CN114031334B - 一种地质聚合物基代木材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种地质聚合物基代木材料及其制备方法，地质聚合物基代木材料，由包括下列质量份数的原料制得：基体原料100份；碱激发剂17份；改性环氧树脂1份；树脂固化剂1份；功能性填料60‑100份；水60‑80份。本发明中的地质聚合物基代木材料质轻，同时具备较好的防火性和较好的拔钉抗力。

Description

一种地质聚合物基代木材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及合成代木技术领域，具体涉及一种地质聚合物基代木材料及其制备方法。
背景技术
从建筑物的高层化、多样化、地下街的发展等建筑环境的变化角度来看，防止火灾非常重要，即使对于室内装饰材料，也要求具备优异的防火性能，因此具有可燃性的木质材料的使用在逐渐减少。
现有的建筑代木材料，作为主要材料的是高分子系的氨基甲酸乙酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂等，或是作为复合材料而被利用。无论采用哪种都具有有机物的可燃性，其现状是几乎不被使用作为建筑材料。
地质聚合物是性能上可有效替代水泥的无机胶凝材料；其原料来源于工业固体废弃物，生产过程无需煅烧，具有较普通硅酸盐水泥更优良的阻燃性和力学性能、出色的耐酸碱性和耐久性等。而未经改性的地质聚合物与大多数水泥材料类似，密度大、延伸率小、抗弯强度低、脆性大、韧性不足。针对上述技术问题，有必要制备出一种新型地质聚合物基代木材料以解决上述问题，其势必可以满足市场需求，发展前景广阔。
发明内容
本发明提供了一种地质聚合物基代木材料及其制备方法，该材料具备较好的防火性能。
为实现以上目的，本发明公开了一种地质聚合物基代木材料，由包括下列质量份数的原料制得：
Figure BDA0003362188410000011
本发明一种地质聚合物基代木材料进一步的改进在于：所述基体原料选用粉煤灰、矿渣、回收再利用的地质聚合物中的一种或多种混合物。
本发明一种地质聚合物基代木材料进一步的改进在于：所述改性环氧树脂是由原位聚合制备的芳香型聚氨酯改性环氧树脂。
本发明一种地质聚合物基代木材料进一步的改进在于：所述碱激发剂的模数为1.25-2。
本发明一种地质聚合物基代木材料进一步的改进在于：所述碱激发剂由硅酸钠、氢氧化钾配制而成。
本发明一种地质聚合物基代木材料进一步的改进在于：所述功能性填料选用硬硅钙石粉体、漂珠、中空微球等轻质填料中的一种或多种以上的混合物。
本发明还公开了一种地质聚合物基代木材料的制备方法，包括以下步骤：
101：将碱激发剂加入一定量的水中，经搅拌、静置后形成稳定的溶液；
102：将改性环氧树脂加入步骤101中的溶液中，经搅拌形成稳定的混合溶液；
103：于混合溶液中添加基体原料，经混合、搅拌后得到浆体；
104：将树脂固化剂加入剩余量的水中，经搅拌形成稳定的溶液；
105：将功能性填料添加入步骤104中制备而成的溶液中，经搅拌得到浆体；
106：将步骤103中制备而成的浆体与步骤106中制备而成的浆体混合搅拌得到黏稠状浆体；
107：将所述黏稠状浆体压铸成型生产出地质聚合物基代木材料。
本发明一种地质聚合物基代木材料的制备方法进一步的改进在于，于步骤107中，利用上下护面纸覆膜养护。
本发明一种地质聚合物基代木材料的制备方法进一步的改进在于，所述碱激发剂的模数为1.25-2。
本发明一种地质聚合物基代木材料具备以下有益效果：
(1)该材料具备优异的防火性能，可以有效替代现有可燃性木质系材料的使用；
(2)与木材一样轻质，可加工性强，尺寸稳定性好，对钉子、螺丝的锚固性强，具有不变质、不腐烂、不受虫害、无毒环保性好等特点。
附图说明
图1中a-f为本发明中地质聚合物SEM照片；
具体实施方式
