維經(jīng)過開梳處理形成單纖維狀態(tài)，然后將其鋪疊堆積成具有單軸取向的網(wǎng)層，面密度為30g/m²，厚度為3mm。該生物基聚酰胺纖維截面為非圓形，具有兩個空腔結(jié)構(gòu)，纖維直徑為10μm。

納米纖維層可采用梭電極法靜電紡絲成型制得，以聚己內(nèi)酯作為納米纖維成纖原料。聚己內(nèi)酯(PCL，M_w＝8×10⁴g/mol)真空干燥后(60℃，12h)，采用氯仿：DMF(4:1)為混合溶劑，配置成15％的溶液，磁力攪拌4h，靜置脫泡2h。將配好的PCL溶液進(jìn)行梭電極法靜電紡絲成型，接收端為生物基聚酰胺纖維網(wǎng)層，紡絲電壓為55kV，接收距離約為12cm，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為15r/min，得到覆有納米纖維層的生物基聚酰胺纖維復(fù)合纖維結(jié)構(gòu)層。納米纖維直徑為300-1000nm，納米纖維層克重為10.2g/m²。將復(fù)合纖維結(jié)構(gòu)層真空干燥后進(jìn)行多層復(fù)合，得到克重為310g/m²的復(fù)合隔音氈層。最后將復(fù)合纖維網(wǎng)層與熔噴纖維層進(jìn)行復(fù)合，形成雜化結(jié)構(gòu)復(fù)合隔音材料。由上述方法制得的雜化結(jié)構(gòu)復(fù)合隔音材料對500Hz聲源的吸收系數(shù)達(dá)到0.33，對1000Hz聲源的吸收系數(shù)達(dá)到0.51，吸音性能較好。

實施例3

在本實施例中，具有微米結(jié)構(gòu)的可生物降解纖維為聚己內(nèi)酯纖維。聚己內(nèi)酯纖維經(jīng)過開梳處理形成單纖維狀態(tài)，然后將其鋪疊堆積成具有單軸取向的網(wǎng)層，面密度為30g/m²，厚度為3mm。該聚己內(nèi)酯纖維的截面為非圓形，無空腔結(jié)構(gòu)，纖維直徑為15μm。

納米纖維層可采用針頭靜電紡絲成型制得，以聚乳酸作為納米纖維成纖原料。聚乳酸(PLA，M_w＝3×10⁵g/mol)真空干燥后(60℃，12h)，采用氯仿為溶劑，配置成15％的溶液，磁力攪拌4h，靜置脫泡2h。將配好的PC溶液進(jìn)行離心靜電紡絲成型，接收端為聚己內(nèi)酯網(wǎng)層，紡絲電壓為10kV，接收距離約為10cm，轉(zhuǎn)速為1000r/min，得到覆有納米纖維層的聚己內(nèi)酯復(fù)合纖維結(jié)構(gòu)層，其中納米纖維具有表面褶皺結(jié)構(gòu)。納米纖維直徑為500-1000nm，納米纖維層克重為9.8g/m²。將復(fù)合纖維結(jié)構(gòu)層真空干燥后進(jìn)行多層復(fù)合，得到克重為290g/m²的復(fù)合隔音氈層。最后將復(fù)合纖維網(wǎng)層與熔噴纖維層進(jìn)行復(fù)合，形成雜化結(jié)構(gòu)復(fù)合隔音材料。由上述方法制得的雜化結(jié)構(gòu)復(fù)合隔音材料對500Hz聲源的吸收系數(shù)達(dá)到0.30，對1000Hz聲源的吸收系數(shù)達(dá)到0.50，吸音性能較好。

實施例4

在本實施例中，具有微米結(jié)構(gòu)的可生物降解纖維為聚3-羥基丁酸酯纖維。聚3-羥基丁酸酯纖維經(jīng)過開梳處理形成單纖維狀態(tài)，然后將其鋪疊堆積成具有單軸取向的網(wǎng)層，面密度為30g/m²，厚度為3mm。該聚碳酸酯纖維的截面為非圓形，有三個空腔結(jié)構(gòu)，纖維直徑為6μm。

