一种高吸音聚氨酯行李箱复合地毯及其加工工艺的制作方法

1.本发明涉及地毯领域，具体是一种高吸音聚氨酯行李箱复合地毯及其加工工艺。


背景技术：

2.随着现代工业的发展，噪声污染越来越影响人们的身心健康、生活质量。因此噪声防治是现代社会重点关注问题。汽车的行李箱地毯是汽车行李箱舱内的主要部件，在支撑放置物品的同时起到隔热、隔音等作用。
3.由于汽车制造工艺的限制，为防止影响其他部件的组装，对行李箱地毯的厚度有一定限定，但是现有市场上的行李箱地毯的吸音隔音效果多与其厚度有关，在厚度无法增加的前提下，吸音效果不是很理想。
4.而聚氨酯类泡沫的多孔结构，可有效降低声音反射，改善声学环境，越来越成为噪声防治的焦点。但是，大多数聚氨酯泡沫材料仍多以石油基原料合成制备，不太符合现行低碳绿色理念。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种高吸音聚氨酯行李箱复合地毯及其加工工艺，以解决现有技术中的问题。
6.为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
7.一种高吸音聚氨酯行李箱复合地毯，用聚氨酯粘合剂将防水层、抗菌层、羊毛毯依次粘合得到复合地毯；聚氨酯泡沫在紫外照射下接枝甲基三氯硅烷得到防水层；聚氨酯泡沫在抗菌浸渍液中浸渍处理得到抗菌层；抗菌浸渍液由改性玄武岩鳞片与壳聚糖制备得到。
8.进一步的，按重量份数计，聚氨酯泡沫的组分含量为：多元醇140-148份、异佛尔酮二异氰酸酯100份、催化剂3.5-7份、液体石蜡6-8份、二甲基硅油7-9份、发泡剂5.5-9.7份。
9.进一步的，多元醇由聚乳酸二元醇、生物基多元醇复配得到，聚乳酸二元醇、生物基多元醇的质量比为1:3。
10.本发明采用聚乳酸二元醇、生物基多元醇来取代聚醚多元醇制备绿色生物基高吸音聚氨酯泡沫，利用绿色生物基高吸音聚氨酯泡沫在紫外照射后接枝甲基三氯硅烷，进一步疏水改性制备防水层；利用绿色生物基高吸音聚氨酯泡沫在抗菌浸渍液中接枝改性，进行抗菌吸音改性制备抗菌层；将防水层与抗菌层、羊毛毯通过聚氨酯粘合剂粘合得到一种高吸音、高抗菌、高防水的绿色生物基聚氨酯行李箱复合地毯。
11.进一步的，聚乳酸二元醇的制备包括以下步骤：将l-丙交酯升温至溶液清亮，真空脱水0.5h，氮气保护下，加入1,4
–
丁二醇、辛酸亚锡加热至140℃反应8h，真空脱轻组分1h，趁热倒出，冷却后即得聚乳酸二元醇。
12.进一步的，生物基多元醇的制备包括以下步骤：将粗甘油、辛酸亚锡加热到240℃反应7h，得到生物基多元醇。
13.进一步的，聚氨酯泡沫的制备包括以下步骤：将多元醇、催化剂、液体石蜡、二甲基硅油、发泡剂混合后，超声搅拌，加入异佛尔酮二异氰酸酯搅拌，倒入模具中自由发泡，结束后18-25℃下固化72h，从模具中取出后依次使用乙醇和去离子水进行超声清洗，烘干，得到聚氨酯泡沫。
14.进一步的，催化剂由三乙醇胺、辛酸亚锡、二月桂酸二丁基锡复配得到，所述三乙醇胺、辛酸亚锡、二月桂酸二丁基锡的质量比为3:2:2。
15.进一步的，发泡剂由去离子水、十二烷基硫酸钠、二氯甲烷复配得到，所述去离子水、十二烷基硫酸钠、二氯甲烷的质量比为(2-4):(0.5-0.7):(3-5)。
16.进一步的，一种高吸音聚氨酯行李箱复合地毯的加工工艺，包括如下步骤：
