一种农林剩余物-镁系轻质复合材料及其制备方法

本发明属于复合材料领域，尤其涉及一种农林剩余物基复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、农林剩余物传统解决方法多采用脲醛树脂、酚醛树脂等含醛胶黏剂作为有机粘合剂，与农林剩余物热压成人造板，但该方法在生产和使用过程中会释放对人体有害的甲醛气体。针对上述问题，将农林剩余物与氯氧镁胶凝材料混合，用低能耗简单固化的方法制得农林剩余物-镁系轻质复合材料，可提高资源利用率，保护环境。

2、但农林剩余物-镁系轻质复合材料存在孔壁脆性大、稳定性差等问题，这导致其强度弱、耐水性差。因此，急需开发一种能够克服上述材质不足的廉价高效、制备工艺简单的具有多功能的农林剩余物-镁系轻质复合材料。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种具备优异的力学性能、耐水性能和保温隔热性能的农林剩余物-镁系轻质复合材料及其制备方法。为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

2、一种农林剩余物-镁系轻质复合材料，按重量份计，包括以下组分的原料：

3、

4、所述诱导剂为多羟基化合物、低分子链糖类和超支化聚合物中的一种或多种。

5、上述农林剩余物-镁系轻质复合材料中，优选的，所述多羟基化合物包括羧甲基纤维素或田菁胶，所述低分子链糖类包括糖醇；所述超支化聚合物为丙烯酰胺和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸按(0.3-0.6)：(0.7-1.3)的摩尔比反应得到的产物。

6、上述农林剩余物-镁系轻质复合材料中，优选的，所述环糊精/壳聚糖接枝物的合成工艺包括以下步骤：将β-环糊精在室温下溶解在水中，并滴加naoh，添加完成后得到悬浮液；然后将对甲苯磺酰氯溶解在乙腈中，再将其滴加至上述悬浮液中，立即产生白色沉淀；将壳聚糖加入水中并搅拌溶解得到混合液，再向混合液中加入上述白色沉淀，搅拌，得到环糊精/壳聚糖接枝物。

7、上述农林剩余物-镁系轻质复合材料中，优选的，所述稳泡剂为硬脂酸钙，所述发泡剂为双氧水。

8、作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述的农林剩余物-镁系轻质复合材料的制备方法，包括以下步骤：

9、s1、将农林剩余物进行软化处理及活化处理；

10、s2、将氯化镁与水混合，配制成盐水；

11、s3、将s1处理后的农林剩余物和二氧化锰加入s2配制的盐水中得到混合物b；

12、s4、将氧化镁、稳泡剂干拌混合均匀后加入混合物b中得到浆料c；

13、s5、将诱导剂加入浆料c中得到混合物d中；

14、s6、将环糊精/壳聚糖接枝物加入混合物d中，搅拌均匀得到混合物e；

15、s7、将发泡剂加入混合物e中，搅拌，得到混合物f；

16、s8、将混合物f倒入模具中进行养护，静置固化，脱模，得到农林剩余物-镁系轻质复合材料。

17、上述制备方法中，优选的，所述农林剩余物的大小为20-30目，干燥至含水率为8-12％，然后进行软化处理及活化处理。上述软化处理及活化处理包括氢氧化钠处理、水热微波处理、超支化处理、碳酸氢铵处理等。

18、上述制备方法中，优选的，步骤s6中，搅拌均匀时控制搅拌温度为60-80℃。控制在上述搅拌温度有利于反应体现内部的化学结合。

19、上述制备方法中，优选的，步骤s7中，搅拌时间为10-20s。

20、上述制备方法中，优选的，步骤s8中，养护的时间为24-36h，于恒温恒湿条件下进行，且湿度为55-70％，温度20-35℃。

21、上述制备方法中，优选的，步骤s8中，静置固化在常温常压条件下进行，静置固化的时间为3-28天。

22、上述诱导剂和环糊精/壳聚糖接枝物均为多活性官能团和具有环状结构。

23、本发明的技术原理在于：

24、本发明先对农林剩余物进行软化处理及活化处理(物理镌刻和化学修饰)，增加农林剩余物上的活性结合位点。同时，采用诱导剂(多羟基化合物、低分子链糖类、超支化聚合物)作为晶体诱导生长的模板，晶体可规律生长在农林剩余物上。并通过环糊精/壳聚糖接枝物对晶体与农林剩余物进行机械缠绕。农林剩余物作为复合材料支撑骨架，通过晶体诱导定位生长和化学机械缠绕的手段，提高了骨架的载荷传导效率，提高了孔壁的稳定性，从而提高复合材料强度和耐水性能，并赋予材料优良的保温性能。

