CN111423820B - 一种竹木结构用无机胶及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及竹木材质用胶的技术领域，具体来说，是一种竹木结构用无机胶及其制备方法。其组分包括：氧化镁，七水硫酸镁，硅灰，硅溶胶，硅酸锂，硅酸钠，柠檬酸，水。该无机胶与竹木材料之间的粘结性能好，并提高了粘结后竹木复合材的耐火性能、强度和耐久性。

Description

一种竹木结构用无机胶及其制备方法
技术领域
本发明涉及竹木材质用胶的技术领域，具体来说，是一种竹木结构用无机胶及其制备方法。
背景技术
竹材和木材是所有建筑材料中独有的能够天然生长，符合可持续发展对环境友好的绿色材料。竹木建筑由于重量轻、强度高，具有非常良好的抗震能力。在城市内可建成跨度达几十米的大型公共建筑，平时作为展览场所，发生地震等灾害时可作为避难住地。
胶合竹（包括集成材和重组竹）和胶合木属于工程竹木产品，可增大断面，提高承载力。适用于竹木结构的环境友好型无机胶的研制和应用，将极大地推动竹木结构、竹木复合结构及竹木制品等产业的健康、可持续发展，提高我国在国际领域的行业竞争力。
目前，现代竹木构件及竹木制品等粘结使用的主要为有机胶，在生产和制备过程中，会产生酚、醛等大量的有害物质，对环境和人身造成极大的危害。有的企业花费高昂的价格采购有害物质释放量相对较低的进口有机胶，而有的企业牺牲环保性能以降低成本，让本来绿色环保的竹木结构及竹木制品变成了有害物质的存储罐，成为限制竹木行业健康发展的核心关键问题。同时，有机胶耐久性和防火性差，不仅限制了竹木结构的使用范围和使用寿命，而且户外构件在使用过程中需要采用有机胶进行不定期的维护与保养，增加了使用成本，并带来二次环境污染。
此外，有机胶价格昂贵，降低了竹木结构及竹木制品的市场竞争优势。普通无机胶，无有害物质释放，耐久性和防火性能较好，价格便宜，但是与竹木材料之间不能实现良好粘结，从而无法用于竹木结构及竹木制品。如果能够研制出耐久性和防火性优良的环境友好型无机胶，实现无机胶与竹木材料之间良好的粘结，根据工况和使用环境，即使部分取代有机胶，也将会极大地带动竹木结构的发展和应用。
目前，亟需研究绿色环保与竹木材料之间粘结性良好的无机胶。
发明内容
针对现有技术的无机胶与竹木材料之间不能实现良好粘结等问题，本发明提供一种竹木结构用无机胶及其制备方法。该无机胶与竹木材料之间的粘结性能好，并提高了粘结后竹木复合材的耐火性能、强度和耐久性。
本发明的技术方案为：
一种竹木结构用无机胶，其组分包括：氧化镁，七水硫酸镁，硅灰，硅溶胶，硅酸锂，硅酸钠，柠檬酸，水。
进一步的，氧化镁：轻烧氧化镁，活性56及以上，活性越大，水化产物强度越高。
进一步的，七水硫酸镁：工业级，有效含量90%及以上，有效含量越高，水化产物强度越高。
进一步的，硅灰：SiO2含量90%以上，粒度100-300nm，合适的粒度范围，有利于改善水化产物的微观结构，提高强度。
进一步的，硅溶胶：粒度7-25nm，液体，硅溶胶的粒度对胶体的粘结性能和渗透性能影响较大。
进一步的，硅酸锂：固体或者液体，模数1.5-3.5，模数对胶体的粘结性能和溶于水的能力影响较大，模数越高，粘结性能越好，但是越难溶于水，需要选择一个合适的范围。固体需要提前在水中溶解。
进一步的，硅酸钠：固体或者液体，模数1.5-3.0，模数对胶体的粘结性能和溶于水的能力影响较大，模数越高，粘结性能越好，但是越难溶于水，需要选择一个合适的范围。固体需要提前在水中溶解。
