CN114956661A

CN114956661A - 一种生物质建筑墙体结构及其制作方法

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Publication number: CN114956661A
Application number: CN202210809206.3A
Authority: CN
Inventors: 杨皓天
Original assignee: Kunming University of Science and Technology
Current assignee: Kunming University of Science and Technology
Priority date: 2022-07-11
Filing date: 2022-07-11
Publication date: 2022-08-30
Anticipated expiration: 2042-07-11
Also published as: CN114956661B

Abstract

本发明申请是关于一种生物质建筑墙体结构及其制作方法，本发明将废弃砖瓦、稻壳、菌丝体以及含氮酚醛树脂有机的结合在一起，多组分互相协同下，解决了现有技术中生物质保温层板阻燃效果差，机械强度低等技术缺陷，形成了一种可用于建筑和基础设施建设替代保温隔热材料；同时也将废弃砖瓦和稻壳变废为宝，实现了资源的二次利用，成本低廉，实用价值高，适合大规模推广。

Description

一种生物质建筑墙体结构及其制作方法

技术领域

本发明申请型涉及建筑节能技术领域，具体涉及一种生物质建筑墙体结构及其制作方法。

背景技术

保温材料一般指导热系数小于或等于0.12 W/(m·K)的材料，性能良好的隔热保温材料能够降低建筑物夏季制冷和冬季保暖的能耗。传统建筑墙体保温材料为聚氨酯泡沫、聚苯板等有机类保温材料和膨胀珍珠岩板、加气混凝土等无机类保温材料。随着生态节能、环保理念的深入人心，生物质保温材料日益受到关注。研究表明：以农作物废料为基础材料制备保温材料，利用秸秆、菌丝体等生物质材料良好的原生态特性，以填充或掺加的方式与常用建筑材料复合制备保温材料可明显降低材料的导热系数。

CN106633994A公开了一种以玉米芯为主料的真菌基生物质保温材料的制备方法，其特征在于，所述以玉米芯为主料的真菌基生物质保温材料的制备方法包括以下步骤：步骤一，培养料的准备：将40份-75份玉米芯、15份-30份稻谷壳、5份-15份米糠和5份-15份生物质保温材料添加剂混合均匀；向培养原料中添加物料干重的1.0倍-1.25倍自来水，混匀；步骤二，灭菌处理：将培养料装入灭菌袋，于隧道式微波灭菌设备上灭菌10分钟-20分钟；步骤三，接种培养：待灭菌处理后的培养原料冷却至室温，于无菌接种室内将生产用固体真菌菌种按10％w/w-30％w/w接种于培养原料中，搅拌均匀；然后将接种后的培养原料装入专用模具内，压实密封后于黑暗无菌室内培养；步骤四，样品干燥：待模具中的材料上长满厚厚一层菌丝后，将样品从模具内取出，于80℃-108℃条件下干燥，直至样品的含水量干燥到低于10％为止，即得所述生物质保温材料。

CN113930081A公开了一种用于建筑填充菌丝复合砌块的制备方法，其特征在于，包括如下工艺步骤：a环境消毒：先将培养室使用酒精喷洒消毒，再使用紫外线杀菌1-3h；b复合材料：将砂石筛分成不同级配并灭菌备用，配制质量比为淀粉：水=1：1的淀粉水溶液，使灭菌后砂石与淀粉水溶液充分搅拌浸润；将食用菌废弃菌包破碎后与浸润后的砂石搅拌混合均匀后，装入模具中挤密压实；c放置培养：将上述步骤中压实抹平后的试件放入试验环境中培养；d压制培养：试件培养7-15日后，将其从模具中取出，施加压力使其压缩变形后，继续在试验环境培养7-15日；e烘干灭活：试件中菌丝在出菇前停止培养，将试件放入烘箱中烘干，进行高温灭活，最后将试件封漆。

