CN108501150A - 复合材料中植物纤维填充材料的预处理剂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合材料中植物纤维填充材料的预处理剂，该预处理剂中包含聚硅氧烷‑多烷氧基醚共聚物，通过聚硅氧烷‑多烷氧基醚共聚物的在植物纤维填充材料表面的使用，通过再次干燥后，使各组分至少分布于植物纤维填充材料的表面，以有效的将植物纤维填充材料与复合材料其余组分间进行相对隔离，使得在实际含植物纤维填充材料的复合材料生产中，能够极大的提高植物纤维填充材料的添加比例，大大增加植物纤维填充材料的添加量和使用效率。

Description

复合材料中植物纤维填充材料的预处理剂

技术领域

本发明涉及一种复合材料中植物纤维填充材料的预处理剂，尤其是在以植物纤维为填充材料的硫酸镁-氧化镁复合建筑材料中，以增加植物纤维填充材料的加入量为目的而进行的预处理用剂。

背景技术

秸秆的传统燃料利用方式不经济，也已经不能满足日益严格的环保需求。秸秆还田作为一个较好的处理方式，但受到土地二次耕作、使用方式和秸秆还田率的制约。因此，加快秸秆的二次利用对于农业国家而言具有巨大的意义。另外，木材作为填充材料时，来源较广，价格也较为低廉。

因此，在复合建筑材料，尤其以硫酸镁-氧化镁为主要原料组成的复合建筑材料中，植物纤维作为常规的填充材料，选材范围很广，可来自于秸秆材、木材等。

以此目的的复合材料植物纤维填充材料的应用，传统是直接在复合材生产过程中进行植物纤维填充材料添加，缺点是植物纤维填充材料的添加率较低，一般植物纤维填充材料与其他组分质量比不高于0.3，而使得复合材料中植物纤维填充材料实际含量较低，难以解决秸秆大规模二次利用的问题，较低的填充材料量，也增加了材料的重量和成本，同时应用成本也相对较高。

综上所述，提高复合材料中植物纤维填充材料的使用量是具有现实意义的。

另外，植物纤维填充材料来源于干燥的秸秆材、木材并通过粉碎而成，由于其自身成分的因素，在作为复合材料的填充材料使用中，植物纤维填充材料容易霉变而降低建材的耐用性和可靠性。为了解决这个问题，传统的防霉变处理是通过独立的药剂浸泡、烘干等工艺进行，成本高，时间长。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种在复合建筑材料中，以增加植物纤维填充材料的加入量为目的而进行的预处理用剂，通过预处理剂对植物纤维填充材料的预处理，使能够提高植物纤维填充材料在复合建材（特别是以硫酸镁-氧化镁为原料的复合材料）中的添加量，提高植物纤维填充材料的利用效率和利用能力。

本申请在上述的目的下，另外一个目的还在于提供一种实施效果良好，同时操作简便的植物纤维填充材料防霉变处理方案。

本发明采用的技术方案如下：

复合材料中植物纤维填充材料的预处理剂，该预处理剂中包含聚硅氧烷-多烷氧基醚共聚物。

在实施中，进一步的该预处理剂中还包含水溶性氯化物。其溶于水后溶液中具有氯离子。

在实施中，进一步的该水溶性氯化物为无机水溶性氯化物。

在实施中，进一步的该水溶性氯化物为氯化钠、氯化钾、氯化钙、氯化铁、氯化亚铁等。

在实施中，进一步的该预处理剂中以水溶性氯化物在溶液中氯离子的摩尔量计，每千克聚硅氧烷-多烷氧基醚共聚物对应的具有13-21mol氯离子。

在实施中，进一步的该预处理剂中还包含杀菌剂。

在实施中，进一步的该杀菌剂为十二水合硫酸铝钾。

在实施中，进一步的该预处理剂中聚硅氧烷-多烷氧基醚共聚物与十二水合硫酸铝钾的质量比为1:0.6-1:1.5。

在实施中，进一步的该预处理剂中还包含至少将各组分溶解所需要量的水。

该预处理剂的使用方法是喷洒在植物纤维填充材料的表面。

上述的复合材料中植物纤维填充材料的预处理剂的使用方法，包括以下步骤：（a）调配预处理剂水溶液；（b）将该水溶液喷洒于植物纤维填充材料表面；（c）将喷洒有预处理剂的植物纤维填充材料干燥，而成经预处理的填充材料。