17.s1：制备聚氨酯泡沫；
18.s2：制备防水层：将s1制得的聚氨酯泡沫置于甲基三氯硅烷液中，在紫外灯照射下浸泡25-30min，取出干燥，得到防水层；
19.s3：制备抗菌浸渍液：取改性玄武岩鳞片、壳聚糖、去离子水搅拌，得到抗菌浸渍液；
20.s4：制备抗菌层：将s1制得的聚氨酯泡沫在s3制得的抗菌浸渍液中浸泡10-12h，干燥后得到抗菌层；
21.s5：将羊毛纤维在s3制得的抗菌浸渍液中浸泡10-12h，干燥后编织得到羊毛毯；
22.s6：用聚氨酯粘合剂依次将防水层、抗菌层、羊毛毯粘合后，得到一种高吸音聚氨酯行李箱复合地毯。
23.进一步的，紫外灯的波长为340-350nm，紫外照射时间为25-30min。
24.进一步的，甲基三氯硅烷液为体积分数为1％的甲基三氯硅烷/正己烷溶液。
25.进一步的，聚氨酯粘合剂为常州市金坛区华邦化工有限公司的聚氨酯粘合剂。
26.进一步的，抗菌浸渍液的制备包括以下步骤：将六水硝酸锌、5
–
(4
–
(1h
–
1,2,4
–
三唑
–1–
基)苄基)
–
1h
–
四唑、1,4
–
苯二甲酸、去离子水、乙腈混合，在18-25℃下搅拌10-15min，移至反应釜中在115-120℃反应115-120h，冷却至18-25℃加入玄武岩鳞片混合搅拌，得到改性玄武岩鳞片；改性玄武岩鳞片、壳聚糖、去离子水混合后在20-30℃下搅拌10-20min，得到抗菌浸渍液。
27.进一步的，玄武岩鳞片的尺寸为600-800nm。
28.当声波通过开孔结构传播到本发明制备的高吸音聚氨酯行李箱复合地毯的内部时，会使内部的空气分子发生振动，但是声波能量会因聚氨酯泡沫的丰富的孔隙结构及复杂的分子网络结构，通过粘性效应被减弱；其次，声波在聚氨酯泡沫中的多孔结构发生多次内部反射，会引起高吸音聚氨酯行李箱复合地毯中骨架结构共振，通过高吸音聚氨酯行李箱复合地毯的阻尼损失实现能量转换；并且声波会通过空气与聚氨酯泡沫中孔隙结构摩擦作用，将声能转化为热能，实现吸音性能的改善；
29.且在制备高吸音聚氨酯泡沫时限定水和物理发泡剂的含量，来提高聚氨酯泡沫的密度，使得聚氨酯泡沫对声波的共振作用减弱，且振动的空气分子与聚氨酯泡沫中孔壁的摩擦作用，使得声能转化为热能消散，极大地提升了复合地毯的吸音特性；同时，随着复合地毯中材料配比的限定，在增强复合地毯密度的同时，降低比孔体积，使得声波传输通道更加复杂，增加了声波传播中的曲折度并阻碍了声波的穿透，因而提升吸音性能。
30.本发明的有益效果：
31.本发明提供一种高吸音聚氨酯行李箱复合地毯及其加工工艺，采用绿色原料，得到的聚氨酯行李箱复合地毯具有高吸音、高抗菌、高防水性能。
32.选用可降解的聚乳酸二元醇、生物基多元醇为多元醇，通过一步法以异佛尔酮二异氰酸酯和多元醇为原料，限定水和物理发泡剂的含量，协同发泡制备高吸音聚氨酯泡沫；异氰酸酯与多元醇中的羟基发生反应生成氨基甲酸酯，提供复杂网络结构，通过限定多元醇中的组成比例，使高吸音聚氨酯泡沫玻璃化转变温度升高，大幅提高其热稳定性，提高聚氨酯泡沫的压缩强度。
33.常见的聚氨酯泡沫表面通常含有大量极性键，在吸油的同时也会吸收水，防水性能较差；本发明中通过自制的高吸音聚氨酯泡沫在紫外照射下接枝甲基三氯硅烷，进行疏水改性；甲基三氯硅烷在正己烷溶液中会发生水解和缩聚反应，生成的具有微米级粗糙结构的聚氯硅烷附在泡沫骨架表面上；低表面能的聚氯硅烷的存在提高了泡沫的疏水性能，使聚氨酯泡沫的水接触角变大。
