CN107627433A

CN107627433A - 一种自粘结秸秆生态建筑板材及其制备方法

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Publication number: CN107627433A
Application number: CN201710816572.0A
Authority: CN
Inventors: 陈庆; 曾军堂
Original assignee: Chengdu New Keli Chemical Science Co Ltd
Current assignee: Zhong Hong Construction Co., Ltd.
Priority date: 2017-09-12
Filing date: 2017-09-12
Publication date: 2018-01-26
Anticipated expiration: 2037-09-12
Also published as: CN107627433B

Abstract

本发明涉及建筑材料技术领域，具体的说，是一种自粘结秸秆生态建筑板材及其制备方法，所述的制备方法包括以下步骤：（1）收集秸秆、粉碎备用；（2）向秸秆粉末中投入碱性溶液，然后使用滤网按压使秸秆粉末浸没在碱性溶液中热塑化处理，静置40‑60min；（3）向步骤（2）中的混合物中添加石英粉末，然后搅拌均匀，并加热至混合物成凝胶状；（4）将上述凝胶状混合物铺装在模具中，经预压和热压后成型为建筑板材；（5）在低温下真空干燥至含水率低于2%即得成品的建筑板材；本发明提供的建筑板材，充分利用了待回收利用的秸秆，避免了对纯木材的消耗，保护了环境，同时，避免使用含有有害物质的胶粘剂对环境的污染或无污染的胶粘剂带来的成本问题。

Description

一种自粘结秸秆生态建筑板材及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，具体的说，是一种自粘结秸秆生态建筑板材及其制备方法。

背景技术

新型建筑材料是在传统建筑材料基础上产生的新一代升级换代建筑材料，主要包括新型墙体材料、保温隔热材料、防水密封材料和装饰装修材料等。经过40多年的发展，我国新型建筑材料工业基本完成了从无到有，从小到大的发展过程，在全国范围内形成了一个新兴的行业，成为建筑材料中重要产品门类和新的经济增长点。随着国民经济的发展和人民生活水平的逐步提高，人们对居住和工作场所要求也不断提高，许多国家的经验证明，它是经济发展和社会进步的必然趋势，建筑业的进步不仅要求建筑物的质量、功能要完善，而且要求其美观且无害人体健康等。这就要求发展多功能和高效的新型建材及制品，只有这样才能适应社会进步的要求。使用新型建筑材料及制品，可以显著改善建筑物的功能，增加建筑物的使用面积，提高抗震能力，便于机械化施工和提高施工效率，而且同等情况下可以降低建筑物造价。

在低碳时代到来之际，在国家提倡节能降耗、转型发展的大背景下，绿色低碳、节能环保已经成为新型建材不可回避的使命。为此, 以绿色环保、利废、隔热、保温、防火、质轻、高强、替代、成本低廉、节土、节地为目标的新型建材从中获得巨大的发展新机遇。新型建材的工业产值超过6000亿元,年增长超过14%，从业企业超过5000多家。目前，不断有新型建材被开发，特别是一些复合化、多功能化、节能化、绿色化、轻质高强化的新型建材占据了传统建材50%以上的比重。

绿色化是新型建材的发展趋势，绿色建材是指具有环保、节能、健康、安全、可靠、可再生等的建材。我国是一个农业大国，每年产生大量的农作物秸秆,农作物秸秆的焚烧既浪费了大量的自然资源，又对环境造成了污染。欧美等西方国家很早就致力于将农作物秸秆用于建筑材料的研究并且效果显著，我国在这方面还处于起步阶段。

新型建材既要求建筑节能，又要求资源循环利用。利用农业废弃物秸秆生产新型墙体材料，不仅可变废为宝，而且符合可持续发展观，具有很强的发展潜力。以麦秸和稻草为原料，参照木质刨花板和中密度纤维板生产工艺，经改良而制成的人造板材，后工业时代，这种秸秆板走上了快速发展之路，在木材紧缺的当下，它成为了最具潜质的替代材料。

