建築樓板隔音塗料的製備研究

胡中源，張旭濤，姚偉(wei)  

（固克節能科技股份有限公司，福建廈門361001）

摘要：主要研究了一種新型建築樓板隔音塗料的製備，包括材料選擇，製備工藝和性能測試。結果表明，采用該隔音塗料計權撞擊聲壓級改善量ΔL_w=12 dB，燃燒性能達到A2級，環境友好性能符合GB 18582-2020內(nei) 牆塗料要求，為(wei) 建築樓板隔音塗料的應用提供了理論依據和實際指導。

關(guan) 鍵詞：建築隔音塗料 計權撞擊聲壓級改善量 燃燒性能分級 黏結強度

0、引 言

隨著城市化進程的加快，現代住宅大多是多層結構，隨著人們(men) 生活水平的提高，對地板隔音的需求也日增高。聲音的傳(chuan) 導方式分為(wei) 兩(liang) 種：氣動音與(yu) 震動音。當聲音或物體(ti) 直接撞擊到地板時，會(hui) 形成震動傳(chuan) 導，為(wei) 了防止聲音震動穿過樓板，需要將震動衰減以阻止聲音穿過。為(wei) 了規範住宅對樓板隔音的要求，GB50118—2010《民用建築隔聲規範》對住宅建築樓板撞擊聲規定值為(wei) ≤75dB，學校、醫院、旅館的規定值更低國內(nei) 的樓板普遍厚度僅(jin) 為(wei) 10~12 cm,無法達到國標對於(yu) 撞擊聲的要求，需做隔音措施才能符合標準的要求。現有的建築建材中，主要通過隔音砂漿或隔音板的利用而取得隔音效果。
然而，隔音砂漿作為(wei) 木屑水泥基材料在建築中應用，隨著水泥固化，水分揮發而出現幹縮開裂，或是因為(wei) 水泥硬而脆產(chan) 生塑性開裂，嚴(yan) 重影響塗層並導致開裂；對於(yu) 隔音板，多采用含有氣泡膜的發泡隔音板或是摻入隔音纖維的隔音板，這類隔音材料雖然隔音效果好，但是發泡隔音板自身強度差，極易受到外力破壞，需要對其做良好的保護層，而隔音纖維多為(wei) 玻璃纖維形成的棉體(ti) ，對人體(ti) 有害且不環保，並且隔音板大多自身不具有粘接能力。
因此，本研究旨在製備一種具有良好的隔音效果、阻燃性及環保性能的薄層建築樓板隔音塗料。通過對不同的隔音原料的實驗測試數據，為(wei) 今後建築隔音塗料的研發和應用提供理論支持和實踐指導。

1、試驗部分

1.1原料

聚丙烯酸鈉鹽分散劑 SN-5040：日本諾普科；海泡石纖維：0.5~1 mm，河北宏利海泡石絨有限公司；木質纖維 PWC-500：德國瑞登梅爾；丙烯酸聚合物BATF-5969：佛山市順德區巴德富實業(ye) 有限公司；丙烯酸聚合物乳液 BATF-837A: 佛山市順德區巴德富實業(ye) 有限公司；丙烯酸聚合物乳液 ROSF-5588:廣州羅斯夫新材料科技有限公司；丙烯酸聚合物乳液BLJ-833W:上海保立佳化工股份有限公司。
丙烯酸聚合物乳液ECO502ap: 德國巴斯夫；矽酸鉀 INOCOT330：瑞士範博邇利；膨脹珍珠岩：閉口 90~120 目，靈壽縣碩隆礦產(chan) 品加工廠；矽酸鋁纖維：1~3 mm, 靈壽縣碩隆礦產(chan) 品加工廠； TEXANOL（2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇單異丁酸酯）：工業(ye) 級, 齊魯伊士曼精細化工有限公司；防腐劑 lxe：美國特洛伊；羥乙基纖維素 250HBR：美國亞(ya) 跨龍；塗料助劑（乙二醇、潤濕劑、消泡劑、pH調節劑等）：工業(ye) 級，市售。

1.2 儀(yi) 器

WDW-50C 型微機控製電子萬(wan) 能試驗機：上海華龍器股份有限公司；研磨分散攪拌多用機：上海現代環境工程技術有限公司；可程式恒溫恒濕試驗箱：上海滬升實驗儀(yi) 器廠；HZT-A 600電子天平：標格達精密儀(yi) 器有限公司；MU3028 建築材料不燃燒試驗機：上海牟景實業(ye) 有限公司；JL-1 建築材料燃燒熱值試驗儀(yi) ：方測精密儀(yi) 器（深圳）有限公司；數字噪音計：得力集團有限公司。