34.玄武岩鳞片是由玄武岩纤维衍生出的一种新型绿色环保的鳞片材料，主要成分为sio2和al2o3，具有优异的力学性能、热稳定性、化学稳定性、吸音性能、电绝缘性能；将玄武岩鳞片引入自制的高吸音聚氨酯泡沫的网络后，玄武岩鳞片填充在聚氨酯泡沫中，减少了相互之间的氢键结合，增加网络孔隙，有利于增加聚氨酯泡沫的透气度，材料多孔性的增加改善吸音和隔热性能；
35.但是玄武岩鳞片属于无机材料，其表面化学性质惰性较强，鳞片间及鳞片与聚氨酯泡沫间难以产生化学结合，单独加入会降低聚氨酯泡沫的抗拉强度和压缩强度；
36.用有机配体对玄武岩鳞片进行改性，改善鳞片间及鳞片与聚氨酯泡沫间的结合力，解决单独加入会降低聚氨酯泡沫的抗拉强度和压缩强度的问题，通过柔性氮杂环配体、1,4
–
苯二甲酸作为辅助配体，得到具有更高水稳定性和化学稳定性的二维配位聚合物，改善玄武岩鳞片与聚氨酯泡沫的结合力，提高抗菌层的抗拉强度；引入壳聚糖后，与玄武岩鳞片、二维配位聚合物协同提升复合地毯的抗菌性能，且增加了声波传播中的曲折度，协同提升吸音性能。
附图说明
37.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
38.图1是本发明实施例、对比例的抗菌性测试，即测试样品的大肠杆菌抑菌率与金黄色葡萄球菌抑菌率图；
39.图2是本发明实施例、对比例测试样品的降噪系数图；
40.图3是本发明实施例、对比例测试样品的防水层的接触角图；
41.图4是本发明实施例、对比例测试样品的压缩强度图；
42.图5是本发明实施例、对比例测试样品的抗菌耐久性测试，即通过对复合地毯进行30次标准洗涤，测试样品的大肠杆菌抑菌率与金黄色葡萄球菌抑菌率图。
具体实施方式
43.下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
44.需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示诸如上、下、左、右、前、后
……
，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态如下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
45.以下结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明，应当理解，以下实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
46.实施例1
47.一种高吸音聚氨酯行李箱复合地毯的加工工艺，包括如下步骤：
48.s1：制备聚氨酯泡沫；
49.聚氨酯泡沫的制备包括以下步骤：将多元醇140g(聚乳酸二元醇35g、生物基多元醇105g)、催化剂(三乙醇胺1.5g、辛酸亚锡1g、二月桂酸二丁基锡1g)、液体石蜡6g、二甲基硅油7g、发泡剂(去离子水2g、十二烷基硫酸钠0.5g、二氯甲烷3g)混合后，超声搅拌，加入异佛尔酮二异氰酸酯100g搅拌，倒入模具中自由发泡，结束后18℃下固化72h，从模具中取出后依次使用乙醇和去离子水进行超声清洗，烘干，得到聚氨酯泡沫；