在实施中，进一步的该植物纤维填充材料的含水量不高于20%。该植物纤维填充材料在预处理前和预处理后的含水量均不高于20%。

在实施中，该植物纤维填充材料为秸秆或木材。

在实施中，进一步的通过控制预处理剂的使用量而控制复合材料中氯离子含量。

在实施中，进一步的预处理剂水溶液中，聚硅氧烷-多烷氧基醚共聚物与水的质量之比不低于1/1600。

在实施中，在上述的预处理剂水溶液的浓度范围内，步骤（b）中预处理剂水溶液与植物纤维填充材料的质量比为1:8-1:12。

在实施中，进一步的步骤（b）采用喷雾的方式将预处理剂水溶液喷洒于植物纤维填充材料表面。

在实施中，植物纤维填充材料的物理尺寸为常规该类复合材料中使用所要求的尺寸。进一步的植物纤维填充材料为长度约1cm的细长状。

采用该预处理剂预处理后的植物纤维填充材料。

聚硅氧烷-多烷氧基醚共聚物在复合材料的植物纤维填充材料预处理中的应用。

该预处理剂和预处理方法是以增加植物纤维填充材料在复合材料（特别是以硫酸镁-氧化镁为组成的复合材料）中的加入量为目的。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、通过聚硅氧烷-多烷氧基醚共聚物的使用，通过再次干燥后，使各组分至少分布于植物纤维填充材料的表面，以有效的将植物纤维填充材料与复合材料其余组分间进行相对隔离，使得在实际含植物纤维填充材料的复合材料生产中，能够极大的提高植物纤维填充材料的添加比例，而大大增加植物纤维填充材料的添加量和使用效率。

2、植物纤维填充材料在喷洒该预处理剂后具有吸收的过程，在水溶性氯化物中氯离子的作用下，聚硅氧烷-多烷氧基醚共聚物在植物纤维填充材料内具有更好的被吸收性和渗透作用，使得上述提升植物纤维填充材料加入量的效果得到进一步的增强。

3、杀菌剂的加入能够有效的对秸秆进行杀菌，起到防霉变的作用，同时在该杀菌剂的加入方式具有简便，可操作性强的优点。

4、植物纤维填充材料在喷洒该预处理剂后具有吸收的过程，在水溶性氯化物中氯离子的作用下，杀菌剂十二水合硫酸铝钾在植物纤维填充材料内具有更好的被吸收性和渗透作用，进一步的提高了植物纤维填充材料的防霉变效果。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

实施例

一、复合材料中植物纤维填充材料的预处理剂

预处理剂的组成及各组分的配比（质量比）按照表1进行：

表1

实际上，水溶性氯化物目的在于其溶于水后溶液中具有氯离子。在上述各实施例的配比中水溶性氯化物选取为无机水溶性氯化物，而水溶性氯化物也可以选取有机类的水溶性氯化物，在溶于水后溶液中具有氯离子也能满足要求。在上述各实施例中，氯化钠作为典型的无机水溶性氯化物，其也可以采用氯化钾、氯化钙、氯化铁、氯化亚铁等作为替代，满足溶液中氯离子数量要求即可。

二、预处理剂水溶液的制备

按照实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5、实施例6、实施例7、实施例8的各组分比例，以及对比例1、对比例2、对比例3、对比例4、对比例5的各组分比例，取原料。

首先将各预处理剂组份溶解于聚硅氧烷-多烷氧基醚共聚物质量100倍的水中形成浓液，在溶解过程中采用先分别溶解再混合的方式，再向浓液中添加不超过聚硅氧烷-多烷氧基醚共聚物质量1500倍的水进行稀释，形成预处理剂水溶液，各实施例中配比（质量比）如表2所示。表2中水以聚硅氧烷-多烷氧基醚共聚物质量的1600倍计。较优的水以聚硅氧烷-多烷氧基醚共聚物质量的1000-1600倍计。

表2

三、植物纤维填充材料

选取含水率不高于20%的秸秆（典型的如麦秆、稻杆、油菜杆中的一种或多种的混合）或者木材、树干或树枝等，作为植物纤维填充材料原料。本实施例中取麦秆、稻杆或两者的混合。

将上述原料粉碎成复合建筑材料填充材料所需要的物理形态。典型的为长度约1cm的细长状，备用。

四、植物纤维填充材料预处理剂的使用方法

包括以下步骤：

（a）按照表2各实施例调配预处理剂水溶液；（b）按照预处理剂水溶液与植物纤维填充材料的质量比为1:10比例，将该水溶液以喷雾的方式喷洒于粉碎成所需要物理形态的植物纤维填充材料表面，搅拌均匀；（c）将喷洒有预处理剂的植物纤维填充材料采用自然晾晒、烘干或者微波干燥，而成经预处理的填充材料。