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，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种地质聚合物基代木材料。
实施例一：一种地质聚合物基代木材料由包括下列质量份数的原料制得：
Figure BDA0003362188410000031
实施一制备方法如下：
步骤101：将17份碱激发剂加入40份水中，经搅拌、静置后形成稳定的混合溶液；
步骤102：于混合溶液中添加100份基体原料，经混合、搅拌后得到浆体；
步骤103：将1份树脂固化剂加入20份水中，经搅拌形成稳定的溶液；
步骤104：将60份功能性填料添加入步骤104中制备而成的溶液中，经搅拌得到浆体；
步骤105：将步骤103中制备而成的浆体与步骤106中制备而成的浆体混合搅拌得到黏稠状浆体；
步骤106：将所述黏稠状浆体压铸成型生产出地质聚合物基代木材料。
于步骤106中，利用上下护面纸覆膜养护。
如图1中a-b所示，为实施例一中地质聚合物基代木材料SEM照片，通过微观形貌分析可知：随着养护龄期的延长，地聚物代木材料微观形貌越来越致密。在缩聚过程中有水产生，并在空隙起到填充作用。随着养护时间延长，浆体硬化，水随之消失并留下凝胶孔，从而导致材料表面和内部出现微裂纹。
实施例二：一种地质聚合物基代木材料由包括下列质量份数的原料制得：
Figure BDA0003362188410000032
Figure BDA0003362188410000041
实施二制备方法如下：
步骤101：将17份碱激发剂加入40份水中，经搅拌、静置后形成稳定的溶液；
步骤102：将0.5份改性环氧树脂加入步骤101中的溶液中，经搅拌形成稳定的混合溶液；
步骤103：于混合溶液中添加100份基体原料，经混合、搅拌后得到浆体；
步骤104：将1份树脂固化剂加入剩余量20份水中，经搅拌形成稳定的溶液；
步骤105：将60份功能性填料添加入步骤104中制备而成的溶液中，经搅拌得到浆体；
步骤106：将步骤103中制备而成的浆体与步骤106中制备而成的浆体混合搅拌得到黏稠状浆体；
步骤107：将所述黏稠状浆体压铸成型生产出地质聚合物基代木材料。
实施例三：一种地质聚合物基代木材料由包括下列质量份数的原料制得：
Figure BDA0003362188410000042
实施三制备方法如下：
步骤101：将17份碱激发剂加入40份水中，经搅拌、静置后形成稳定的溶液；
步骤102：将1份改性环氧树脂加入步骤101中的溶液中，经搅拌形成稳定的混合溶液；
步骤103：于混合溶液中添加100份基体原料，经混合、搅拌后得到浆体；
步骤104：将1份树脂固化剂加入剩余量20份水中，经搅拌形成稳定的溶液；
步骤105：将60份功能性填料添加入步骤104中制备而成的溶液中，经搅拌得到浆体；
步骤106：将步骤103中制备而成的浆体与步骤106中制备而成的浆体混合搅拌得到黏稠状浆体；
步骤107：将所述黏稠状浆体压铸成型生产出地质聚合物基代木材料。实施例四：一种地质聚合物基代木材料由包括下列质量份数的原料制得：
Figure BDA0003362188410000051
实施四制备方法如下：
步骤101：将17份碱激发剂加入40份水中，经搅拌、静置后形成稳定的溶液；
步骤102：将2份改性环氧树脂加入步骤101中的溶液中，经搅拌形成稳定的混合溶液；
步骤103：于混合溶液中添加100份基体原料，经混合、搅拌后得到浆体；
步骤104：将1份树脂固化剂加入剩余量20份水中，经搅拌形成稳定的溶液；
步骤105：将60份功能性填料添加入步骤104中制备而成的溶液中，经搅拌得到浆体；
步骤106：将步骤103中制备而成的浆体与步骤106中制备而成的浆体混合搅拌得到黏稠状浆体；
步骤107：将所述黏稠状浆体压铸成型生产出地质聚合物基代木材料。
