本发明公开了一种多孔木陶瓷复合材料的制备方法，属于建筑材料
技术领域：
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背景技术：
：木陶瓷，主要的原料是酚醛树脂浸渍过的木材（或木质材料）。原料在隔绝氧气的条件下烧结，制得木陶瓷。木陶瓷的制造工艺可分为三种：a.木质材料先经树脂浸渍后，炭化得到木陶瓷板材，然后再加工为成品；b.木质材料先经过切削加工成型，再用树脂浸渍，高温烧结，最后再进行磨削加工；c.木材纤维与酚醛树脂混合，硬化成型，然后进行高温烧结，再进行磨削加工。而整个木陶瓷的制造过程中，关键步骤是树脂浸渍及高温烧结木陶瓷。木陶瓷通常是由各种木质材料浸渍热固性树脂或液化木材后经高温真空碳化制成的，既是一种新型的环境友好型材料，又是一种新型的多孔碳材料。据报道，在碳化过程中，热固性树脂转变为玻璃态的硬碳，木粉转变为无定形的软碳，同时形成很多气孔，因此木陶瓷是由玻璃碳、无定形碳和气孔组成的。正是木陶瓷的这种特殊结构决定了木陶瓷具有很多优异的性能，如良好的隔热、耐磨擦磨损、耐腐蚀、阻尼、电学和电磁屏蔽等性能，以及高比表面积、轻质、多孔等特性。木陶瓷的原料来源广泛，如各种果渣、废纸、废弃的农作物和木质材料等。总而言之，木陶瓷性能优异，原料廉价，生产成本低且不污染环境，是一种新型的工程材料和生态材料。酶解木质素（ehl）是从生物质酶解制备功能性多糖、生物天然气、生物乙醇等生物炼制过程的残渣中提取出来的，整个提取过程都是在相对温和的条件下进行，木质素原有的很多功能团，如酚羟基、醇羟基和甲氧基等，都得到较好的保留。因此，酶解木质素相对于传统造纸工业得到的木质素产品具有更好的应用价值。合理利用酶解木质素，不仅能促进自然资源的有效利用，减少污染，而且能为生物炼制工业带来可观的经济利益。但是目前传统的木陶瓷还存在孔隙率低和力学性能不佳的问题，因此还需对其进行研究。技术实现要素：本发明主要解决的技术问题是：针对传统木陶瓷孔隙率低和力学性能不佳的问题，提供了一种多孔木陶瓷复合材料的制备方法。为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：（1）将木材干燥，粉碎，过80目的筛，得木粉；（2）将木粉与氢氧化钠溶液按质量比1：20～1：30混合浸泡，过滤，洗涤，干燥，得一次处理木粉；（3）将一次处理木粉与硫酸钠饱和溶液按质量比1：20～1：30混合超声，冷却结晶，过滤，得二次处理木粉；（4）将二次处理木粉与氯化钙溶液按重量比1：20～1：30混合浸泡，过滤，得三次处理木粉；（5）将三次处理木粉与海藻酸钠液按质量比1：20～1：30混合浸泡，过滤，干燥，得改性包覆木粉；（6）按重量份数计，将30～40份改性包覆木粉，40～50份酚醛树脂，10～20份聚丙烯酸锌树脂，10～20份正硅酸乙酯，5～8份硅烷偶联剂，5～8份固化剂搅拌混合，注模，固化，真空炭化，充氮高温反应，降温，即得多孔木陶瓷复合材料。步骤（1）所述木材为杨木，桦木，松木或柏木中的任意一种。步骤（3）所述硫酸钠饱和溶液为温度为20～22℃的硫酸钠饱和溶液。步骤（6）所述酚醛树脂为酚醛树脂2123或酚醛树脂2127中的任意一种。步骤（6）所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂kh-550，硅烷偶联剂kh-560或硅烷偶联剂kh-570中的任意一种。步骤（6）所述固化剂为二乙烯三胺，三乙烯四胺或二丙烯三胺中的任意一种。本发明的有益效果是：本发明技术方案，首先，木粉经过氢氧化钠溶液浸泡，氢氧化钠可分解木粉纤维表面半纤维素和木质素，使得木粉纤维细胞通透性得到进一步的改善，在后续硫酸钠饱和溶液浸泡过程中，硫酸钠饱和溶液快速渗透进入木粉中，而在冷却结晶过程中，硫酸钠结晶，形成十水合硫酸钠，接着通过浸泡氯化钙溶液和海藻酸钠液，使得木粉表面形成海藻酸钠包覆膜，将十水合硫酸钠固定在木粉中，在后期固化过程中，随着温度升高，十水硫酸钠晶体中结合水转变为游离水，重新形成硫酸钠溶液，在真空炭化过程中，由于改性包覆木粉内部压力大于外界，使得包覆膜破裂，内部的硫酸钠溶液渗出，聚丙烯酸锌树脂中锌离子可与海水中的钠离子发生离子交换，从而使聚丙烯酸锌树脂带有锌离子的一端变得可溶，部分聚丙烯酸锌树脂溶于水，形成水溶液，在体系中的移动扩散，同时，渗透出的水与正硅酸乙酯反应，生成的二氧化硅与乙醇，乙醇在高温条件下汽化，形成乙醇蒸汽，乙醇蒸汽协助聚丙烯酸锌树脂水溶液在体系中扩散，而水溶液的流动可携带生成的二氧化硅在体系中的扩散，在乙醇蒸汽，正硅酸乙酯水溶液和二氧化硅三者配合扩散作用下，进一步提升了体系的孔隙率，从而使得体系的保温性能得到进一步的提升，同时，液体扩散可使二氧化硅均匀分布在体系中的，在高温充氮条件下，二氧化硅，炭质和氮气反应，生成的氮化硅，生成的氮化硅均匀分布在孔道中，从而使得体系的力学性能得到提升。