1.3 基礎配方

隔音塗料成品分兩(liang) 步製備：先製備矽酸鋁纖維漿作為(wei) 半成品備用，製備成品時再將矽酸鋁纖維漿加入。

1.4 製備工藝

1.4.1 矽酸鋁纖維漿的製備

研磨分散機在 500~800 r/min 中低速旋轉下，按表 1 配方依次投入原料，完全投入後，將速度提升至1500 r/min高速分散10 min，得到矽酸鋁纖維漿。

1.4.2 隔音塗料成品製備

研磨分散機在 500~800 r/min 中低速旋轉下，按表 2 配方依次投入原料，完全投入後，將速度提升至1200 r/min高速分散10 min。

1.5 試驗方法與(yu) 性能測試

目前隔音塗料相關(guan) 的標準有：團體(ti) 標準 T/GDJSKB 007—2022《建築樓板用隔聲塗料》，但該標準在國內(nei) 無檢測機構可出具檢測報告，且該標準中抗壓強度是根據GB 14907—2018規定的6.4.5方法進行試驗，需要製備 70.5 mm×70.5 mm×70.5 mm 的試塊。由於(yu) 隔音塗料是以作為(wei) 成膜物，製備該尺寸的試塊，無法幹燥檢測。而 JC/T 2707—2022《隔聲砂漿》僅(jin) 適用於(yu) 幹粉類的隔聲塗層，對於(yu) 濕漿類的隔音塗料不適用。
所以結合產(chan) 品的應用情況，將性能分拆，參考以下標準進行測試：隔音性能：T/GDJSKB 007—2022《建築樓板用隔聲塗料》撞擊聲改善量；GB/T 19889.8—2006《重質標準樓板覆麵層撞擊聲改善量的實驗室測量》；GB/T50121—2005《建築隔聲評價(jia) 標準》。塗料性能：JG/T 24—2018《合成樹脂砂壁狀建築塗料》內(nei) 牆型，重點測試粘結強度 。燃燒性能：GB/T 11785—2005《鋪地材料的燃燒性能測定》臨(lin) 界熱輻射通量 CHF；GB/T 14402—2007《建築材料及製品的燃燒性能 燃燒值的測定》；GB/T 5464—2010《建 築 材 料 不 燃 性 試 驗 方 法》；GB8624—2012《建築材料及製品燃燒性能分級》分級 。環保性能：GB/T 18582—2020《建築用牆麵塗料有害物質限量》，內(nei) 牆塗料規定。

2、結果與(yu) 討論

2.1 隔音材料對隔音性能的影響

隔音有兩(liang) 種方式：其一為(wei) 阻擋聲音的傳(chuan) 播，通常來講密度越大的構件，對聲波的吸收更少，更容易反射聲能。這類應用於(yu) 樓板材質通常為(wei) 瓷磚、大理石地板等。並且是厚度越大，阻隔效果越好；其二為(wei) 吸收入射聲能，聲波傳(chuan) 入材料內(nei) 部，在材料內(nei) 部振動摩擦，轉化為(wei) 熱能。這種材料一般為(wei) 纖維狀或中空結構，本隔音塗料挑選0.5~1 mm海泡石纖維、1~3 mm矽酸鋁纖維、90~120 目膨脹珍珠岩、90~120 目聚顆粒作為(wei) 隔音材料按表2配方製備塗料，進行隔音效果對比測試。
對比方法為(wei) ：

（1）將按表 2 製備的隔音塗料在 20cm×30 cm×0.7cm的中密度石棉水泥板上製備3 mm的漆膜，空白試驗采用符合 JC/T 2326—2015《建築用找平砂漿》的砂漿製膜，標準環境養(yang) 護7 d；

（2）將製得的試板兩(liang) 端用墊塊墊高20 cm,用直徑為(wei) 1 cm的鋼珠，從(cong) 距離試板 30 cm 的高處自由落體(ti) 撞擊試板中心位置；