納米纖維層可采用線電極靜電紡絲成型制得，以聚乳酸作為納米纖維成纖原料。聚乳酸(PLA，M_w＝3×10⁵g/mol)真空干燥后(60℃，12h)，采用氯仿為溶劑，配置成20％的溶液，磁力攪拌4h，靜置脫泡2h。將配好的PLA溶液進(jìn)行電極法靜電紡絲成型，接收端為接收端為聚3-羥基丁酸酯纖維網(wǎng)層，紡絲電壓為60kV，接收距離約為15cm，電機(jī)轉(zhuǎn)速為12r/min，得到覆有納米纖維層的聚3-羥基丁酸酯復(fù)合纖維結(jié)構(gòu)層。納米纖維直徑為300-1000nm，納米纖維層克重為10.5g/m²。將復(fù)合纖維結(jié)構(gòu)層真空干燥后進(jìn)行多層復(fù)合，得到克重為300g/m²的復(fù)合隔音氈層。最后將復(fù)合纖維網(wǎng)層與熔噴纖維層進(jìn)行復(fù)合，形成雜化結(jié)構(gòu)復(fù)合隔音材料。由上述方法制得的雜化結(jié)構(gòu)復(fù)合隔音材料對500Hz聲源的吸收系數(shù)達(dá)到0.34，對1000Hz聲源的吸收系數(shù)達(dá)到0.55，吸音性能較好。

實施例5

在本實施例中，具有微米結(jié)構(gòu)的可生物降解纖維為聚羥基脂肪酸酯纖維。聚羥基脂肪酸酯纖維經(jīng)過開梳處理形成單纖維狀態(tài)。該聚羥基脂肪酸酯纖維的截面為圓形，無空腔結(jié)構(gòu)，纖維直徑為20μm。

納米纖維層可采用針頭靜電紡絲成型制得，以PET-PEG共聚物作為納米纖維成纖原料。PET-PEG(特性黏數(shù)0.5-1.0)共聚物真空干燥后(60℃，12h)，采用氯仿為溶劑，配置成15％的溶液，磁力攪拌4h，靜置脫泡2h。將配好的PET-PEG共聚物溶液進(jìn)行針頭法靜電紡絲成型，接收端為聚羥基脂肪酸酯單纖維，紡絲電壓為15kV，接收距離約為12cm，推進(jìn)速度為0.5ml/h，外界擾動風(fēng)的溫度為30℃，相對濕度為50％，得到覆有直徑為500-1000nm納米纖維的聚羥基脂肪酸酯單纖維，其中納米纖維具有球狀結(jié)構(gòu)。干燥后，將覆有直徑為500-1000nm納米纖維的聚羥基脂肪酸酯單纖維鋪疊成網(wǎng)，得到復(fù)合纖維層，所得復(fù)合纖維層相比未覆有納米纖維時單位克重增加10.5g/m²。將覆有納米纖維的聚羥基脂肪酸酯纖維網(wǎng)層多層復(fù)合，得到克重為320g/m²的復(fù)合纖維網(wǎng)層。最后將復(fù)合纖維網(wǎng)層與熔噴纖維層進(jìn)行復(fù)合，形成雜化結(jié)構(gòu)復(fù)合隔音材料。由上述方法制得的雜化結(jié)構(gòu)復(fù)合隔音材料對500Hz聲源的吸收系數(shù)達(dá)到0.31，對1000Hz聲源的吸收系數(shù)達(dá)到0.54，吸音性能較好。

實施例6

在本實施例中，具有微米結(jié)構(gòu)的可生物降解纖維為聚酯酰胺纖維。聚酯酰胺纖維經(jīng)過開梳處理形成單纖維狀態(tài)，然后將其鋪疊堆積成具有單軸取向的網(wǎng)層，面密度為30g/m²，厚度為3mm。該聚酯酰胺纖維的截面為圓形，有一個空腔結(jié)構(gòu)，纖維直徑為10μm。

納米纖維層可采用針頭靜電紡絲成型制得，以聚乳酸和聚己內(nèi)酯作為納米纖維成纖原料。聚乳酸(PLA，M_w＝3×10⁵g/mol)和聚己內(nèi)酯(PCL，M_w＝8×10⁴g/mol)質(zhì)量比為(4:1)，真空干燥后(60℃，12h)，采用氯仿：DMF(4:1)為溶劑，配置成14％的溶液，磁力攪拌4h，靜置脫泡2h。將配好的PLA/PCL溶液靜電紡絲成型，接收端為聚酯酰胺纖維網(wǎng)層，紡絲電壓為15kV，接收距離約為12cm，推進(jìn)速度為0.5ml/h，得到覆有納米纖維層的聚酯酰胺復(fù)合纖維結(jié)構(gòu)層。納米纖維截面為扁圓形，為中空結(jié)構(gòu)，纖維直徑為400-1500nm，納米纖維層克重為10.5g/m²。將復(fù)合纖維結(jié)構(gòu)層真空干燥后進(jìn)行多層復(fù)合，得到克重為305g/m²的復(fù)合纖維網(wǎng)層。最后將復(fù)合纖維網(wǎng)層與熔噴纖維層進(jìn)行復(fù)合，形成雜化結(jié)構(gòu)復(fù)合隔音材料。由上述方法制得的雜化結(jié)構(gòu)復(fù)合隔音材料對500Hz聲源的吸收系數(shù)達(dá)到0.34，對1000Hz聲源的吸收系數(shù)達(dá)到0.53，吸音性能較好。

