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CN106675063A - 一种木质纤维素‑丙烯酸增强的防水阻燃型生物质板材及其制备方法 - Google Patents

一种木质纤维素‑丙烯酸增强的防水阻燃型生物质板材及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种木质纤维素‑丙烯酸增强的防水阻燃型生物质板材及其制备方法，其特征在于，以水稻秸秆、硫酸盐木浆、羧基改性硅油、明胶、纳米蒙脱土、乳化剂OP‑10、液体石蜡、松香、聚丙烯酸、磷酸三聚氰胺、硼酸、水滑石、松油、木质纤维素、单硬脂酸甘油酯、丙烯酸、过硫酸铵、N,N，‑亚甲基双丙烯酰胺等为原料。本发明向水稻秸秆中加入硫酸盐木浆分丝帚化，加入羧基改性硅油进行增强改性处理；纳米蒙脱土改性处理显著提高了板材的力学性能和尺寸稳定性；采用单凝聚法制备微胶囊防水剂；制备了磷酸三聚氰胺‑聚丙烯盐‑硼酸盐阻燃剂，与水滑石协同作用，阻燃效果更佳；得到一种木质纤维素‑丙烯酸增强的防水阻燃型生物质板材。

Description

一种木质纤维素-丙烯酸增强的防水阻燃型生物质板材及其 制备方法
技术领域
本发明涉及一种生物质板材的制备方法，具体涉及一种木质纤维素-丙烯酸增强的防水阻燃型生物质板材及其制备方法。
背景技术
我国是水稻生产大国，水稻秸秆资源丰富，可以用其制作生物质板材，缓解木材供应的压力，代替部分木制品和塑料制品，同时减少了塑料对环境的污染，也使水稻秸秆资源得到了更有效的利用。
张瑾在其研究生学位论文《利用水稻秸秆制作可完全降解的生物质板材》中，以水稻秸秆为原料，阐述了一种可完全降解的环境友好型材料-生物质板材的制作方法，采用纯物理方法，经过切碎、浸泡、磨解、热压成型等工艺之后，制成了具有一定强度的生物质板材。在制板材的过程中无任何化学试剂的添加，节约了成本，且废弃后可完全降解被土壤吸收，作为肥料再次利用，不会造成任何环境污染。但是板材存在性能不足。
本发明向水稻秸秆中加入硫酸盐木浆分丝帚化，加入增强剂羧基改性硅油进行增强改性处理，加入发泡剂松油；松香粉末作为填充剂有助于板材的压制，保证了板材的致密度，高温熔化可作为胶黏剂，不溶于水，加入可提高板材的耐水性；纳米蒙脱土改性处理可显著提高板材的力学性能和尺寸稳定性，蒙脱土与生物质混合过程中，发生交联反应，增加了互相作用；以乳化的液体石蜡为芯材，以充分溶解的明胶为壁材，加入促凝剂乙醇，采用单凝聚法制备微胶囊防水剂；制备了磷酸三聚氰胺-聚丙烯盐-硼酸盐阻燃剂，与水滑石协同作用，阻燃效果更佳；得到一种木质纤维素-丙烯酸增强的防水阻燃型生物质板材。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种木质纤维素-丙烯酸增强的防水阻燃型生物质板材及其制备方法，依照该工艺制备的生物质板材力学性能好、防水性好、阻燃性强。
本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：
水稻秸秆40-47，硫酸盐木浆3-5，羧基改性硅油2-4，明胶4-7，纳米蒙脱土5-8，乳化剂OP-10 1-3，液体石蜡2-5，松香2-4，聚丙烯酸3-5，磷酸三聚氰胺2-4，硼酸3-5，水滑石4-7，松油1-3，木质纤维素2-4，单硬脂酸甘油酯1-3，丙烯酸2-3，过硫酸铵0.1-0.2，N,N，-亚甲基双丙烯酰胺0.1-0.3，乙醇、蒸馏水适量。
一种木质纤维素-丙烯酸增强的防水阻燃型生物质板材及其制备方法，其特征在于，按以下步骤进行：
a. 将水稻秸秆晒干后用粉碎机剪为10-20mm的碎片，室温下用水浸泡2-4d，
机械磨解成纤维长度1-5mm，加入硫酸盐木浆，混合均匀，注入打浆机，分丝帚化使叩解度在25-350SR，缓慢搅拌加入羧基改性硅油，调pH为4-5；
b. 将明胶、纳米蒙脱土与蒸馏水混合，40-50℃水浴，搅拌溶解得A液；将
乳化剂OP-10、液体石蜡与松香混合，搅拌乳化1-2h得B液；将A、B液混合，搅拌均匀，加入乙醇，继续搅拌1-2h，调溶液pH为8-9，冰水浴中固化1-2h，经真空烘干、粉碎得微胶囊粉末；
c. 向聚丙烯酸中1:3-5加入蒸馏水，加热至70-90℃，搅拌下加入磷酸三聚氰胺、硼酸，超声分散，反应3-4h，冷却、抽滤，水洗3-5次，于80-90℃烘箱中干燥至恒重，再与水滑石混合研磨，得复合阻燃剂；
