CN109626948B

CN109626948B - 镁水泥秸秆板及其制备方法

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Publication number: CN109626948B
Application number: CN201910032339.2A
Authority: CN
Inventors: 吴义强; 李新功; 王健; 刘明; 左迎峰
Original assignee: Central South University of Forestry and Technology
Current assignee: Central South University of Forestry and Technology
Priority date: 2019-01-14
Filing date: 2019-01-14
Publication date: 2021-09-28
Anticipated expiration: 2039-01-14
Also published as: CN109626948A

Abstract

本发明提供了一种镁水泥秸秆板及其制备方法。该方法包括以下步骤：在秸秆表面均匀喷洒乙醇与偶联剂的混合溶液，静置备用；将轻烧氧化镁、氯化镁溶液、脲醛树脂和丁苯胶乳混合均匀，得到改性镁水泥；将干燥后的秸秆浸泡于改性镁水泥中，捞出后沥干至镁水泥无滴落，然后均匀地铺装在成型框里预压成型，得到板坯；采用冷压法或者热压法对板坯进行压制，得到镁水泥秸秆板半成品；之后在自然环境下养护调质并干燥，得到镁水泥秸秆板成品。由该方法制得的镁水泥秸秆板，拥有镁水泥的高强、低密度、耐火、隔音防热的优异性能的同时，还被秸秆增强了其韧性，做到了大幅面、可钉、可锯等良好的施工性能。

Description

镁水泥秸秆板及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑板材技术领域，尤其涉及一种镁水泥秸秆板及其制备方法。

背景技术

水泥秸秆板是以天然农作物秸秆、水泥为原料，经特殊工艺处理、混合、压制而成的板状材料。镁水泥秸秆板是以氧化镁水泥作为无机胶凝材料，以植物材料秸秆作为增强材料，经不同工艺处理而制造出来的一种复合板材。镁水泥秸秆板通常具有优良的物理力学性能和良好的防水、防火、防蛀、隔热隔音性能，具有大幅面、可钉、可锯、表面可二次加工等优良的施工性能。镁水泥秸秆板被广泛用作建筑装饰材料使用，可充分利用农作物秸秆资源，节约大量的木材资源。镁水泥秸秆板作为一种理想的绿色建筑材料，其制备工艺及研发具有重要意义。

发明内容

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，提供一种生产成本低廉、性能稳定的镁水泥秸秆板及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种镁水泥秸秆板的制备方法，包括以下步骤：

(1)在潮湿的秸秆表面均匀喷洒乙醇与偶联剂的混合溶液，静置3～5天，备用；将轻烧氧化镁、氯化镁溶液、脲醛树脂和丁苯胶乳按照质量比为1.2～1.5：1：0.1：0.2～0.3混合均匀，得到改性镁水泥；

(2)将步骤(1)后的秸秆干燥至含水率为10％～12％，将干燥后的秸秆浸泡于改性镁水泥中，捞出后沥干至镁水泥无滴落，然后均匀地铺装在成型框里预压成型，得到板坯；

(3)采用冷压法或者热压法对板坯进行压制，得到镁水泥秸秆板半成品；

(4)将镁水泥秸秆板半成品在自然环境下养护调质3～5天，之后干燥至含水率为8％～12％，得到镁水泥秸秆板成品。

本发明的制备方法，需将镁水泥的组分及其配比控制在本发明的范围内，这样有利于得到强度高、耐水性好、结晶相完整的水泥材料；否则可能导致氧化镁不能全部与氯化镁结合，造成水泥强度低，强度相少；或者导致镁水泥耐水性差，在空气中会吸潮返卤泛霜，造成水泥逐渐变质。秸秆含水率过低时，秸秆本身会较脆、力学性能较差，且秸秆含水率低会大量吸收镁水泥中的氯化镁溶液，造成氧化镁与氯化镁的结合减少；而秸秆含水率过高会增加产品中的水分造成后期成品干燥困难，而且热压时会较难控制工艺平稳进行，因此步骤(2)中将秸秆含水率干燥至10％～12％。为了提高镁水泥秸秆板成品的综合性能同时延长其使用寿命，步骤(4)中需将养护后的半成品干燥至含水率为8％～12％。