在此喷洒和干燥过程中，预处理剂水溶液在植物纤维填充材料的表面和内部具有再次吸收预处理剂水溶液和水分干燥的过程。干燥完成后，各组分分布于在植物纤维填充材料的表面和内部，以有效的将植物纤维填充材料与复合材料其余组分间进行相对隔离，使得在实际含植物纤维填充材料的复合材料生产中，能够极大的提高植物纤维填充材料的添加比例，而大大增加植物纤维填充材料的添加量和使用效率。

实际上，在一定的植物纤维填充材料量下，较高的预处理剂水溶液用量有利于提高各组分分布的质量而有利于提高植物纤维填充材料的添加比例，但过高的预处理剂水溶液用量同样带来二次干燥的成本增加以及预处理剂使用成本的增加。较低的预处理剂水溶液用量有利于二次干燥成本和预处理剂使用成本的控制，但各组分分布的质量过低而使得植物纤维填充材料添加比例的增加能力降低。通过多次实验，表明在步骤（b）中，预处理剂水溶液与植物纤维填充材料的质量比的可调整范围为1:8-1:12内，综合效果较优。实际实施中，可根据需求选在1:8-1:12的范围进行使用，如本实施例中的1:10。

五、预处理后的植物纤维填充材料的建材使用

本实施例中，预处理剂和预处理是以增加植物纤维填充材料在复合材料中的加入量为目的。

预处理后的植物纤维填充材料使用实施例，是以硫酸镁、氧化镁为成分的复合材（市场商品名为耐火板或防火板）为基础进行。

硫酸镁、氧化镁的配比（质量比）按照表3进行。

表3

实施中硫酸镁、氧化镁原料按照表3比例取材。

首先将硫酸镁调配成水溶液，控制溶液的波美度在26-30，加入氧化镁，搅拌均匀形成具有流动性的混合物。

植物纤维填充材料是采用按表2各组配比的预处理剂，并按照本实施例上述预处理剂的使用方法，得到预处理后的植物纤维填充材料。所得到的具有流动性的混合物内加入经预处理的植物纤维填充材料，将混合组分通过压制成型，养护脱模后得到镁基纤维复合材产品。

在各实施例条件下，各产品实施例中植物纤维填充材料最大添加量如下表4。

表4

在表4中，实验结果所得到的植物纤维填充材料最大添加量是指在材料性能满足标准要求的前提下，硫酸镁氧化镁总质量与能加入的植物纤维填充材料最大质量之比，即硫酸镁氧化镁质量：植物纤维填充材料质量。

植物纤维填充材料的最大添加量受植物纤维填充材料本身所影响。当硫酸镁、氧化镁的总质量一定的情况下，在满足硫酸镁-氧化镁反应体系所需要用水量的前提下，加入的植物纤维填充材料吸水性越高，所需要加入的额外水越多，而导致吸水后植物纤维填充材料在完成压制后的材料中体积占比越高，或者养护完成后材料孔隙率增加等原因，而不可避免的导致养护完成后材料强度降低。

在实施中，可通过控制水溶性氯化物用量或通过控制预处理剂的使用量而控制复合材料中氯离子含量。在上述各产品实施例中，经检测氯离子含量均满足国家标准的要求。

表4的实施例1、对比实施例5等结果表明，在包含聚硅氧烷-多烷氧基醚共聚物的预处理剂对植物纤维填充材料预处理后，能够显著的提升复合材料中植物纤维填充材料最大添加量。

表4的实施例1、实施例2、实施例3、实施例4等结果表明，在包含聚硅氧烷-多烷氧基醚共聚物的预处理剂中，氯化物的加入产生促进作用使植物纤维填充材料最大添加量得到进一步提升，但当氯化物的加入量增加到一定程度后植物纤维填充材料最大添加量开始下降。表明氯化物在比例内的加入有效的促进了聚硅氧烷-多烷氧基醚共聚物作用的发挥，过度的氯化物则会使得最大添加量下降。

表4的产品通过抗霉变测试，实施例1、实施例2、实施例3、实施例4和实施例5、实施例6、实施例7、对比例2、对比例3、对比例4、对比例5的抗霉变检测结果表明，十二水合硫酸铝钾作为杀菌剂的加入有效的提高了其抗霉变的能力，随着十二水合硫酸铝钾加入量的增加其抗霉变能力是对应增加的。