d.将木质纤维素、单硬脂酸甘油酯和蒸馏水混合，室温下通N2搅拌10-30min得A液；将丙烯酸溶于蒸馏水中，加入过硫酸铵、N,N，-亚甲基双丙烯酰胺、蒙脱土，搅拌均匀后加入A液中，升温至70-80℃保持2-4h，将产物置于烘箱中，70-90℃烘至恒重，粉碎，过200-400目网筛，备用；
e.将a、b、c、d所得物料混合，加入松油，搅拌1-2h，得均匀浆料，填充在模具中，用热压机在2-8MPa、110-160℃压缩2-4h成型，即得到一种木质纤维素-丙烯酸增强的的防水阻燃型生物质板材。
本发明的反应机理如下：
（1）向水稻秸秆中通过加入硫酸盐木浆分丝帚化，加入增强剂羧基改性硅油进行增强改性处理，加入发泡剂松油，制得一种蒙脱土改性的防水阻燃型生物质板材。
（2）松香粉末作为填充剂有助于板材的压制，保证了板材的致密度；松香高温熔化可作为胶黏剂；松香具有不溶于水的特性，加入可提高板材的耐水性；松香分子具有双键和羧基活性基团，可作为单体参与高温聚合，形成牢固的化学键，整个过程环保，低能耗，且制得的板材力学性能良好、耐水型优异。
纳米蒙脱土改性处理可显著提高板材的力学性能和尺寸稳定性，蒙脱土与生物质混合过程中，发生交联反应，增加了互相作用，处理后的蒙脱土-生物质复合板材的吸水性能降低，其尺寸稳定性得到了提高。
以乳化的液体石蜡为芯材，以充分溶解的明胶为壁材，加入促凝剂乙醇，采用单凝聚法制备微胶囊防水剂。
（3）制备了磷酸三聚氰胺-聚丙烯盐-硼酸盐阻燃剂，与水滑石协同作用，阻燃效果更佳；磷酸三聚氰胺分子中含磷、氮，不含卤，可发生P- N协同效应，阻燃效率高，热稳定性好；硼是一种环保型原料，硼-磷-氮之间存在阻燃协同效应；水滑石受热时失去层间水、碳酸根及羟基，大量吸热，起到阻燃作用，能吸收酸性气体和烟雾，起到抑烟、消烟的作用。
（4）以原位插层共聚法合成木质纤维素接枝丙烯酸/蒙脱土三维网络水凝胶，以单硬脂酸甘油酯为分散剂、以过硫酸铵为引发剂、以N,N，-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，提高了生物质板材的综合性能。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
实施例
一种木质纤维素-丙烯酸增强的防水阻燃型生物质板材及其制备方法，由下述重量份(g)的原料制得：
水稻秸秆47，硫酸盐木浆5，羧基改性硅油4，明胶4，纳米蒙脱土5，乳化剂OP-10 1，液体石蜡5，松香4，聚丙烯酸5，磷酸三聚氰胺4，硼酸5，水滑石4，松油1，木质纤维素2，单硬脂酸甘油酯1，丙烯酸3，过硫酸铵0.1，N,N，-亚甲基双丙烯酰胺0.1，乙醇、蒸馏水适量。
一种木质纤维素-丙烯酸增强的防水阻燃型生物质板材及其制备方法，其特征在于，按以下步骤进行：
a. 将水稻秸秆晒干后用粉碎机剪为10-20mm的碎片，室温下用水浸泡2d，
机械磨解成纤维长度1-5mm，加入硫酸盐木浆，混合均匀，注入打浆机，分丝帚化使叩解度在25-350SR，缓慢搅拌加入羧基改性硅油，调pH为4-5；
b. 将明胶、纳米蒙脱土与蒸馏水混合，40-50℃水浴，搅拌溶解得A液；乳
化剂OP-10、液体石蜡与松香混合，搅拌乳化1h得B液；将A、B液混合，搅拌均匀，加入乙醇，继续搅拌1h，调溶液pH为8-9，冰水浴中固化1h，经真空烘干、粉碎得微胶囊粉末；
c. 向聚丙烯酸中1:3加入蒸馏水，加热至70-80℃，搅拌下加入磷酸三聚氰胺、硼酸，超声分散，反应3h，冷却、抽滤，水洗3次，于80-90℃烘箱中干燥至恒重，再与水滑石混合研磨，得复合阻燃剂；
d.将木质纤维素、单硬脂酸甘油酯和蒸馏水混合，室温下通N2搅拌10-30min得A液；将丙烯酸溶于蒸馏水中，加入过硫酸铵、N,N，-亚甲基双丙烯酰胺、蒙脱土，搅拌均匀后加入A液中，升温至70-80℃保持2-4h，将产物置于烘箱中，70-90℃烘至恒重，粉碎，过200-400目网筛，备用；
e.将a、b、c、d所得物料混合，加入松油，搅拌1-2h，得均匀浆料，填充在模具中，用热压机在2-8MPa、110-160℃压缩2-4h成型，即得到一种木质纤维素-丙烯酸增强的防水阻燃型生物质板材。
上述实施例制备的一种木质纤维素-丙烯酸增强的防水阻燃型生物质板材性能检测结果如下所示：
静曲强度≥ 21.8MPa，弹性模量≥ 2015MPa，内结合强度≥ 0.54 MPa，吸水厚度膨胀率≤ 7.2%，含水率4.3-8.3%，极限氧指数为31%，阻燃等级可达UL 94V-0级，环保等级达到E1级。