现有秸秆建材板采用与混凝土复合制备板材，其存在的问题是凝结强度较低，秸秆只能作为添加料少量添加使用，得到的板材比重大，不能裁切。也有将秸秆粉采用粘接剂、树脂等挤压形成的可替代木材的板材，由于使用了大量的粘合剂，会长期释放甲醛等有害气体，损害身体健康，因此难以达到环保的要求。如采用脲醛树脂、酚醛树脂胶、异氰酸酯为胶粘剂，存在价格高、粘板、空气污染的缺陷。

发明内容

针对现有技术中使用秸秆制作建筑板材时需要加入脲醛树脂等粘接剂容易造成空气污染的缺陷，本发明的目的之一在于提供一种自粘结秸秆生态建筑板材的制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种自粘结秸秆生态建筑板材的制备方法，包括以下步骤：

（1）收集秸秆、粉碎备用；

（2）向秸秆粉末中投入碱性溶液，然后使用滤网按压使秸秆粉末浸没在碱性溶液中热塑化处理，静置40-60min；

（3）向步骤（2）中的混合物中添加石英粉末，然后搅拌均匀，并加热至混合物成凝胶状；

（4）将上述凝胶状混合物铺装在模具中，经预压和热压后成型为建筑板材；

（5）在低温下真空干燥至含水率低于2%即得成品的建筑板材。

本发明的关键要点在于秸秆在碱性溶液中浸泡后，秸秆中木质素的结构被打破，秸秆出现体积膨胀的现象，同时，秸秆的分子间的相互作用力减弱，自由空间扩大，从而赋予了秸秆热塑的性能；在石英粉与碱性溶液发生凝胶化反应形成二氧化硅凝胶后，热塑化的秸秆粉末在凝胶辅助作用下自粘结形成秸秆生态建筑板材，该方法不但充分利用了秸秆原料，避免秸秆焚烧带来的环境污染，为秸秆的回收利用开辟了新的途径；同时，本发明采用碱性条件下活化秸秆并在热塑条件下秸秆具有的自粘结性能，克服了现有技术中板材热压成型时需要使用脲醛树脂或酚醛树脂等对环境不利的胶粘剂，或使用无污染胶粘剂的成本问题。并且，本发明提供的制备方法得到的建筑板材具有粘接强度高，阻燃防水效果好的特点，所述的建筑板材可以根据使用者的需求切割成任意大小的形成，是替代现有技术中成本较高的纯木材板材和具有环境污染的胶粘剂复合板材或成本高的胶粘剂复合板材的最佳选择。

进一步的，根据本发明，所述的秸秆在经过破碎前经干燥处理，然后粉碎并过300-500μm的孔径网筛，干燥处理的目的不仅在于便于秸秆更容易的粉碎处理，而且，经过干燥处理后的秸秆粉末在后序的工序中更高效的进行碱性活化，降低了碱性溶液的使用量。本发明对于秸秆粉末的干燥程度不做特殊要求，但干燥的程度过重，该步骤的处理成本过高，而干燥不足，则会影响后序的碱性活化效果。如此，所述的秸秆经干燥处理后的含水率为不高于10%为宜；进一步的，所述的秸秆粉碎后的粒径为通孔300-500μm的网筛为宜，粉碎的粒径越小必然利于后序的碱性活化，但是对于粉碎的设备要求较高，而粉碎后粒径过高，则对碱性活化的效率影响较大。

进一步的，根据本发明，本发明中对所述的碱性溶液没有特殊的要求，可以为所属技术领域技术人员所公知，例如，在步骤（2）中，所述的碱性溶液为无机碱性溶液和/或有机碱性溶液，具体的可以为碱金属氢氧化物溶液、碱土金属氢氧化物溶液、脲及其衍生物和有机胺中的至少一种，进一步的优选的，所述的碱性溶液为氢氧化钠溶液、氢氧化锂溶液、氢氧化钾溶液、四甲基氢氧化铵溶液中的至少一种。

根据本发明，所述的石英粉末的目的在于与碱性溶液发生反应形成二氧化硅凝胶，提供热塑化的秸秆粉末的粘结骨架，所述的石英粉末的比表面积对于与碱性溶液的反应效率有影响，优选的，本发明中所述的石英粉末的比表面积为160-240m²/kg。