同时抗霉变检测结果显示，实施例5、实施例8的抗霉变能力基本一致，实施例6抗霉变能力明显优于对比例3，实施例6、对比例4的抗霉变能力基本一致，表明水溶性氯化物的加入还有效的提升了十二水合硫酸铝钾对植物纤维填充材料的杀菌作用。

本发明包含聚硅氧烷-多烷氧基醚共聚物的预处理剂对植物纤维填充材料预处理后，还显著抑制了成品材料的吸水率和吸水膨胀率。

麦秆、稻杆作为原料，用本申请的聚硅氧烷-多烷氧基醚共聚物、水溶性氯化物和十二水合硫酸铝钾预处理后，制的硫酸镁、氧化镁纤维复合材产品，依照GB/T 11718-2009、GB/T 24137-2009、GB/T 17657-2009检测，其各项指标可达：密度1.59g/cm³，内部密度偏差-5.7-+08.0，弹性模量QL:4501MPa,内结合强度QL:1.70MPa，吸水厚度膨胀率Qu:0.5%，表面结合强度Qu:1.11MPa，防潮性能（循环试验后吸水厚度膨胀率）Qu:1.5%，板面握钉力2377N, 板边握钉力1767N,抗冻融性能（抗弯强度保留率）84.8%。

而本发明方法之外的另外一个产品对比例将与本发明其中的产品实施例1进行对比。与产品实施例1的工艺不同，该产品对比例中，采用与产品实施例1相同量的聚硅氧烷-多烷氧基醚共聚物加入硫酸镁、氧化镁的混合物中，而形成含有硫酸镁、氧化镁和聚硅氧烷-多烷氧基醚共聚物的具有流动性的混合物。这个对比实施例的实施过程中，不采用聚硅氧烷-多烷氧基醚共聚物对植物纤维填充材料进行预处理，而直接将含水率符合要求的植物纤维填充材料与含聚硅氧烷-多烷氧基醚共聚物的具有流动性的混合物混合，通过同样条件的压制成型，养护后得到镁基纤维复合材产品。该产品对比例实验表明，当聚硅氧烷-多烷氧基醚共聚物不对植物纤维填充材料进行预处理，而是加入硫酸镁、氧化镁中共同形成具有流动性的混合物时，其最大添加量几乎与本发明方法的产品对比例5相同，无法起到提高植物纤维填充材料最大添加量的目的。

因此，该发明表明：（1）包含聚硅氧烷-多烷氧基醚共聚物的预处理剂对植物纤维填充材料预处理后，能够显著的提升复合材料中植物纤维填充材料最大添加量；（2）十二水合硫酸铝钾作为杀菌剂的加入有效的提高了其抗霉变的能力；（3）氯化物的加入进一步提升了聚硅氧烷-多烷氧基醚共聚物、十二水合硫酸铝钾的效果。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (10)

1.复合材料中植物纤维填充材料的预处理剂，其特征在于：该预处理剂中包含聚硅氧烷-多烷氧基醚共聚物。

2.如权利要求1所述的复合材料中植物纤维填充材料的预处理剂，其特征在于：该预处理剂中还包含水溶性氯化物。

3.如权利要求2所述的复合材料中植物纤维填充材料的预处理剂，其特征在于：该预处理剂中以水溶性氯化物在溶液中氯离子的摩尔量计，每千克聚硅氧烷-多烷氧基醚共聚物对应的具有13-21mol氯离子。

4.如权利要求1所述的复合材料中植物纤维填充材料的预处理剂，其特征在于：该预处理剂中还包含杀菌剂。

5.如权利要求4所述的复合材料中植物纤维填充材料的预处理剂，其特征在于：该杀菌剂为十二水合硫酸铝钾。

6.如权利要求5所述的复合材料中植物纤维填充材料的预处理剂，其特征在于：该预处理剂中聚硅氧烷-多烷氧基醚共聚物与十二水合硫酸铝钾的质量比为1:0.6-1:1.5。

7.如权利要求2或4所述的复合材料中植物纤维填充材料的预处理剂，其特征在于：该预处理剂中还包含至少将各组分溶解所需要量的水。

8.如权利要求1所述的复合材料中植物纤维填充材料的预处理剂的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：（a）调配预处理剂水溶液；（b）将该水溶液喷洒于植物纤维填充材料表面；（c）将喷洒有预处理剂的植物纤维填充材料干燥，而成经预处理的填充材料。

9.采用如权利要求1至8任一项所述预处理剂预处理后的植物纤维填充材料。

10.聚硅氧烷-多烷氧基醚共聚物在复合材料的植物纤维填充材料预处理中的应用。