Claims (2)

1.一种木质纤维素-丙烯酸增强的防水阻燃型生物质板材及其制备方法，其特征在于，由下述重量份的原料制得：
水稻秸秆40-47，硫酸盐木浆3-5，羧基改性硅油2-4，明胶4-7，纳米蒙脱土5-8，乳化剂OP-10 1-3，液体石蜡2-5，松香2-4，聚丙烯酸3-5，磷酸三聚氰胺2-4，硼酸3-5，水滑石4-7，松油1-3，木质纤维素2-4，单硬脂酸甘油酯1-3，丙烯酸2-3，过硫酸铵0.1-0.2，N,N，-亚甲基双丙烯酰胺0.1-0.3，乙醇、蒸馏水适量。
2.根据权利要求1所述的一种木质纤维素-丙烯酸增强的防水阻燃型生物质板材及其制备方法，其特征在于，按以下步骤进行：
a.将水稻秸秆晒干后用粉碎机剪为10-20mm的碎片，室温下用水浸泡2-4d，机械磨解成纤维长度1-5mm，加入硫酸盐木浆，混合均匀，注入打浆机，分丝帚化使叩解度在25-350SR，缓慢搅拌加入羧基改性硅油，调pH为4-5；
b.将明胶、纳米蒙脱土与蒸馏水混合，40-50℃水浴，搅拌溶解得A液；将乳化剂OP-10、液体石蜡与松香混合，搅拌乳化1-2h得B液；将A、B液混合，搅拌均匀，加入乙醇，继续搅拌1-2h，调溶液pH为8-9，冰水浴中固化1-2h，经真空烘干、粉碎得微胶囊粉末；
c. 向聚丙烯酸中1:3-5加入蒸馏水，加热至70-90℃，搅拌下加入磷酸三聚氰胺、硼酸，超声分散，反应3-4h，冷却、抽滤，水洗3-5次，于80-90℃烘箱中干燥至恒重，再与水滑石混合研磨，得复合阻燃剂；
d. 将木质纤维素、单硬脂酸甘油酯和蒸馏水混合，室温下通N2搅拌10-30min得A液；将丙烯酸溶于蒸馏水中，加入过硫酸铵、N,N，-亚甲基双丙烯酰胺、蒙脱土，搅拌均匀后加入A液中，升温至70-80℃保持2-4h，将产物置于烘箱中，70-90℃烘至恒重，粉碎，过200-400目网筛，备用；
e.将a、b、c、d所得物料混合，加入松油，搅拌1-2h，得均匀浆料，填充在模具中，用热压机在2-8MPa、110-160℃压缩2-4h成型，即得到一种木质纤维素-丙烯酸增强的的防水阻燃型生物质板材。
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