具体实施方式将海藻酸钠与水按质量比1：30～1：50置于1号烧杯中，用玻璃棒搅拌10～20min，静置溶胀3～4h，再将1号烧杯置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为80～85℃，转速为300～500r/min条件下，加热搅拌混合40～60min，即得海藻酸钠液；将木材置于烘干机中，于温度为105～110℃条件下，干燥至恒重，得干燥木材，接着将干燥木材置于粉碎机中粉碎，过70目的筛，得木粉；将木粉与质量分数为30～40%的氢氧化钠溶液按质量比1：20～1：30置于反应釜中，于转速为400～500r/min条件下，混合浸泡3～5h，得1号浸泡液，随后将1号浸泡液过滤，得滤渣，接着用质量分数为20～30%的盐酸将滤渣洗涤至洗涤液为中性，再将洗涤后的滤渣置于烘箱中，于温度为105～110℃条件下，干燥至恒重，得一次处理木粉；将一次处理木粉与硫酸钠饱和溶液按质量比1：20～1：30置于2号烧杯中，接着将2号烧杯置于超声分散仪中，于频率为55～75khz条件下，混合超声40～60min，得分散液，接着将分散液置于冰箱中冷却至2～4℃，静置冷却结晶6～8h后，得冷却液，随后将冷却液过滤，得二次处理木粉；将二次处理木粉与质量分数为20～30%的氯化钙溶液按重量比1：20～1：30置于2号烧杯中，于转速为200～300r/min条件下，混合浸泡1～5min，得2号浸泡液，再将2号浸泡液过滤，得三次处理木粉；将三次处理木粉与海藻酸钠液按质量比1：20～1：30置于3号烧杯中，于转速为200～300r/min条件下，混合浸泡10～20min，得3号浸泡液，再将3号浸泡液过滤，得滤饼，接着将滤饼置于烘箱中，于温度为105～110℃条件下，干燥至恒重，得改性包覆木粉；按重量份数计，将30～40份改性包覆木粉，40～50份酚醛树脂，10～20份聚丙烯酸锌树脂，10～20份正硅酸乙酯，5～8份硅烷偶联剂，5～8份固化剂置于混料机中，于转速为300～500r/min条件下，搅拌混合40～60min，得混合浆料，随后将混合浆料注入模具中，于温度为150～160℃条件下，固化40～60min，得坯料，接着将坯料置于真空烧结炭化炉中，并以5～8℃/min速率升温，将炉内温度升至1000～1100℃，于温度为1000～1100℃条件下，真空炭化1～2h后，降温，得预处理坯料，接着将预处理坯料置于烧结炉中，并以60～90ml/min速率向炉内充入氮气，于温度为1500～1600℃条件下，充氮高温反应2～3h后，随炉降至室温，即得多孔木陶瓷复合材料。所述木材为杨木，桦木，松木或柏木中的任意一种。所述硫酸钠饱和溶液为温度为20～22℃的硫酸钠饱和溶液。所述酚醛树脂为酚醛树脂2123或酚醛树脂2127中的任意一种。所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂kh-550，硅烷偶联剂kh-560或硅烷偶联剂kh-570中的任意一种。所述固化剂为二乙烯三胺，三乙烯四胺或二丙烯三胺中的任意一种。将海藻酸钠与水按质量比1：50置于1号烧杯中，用玻璃棒搅拌20min，静置溶胀4h，再将1号烧杯置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为85℃，转速为500r/min条件下，加热搅拌混合60min，即得海藻酸钠液；将木材置于烘干机中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，得干燥木材，接着将干燥木材置于粉碎机中粉碎，过70目的筛，得木粉；将木粉与质量分数为40%的氢氧化钠溶液按质量比1：30置于反应釜中，于转速为500r/min条件下，混合浸泡5h，得1号浸泡液，随后将1号浸泡液过滤，得滤渣，接着用质量分数为30%的盐酸将滤渣洗涤至洗涤液为中性，再将洗涤后的滤渣置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，得一次处理木粉；将一次处理木粉与硫酸钠饱和溶液按质量比1：30置于2号烧杯中，接着将2号烧杯置于超声分散仪中，于频率为75khz条件下，混合超声60min，得分散液，接着将分散液置于冰箱中冷却至4℃，静置冷却结晶8h后，得冷却液，随后将冷却液过滤，得二次处