（3）用數字噪聲計置於(yu) 試板底板中心地麵上，測量鋼球撞擊時的分貝值。根據分貝值的大小，評估各隔音材料的隔音效果。結果見表3。

從(cong) 表 3 可以看出，采用了隔音材料後，撞擊聲分貝值都會(hui) 有不同程度的降低。這與(yu) 各種材料的結構有關(guan) ：海泡石纖維狀呈毛發狀、針狀，具有獨特的理化性能，它的比表麵積高（可達 800~900 m/g），孔隙率大，擁有很強的吸附與(yu) 催化能力。矽酸鋁纖維是一種新型、輕質、節能的耐火材料，以焦寶石為(wei) 主要原料，經 2100 ℃的高溫熔化後，用高速離心法工藝加工而製成的棉絲(si) 狀無機纖維。采用 SEM 對矽酸鋁纖維的微觀形貌進行觀察，發現矽酸鋁纖維呈圓柱形，表麵非常光滑，吸音性好，對 500 Hz 以上中、高波可吸收80%以上，這種1~3 mm的長纖維，還起到提升塗層抗裂性的作用 。
膨脹珍珠岩是珍珠岩礦經過不同溫度的梯度加熱方式，使得珍珠岩礦內(nei) 部膨脹，表麵熔融封閉，形成內(nei) 部為(wei) 蜂窩狀結構的顆粒。聲波在這種微小連通的孔隙中，碰撞摩擦轉變為(wei) 熱能。聚苯顆粒雖然具有吸音性能，但是該材料易燃，所以不作為(wei) 隔音塗料使用。

2.2 塗層厚度對隔音性能的影響

參照團體(ti) 標準T/GDJSKB 007—2022《建築樓板用隔聲塗料》3.4撞擊聲改善量規範的測試方法：140 mm鋼筋混凝土樓板覆蓋 3 mm/5 mm 隔聲塗料、40 mm 普通水泥砂漿(水泥砂比為(wei) 1∶3)、10 mm 瓷磚之後三分之一倍頻程的規範化撞擊聲壓級的降低量。以表 2隔音塗料基礎配方製備樣料進行測試，在計權規範化撞擊聲壓級 L _n,w =78 dB 的鋼筋混凝土樓板上分別製備 3mm、4 mm、5 mm 的塗膜後，進行撞擊聲隔聲壓級  L _n,w  測試，計算出計權撞擊聲壓級改善量 △L_w ，結果見表4。

由表 4 可知，塗裝隔音塗料後計權規範化撞擊聲壓級  L _n,w  為(wei) 66 dB,依據 GB 50118—2010《民用建築隔聲設計規範》中的樓板撞擊聲隔聲標準，該樓板構造撞擊聲隔聲性能達到住宅建築、學校建築、旅館建築的相應等級標準。而塗層厚度有 3 mm 增加到 5 mm,計權撞擊計權撞擊聲壓級改善量 △L_w 提升 1 dB。考慮到塗層過厚，對漆膜的幹燥時間及耗量會(hui) 有影響，該隔音塗層最佳厚度控製為(wei) 3 mm。

2.3 聚合物乳液與(yu) 矽酸鉀的選擇和配比

聚合物乳液和矽酸鹽溶液作為(wei) 隔音塗料體(ti) 係的主要成膜物質，是塗層物理性能的保證。選擇適宜的有機聚合物乳液和無機矽酸鹽溶液就非常重要。
2.3.1矽酸鉀的選擇

在隔音塗料體(ti) 係中，矽酸鉀的主要功能是和基材中無機鹽類、金屬氧化物生成新的矽酸鹽無機高分子化合物，通過化學鍵與(yu) 基體(ti) 牢固結合形成一體(ti) ，賦予隔音塗料固化後的錨固作用；同時又在隔音塗料表麵提供了可以與(yu) 矽酸鹽水泥產(chan) 生物理和化學結合的活性基團，提高與(yu) 麵層粘結砂漿的拉伸粘接強度。但因矽酸鉀堿性高、耐水性差，不能單獨應用於(yu) 塗料體(ti) 係中，需要與(yu) 丙烯酸乳液複配使用。
矽酸鉀的模數對成型後塗膜的物理化學性能有很大影響，最常用的矽酸鉀的最適宜模數是 3.5~4.0，模數過低時幹燥速度慢，耐水耐擦洗性能差；模數過高時粘結力不夠，幹燥收縮應力大，易發生開裂粉化，均不宜使用。
綜上所述，本研究挑選了模數 3.9，固含量 30%左右的穩定化處理過的矽酸鉀INOCOT 330。
2.3.2聚合物乳液的選擇

在本隔音塗料中，有機乳液的主要功能是形成較為(wei) 連續致密的有機塗膜，賦予阻尼材料粘附性、耐水性、耐久性；同時用於(yu) 此體(ti) 係的聚合物乳液還需具備以下特性：