根据本发明，在本发明的步骤（3）中，所述的石英粉末与碱性溶液反应形成凝胶物后，需要在迅速的脱除掉体系中多余的水分，以利于后续工序中的热塑压制成型，加热的温度决定了体系脱水的快慢，而过高的加热温度会损坏已形成的凝胶化合物，本发明中所述的混合物加热的温度为40-60℃。在该温度范围内，混合物中多余的水分被迅速的脱除干净，同时确保了生成的凝胶状混合物的稳定。

根据本发明，所述的凝胶状混合物铺装在模具中形成板坯，然后在压力的压制下成型。预压的操作便于凝胶状混合物中的秸秆粉末初步成型，木质素之间初步接触交联，所述预压的压力决定了预压的时间，而预压的时间不宜过短，过快的预压会导致板坯中出现过多的不规则空隙，对于后续成品的结构强度影响较大，优选的，本发明所述的板坯预压的工艺为：将板坯在2-3Mpa的压力条件下压制10-20min。

进一步的，根据本发明，经过预压后的混合物需要进行正式的热压处理，热压的过程在于进一步的压缩秸秆粉末之间的间隙，在热塑的作用下，消除板坯中的不规则孔隙结构，提高建筑板材成品的结构强度，同样的，热压的温度及压力的设置决定了热压的时间，而热压的时间不宜过短，过短的热压时间会导致热压的不充分而影响最终成品建筑板材的结构强度等性能，本发明中所述的热压的工艺为：将经过预压的混合物在180-200℃、10-15Mpa的条件下压制30-40min。

根据本发明，为了提高建筑板材的使用寿命，经过压制成型的建筑板材需要进行进一步的干燥处理。本发明中所述的建筑板材还需要进行低温下真空干燥至含水率低于2%。具体的工艺为：将经过热塑压制成型的建筑板材错位堆码在真空干燥箱中，保持真空，温度为45-55℃。

本发明还提供了一种自粘结秸秆生态建筑板材，所述的建筑板材由上述的自粘结秸秆生态建筑板材的制备方法制备而成。

根据本发明，本发明中所述的建筑板材的密度为0.65-0.75g/cm³。

本发明具有以下技术效果：

1、本发明提供的建筑板材，充分利用了待回收利用的秸秆，避免了对纯木材的消耗，保护了环境，同时，本发明提供的制备方法中避免使用了胶粘剂，避免使用含有有害物质的胶粘剂对环境的污染或无污染的胶粘剂带来的成本问题；

2、本发明提供的建筑板材，具有自粘强度高，密度合适，便于裁切成型的优点，确保了建筑板材使用的便捷性；

3、本发明提供的制备方法，操作简单，便于大规模推广应用。

具体实施方式

以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包含在本发明的范围内。

实施例1

一种自粘结秸秆生态建筑板材的制备方法：

（1）收集秸秆、干燥处理、粉碎并过400μm孔径网筛、备用；

（2）向100kg秸秆粉末中投入质量浓度为10%的氢氧化钠溶液120kg，然后使用滤网按压使秸秆粉末浸没在氢氧化钠溶液中热塑化处理，静置50min；

（3）向步骤（2）中的混合物中添加15kg的石英粉末，然后搅拌均匀，并加热混合物至50℃成凝胶状；所述的石英粉末的比表面积为200m²/kg；

（4）将上述凝胶状混合物铺装在模具中形成板坯，板坯的厚度为成品厚度的18倍，然后在2.5Mpa的压力下预压15min；然后将经过预压的混合物在190℃、13Mpa的条件下热压35min，得建筑板材；

