胡中源，张旭涛，姚伟
（固克节能科技股份有限公司，福建厦门361001）
摘要：主要研究了一种新型建筑楼板隔音涂料的制备，包括材料选择，制备工艺和性能测试。结果表明，采用该隔音涂料计权撞击声压级改善量ΔLw=12 dB，燃烧性能达到A2级，环境友好性能符合GB 18582-2020内墙涂料要求，为建筑楼板隔音涂料的应用提供了理论依据和实际指导。
关键词：建筑隔音涂料 计权撞击声压级改善量 燃烧性能分级 黏结强度
0、引 言
随着城市化进程的加快，现代住宅大多是多层结构，随着人们生活水平的提高，对地板隔音的需求也日增高。声音的传导方式分为两种：气动音与震动音。当声音或物体直接撞击到地板时，会形成震动传导，为了防止声音震动穿过楼板，需要将震动衰减以阻止声音穿过。为了规范住宅对楼板隔音的要求，GB50118—2010《民用建筑隔声规范》对住宅建筑楼板撞击声规定值为≤75dB，学校、医院、旅馆的规定值更低国内的楼板普遍厚度仅为 10~12 cm,无法达到国标对于撞击声的要求，需做隔音措施才能符合标准的要求。现有的建筑建材中，主要通过隔音砂浆或隔音板的利用而取得隔音效果。
然而，隔音砂浆作为木屑水泥基材料在建筑中应用，随着水泥固化，水分挥发而出现干缩开裂，或是因为水泥硬而脆产生塑性开裂，严重影响涂层并导致开裂；对于隔音板，多采用含有气泡膜的发泡隔音板或是掺入隔音纤维的隔音板，这类隔音材料虽然隔音效果好，但是发泡隔音板自身强度差，极易受到外力破坏，需要对其做良好的保护层，而隔音纤维多为玻璃纤维形成的棉体，对人体有害且不环保，并且隔音板大多自身不具有粘接能力。
因此，本研究旨在制备一种具有良好的隔音效果、阻燃性及环保性能的薄层建筑楼板隔音涂料。通过对不同的隔音原料的实验测试数据，为今后建筑隔音涂料的研发和应用提供理论支持和实践指导。
1、试验部分
1.1原料
聚丙烯酸钠盐分散剂 SN-5040：日本诺普科；海泡石纤维：0.5~1 mm，河北宏利海泡石绒有限公司；木质纤维 PWC-500：德国瑞登梅尔；丙烯酸聚合物乳液BATF-5969：佛山市顺德区巴德富实业有限公司；丙烯酸聚合物乳液 BATF-837A: 佛山市顺德区巴德富实业有限公司；丙烯酸聚合物乳液 ROSF-5588:广州罗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: 德国巴斯夫；硅酸钾 INOCOT330：瑞士范博迩利；膨胀珍珠岩：闭口 90~120 目，灵寿县硕隆矿产品加工厂；硅酸铝纤维：1~3 mm, 灵寿县硕隆矿产品加工厂；成膜助剂 TEXANOL（2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯）：工业级, 齐鲁伊士曼精细化工有限公司；防腐剂 lxe：美国特洛伊；羟乙基纤维素 250HBR：美国亚跨龙；涂料助剂（乙二醇、润湿剂、消泡剂、pH调节剂等）：工业级，市售。
1.2 仪器
WDW-50C 型微机控制电子万能试验机：上海华龙测试仪器股份有限公司；研磨分散搅拌多用机：上海现代环境工程技术有限公司；可程式恒温恒湿试验箱：上海沪升实验仪器厂；HZT-A 600电子天平：标格达精密仪器有限公司；MU3028 建筑材料不燃烧试验机：上海牟景实业有限公司；JL-1 建筑材料燃烧热值试验仪：方测精密仪器（深圳）有限公司；数字噪音计：得力集团有限公司。