上述的制备方法，优选的，所述轻烧氧化镁的含量为80％～85％。质量分数在60～80％的轻烧氧化镁只能生产低档镁水泥制品，当质量分数低于60％时，常被称为“菱苦土”，不能用于镁水泥制品的生产；而质量分数高于85％的轻烧氧化镁价格较高，会增加不必要原料成本。

上述的制备方法，优选的，所述氯化镁溶液的质量分数为25％～35％。将氯化镁的质量分数控制在本发明的范围内，保证了镁水泥的稠度，便于秸秆浸胶，同时能保证氯化镁与氧化镁结合的量，生成有效的起胶结作用的强度相物质。

上述的制备方法，优选的，所述偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)、γ-(环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷(KH-560)、N-β(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷(KBM-603)中的至少一种；所述混合溶液中乙醇和偶联剂的质量比为15～30：1，混合溶液与秸秆的质量比为1：10～30。

上述的制备方法，优选的，所述脲醛树脂是将脲醛树脂粉末溶于去离子水中制备得到，脲醛树脂粉末与去离子水的质量比为1～4：1。

上述的制备方法，优选的，所述丁苯乳液为水性SBR丁苯胶乳。

上述的制备方法，优选的，所述冷压法包括以下具体操作步骤：将板坯放入冷压模具中，用厚度规控制板坯厚度，在20～30℃下锁模2～3天后脱模取板。更优选的，将板坯放入冷压模具中，用厚度规控制板坯厚度，在25℃下锁模2～3天后脱模取板。

上述的制备方法，优选的，所述热压法包括以下具体操作步骤：将板坯放入热压机中，快速闭合压机并用厚度规控制板坯厚度，控制热压温度为80～95℃，加压完成后的保压时间为12～20min，之后降温至40～50℃卸压取板。将热压参数控制在本发明的范围内，有利于镁水泥生成有效胶结物质，且降温卸压的方式可以保证板材不会出现爆板，鼓泡等问题。

上述的制备方法，优选的，所述步骤(1)中，将秸秆用质量分数为3％～5％的氢氧化钠溶液浸泡120～180min，得到潮湿的秸秆。采用氢氧化钠浸泡，可以去除秸秆表层的蜡质层，提高偶联剂处理效果。

上述的制备方法，优选的，所述秸秆是指稻草秸秆和/或麦秸秆，即将稻草植株和/或麦子植株除去穗和部分叶之后的秆茎，所述秸秆的长度为200～300mm，这一长度范围内的秸秆纤维物质多，力学性能较好。将干燥后的秸秆在改性镁水泥中浸泡5～10min。

作为一个总的发明构思，本发明还提供一种根据上述的制备方法制备得到的镁水泥秸秆板。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

偶联剂是一类具有两不同性质官能团的物质，本发明的镁水泥秸秆板，采用硅烷偶联剂处理秸秆，使秸秆外表面有机分子与偶联剂中的有机基团发生接枝反应，所接枝偶联剂裸露在外的无机基团能与改性镁水泥基体形成良好的胶合界面，从而提升秸秆与镁水泥的胶合强度，显著提高板材性能。

一般而言，镁水泥秸秆板会由于秸秆的亲水性而增加吸水性，而镁水泥固化体主要成分5Mg(OH)₂·MgCl₂·8H₂O(5·1·8相)、3Mg(OH)₂·MgCl₂·8H₂O(3·1·8相)的耐水性较差，因此镁水泥秸秆板的力学强度在水中或潮湿环境内会逐渐降低，严重影响镁水泥秸秆板材在建筑行业的广泛使用。而本发明的镁水泥秸秆板，所选用的改性镁水泥是以镁水泥添加少量脲醛树脂和SBR丁苯乳液制得。脲醛树脂和SBR丁苯乳液均是有机分子，单一的使用分别能增强镁水泥基体材料的耐水性或韧性，而本发明选用适当的比例及添加量，能使这两种组分协同填充堵塞、细化镁水泥基体毛细孔，在无机镁水泥基体里的毛细孔内共同构建有机-无机交联网络，从而使镁水泥基体的耐水性、强度、韧性都得到显著提高。

总而言之，本发明的镁水泥秸秆板，是以秸秆秆茎为骨架，改性镁水泥作为填料的一种“钢筋混凝土”结构，这种板材拥有镁水泥的高强、低密度、耐火、隔音防热的优异性能的同时，还被秸秆增强了其韧性，做到了大幅面、可钉、可锯等良好的施工性能。