（5）将经过热塑压制成型的建筑板材错位堆码在真空干燥箱中，保持真空，温度为50℃，干燥至含水率低于2%即得成品的建筑板材。

实施例2

一种自粘结秸秆生态建筑板材的制备方法：

（1）收集秸秆、干燥处理、粉碎并过350μm孔径网筛、备用；

（2）向100kg秸秆粉末中投入氢氧化钠溶液，然后使用滤网按压使秸秆粉末浸没在氢氧化钠溶液中热塑化处理，静置45min；

（3）向步骤（2）中的混合物中添加12kg的石英粉末，然后搅拌均匀，并加热混合物至45℃成凝胶状；所述的石英粉末的比表面积为180m²/kg；

（4）将上述凝胶状混合物铺装在模具中形成板坯，板坯的厚度为成品厚度的17倍，然后在2.2Mpa的压力下预压18min；然后将经过预压的混合物在1900℃、12Mpa的条件下热压38min，得建筑板材；

（5）将经过热塑压制成型的建筑板材错位堆码在真空干燥箱中，保持真空，温度为48℃，干燥至含水率低于2%即得成品的建筑板材。

实施例3

一种自粘结秸秆生态建筑板材的制备方法：

（1）收集秸秆、干燥处理、粉碎并过400μm孔径网筛、备用；

（2）向100kg秸秆粉末中投入氢氧化钾溶液，然后使用滤网按压使秸秆粉末浸没在氢氧化钾溶液中热塑化处理，静置50min；

（3）向步骤（2）中的混合物中添加14kg的石英粉末，然后搅拌均匀，并加热混合物至50℃成凝胶状；所述的石英粉末的比表面积为220m²/kg；

（4）将上述凝胶状混合物铺装在模具中形成板坯，板坯的厚度为成品厚度的19倍，然后在3Mpa的压力下预压15min；然后将经过预压的混合物在180℃、15Mpa的条件下热压35min，得建筑板材；

（5）将经过热塑压制成型的建筑板材错位堆码在真空干燥箱中，保持真空度，温度为48℃，干燥至含水率低于2%即得成品的建筑板材。

实施例4

一种自粘结秸秆生态建筑板材的制备方法：

（1）收集秸秆、干燥处理、粉碎并过310μm孔径网筛、备用；

（2）向100kg秸秆粉末中投入氢氧化钾溶液，然后使用滤网按压使秸秆粉末浸没在氢氧化钾溶液中热塑化处理，静置42min；

（3）向步骤（2）中的混合物中添加16kg的石英粉末，然后搅拌均匀，并加热混合物至42℃成凝胶状；所述的石英粉末的比表面积为170m²/kg；

（4）将上述凝胶状混合物铺装在模具中形成板坯，板坯的厚度为成品厚度的16倍，然后在2.5Mpa的压力下预压18min；然后将经过预压的混合物在190℃、12Mpa的条件下热压38min，得建筑板材；

（5）将经过热塑压制成型的建筑板材错位堆码在真空干燥箱中，保持真空，温度为46℃，干燥至含水率低于2%即得成品的建筑板材。

实施例5

一种自粘结秸秆生态建筑板材的制备方法：

（1）收集秸秆、干燥处理、粉碎并过300μm孔径网筛、备用；

（2）向100kg秸秆粉末中投入氢氧化锂溶液，然后使用滤网按压使秸秆粉末浸没在氢氧化锂溶液中热塑化处理，静置60min；

（3）向步骤（2）中的混合物中添加20kg的石英粉末，然后搅拌均匀，并加热混合物至60℃成凝胶状；所述的石英粉末的比表面积为240m²/kg；

（4）将上述凝胶状混合物铺装在模具中形成板坯，板坯的厚度为成品厚度的20倍，然后在2Mpa的压力下预压20min；然后将经过预压的混合物在200℃、10Mpa的条件下热压40min，得建筑板材；

（5）将经过热塑压制成型的建筑板材错位堆码在真空干燥箱中，保持真空，温度为55℃，干燥至含水率低于2%即得成品的建筑板材。

实施例6

一种自粘结秸秆生态建筑板材的制备方法：

（1）收集秸秆、干燥处理、粉碎并过500μm孔径网筛、备用；

（2）向100kg秸秆粉末中投入氢氧化锂溶液，然后使用滤网按压使秸秆粉末浸没在氢氧化锂溶液中热塑化处理，静置40min；

（3）向步骤（2）中的混合物中添加15kg的石英粉末，然后搅拌均匀，并加热混合物至40℃成凝胶状；所述的石英粉末的比表面积为160m²/kg；

（4）将上述凝胶状混合物铺装在模具中形成板坯，板坯的厚度为成品厚度的15倍，然后3Mpa的压力下预压10min；然后将经过预压的混合物在180℃、15Mpa的条件下热压30min，得建筑板材；