1.3 基础配方
隔音涂料成品分两步制备：先制备硅酸铝纤维浆作为半成品备用，制备成品时再将硅酸铝纤维浆加入。
1.4 制备工艺
1.4.1 硅酸铝纤维浆的制备
研磨分散机在 500~800 r/min 中低速旋转下，按表 1 配方依次投入原料，完全投入后，将速度提升至1500 r/min高速分散10 min，得到硅酸铝纤维浆。
1.4.2 隔音涂料成品制备
研磨分散机在 500~800 r/min 中低速旋转下，按表 2 配方依次投入原料，完全投入后，将速度提升至1200 r/min高速分散10 min。
1.5 试验方法与性能测试
目前隔音涂料相关的标准有：团体标准 T/GDJSKB 007—2022《建筑楼板用隔声涂料》，但该标准在国内无检测机构可出具检测报告，且该标准中抗压强度是根据GB 14907—2018规定的6.4.5方法进行试验，需要制备 70.5 mm×70.5 mm×70.5 mm 的试块。由于隔音涂料是以丙烯酸乳液作为成膜物，制备该尺寸的试块，无法干燥检测。而 JC/T 2707—2022《隔声砂浆》仅适用于干粉类的隔声涂层，对于湿浆类的隔音涂料不适用。
所以结合产品的应用情况，将性能分拆，参考以下标准进行测试：隔音性能：T/GDJSKB 007—2022《建筑楼板用隔声涂料》撞击声改善量；GB/T 19889.8—2006《重质标准楼板覆面层撞击声改善量的实验室测量》；GB/T50121—2005《建筑隔声评价标准》。涂料性能：JG/T 24—2018《合成树脂砂壁状建筑涂料》内墙型，重点测试粘结强度 。燃烧性能：GB/T 11785—2005《铺地材料的燃烧性能测定》临界热辐射通量 CHF；GB/T 14402—2007《建筑材料及制品的燃烧性能 燃烧值的测定》；GB/T 5464—2010《建 筑 材 料 不 燃 性 试 验 方 法》；GB8624—2012《建筑材料及制品燃烧性能分级》分级 。环保性能：GB/T 18582—2020《建筑用墙面涂料有害物质限量》，内墙涂料规定。
2、结果与讨论
2.1 隔音材料对隔音性能的影响
隔音有两种方式：其一为阻挡声音的传播，通常来讲密度越大的构件，对声波的吸收更少，更容易反射声能。这类应用于楼板材质通常为瓷砖、大理石地板等。并且是厚度越大，阻隔效果越好；其二为吸收入射声能，声波传入材料内部，在材料内部振动摩擦，转化为热能。这种材料一般为纤维状或中空结构，本隔音涂料挑选0.5~1 mm海泡石纤维、1~3 mm硅酸铝纤维、90~120 目膨胀珍珠岩、90~120 目聚苯颗粒作为隔音材料按表2配方制备涂料，进行隔音效果对比测试。
对比方法为：
（1）将按表 2 制备的隔音涂料在 20cm×30 cm×0.7cm的中密度石棉水泥板上制备3 mm的漆膜，空白试验采用符合 JC/T 2326—2015《建筑用找平砂浆》的砂浆制膜，标准环境养护7 d；
（2）将制得的试板两端用垫块垫高20 cm,用直径为1 cm的钢珠，从距离试板 30 cm 的高处自由落体撞击试板中心位置；
（3）用数字噪声计置于试板底板中心地面上，测量钢球撞击时的分贝值。根据分贝值的大小，评估各隔音材料的隔音效果。结果见表3。