进一步的，水：洁净的自来水。
进一步的，以上各组分质量比为：
氧化镁：七水硫酸镁：硅灰：硅溶胶：硅酸锂：硅酸钠：柠檬酸：水=1：（0.2-0.6）：（0.01-0.1）：（0.001-0.03）：（0.002-0.02）：（0.002-0.03）：（0.002-0.03）：（0.3-0.6）。
进一步的优选配比，氧化镁：七水硫酸镁：硅灰：硅溶胶：硅酸锂：硅酸钠：柠檬酸：水=1：（0.3-0.5）：（0.02-0.08）：（0.002-0.02）：（0.005-0.01）：（0.005-0.02）：（0.005-0.02）：（0.3-0.6）。
硅灰：调节粘度，改变水化产物，提高制品的耐水性和强度。
硅溶胶，硅酸锂，硅酸钠：复配使用，可提高粘性，增加胶体的渗透性，提高无机胶的耐水性能。
柠檬酸：改变水化产物，形成更多的稳定相。
本发明的另一目的在于提供一种竹木结构用无机胶的制备方法，具体如下：按照上述物料用量比称取物料，七水硫酸镁加入水中搅拌至溶解，水温15-40℃，得到硫酸镁水溶液；然后再加入硅溶胶、柠檬酸、硅酸锂和硅酸钠继续搅拌均匀，最后再加入氧化镁和硅灰继续搅拌均匀。
进一步的，若硅酸锂为固体时，需要提前在水中溶解，具体为：按照硅酸锂与水质量比为1:2-1:3的比例，将所需的硅酸锂加入水中，用玻璃棒搅拌1-2分钟至溶解。提前水中溶解，有利于其更加均匀的溶于水中，更好的发挥其作用。
进一步的，若硅酸钠为固体时，需要提前在水中溶解，具体为：按照硅酸钠与水质量比为1:2-1:3的比例，将所需的硅酸锂加入水中，用玻璃棒搅拌1-2分钟至溶解。提前水中溶解，有利于其更加均匀的溶于水中，更好的发挥其作用。
本发明的有益效果在于，
本发明以硫氧镁为基材，通过优化颗粒分布、调节浆体粘度、采用优化的物料配比以及用量搭配、增韧抗裂等改性技术，增加该无机胶与竹木材料之间的粘结性能，并结合硫氧镁自身的超高耐火性能和较高的强度，提高粘结后竹木复合材的耐火性能、强度和耐久性。
本发明得到的无机胶，性能数据如下：
抗压强度：7天的抗折强度4-6MPa；7天的抗压强度42-65MPa；28天的抗折强度6-10.0MPa；28天的抗压强度49-80MPa。
粘结竹材的性能：无机胶粘结后的复合竹板抗弯强度，复合竹板28天抗弯强度60.0-80.0MPa。
本发明的无机胶可以很好的解决了无机胶与竹木结构的粘结问题、耐火耐久的问题，为整个竹木结构及制品的相关产业链带来广阔的发展空间，此外，该技术还可辐射至家具、门窗、地板制造及包装等行业。
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，对于本领域普通技术人员而言，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实施例1无机胶水化后的样品。
图2 复合竹板抗弯强度加载示意图。
图3实施例1复合竹板抗弯强度实验。
图4实施例1无机胶复合竹板抗弯实验破坏后样品。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1 一种竹木结构用无机胶
其组分包括：氧化镁，七水硫酸镁，硅灰，硅溶胶，硅酸锂，硅酸钠，柠檬酸，水。
以上各组分质量比为：氧化镁：七水硫酸镁：硅灰：硅溶胶：硅酸锂：硅酸钠：柠檬酸：水=1：0.42, 0.05，0.01，0.005, 0.01, 0.01，0.39。