50.生物基多元醇的制备包括以下步骤：将2g粗甘油、0.5g辛酸亚锡加热到240℃反应7h，得到生物基多元醇；
51.聚乳酸二元醇的制备包括以下步骤：将4mll-丙交酯升温至溶液清亮，真空脱水0.5h，氮气保护下，加入1,4
–
丁二醇2ml、辛酸亚锡0.2g加热至140℃反应8h，真空脱轻组分1h，趁热倒出，冷却后即得聚乳酸二元醇；
52.s2：制备防水层：将s1制得的聚氨酯泡沫置于20ml体积分数为1％的甲基三氯硅烷/正己烷溶液中浸泡，在波长为340nm的紫外灯下照射时间为25min，取出干燥，得到防水层；
53.s3：制备抗菌浸渍液；
54.抗菌浸渍液的制备包括以下步骤：将六水硝酸锌0.20mmol、5
–
(4
–
(1h
–
1,2,4
–
三唑
–1–
基)苄基)
–
1h
–
四唑22.7mg、1,4
–
苯二甲酸0.10mmol、4.0ml去离子水、4.0ml乙腈混合，在18℃下搅拌10min，移至反应釜中在115℃反应115h，冷却至18℃加入尺寸为600nm的玄武岩鳞片混合搅拌，得到改性玄武岩鳞片，加入壳聚糖10mg、5ml去离子水在20℃下搅拌10min，得到抗菌浸渍液；
55.s4：制备抗菌层：将s1制得的聚氨酯泡沫在s3制得的抗菌浸渍液中超声浸泡10h，干燥后得到抗菌层；
56.s5：将羊毛纤维在s3制得的抗菌浸渍液中浸泡10h，干燥后编织得到羊毛毯；
57.s6：用聚氨酯粘合剂依次将防水层、抗菌层、羊毛毯粘合后，得到一种高吸音聚氨
酯行李箱复合地毯。
58.实施例2
59.一种高吸音聚氨酯行李箱复合地毯的加工工艺，包括如下步骤：
60.s1：制备聚氨酯泡沫；
61.聚氨酯泡沫的制备包括以下步骤：将多元醇144g(聚乳酸二元醇36g、生物基多元醇108g)、催化剂(三乙醇胺2g、辛酸亚锡1.3g、二月桂酸二丁基锡1.3g)、液体石蜡7g、二甲基硅油8g、发泡剂(去离子水3g、十二烷基硫酸钠0.6g、二氯甲烷4g)混合后，超声搅拌，加入异佛尔酮二异氰酸酯100g搅拌，倒入模具中自由发泡，结束后22℃下固化72h，从模具中取出后依次使用乙醇和去离子水进行超声清洗，烘干，得到聚氨酯泡沫；
62.生物基多元醇的制备包括以下步骤：将2g粗甘油、0.5g辛酸亚锡加热到240℃反应7h，得到生物基多元醇；
63.聚乳酸二元醇的制备包括以下步骤：将4mll-丙交酯升温至溶液清亮，真空脱水0.5h，氮气保护下，加入1,4
–
丁二醇2ml、辛酸亚锡0.2g加热至140℃反应8h，真空脱轻组分1h，趁热倒出，冷却后即得聚乳酸二元醇；
64.s2：制备防水层：将s1制得的聚氨酯泡沫置于20ml体积分数为1％的甲基三氯硅烷/正己烷溶液中浸泡，在波长为345nm的紫外灯下照射时间为28min，取出干燥，得到防水层；
65.s3：制备抗菌浸渍液；
66.抗菌浸渍液的制备包括以下步骤：将六水硝酸锌0.20mmol、柔性氮杂环配体5
–
(4
–
(1h
–
1,2,4
–
三唑
–1–
基)苄基)
–
1h
–
四唑22.7mg、1,4
–
苯二甲酸0.10mmol、4.0ml去离子水、4.0ml乙腈混合，在22℃下搅拌12min，移至反应釜中在118℃反应118h，冷却至22℃加入尺寸为700nm的玄武岩鳞片混合搅拌，得到改性玄武岩鳞片，加入壳聚糖10mg、5ml去离子水在25℃下搅拌15min，得到抗菌浸渍液；