从表 3 可以看出，采用了隔音材料后，撞击声分贝值都会有不同程度的降低。这与各种材料的结构有关：海泡石纤维状呈毛发状、针状，具有独特的理化性能，它的比表面积高（可达 800~900 m/g），孔隙率大，拥有很强的吸附与催化能力。硅酸铝纤维是一种新型、轻质、节能的耐火材料，以焦宝石为主要原料，经 2100 ℃的高温熔化后，用高速离心法工艺加工而制成的棉丝状无机纤维。采用 SEM 对硅酸铝纤维的微观形貌进行观察，发现硅酸铝纤维呈圆柱形，表面非常光滑，吸音性好，对 500 Hz 以上中、高波可吸收80%以上，这种1~3 mm的长纤维，还起到提升涂层抗裂性的作用 。
膨胀珍珠岩是珍珠岩矿经过不同温度的梯度加热方式，使得珍珠岩矿内部膨胀，表面熔融封闭，形成内部为蜂窝状结构的颗粒。声波在这种微小连通的孔隙中，碰撞摩擦转变为热能。聚苯颗粒虽然具有吸音性能，但是该材料易燃，所以不作为隔音涂料使用。
2.2 涂层厚度对隔音性能的影响
参照团体标准T/GDJSKB 007—2022《建筑楼板用隔声涂料》3.4撞击声改善量规范的测试方法：140 mm钢筋混凝土楼板覆盖 3 mm/5 mm 隔声涂料、40 mm 普通水泥砂浆(水泥砂比为 1∶3)、10 mm 瓷砖之后三分之一倍频程的规范化撞击声压级的降低量。以表 2隔音涂料基础配方制备样料进行测试，在计权规范化撞击声压级 L n,w =78 dB 的钢筋混凝土楼板上分别制备 3mm、4 mm、5 mm 的涂膜后，进行撞击声隔声压级 L n,w 测试，计算出计权撞击声压级改善量 △Lw ，结果见表4。
由表 4 可知，涂装隔音涂料后计权规范化撞击声压级 L n,w 为 66 dB,依据 GB 50118—2010《民用建筑隔声设计规范》中的楼板撞击声隔声标准，该楼板构造撞击声隔声性能达到住宅建筑、学校建筑、旅馆建筑的相应等级标准。而涂层厚度有 3 mm 增加到 5 mm,计权撞击计权撞击声压级改善量 △Lw 提升 1 dB。考虑到涂层过厚，对漆膜的干燥时间及耗量会有影响，该隔音涂层最佳厚度控制为3 mm。
2.3 聚合物乳液与硅酸钾的选择和配比
聚合物乳液和硅酸盐溶液作为隔音涂料体系的主要成膜物质，是涂层物理性能的保证。选择适宜的有机聚合物乳液和无机硅酸盐溶液就非常重要。
2.3.1硅酸钾的选择
在隔音涂料体系中，硅酸钾的主要功能是和基材中无机盐类、金属氧化物生成新的硅酸盐无机高分子化合物，通过化学键与基体牢固结合形成一体，赋予隔音涂料固化后的锚固作用；同时又在隔音涂料表面提供了可以与硅酸盐水泥产生物理和化学结合的活性基团，提高与面层粘结砂浆的拉伸粘接强度。但因硅酸钾碱性高、耐水性差，不能单独应用于涂料体系中，需要与丙烯酸乳液复配使用。
硅酸钾的模数对成型后涂膜的物理化学性能有很大影响，最常用的硅酸钾的最适宜模数是 3.5~4.0，模数过低时干燥速度慢，耐水耐擦洗性能差；模数过高时粘结力不够，干燥收缩应力大，易发生开裂粉化，均不宜使用。
综上所述，本研究挑选了模数 3.9，固含量 30%左右的稳定化处理过的硅酸钾INOCOT 330。
2.3.2聚合物乳液的选择
在本隔音涂料中，有机乳液的主要功能是形成较为连续致密的有机涂膜，赋予阻尼材料粘附性、耐水性、耐久性；同时用于此体系的聚合物乳液还需具备以下特性：
（1）高耐碱性，因硅酸钾溶液pH值在12左右，聚合物乳液必须能在 11~12 的高 pH 值下长期保持稳定；
（2）贮存稳定性好，与硅酸盐溶液混合后无明显变化，不发生后增稠现象；