（5）将经过热塑压制成型的建筑板材错位堆码在真空干燥箱中，保持真空，温度为45℃，干燥至含水率低于2%即得成品的建筑板材。

对比例1

一种自粘结秸秆生态建筑板材的制备方法：

（1）收集秸秆、干燥处理、粉碎并过500μm孔径网筛、备用；

（2）将100kg秸秆粉末加入氢氧化钠处理的15kg石英粉末，然后搅拌均匀，并加热混合物至40℃成凝胶状；所述的石英粉末的比表面积为160m²/kg；

对比例2

市售脲醛树脂为粘接剂的压合板材。

对实施例1-6所得的建筑板材进行相关性能测试，与对比例1-2测试结果比较，如表1。

表1：

测试项目	密度 /（g/cm³）	握螺钉力 /（KN）	吸水率 /（%）	冲击强度 /（KJ/m²）
					实施例1	0.72	2451	0.095	35.1
实施例2	0.69	2425	0.102	35.0
					实施例3	0.72	2437	0.098	34.9
实施例4	0.71	2432	0.097	34.8
					实施例5	0.73	2467	0.097	34.6
实施例6	0.68	2415	0.096	34.7
					对比例1	0.78	882	0.23	10.4
对比例2	0.75	2547	0.82	35.6

由上数据可以看出，本发明提供的生态建筑板材具有较高的冲击强度和握螺钉力，完全可以替代现有技术中的脲醛粘接压合板。一个显著的区别是，当对比例减少对秸秆的热塑性处理后，其热粘合性降低，得到的板材握螺钉力和冲击强度急剧下降。因此，本发明采用秸秆热塑粘合具有显著的优势。

Claims

1.一种自粘结秸秆生态建筑板材的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）收集秸秆、粉碎备用；

2.根据权利要求1所述的自粘结秸秆生态建筑板材的制备方法，其特征在于：所述的步骤（1）中，秸秆粉碎前经干燥处理，然后粉碎并过300-500μm孔径网筛。

3.根据权利要求1所述的自粘结秸秆生态建筑板材的制备方法，其特征在于：所述的碱性溶液为无机碱性溶液和/或有机碱性溶液。

4.根据权利要求1所述的自粘结秸秆生态建筑板材的制备方法，其特征在于：所述的石英粉末的比表面积为160-240m²/kg。

5.根据权利要求1所述的自粘结秸秆生态建筑板材的制备方法，其特征在于：在步骤（3）中，混合物加热的温度为40-60℃。

6.根据权利要求1所述的自粘结秸秆生态建筑板材的制备方法，其特征在于：所述的步骤（4）中，预压的工艺为：将凝胶状混合物铺装在模具中形成板坯，铺装的板坯厚度为成品厚度的15-20倍，然后在2-3Mpa的压力下压制10-20min。

7.根据权利要求1所述的自粘结秸秆生态建筑板材的制备方法，其特征在于：所述的步骤（4）中，热压的工艺为：将经过预压的混合物在180-200℃、10-15Mpa的条件下压制30-40min。

8.根据权利要求1所述的自粘结秸秆生态建筑板材的制备方法，其特征在于：所述的步骤（5）中，低温真空干燥的工艺为：将经过热塑压制成型的建筑板材错位堆码在真空干燥箱中，保持真空，温度为45-55℃。

9.一种自粘结秸秆生态建筑板材，其特征在于：所述的建筑板材由权利要求1-8任意一项所述自粘结秸秆生态建筑板材的制备方法制备而成。

10.根据权利要求9所述的自粘结秸秆生态建筑板材，其特征在于：所述的建筑板材的密度为0.65-0.75g/cm³。