67.s4：制备抗菌层：将s1制得的聚氨酯泡沫在s3制得的抗菌浸渍液中超声浸泡11h，干燥后得到抗菌层；
68.s5：将羊毛纤维在s3制得的抗菌浸渍液中浸泡11h，干燥后编织得到羊毛毯；
69.s6：用聚氨酯粘合剂依次将防水层、抗菌层、羊毛毯粘合后，得到一种高吸音聚氨酯行李箱复合地毯。
70.实施例3
71.一种高吸音聚氨酯行李箱复合地毯的加工工艺，包括如下步骤：
72.s1：制备聚氨酯泡沫；
73.聚氨酯泡沫的制备包括以下步骤：将多元醇148g(聚乳酸二元醇37g、生物基多元醇111g)、催化剂(三乙醇胺3g、辛酸亚锡2g、二月桂酸二丁基锡2g)、液体石蜡8g、二甲基硅油9g、发泡剂(去离子水4g、十二烷基硫酸钠0.7g、二氯甲烷5g)混合后，超声搅拌，加入异佛尔酮二异氰酸酯100g搅拌，倒入模具中自由发泡，结束后25℃下固化72h，从模具中取出后依次使用乙醇和去离子水进行超声清洗，烘干，得到聚氨酯泡沫；
74.生物基多元醇的制备包括以下步骤：将2g粗甘油、0.5g辛酸亚锡加热到240℃反应7h，得到生物基多元醇；
75.聚乳酸二元醇的制备包括以下步骤：将4mll-丙交酯升温至溶液清亮，真空脱水
0.5h，氮气保护下，加入1,4
–
丁二醇2ml、辛酸亚锡0.2g加热至140℃反应8h，真空脱轻组分1h，趁热倒出，冷却后即得聚乳酸二元醇；
76.s2：制备防水层：将s1制得的聚氨酯泡沫置于20ml体积分数为1％的甲基三氯硅烷/正己烷溶液中浸泡，在波长为350nm的紫外灯下照射时间为30min，取出干燥，得到防水层；
77.s3：制备抗菌浸渍液；
78.抗菌浸渍液的制备包括以下步骤：将六水硝酸锌0.20mmol、柔性氮杂环配体5
–
(4
–
(1h
–
1,2,4
–
三唑
–1–
基)苄基)
–
1h
–
四唑22.7mg、1,4
–
苯二甲酸0.10mmol、4.0ml去离子水、4.0ml乙腈混合，在25℃下搅拌15min，移至反应釜中在120℃反应120h，冷却至25℃加入尺寸为800nm的玄武岩鳞片混合搅拌，得到改性玄武岩鳞片，加入壳聚糖10mg、5ml去离子水在30℃下搅拌20min，得到抗菌浸渍液；
79.s4：制备抗菌层：将s1制得的聚氨酯泡沫在s3制得的抗菌浸渍液中超声浸泡12h，干燥后得到抗菌层；
80.s5：将羊毛纤维在s3制得的抗菌浸渍液中浸泡12h，干燥后编织得到羊毛毯；
81.s6：用聚氨酯粘合剂依次将防水层、抗菌层、羊毛毯粘合后，得到一种高吸音聚氨酯行李箱复合地毯。
82.对比例1
83.以实施例2为对照组，没有添加生物基多元醇，只添加聚乳酸二元醇144g，其他工序正常。
84.对比例2
85.以实施例2为对照组，没有添加聚乳酸二元醇，只添加生物基多元醇144g，其他工序正常。
86.对比例3
87.以实施例2为对照组，发泡剂只添加去离子水7.6g，没有添加十二烷基硫酸钠、二氯甲烷，其他工序正常。
88.对比例4
89.以实施例2为对照组，发泡剂只添加十二烷基硫酸钠3.6g、二氯甲烷4g，没有添加去离子水，其他工序正常。
90.对比例5
91.以实施例2为对照组，用玄武岩鳞片替换改性玄武岩鳞片，其他工序正常。
92.对比例6