（3）同硅酸盐溶液相容性好，形成的涂膜清晰透明。按照以上技术要求和原则，需对乳液与硅酸钾混合进行相容性测试：采用市场上的不同厂家针对硅酸钾复配开发的乳液，按表5配方制备混合液。
相容性测试方法为：
（1）漆膜外观：将制备的混合液在玻璃板上用涂膜制备器制备100 μm的涂膜，观察涂膜是否有颗粒、胶凝。相容性好的漆膜透明无颗粒。
（2）耐水性：将制备的混合液在玻璃板上用涂膜制备器制备 100 μm 的涂膜，在 25 ℃、相对湿度 50%的标准环境干燥7 d后，置于水中浸泡96 h，取出观察漆膜是否有发白、软化现象。
（3）贮存后漆膜外观：将制备好的混合液置于50 ℃烘箱，放置 15 d 后取出，在玻璃板上用涂膜制备器制备100 μm的涂膜，观察涂膜是否有颗粒、胶凝。测试结果见表6。由表 6 可知，刚混合的漆膜外观都透明无颗粒，但经过贮存后保立佳 BLJ-833W 出现有轻微颗粒，巴德富 BATF-837A 出现黏度升高，无法制膜的现象。主要原因为乳液里含羧基的单体在碱性条件下，会强烈电离，产生同电荷排斥和充分的溶剂化作用，导致乳液溶胀，吸水率增加，黏度升高。乳液必须要具有非常好的耐碱性，才能保证与硅酸钾混合后不水解。耐碱性一定程度上取决于苯乙烯在共聚物中所占的比例。所以综合测评结果，BATF-9569的性能指标优于其他型号，符合隔音涂料的要求。
2.3.3聚合物乳液与硅酸钾的配比保持
隔音涂料体系中其他的组分不变，改变聚合物乳液（BATF-5969）与硅酸钾（INOCOT 330）质量比，测试其涂层性能及燃烧性能。涂层性能参考 JG/T24—2018《合成树脂砂壁状涂料》测试其粘结强度、耐水性。燃烧性能按 GB8624—2012《建筑材料及制品燃烧性能分级》分级里 5.1.2 铺地材料燃烧等级 A2级要求进行总热值的测试，结果如表7所示。由表 7 可以看出，当主成膜物质全部是无机硅酸钾时，不能形成较为连续的界面增强涂膜，对阻尼材料颗粒也没有加固，因而没有起到粘结加强作用，遇水即溃散；其总热值处于最低值，这是由于丙烯酸乳液干膜属于有机物，完全燃烧放出热量，热值高。硅酸钾的熔点为 976 ℃，为不燃物，发热量低。
随着有机的聚合物乳液比例的提升，粘结强度直接提升，在聚合物乳液占到40%，能够形成较为连续的涂膜以后，就没有明显的提升，当成膜物质全部是聚合物乳液后，缺乏无机硅酸钾对基层的渗透加强作用，粘结强度又有所下降，且总热值已超过燃烧等级 A2 的低于3.0 MJ/kg的要求；而对于粘结强度，则在 m （聚合物乳液）∶ m （硅酸钾）=50∶50 时，出现了明显的峰值，随后又逐步下降。因此，综合涂层性能与燃烧性能来考量，隔音涂料主要成分聚合物乳液与硅酸钾最适宜的配比为50∶50。
3、结 语
本研究成功制备出一种具有良好的隔音效果、阻燃性及环保性能的新型建筑楼板隔音涂料。结果表明，通过使用阻尼材料硅酸铝纤维、海泡石纤维、膨胀珍珠岩作为吸音填料，制备3 mm的涂膜，即可显著降低计权撞击声压级，隔声性能达到住宅建筑、学校建筑、旅馆建筑的相应等级标准。无机硅酸钾与聚合物乳液的合理配比，使得涂层的理化性能与燃烧性能均能满足使用要求。且所使用材料无重金属及挥发性有害物质，使隔音涂料的应用安全性得以提升，具有较高的工程应用价值。
完整内容请见《涂层与防护》2024年第04期
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