理木粉；将二次处理木粉与质量分数为30%的氯化钙溶液按重量比1：30置于2号烧杯中，于转速为300r/min条件下，混合浸泡5min，得2号浸泡液，再将2号浸泡液过滤，得三次处理木粉；将三次处理木粉与海藻酸钠液按质量比1：30置于3号烧杯中，于转速为300r/min条件下，混合浸泡20min，得3号浸泡液，再将3号浸泡液过滤，得滤饼，接着将滤饼置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，得改性包覆木粉；按重量份数计，将40份改性包覆木粉，50份酚醛树脂，20份聚丙烯酸锌树脂，20份正硅酸乙酯，8份硅烷偶联剂，8份固化剂置于混料机中，于转速为500r/min条件下，搅拌混合60min，得混合浆料，随后将混合浆料注入模具中，于温度为160℃条件下，固化60min，得坯料，接着将坯料置于真空烧结炭化炉中，并以8℃/min速率升温，将炉内温度升至1100℃，于温度为1100℃条件下，真空炭化2h后，降温，得预处理坯料，接着将预处理坯料置于烧结炉中，并以90ml/min速率向炉内充入氮气，于温度为1600℃条件下，充氮高温反应3h后，随炉降至室温，即得多孔木陶瓷复合材料。所述木材为杨木。所述硫酸钠饱和溶液为温度为22℃的硫酸钠饱和溶液。所述酚醛树脂为酚醛树脂2123。所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂kh-550。所述固化剂为二乙烯三胺。将海藻酸钠与水按质量比1：50置于1号烧杯中，用玻璃棒搅拌20min，静置溶胀4h，再将1号烧杯置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为85℃，转速为500r/min条件下，加热搅拌混合60min，即得海藻酸钠液；将木材置于烘干机中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，得干燥木材，接着将干燥木材置于粉碎机中粉碎，过70目的筛，得木粉；将木粉与质量分数为40%的氢氧化钠溶液按质量比1：30置于反应釜中，于转速为500r/min条件下，混合浸泡5h，得1号浸泡液，随后将1号浸泡液过滤，得滤渣，接着用质量分数为30%的盐酸将滤渣洗涤至洗涤液为中性，再将洗涤后的滤渣置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，得一次处理木粉；将一次处理木粉与硫酸钠饱和溶液按质量比1：30置于2号烧杯中，接着将2号烧杯置于超声分散仪中，于频率为75khz条件下，混合超声60min，得分散液，接着将分散液置于冰箱中冷却至4℃，静置冷却结晶8h后，得冷却液，随后将冷却液过滤，得二次处理木粉；将二次处理木粉与质量分数为30%的氯化钙溶液按重量比1：30置于2号烧杯中，于转速为300r/min条件下，混合浸泡5min，得2号浸泡液，再将2号浸泡液过滤，得三次处理木粉；将三次处理木粉与海藻酸钠液按质量比1：30置于3号烧杯中，于转速为300r/min条件下，混合浸泡20min，得3号浸泡液，再将3号浸泡液过滤，得滤饼，接着将滤饼置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，得改性包覆木粉；按重量份数计，将40份改性包覆木粉，50份酚醛树脂，20份聚丙烯酸锌树脂，8份硅烷偶联剂，8份固化剂置于混料机中，于转速为500r/min条件下，搅拌混合60min，得混合浆料，随后将混合浆料注入模具中，于温度为160℃条件下，固化60min，得坯料，接着将坯料置于真空烧结炭化炉中，并以8℃/min速率升温，将炉内温度升至1100℃，于温度为1100℃条件下，真空炭化2h后，降温，得预处理坯料，接着将预处理坯料置于烧结炉中，并以90ml/min速率向炉内充入氮气，于温度为1600℃条件下，充氮高温反应3h后，随炉降至室温，即得多孔木陶瓷复合材料。所述木材为杨木。所述硫酸钠饱和溶液为温度为22℃的硫酸钠饱和溶液。所述酚醛树脂为酚醛树脂2123。所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂kh-550。所述固化剂为二乙烯三胺。