93.以实施例2为对照组，没有添加改性玄武岩鳞片，其他工序正常。
94.对比例7
95.以实施例2为对照组，没有将聚氨酯泡沫放入20ml体积分数为1％的甲基三氯硅烷-正己烷溶液，在波长为350nm的紫外灯下照射30min，其他工序正常。
96.实施例1-3、对比例1-7中所用聚氨酯粘合剂为常州市金坛区华邦化工有限公司的聚氨酯粘合剂。
97.性能测试：对实施例1-3、对比例1-7中制备的复合地毯进行性能测试；
98.抗菌性：参考gb/t20944.3-2008的检测方法试验，菌种为革兰氏阳性菌金黄色葡
萄球菌、革兰氏阴性菌大肠杆菌；抑菌率分别如表1、图1所示；
99.抗菌耐久性：通过对复合地毯进行30次标准洗涤，测得抑菌率分别如表2、图5所示；
100.降噪系数：采用四通道数字信号采集系统和直径100mm、30mm的阻抗管，在100-6000hz进行测量，测试三次取平均值；降噪系数为复合地毯在250hz、500hz、1000hz、2000hz吸声系数的算术平均值；如表1、图2所示；
101.防水性：对复合地毯的防水层的接触角进行测定，如表1、图3所示；
102.压缩强度：采用伺服多功能材料试验机，在50kgf作用下以30mm/min速度进行应变为70％的压缩试验，如表1、图4所示；
103.[0104][0105]
表1
[0106]
[0107][0108]
表2
[0109]
根据表1、表2及图1、图2、图5可知，实施例1-3制备的复合地毯对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率均在99.7％以上；通过对地毯进行30次标准洗涤，测得抑菌率均在98％以上，抗菌耐久性高；在500-3000hz频率范围内，实施例1-3的降噪系数均有显著提升，具有优异的吸音性能；
[0110]
将实施例2与对比例1、对比例2进行对比，采用可降解的聚乳酸二元醇、生物基多元醇来取代聚醚多元醇，一步法制备高吸音聚氨酯泡沫，工序简单，原料绿色环保；通过限定多元醇的比例使高吸音聚氨酯泡沫玻璃化转变温度升高，大幅提高其热稳定性；
[0111]
将实施例2与对比例2、对比例3进行对比，限定水和物理发泡剂的含量协同发泡；提高聚氨酯泡沫的压缩强度；将实施例2与对比例1、对比例2、对比例7进行对比，通过自制的高吸音聚氨酯泡沫在紫外照射下接枝甲基三氯硅烷，进行疏水改性，生成的具有微米级粗糙结构的聚氯硅烷附在泡沫骨架表面上，使聚氨酯泡沫的水接触角变大。
[0112]
将实施例2与对比例5、对比例6进行对比，将玄武岩鳞片引入自制的高吸音聚氨酯泡沫的网络后，玄武岩鳞片填充在聚氨酯泡沫中，减少了相互之间的氢键结合，增加网络孔隙，有利于增加聚氨酯泡沫的透气度，材料多孔性的增加改善吸音和隔热性能。
[0113]
用配位体对玄武岩鳞片进行改性，改善鳞片间及鳞片与聚氨酯泡沫间难以产生化学结合，单独加入会降低聚氨酯泡沫的抗拉强度的问题，通过柔性氮杂环配体、1,4
–
苯二甲酸作为辅助配体，得到具有更高水稳定性和化学稳定性的二维配位聚合物，改善玄武岩鳞片与聚氨酯泡沫的结合力，提高抗菌层的压缩强度；引入壳聚糖后，与玄武岩鳞片、二维配位聚合物协同提升复合地毯的抗菌性能。
[0114]
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围。