氧化镁：轻烧氧化镁，活性75。
七水硫酸镁：工业级，有效含量95%。
硅灰：无定型SiO2含量95%，粒度100-300nm。
硅溶胶：粒度10-20nm，液体，浓度30%。
硅酸锂：固体，模数2.0，提前在水中溶解。
硅酸钠：液体，模数2.3。
柠檬酸：纯度98%，粉体。
水：洁净的自来水。
制备方法，具体如下：
硅酸锂为固体，需要提前在水中溶解，具体为：按照硅酸锂与水质量比为1:2的比例，将所需的硅酸锂加入水中，用玻璃棒搅拌1-2分钟至溶解。提前水中溶解，有利于其更加均匀的溶于水中，更好的发挥其作用。
按照上述物料用量比称取物料，七水硫酸镁加入水中搅拌至溶解，水温30℃，得到硫酸镁水溶液；然后再加入硅溶胶、柠檬酸、硅酸锂和硅酸钠继续搅拌均匀，最后再加入氧化镁和硅灰继续搅拌均匀。
产品性能：
（1）测试无机胶自身的抗折和抗压强度。
测试方法：搅拌均匀后的无机胶浆体，浇筑于40*40*160mm的试模中，置于室温20±5℃，湿度70±5%的环境中，表面覆盖保鲜膜，一天后拆模，置于温度为20±2℃，湿度65±5%的养护箱中养护至规定龄期，分别测试无机胶自身的抗折和抗压强度。
无机胶自身的性能：7天的抗折强度6.0MPa；7天的抗压强度50.0MPa；28天的抗折强度10.0MPa；28天的抗压强度76.0MPa。
（2）测试竹板的抗弯强度。
测试方法：竹板表面涂刷界面剂，自然晾干后，用软毛刷或者滚筒刷子将无机胶均匀的涂于竹板表面，盖上另外一块板材，置于室温20±5℃，湿度70±5%的环境中，表面覆盖保鲜膜，在0.5MPa的强度下压力成型，8-24h后撤除压力，置于温度为20±2℃，湿度65±5%的养护箱中养护至规定龄期，测试复合板的抗弯强度。
载荷的加载如图2所示，采用跨中作用集中荷载的三点弯曲实验。
复合竹板抗弯强度：28天龄期复合竹板抗弯强度78.0MPa。
图3为复合竹板抗弯强度实验图测试状态时的图，图4 无机胶复合竹板抗弯实验破坏后样品图。
图1无机胶水化后的样品图。
实施例2 一种竹木结构用无机胶
其组分：氧化镁，七水硫酸镁，硅灰，硅溶胶，硅酸锂，硅酸钠，柠檬酸，水。
以上各组分质量比为：氧化镁：七水硫酸镁：硅灰：硅溶胶：硅酸锂：硅酸钠：柠檬酸：水=1：0.39, 0.03，0.005，0.005, 0.01, 0.005，0.56。
氧化镁：轻烧氧化镁，活性56。
七水硫酸镁：工业级，有效含量90%。
硅灰：无定型SiO2含量92%，粒度100-300nm。
硅溶胶：粒度15-25nm，液体，浓度30% 。
硅酸锂：固体，模数1.5，提前在水中溶解。
硅酸钠：固体，模数1.5，提前在水中溶解。
柠檬酸：纯度96%，粉体。
水：洁净的自来水。
制备方法，具体如下：
硅酸锂为固体，需要提前在水中溶解，具体为：按照硅酸锂与水质量比为1:2.5的比例，将所需的硅酸锂加入水中，用玻璃棒搅拌1-2分钟至溶解。提前水中溶解，有利于其更加均匀的溶于水中，更好的发挥其作用。
硅酸钠为固体，需要提前在水中溶解，具体为：按照硅酸锂与水质量比为1:3的比例，将所需的硅酸锂加入水中，用玻璃棒搅拌1-2分钟至溶解。提前水中溶解，有利于其更加均匀的溶于水中，更好的发挥其作用。
按照上述物料用量比称取物料，七水硫酸镁加入水中搅拌至溶解，水温30℃，得到硫酸镁水溶液；然后再加入硅溶胶、柠檬酸、硅酸锂和硅酸钠继续搅拌均匀，最后再加入氧化镁和硅灰继续搅拌均匀。
产品性能：
（1）测试无机胶自身的抗折和抗压强度。