实施例五：一种地质聚合物基代木材料由包括下列质量份数的原料制得：
Figure BDA0003362188410000052
实施五制备方法如下：
步骤101：将17份碱激发剂加入40份水中，经搅拌、静置后形成稳定的溶液；
步骤102：将3份改性环氧树脂加入步骤101中的溶液中，经搅拌形成稳定的混合溶液；
步骤103：于混合溶液中添加100份基体原料，经混合、搅拌后得到浆体；
步骤104：将1份树脂固化剂加入剩余量20份的水中，经搅拌形成稳定的溶液；
步骤105：将60份功能性填料添加入步骤104中制备而成的溶液中，经搅拌得到浆体；
步骤106：将步骤103中制备而成的浆体与步骤106中制备而成的浆体混合搅拌得到黏稠状浆体；
步骤107：将所述黏稠状浆体压铸成型生产出地质聚合物基代木材料
实施例二至实施例五对应的地质聚合物28dSEM照片分别如图1中b至f所示，对比可知：当改性环氧树脂掺量1份时，可以有效提高材料致密程度，减少微裂纹的产生，具有较好的拔钉抗力。
实施例五中制备生产出的材料具体以下物理性能，如表1所示
表1
项目 单位 数值 备注
密度 Kg/m<sup>3</sup> 600
抗压强度 Kgf/cm<sup>2</sup> 100
抗弯强度 Kgf/cm<sup>2</sup> 80
弯曲弹性模量 Kgf/cm<sup>2</sup> 25
热传导率 kcal/m·hr·℃ 0.085
吸水·热收缩性 ％ 0
拔钉阻力值 Kgf/根 30
木螺丝握裹力 Kgf/根 20
实施例五中的地质聚合物基代木材料拔钉抗力试验结果如表2所示:
表2拔钉抗力试验结果
Figure BDA0003362188410000061
参见表2所示，地质聚合物基代木材料对钉子的握裹力无方向性，在常态下和杉木具有相近的拔钉抗力；地质聚合物基代木材料同时还具有含水率低、轻质的特征。
现有材料的难燃性能判定标准如表3所示
表3不燃材料的判定标准
Figure BDA0003362188410000071
试验结果如表4所示，与天然木材相比，地质聚合物基代木材料具有较好的不燃特性。
表4难燃性能试验结果
Figure BDA0003362188410000072
实施例六：一种地质聚合物基代木材料由包括下列质量份数的原料制得：
Figure BDA0003362188410000073
实施六制备方法如下：
步骤101：将17份碱激发剂加入40份水中，经搅拌、静置后形成稳定的溶液；
步骤102：将1份改性环氧树脂加入步骤101中的溶液中，经搅拌形成稳定的混合溶液；
步骤103：于混合溶液中添加100份基体原料，经混合、搅拌后得到浆体；
步骤104：将1份树脂固化剂加入剩余量的水中，经搅拌形成稳定的溶液；
步骤105：将100份功能性填料添加入步骤104中制备而成的溶液中，经搅拌得到浆体；
步骤106：将步骤103中制备而成的浆体与步骤106中制备而成的浆体混合搅拌得到黏稠状浆体；
步骤107：将所述黏稠状浆体压铸成型生产出地质聚合物基代木材料。
其中：于步骤107中，利用上下护面纸覆膜养护。
本发明中，(1)基体原料选用粉煤灰、矿渣、回收再利用的地质聚合物中的一种或多种混合物；(2)改性环氧树脂是由原位聚合制备的芳香型聚氨酯改性环氧树脂；(3)碱激发剂由硅酸钠、氢氧化钾配制而成；(4)功能性填料选用硬硅钙石粉体、漂珠、中空微球等轻质填料中的一种或多种以上的混合物；(5)碱激发剂的模数为1.25-2。
具体的，于步骤101中，碱激发剂加入水温20-25℃水中，以转速200-500rpm磁力搅拌20-30s，搅拌静置后形成稳定的溶液；
于步骤102中，将改性环氧树脂加入步骤101中的溶液中，以搅拌转速200-500rpm磁力搅拌10-20s形成稳定的混合溶液；
于步骤103中，混合溶液中添加基体原料，以转速200-1000rpm混合搅拌后得到浆体，搅拌时间50-100s；