本发明的镁水泥秸秆板的制备方法，秸秆原材料仅仅经截断，而无需经过刨片、粉碎、筛选等步骤，大大缩短了传统工艺的生产周期，工艺简单，可操作性强，同时适于大/小规模生产。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例1中制备镁水泥秸秆板的工艺流程示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本文发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。

除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

实施例1：

一种本发明的镁水泥秸秆板的制备方法，其工艺流程示意图如图1所示，包括以下步骤：

(1)将长度为200mm的秸秆用质量分数为3％～5％的氢氧化钠溶液浸泡120～180min，然后再均匀喷洒乙醇与偶联剂KH-550的混合溶液(乙醇和偶联剂KH-550的质量比为25：1，混合溶液和秸秆的质量比为1：20)，静置三天，备用；将质量分数为85％的轻烧氧化镁、质量分数为25％的氯化镁溶液、配置好的脲醛树脂溶液(脲醛树脂粉末和去离子水的质量比为2：1)和SBR丁苯乳液按照质量比为1.2：1：0.1：0.3混合均匀，得到改性镁水泥；

(2)将步骤(1)后的秸秆干燥至含水率为12％，将干燥后的秸秆浸泡于改性镁水泥中5min，捞出后沥干至镁水泥无滴落，然后均匀地铺装在长×宽为325mm×300mm成型框里预压成型，得到板坯；

(3)分别采用冷压法和热压法对板坯进行压制，得到镁水泥秸秆板半成品；

其中，冷压法包括以下具体操作步骤：将板坯放入冷压模具中，在模具两侧放入厚度为10mm的厚度规控制板坯厚度，在25℃下锁模3天后脱模取板；

热压法包括以下具体操作步骤：将板坯放入热压机中，快速闭合压机并用10mm的厚度规控制板坯厚度，控制热压温度为90℃，加压完成后的保压时间为15min，之后降温至40℃卸压取板。

(4)将镁水泥秸秆板半成品在自然环境下养护调质3天，之后用恒温干燥箱干燥至含水率为10％，得到镁水泥秸秆板成品。对得到的镁水泥秸秆板成品进行性能测试，检测结果如表1所示。

表1实施例1中镁水泥秸秆板成品的各项性能

实施例2：

一种本发明的镁水泥秸秆板的制备方法，包括以下步骤：

(1)将长度为300mm的秸秆用质量分数为3％～5％的氢氧化钠溶液浸泡120～180min，然后再均匀喷洒乙醇与偶联剂KH-560的混合溶液(乙醇和偶联剂KH-560的质量比为18：1，混合溶液和秸秆的质量比为1：15)，静置三天，备用；将质量分数为85％的轻烧氧化镁、质量分数为35％的氯化镁溶液、配置好的脲醛树脂溶液(脲醛树脂粉末和去离子水的质量比为2：1)、SBR丁苯乳液按照质量比为1.5：1：0.1：0.25混合均匀，得到改性镁水泥；

(2)将步骤(1)后的秸秆干燥至含水率为10％，将干燥后的秸秆浸泡于改性镁水泥中10min，捞出后沥干至镁水泥无滴落，然后均匀地铺装在长×宽为325mm×300mm成型框里预压成型，得到板坯；

(4)将镁水泥秸秆板半成品在自然环境下养护调质3天，之后用恒温干燥箱干燥至含水率为10％，得到镁水泥秸秆板成品。对得到的镁水泥秸秆板成品进行性能测试，检测结果如表2所示。

表2实施例2中镁水泥秸秆板成品的各项性能

实施例3：

一种本发明的镁水泥秸秆板的制备方法，包括以下步骤：

(1)将长度为100mm的秸秆用质量分数为3％～5％的氢氧化钠溶液浸泡120～180min，然后再均匀喷洒乙醇与偶联剂KBM-603的混合溶液(乙醇和偶联剂KBM-603的质量比为20：1，混合溶液和秸秆的质量比为1：20)，静置三天，备用；将质量分数为85％的轻烧氧化镁、质量分数为25％的氯化镁溶液、配置好的脲醛树脂溶液(脲醛树脂粉末和去离子水的质量比为2：1)和SBR丁苯乳液按照质量比为1.2：1：0.1：0.2混合均匀，得到改性镁水泥；