（1）高耐堿性，因矽酸鉀溶液pH值在12左右，聚合物乳液必須能在 11~12 的高 pH 值下長期保持穩定；

（2）貯存穩定性好，與(yu) 矽酸鹽溶液混合後無明顯變化，不發生後增稠現象；

（3）同矽酸鹽溶液相容性好，形成的塗膜清晰透明。按照以上技術要求和原則，需對乳液與(yu) 矽酸鉀混合進行相容性測試：采用市場上的不同廠家針對矽酸鉀複配開發的乳液，按表5配方製備混合液。

相容性測試方法為(wei) ：

（1）漆膜外觀：將製備的混合液在玻璃板上用塗膜製備器製備100 μm的塗膜，觀察塗膜是否有顆粒、膠凝。相容性好的漆膜透明無顆粒。
（2）耐水性：將製備的混合液在玻璃板上用塗膜製備器製備 100 μm 的塗膜，在 25 ℃、相對濕度 50%的標準環境幹燥7 d後，置於(yu) 水中浸泡96 h，取出觀察漆膜是否有發白、軟化現象。
（3）貯存後漆膜外觀：將製備好的混合液置於(yu) 50 ℃烘箱，放置 15 d 後取出，在玻璃板上用塗膜製備器製備100 μm的塗膜，觀察塗膜是否有顆粒、膠凝。測試結果見表6。由表 6 可知，剛混合的漆膜外觀都透明無顆粒，但經過貯存後保立佳 BLJ-833W 出現有輕微顆粒，巴德富 BATF-837A 出現黏度升高，無法製膜的現象。主要原因為(wei) 乳液裏含羧基的單體(ti) 在堿性條件下，會(hui) 強烈電離，產(chan) 生同電荷排斥和充分的溶劑化作用，導致乳液溶脹，吸水率增加，黏度升高。乳液必須要具有非常好的耐堿性，才能保證與(yu) 矽酸鉀混合後不水解。耐堿性一定程度上取決(jue) 於(yu) 在共聚物中所占的比例。所以綜合測評結果，BATF-9569的性能指標優(you) 於(yu) 其他型號，符合隔音塗料的要求。

2.3.3聚合物乳液與(yu) 矽酸鉀的配比保持

隔音塗料體(ti) 係中其他的組分不變，改變聚合物乳液（BATF-5969）與(yu) 矽酸鉀（INOCOT 330）質量比，測試其塗層性能及燃燒性能。塗層性能參考 JG/T24—2018《合成樹脂砂壁狀塗料》測試其粘結強度、耐水性。燃燒性能按 GB8624—2012《建築材料及製品燃燒性能分級》分級裏 5.1.2 鋪地材料燃燒等級 A2級要求進行總熱值的測試，結果如表7所示。由表 7 可以看出，當主成膜物質全部是無機矽酸鉀時，不能形成較為(wei) 連續的界麵增強塗膜，對阻尼材料顆粒也沒有加固，因而沒有起到粘結加強作用，遇水即潰散；其總熱值處於(yu) 最低值，這是由於(yu) 丙烯酸乳液幹膜屬於(yu) 有機物，完全燃燒放出熱量，熱值高。矽酸鉀的熔點為(wei) 976 ℃，為(wei) 不燃物，發熱量低。

隨著有機的聚合物乳液比例的提升，粘結強度直接提升，在聚合物乳液占到40%，能夠形成較為(wei) 連續的塗膜以後，就沒有明顯的提升，當成膜物質全部是聚合物乳液後，缺乏無機矽酸鉀對基層的滲透加強作用，粘結強度又有所下降，且總熱值已超過燃燒等級 A2 的低於(yu) 3.0 MJ/kg的要求；而對於(yu) 粘結強度，則在 m （聚合物乳液）∶ m （矽酸鉀）=50∶50 時，出現了明顯的峰值，隨後又逐步下降。因此，綜合塗層性能與(yu) 燃燒性能來考量，隔音塗料主要成分聚合物乳液與(yu) 矽酸鉀最適宜的配比為(wei) 50∶50。

3、結 語

本研究成功製備出一種具有良好的隔音效果、阻燃性及環保性能的新型建築樓板隔音塗料。結果表明，通過使用阻尼材料矽酸鋁纖維、海泡石纖維、膨脹珍珠岩作為(wei) 吸音填料，製備3 mm的塗膜，即可顯著降低計權撞擊聲壓級，隔聲性能達到住宅建築、學校建築、旅館建築的相應等級標準。無機矽酸鉀與(yu) 聚合物乳液的合理配比，使得塗層的理化性能與(yu) 燃燒性能均能滿足使用要求。且所使用材料無重金屬及揮發性有害物質，使隔音塗料的應用安全性得以提升，具有較高的工程應用價(jia) 值。

完整內(nei) 容請見《塗層與(yu) 防護》2024年第04期