测试方法：搅拌均匀后的无机胶浆体，浇筑于40*40*160mm的试模中，置于室温20±5℃，湿度70±5%的环境中，表面覆盖保鲜膜，一天后拆模，置于温度为20±2℃，湿度65±5%的养护箱中养护至规定龄期，分别测试无机胶自身的抗折和抗压强度。
无机胶自身的性能：7天的抗折强度4.0MPa；7天的抗压强度50.8MPa；28天的抗折强度6.0MPa；28天的抗压强度65.2MPa。
（2）测试竹板的抗弯强度。
测试方法：竹板表面涂刷界面剂，自然晾干后，用软毛刷或者滚筒刷子将无机胶均匀的涂于竹木板材的表面，盖上另外一块板材，置于室温20±5℃，湿度70±5%的环境中，表面覆盖保鲜膜，在0.2MPa的强度下压力成型，8-24h后撤除压力，一天后拿掉重物，置于温度为20±2℃，湿度65±5%的养护箱中养护至规定龄期，测试竹板的抗弯强度。
试样加载施力方式同实施例1。
复合竹板抗弯强度：28天龄期复合竹板抗弯强度60MPa。
尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种竹木结构用无机胶，其特征在于，其组分包括：氧化镁，七水硫酸镁，硅灰，硅溶胶，硅酸锂，硅酸钠，柠檬酸，水；以上各组分质量比为：氧化镁：七水硫酸镁：硅灰：硅溶胶：硅酸锂：硅酸钠：柠檬酸：水=1：（0.2-0.6）：（0.01-0.1）：（0.001-0.03）：（0.002-0.02）：（0.002-0.03）：（0.002-0.03）：（0.3-0.6）。
2.根据权利要求1所述的竹木结构用无机胶，其特征在于，以上各组分质量比为：
氧化镁：七水硫酸镁：硅灰：硅溶胶：硅酸锂：硅酸钠：柠檬酸：水=1：（0.3-0.5）：（0.02-0.08）：（0.002-0.02）：（0.005-0.01）：（0.005-0.02）：（0.005-0.02）：（0.3-0.6）。
3.根据权利要求1-2任一权利要求所述的竹木结构用无机胶，其特征在于，所述的氧化镁：轻烧氧化镁，活性56以上；
七水硫酸镁：工业级，有效含量90%以上；
硅灰：SiO2含量90%以上，粒度100-300nm。
4.根据权利要求1-2任一权利要求所述的竹木结构用无机胶，其特征在于，所述的硅溶胶：粒度7-25nm，液体；
硅酸锂：固体或者液体，模数1.5-3.5，固体需要提前在水中溶解；
硅酸钠：固体或者液体，模数1.5-3.0，固体需要提前在水中溶解。
5.根据权利要求1-2任一权利要求所述的竹木结构用无机胶，其特征在于，柠檬酸：纯度95%以上，粉体。
6.根据权利要求1所述的竹木结构用无机胶的制备方法，其特征在于，具体如下：按照上述物料用量比称取物料，七水硫酸镁加入水中搅拌至溶解，水温30-40℃，得到硫酸镁水溶液；然后再加入硅溶胶、柠檬酸、硅酸锂和硅酸钠继续搅拌均匀，最后再加入氧化镁和硅灰继续搅拌均匀。
7.根据权利要求6所述的竹木结构用无机胶的制备方法，其特征在于，硅酸锂为固体时，需要提前在水中溶解，具体为：按照硅酸锂与水质量比为1:2-1:3的比例，将所需的硅酸锂加入水中，用玻璃棒搅拌1-2分钟至溶解。
8.根据权利要求6所述的竹木结构用无机胶的制备方法，其特征在于，硅酸钠为固体时，需要提前在水中溶解，具体为：按照硅酸钠与水质量比为1:2-1:3的比例，将所需的硅酸锂加入水中，用玻璃棒搅拌1-2分钟至溶解。
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