于步骤104中，将树脂固化剂加入剩余量的水中，以转速200-500rpm磁力搅拌形成稳定的溶液；
于步骤105中，将功能性填料添加入步骤104中制备而成的溶液中，以转速200-1000rpm搅拌60-80s得到浆体；
于步骤106中，将步骤103中制备而成的浆体与步骤106中制备而成的浆体混合搅拌80-120s，转速为800-1500rmp；
于步骤107中，压铸成型工艺参数：压强>1kg/cm2。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种地质聚合物基代木材料，由下列质量份数的原料制得：
基体原料 100份；
碱激发剂 17份；
改性环氧树脂 1份；
树脂固化剂 1份；
功能性填料 60-100份；
水 60-80份；
其中，所述改性环氧树脂是由原位聚合制备的芳香型聚氨酯改性环氧树脂，所述功能性填料选用硬硅钙石粉体、中空微球轻质填料中的一种或者选用硬硅钙石粉体、漂珠、中空微球轻质填料中多种以上的混合物；
同时采用以下步骤制备：
101：将碱激发剂加入一定量的水中，水温20-25℃，以转速200-500rpm磁力搅拌20-30s，搅拌静置后形成稳定的溶液；
102：将改性环氧树脂加入步骤101中的溶液中，以搅拌转速200-500rpm磁力搅拌10-20s形成稳定的混合溶液；
103：于混合溶液中添加基体原料，以转速200-1000rpm混合搅拌后得到浆体，搅拌时间50-100s；
104：将树脂固化剂加入剩余量的水中，以转速200-500rpm磁力搅拌形成稳定的溶液；
105：将功能性填料添加入步骤104中制备而成的溶液中，以转速200-1000rpm搅拌60-80s得到浆体；
106：将步骤103中制备而成的浆体与步骤106中制备而成的浆体混合搅拌80-120s，转速为800-1500rmp，得到黏稠状浆体；
107：将所述黏稠状浆体压铸成型生产出地质聚合物基代木材料，压铸成型工艺参数：压强>1kg/cm 2。
2.根据权利要求1所述的一种地质聚合物基代木材料，其特征在于：所述基体原料选用粉煤灰、矿渣、回收再利用的地质聚合物中的一种或多种混合物。
3.根据权利要求1所述的一种地质聚合物基代木材料，其特征在于：所述碱激发剂的模数为1.25-2。
4.根据权利要求3所述的一种地质聚合物基代木材料，其特征在于：所述碱激发剂由硅酸钠、氢氧化钾配制而成。
5.如权利要求1所述的一种地质聚合物基代木材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
101：将碱激发剂加入一定量的水中，水温20-25℃，以转速200-500rpm磁力搅拌20-30s，搅拌静置后形成稳定的溶液；
102：将改性环氧树脂加入步骤101中的溶液中，以搅拌转速200-500rpm磁力搅拌10-20s形成稳定的混合溶液；
103：于混合溶液中添加基体原料，以转速200-1000rpm混合搅拌后得到浆体，搅拌时间50-100s；
104：将树脂固化剂加入剩余量的水中，以转速200-500rpm磁力搅拌形成稳定的溶液；
105：将功能性填料添加入步骤104中制备而成的溶液中，以转速200-1000rpm搅拌60-80s得到浆体；
106：将步骤103中制备而成的浆体与步骤106中制备而成的浆体混合搅拌80-120s，转速为800-1500rmp，得到黏稠状浆体；
107：将所述黏稠状浆体压铸成型生产出地质聚合物基代木材料，压铸成型工艺参数：压强>1kg/cm 2。
6.根据权利要求5所述的一种地质聚合物基代木材料的制备方法，其特征在于：于步骤107中，利用上下护面纸覆膜养护。
7.根据权利要求5所述的一种地质聚合物基代木材料的制备方法，其特征在于：所述碱激发剂的模数为1.25-2。
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