25、本发明的农林剩余物-镁系轻质复合材料及其制备方法，为通过诱导定位结晶增强农林剩余物-镁系轻质复合材料的方法，通过强氢键，多动态共价键，聚合物网络进行界面深度交叉融合和分子链的化学机械缠绕的原理，深入有机农林剩余物内部，进行深层次的界面融合，利用诱导剂作为晶体生长的模板，利用5相晶体(5mg(oh)2·mgcl2·8h2o)与其氢键和化学键连接，晶体可生长在农林剩余物上，通过这种手段可增加孔壁厚度，增多孔壁晶体含量，提高孔壁稳定性，提高强度。再利用环糊精/壳聚糖接枝物可与镁离子形成螯合物，并且形成保护膜，使得晶体排列更加致密，保护5相晶体免受水分子侵蚀，复合材料耐水性大大提高。同时，其分子链对晶体和农林剩余物进行机械缠绕，提高复合材料界面相容，晶体与农林剩余物不易分离，稳定性好。

26、本发明采用的诱导剂与合成的环糊精/壳聚糖接枝物匹配关系好，其二者共同作用于农林剩余物及镁系材料体系，得到的农林剩余物的力学性能、耐水性能与保温性能更优，尤其是本发明的超支化聚合物与环糊精/壳聚糖接枝物匹配关系更好。

27、与现有技术相比，本发明的优点在于：

28、1、本发明的农林剩余物-镁系轻质复合材料及其制备方法，通过诱导定位结晶增强农林剩余物-镁系轻质复合材料，提高了孔壁的稳定性，从而提高复合材料强度和耐水性能，并赋予材料优良的保温性能。

29、2、本发明的制备方法具有成本低、绿色环保、能耗低、结晶度高、孔壁厚等优点，有利于工业化应用。

技术特征：

1.一种农林剩余物-镁系轻质复合材料，其特征在于，按重量份计，包括以下组分的原料：

2.根据权利要求1所述的农林剩余物-镁系轻质复合材料，其特征在于，所述多羟基化合物包括羧甲基纤维素或田菁胶，所述低分子链糖类包括糖醇；所述超支化聚合物为丙烯酰胺和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸按(0.3-0.6)：(0.7-1.3)的摩尔比反应得到的产物。

3.根据权利要求1所述的农林剩余物-镁系轻质复合材料，其特征在于，所述环糊精/壳聚糖接枝物的合成工艺包括以下步骤：将β-环糊精在室温下溶解在水中，并滴加naoh，添加完成后得到悬浮液；然后将对甲苯磺酰氯溶解在乙腈中，再将其滴加至上述悬浮液中，立即产生白色沉淀；将壳聚糖加入水中并搅拌溶解得到混合液，再向混合液中加入上述白色沉淀，搅拌，得到环糊精/壳聚糖接枝物。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的农林剩余物-镁系轻质复合材料，其特征在于，所述稳泡剂为硬脂酸钙，所述发泡剂为双氧水。

5.一种如权利要求1-4中任一项所述的农林剩余物-镁系轻质复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述农林剩余物的大小为20-30目，干燥至含水率为8-12％，然后进行软化处理及活化处理。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤s6中，搅拌均匀时控制搅拌温度为60-80℃。

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤s7中，搅拌时间为10-20s。

9.根据权利要求5-8中任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤s8中，养护的时间为24-36h，于恒温恒湿条件下进行，且湿度为55-70％，温度20-35℃。

10.根据权利要求5-8中任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤s8中，静置固化在常温常压条件下进行，静置固化的时间为3-28天。

技术总结
本发明公开了一种农林剩余物‑镁系轻质复合材料，按重量份计，包括以下组分的原料：农林剩余物、氯化镁、氧化镁、二氧化锰、稳泡剂、诱导剂、环糊精/壳聚糖接枝物、发泡剂和水；所述诱导剂为多羟基化合物、低分子链糖类和超支化聚合物中的一种或多种。本发明还提供上述的农林剩余物‑镁系轻质复合材料的制备方法。本发明的农林剩余物‑镁系轻质复合材料及其制备方法，通过诱导定位结晶增强农林剩余物‑镁系轻质复合材料，提高了孔壁的稳定性，从而提高复合材料强度和耐水性能，并赋予材料优良的保温性能。

技术研发人员：左迎峰,郑龙,吴义强,李新功,李萍
受保护的技术使用者：中南林业科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16