(2)将步骤(1)后的秸秆干燥至含水率为12％，将干燥后的秸秆浸泡于改性镁水泥中10min，捞出后沥干至镁水泥无滴落，然后均匀地铺装在长×宽为325mm×300mm成型框里预压成型，得到板坯；

(4)将镁水泥秸秆板半成品在自然环境下养护调质3天，之后用恒温干燥箱干燥至含水率为10％，得到镁水泥秸秆板成品。对得到的镁水泥秸秆板成品进行性能测试，检测结果如表3所示。

表3实施例3中镁水泥秸秆板成品的各项性能

对比例1：

一种镁水泥秸秆板，与实施例3相比，不同之处在于脲醛树脂和SBR丁苯乳液的添加量与比例，具体如下表4所示。

表4对比例1中镁水泥秸秆板各成分比例

采用与实施例3相同的性能测定方法，本对比例中制备得到的镁水泥秸秆板性能参数如下表5所示。

表5对比例1中镁水泥秸秆板成品的各项性能

由上表5可知，镁水泥未经改性时，镁水泥秸秆板在密度、强度、吸水率等方面性能较差；仅添加脲醛树脂时，热压法的制品性能整体略微优于冷压法；仅添加SBR丁苯乳液时冷压法的制品性能整体略微优于热压法；以偏离本发明的比例，同时添加脲醛树脂、SBR丁苯乳液时，制品性能部分提高，但力学强度不及单组分制品。总体说来，二者的添加均能一定程度上提升制品性能，但以本发明比例制备时，双组份能协同增强制品整体性能。

由实例1、2、3以及对比例1中的检测结果可知：相比于对比例1，实施例中制品的静曲强度、吸水率、等性能均得到较大的提高，实施例中配比相差较小，制品性能波动也小，但整体而言则是实施例3中的制品性能最佳。由实施例、对比例可发现以本发明比例生产制备时，脲醛树脂和SBR丁苯乳液能协同作用，显著增强制品整体性能。

Claims

1.一种镁水泥秸秆板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）在潮湿的秸秆表面均匀喷洒乙醇与偶联剂的混合溶液，静置3～5天，备用；将轻烧氧化镁、氯化镁溶液、脲醛树脂和丁苯胶乳按照质量比为1.2～1.5：1：0.1：0.2～0.3混合均匀，得到改性镁水泥；

（2）将步骤（1）后的秸秆干燥至含水率为10%～12%，将干燥后的秸秆浸泡于改性镁水泥中，捞出后沥干至镁水泥无滴落，然后均匀地铺装在成型框里预压成型，得到板坯；

（3）采用冷压法或者热压法对板坯进行压制，得到镁水泥秸秆板半成品；

（4）将镁水泥秸秆板半成品在自然环境下养护调质3～5天，之后干燥至含水率为8～12%，得到镁水泥秸秆板成品；

所述轻烧氧化镁的质量分数为80%～85%，所述氯化镁溶液的质量分数为25%～35%。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-(环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷、N-β（氨乙基）-γ-氨丙基三甲氧基硅烷中的至少一种；所述混合溶液中乙醇和偶联剂的质量比为15～30：1，混合溶液与秸秆的质量比为1：10～30。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述脲醛树脂是将脲醛树脂粉末溶于去离子水中制备得到，脲醛树脂粉末与去离子水的质量比为1～4：1。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述冷压法包括以下具体操作步骤：将板坯放入冷压模具中，用厚度规控制板坯厚度，在20～30℃下锁模2～3天后脱模取板。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述热压法包括以下具体操作步骤：将板坯放入热压机中，快速闭合压机并用厚度规控制板坯厚度，控制热压温度为80～95℃，加压完成后的保压时间为12～20min，之后降温至40～50℃卸压取板。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中，将秸秆用质量分数为3%～5%的氢氧化钠溶液浸泡120～180min，得到潮湿的秸秆。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述秸秆是指稻草秸秆和/或麦秸秆，所述秸秆的长度为200～300mm；将干燥后的秸秆在改性镁水泥中浸泡5～10min。

8.一种根据权利要求1～7中任一项所述的制备方法制备得到的镁水泥秸秆板。