将海藻酸钠与水按质量比1：50置于1号烧杯中，用玻璃棒搅拌20min，静置溶胀4h，再将1号烧杯置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为85℃，转速为500r/min条件下，加热搅拌混合60min，即得海藻酸钠液；将木材置于烘干机中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，得干燥木材，接着将干燥木材置于粉碎机中粉碎，过70目的筛，得木粉；将木粉与质量分数为40%的氢氧化钠溶液按质量比1：30置于反应釜中，于转速为500r/min条件下，混合浸泡5h，得1号浸泡液，随后将1号浸泡液过滤，得滤渣，接着用质量分数为30%的盐酸将滤渣洗涤至洗涤液为中性，再将洗涤后的滤渣置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，得一次处理木粉；将一次处理木粉与硫酸钠饱和溶液按质量比1：30置于2号烧杯中，接着将2号烧杯置于超声分散仪中，于频率为75khz条件下，混合超声60min，得分散液，接着将分散液置于冰箱中冷却至4℃，静置冷却结晶8h后，得冷却液，随后将冷却液过滤，得二次处理木粉；将二次处理木粉与质量分数为30%的氯化钙溶液按重量比1：30置于2号烧杯中，于转速为300r/min条件下，混合浸泡5min，得2号浸泡液，再将2号浸泡液过滤，得三次处理木粉；将三次处理木粉与海藻酸钠液按质量比1：30置于3号烧杯中，于转速为300r/min条件下，混合浸泡20min，得3号浸泡液，再将3号浸泡液过滤，得滤饼，接着将滤饼置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，得改性包覆木粉；按重量份数计，将40份改性包覆木粉，50份酚醛树脂，20份正硅酸乙酯，8份硅烷偶联剂，8份固化剂置于混料机中，于转速为500r/min条件下，搅拌混合60min，得混合浆料，随后将混合浆料注入模具中，于温度为160℃条件下，固化60min，得坯料，接着将坯料置于真空烧结炭化炉中，并以8℃/min速率升温，将炉内温度升至1100℃，于温度为1100℃条件下，真空炭化2h后，降温，得预处理坯料，接着将预处理坯料置于烧结炉中，并以90ml/min速率向炉内充入氮气，于温度为1600℃条件下，充氮高温反应3h后，随炉降至室温，即得多孔木陶瓷复合材料。所述木材为杨木。所述硫酸钠饱和溶液为温度为22℃的硫酸钠饱和溶液。所述酚醛树脂为酚醛树脂2123。所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂kh-550。所述固化剂为二乙烯三胺。将海藻酸钠与水按质量比1：50置于1号烧杯中，用玻璃棒搅拌20min，静置溶胀4h，再将1号烧杯置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为85℃，转速为500r/min条件下，加热搅拌混合60min，即得海藻酸钠液；将木材置于烘干机中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，得干燥木材，接着将干燥木材置于粉碎机中粉碎，过70目的筛，得木粉；按重量份数计，将40份木粉，50份酚醛树脂，20份聚丙烯酸锌树脂，20份正硅酸乙酯，8份硅烷偶联剂，8份固化剂置于混料机中，于转速为500r/min条件下，搅拌混合60min，得混合浆料，随后将混合浆料注入模具中，于温度为160℃条件下，固化60min，得坯料，接着将坯料置于真空烧结炭化炉中，并以8℃/min速率升温，将炉内温度升至1100℃，于温度为1100℃条件下，真空炭化2h后，降温，得预处理坯料，接着将预处理坯料置于烧结炉中，并以90ml/min速率向炉内充入氮气，于温度为1600℃条件下，充氮高温反应3h后，随炉降至室温，即得多孔木陶瓷复合材料。所述木材为杨木。所述硫酸钠饱和溶液为温度为22℃的硫酸钠饱和溶液。所述酚醛树脂为酚醛树脂2123。所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂kh-550。所述固化剂为二乙烯三胺。对比例：佛山某陶瓷有限公司生产的木陶瓷。将实例1至4所得木陶瓷和对比例产品进行性能检测，具体检测方法如下：采用微机控制电子万能试验机测定木陶瓷的力学性能，以三点弯曲法测定木陶瓷的弯曲强度，加载方向与受力面垂直，跨距为30mm，试样规格为70mm×5mm×5mm，压头移动速度为0.5mm/min，每组力学试验测定5次，取其平均值。采用阿基米德法测定木陶瓷的显气孔率。具体检测结果如表1所示：表1：性能检测表检测内容实例1实例2实例3实例4对比例弯曲强度/mpa10.28.68.48.97.3显气孔率/%5344474536由表1检测结果可知，本发明所得多孔木陶瓷复合材料具有高的孔隙率和优异的力学性能。当前第1页12