實施例7

在本實施例中，具有微米結(jié)構(gòu)的可生物降解纖維為聚酯纖維。聚酯纖維經(jīng)過開梳處理形成單纖維狀態(tài)，然后將其鋪疊堆積成具有單軸取向的網(wǎng)層，面密度為30g/m²，厚度為3mm。該聚酯纖維的截面為圓形，有四個空腔結(jié)構(gòu)，纖維直徑為16μm。

納米纖維層可采用熔噴靜電紡絲成型制得，以聚己內(nèi)酯作為納米纖維成纖原料。聚己內(nèi)酯(PCL，M_w＝8×10⁴g/mol)真空干燥后(60℃，12h)，加熱熔融。將PCL熔體進(jìn)行熔噴靜電紡絲成型，接收端為聚酯纖維網(wǎng)層，紡絲電壓為15kV，接收距離約為20cm，推進(jìn)速度為0.5ml/h，得到PCL靜電紡纖維膜。納米纖維具有中空結(jié)構(gòu)，纖維直徑為300-1000nm，納米纖維層克重為10.3g/m²。將PCL靜電紡纖維膜真空干燥后與聚酯中空短纖網(wǎng)層進(jìn)行復(fù)合纖維層，得到克重為330g/m²的復(fù)合纖維網(wǎng)層。最后將復(fù)合纖維網(wǎng)層與熔噴纖維層進(jìn)行復(fù)合，形成雜化結(jié)構(gòu)復(fù)合隔音材料。由上述方法制得的雜化結(jié)構(gòu)復(fù)合隔音材料對500Hz聲源的吸收系數(shù)達(dá)到0.32，對1000Hz聲源的吸收系數(shù)達(dá)到0.53，吸音性能較好。

實施例8

在本實施例中，具有微米結(jié)構(gòu)的可生物降解纖維為聚丙烯纖維。聚丙烯經(jīng)過開梳處理形成單纖維狀態(tài)，然后將其鋪疊堆積成具有單軸取向的網(wǎng)層，面密度為30g/m²，厚度為3mm。該聚丙烯纖維的截面為非圓形，有一個空腔結(jié)構(gòu)，纖維直徑為6μm。

納米纖維層可采用針頭靜電紡絲成型制得，以聚乳酸和聚己內(nèi)酯(質(zhì)量比為4:1)作為納米纖維成纖原料。聚乳酸(PLA，M_w＝3×10⁵g/mol)和聚己內(nèi)酯(M_w＝8×10⁴g g/mol)真空干燥后(60℃，12h)，采用氯仿為溶劑，配置成10％、12％、14％、16％、18％，20％的溶液，磁力攪拌4h，靜置脫泡2h。將配好的PLA溶液進(jìn)行針頭法靜電紡絲成型，接收端為聚丙烯纖維網(wǎng)層，紡絲電壓為15kV，接收距離約為12cm，推進(jìn)速度為0.5ml/h，得到覆有不同纖維直徑的納米纖維層的聚丙烯復(fù)合纖維結(jié)構(gòu)層，納米纖維層克重為10.1g/m²。濃度為10％、12％、14％、16％、18％，20％的PLA溶液靜電紡絲得到的納米纖維直徑分別為100-300、150-500、250-700、300-800、300-1000nm，形成纖維直徑梯度。將復(fù)合纖維結(jié)構(gòu)層真空干燥后按纖維直徑梯度排列多層復(fù)合，得到克重為306g/m²的復(fù)合纖維網(wǎng)層。最后將復(fù)合纖維網(wǎng)層與熔噴纖維層進(jìn)行復(fù)合，形成雜化結(jié)構(gòu)復(fù)合隔音材料。由上述方法制得的雜化結(jié)構(gòu)復(fù)合隔音材料對500Hz聲源的吸收系數(shù)達(dá)到0.39，對1000Hz聲源的吸收系數(shù)達(dá)到0.51，吸音性能較好。

上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其它的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。