CN101070459A公开了一种三聚氰胺－甲醛树脂胶粘剂，其特征在于它是由下列重量份的原料制成：9～10份三聚氰胺、19～20份甲醛、6～7份水。其制备工艺包括如下步骤：(1)在反应釜中加入甲醛19～20份、水6～7份，搅拌均匀后用碱调节pH至9～10；(2)加入9～10份三聚氰胺，搅拌均匀后将反应釜升温至80～85℃；(3)保温反应4～6小时；(4)取胶样测定溶水倍数，测定值在0.6～1.1时停止保温；(5)降温至50℃以下，出料。本发明制胶工序少、制备工艺简单，所制胶粘剂外观呈无色或淡黄色胶状液体。所制胶粘剂作为人造板工业辅料的胶粘剂。

“菌丝体/膨胀珍珠岩建筑用保温隔热复合材料实验研究”，王飞等，《科学技术与工程》，2016，选用不同片径的蘑菇菌丝体，分别以水玻璃、聚乙烯醇为黏结剂进行粘结，以模压成型工艺制备两种黏结剂下的纯菌丝板，对其进行热学和力学性能测试，确定最佳导热系数的菌丝片径大小为6-8目;以具有最佳导热系数片径的蘑菇菌丝与膨胀珍珠岩混合，以相同的工艺方法制备两种黏结剂下的菌丝体/膨胀珍珠岩复合保温材料，研究材料的密度、导热系数、抗折、抗压强度和膨胀珍珠岩所占比例(ω)之间的关系。结果表明:随着ω的增加，材料的密度、抗折、抗压强度逐渐降低，两种黏结剂相比，以水玻璃粘结的材料具有更小的密度、抗折、抗压强度;导热系数随着ω增加出现降低的趋势，且以水玻璃粘结的样品具有更小的导热系数，更适合于建筑隔热保温材料的应用。

但上述生物质所制成的保温层的阻燃性能不够，存在安全隐患，难以大规模推广使用；此外现有技术中的生物质保温层的机械强度也不够，在建筑领域的实用价值有限。

发明内容

为解决或部分解决相关技术中存在的问题，本发明申请提供一种生物质建筑墙体结构及其制作方法。

本发明申请第一方面提供了一种生物质建筑墙体结构的制作方法，包括以下步骤：

S1、将废弃砖瓦破碎过60目筛，均匀分散于水中，再将稻壳粉碎过30目筛加入水中，将两种粉末搅拌混匀后，调节pH和含水量，并进行灭菌处理；

S2、将S1所得配料加入模具并与菌丝混匀，培养至菌丝长满模具后，进行干燥处理；

S3、将甲醛水溶液加入三口烧瓶中，滴加三乙胺调节体系pH=9，再加入三聚氰胺，在1h内缓慢升温到 80℃，并在80℃继续反应1h，制得中间体溶液，降至室温备用；

S4、向S3所得溶液中加入过量苯酚，95℃下反应48 h，减压蒸去水分及过量的苯酚，残余物用80℃热水搅拌30 min，吸去上层水分，最后升温到200℃减压蒸馏除去低沸点物质，得黄色黏稠液体；

S5、将S4所得黄色黏稠液体趁热倒入长满菌丝的模具，并包裹菌丝，用压片机压实后，冷却干燥后得到保温阻燃层板；

S6、将所述保温阻燃层板粘合在混凝土基层上，再在保温阻燃层板上依次加上玻纤网格布，抹面层以及外墙涂料即可。

进一步的，所述菌丝为蘑菇菌丝。

进一步的，所述甲醛水溶液浓度为40%。

进一步的，甲醛水溶液与三聚氰胺的摩尔比为3:1。

进一步的，所述模具为长方体模具。

进一步的，S4中所述加入过量苯酚的过程中通入氮气进行保护。

进一步的，S1中废弃砖瓦粉末与稻壳粉末的质量比为1:1。

本发明申请第二方面提供了一种生物质建筑墙体结构，该生物质建筑墙体结构按照上述方法制得。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明申请。

本发明的有益技术效果：

1、本发明菌丝体中的磷酸盐在受热时可分解为磷酸，与稻壳纤维素中的多元醇产生酯化反应，进而脱水炭化，反应形成的水蒸汽及三聚氰胺分解的氨气使炭层膨胀，最终可在保温层表面能形成一层致密泡沫炭层，既可阻止内层高聚物的进一步降解，又可阻止热源向高聚物传递以及隔绝氧源，从而阻止火焰的蔓延和传播，再加上破碎废弃砖瓦中氧化铝，氧化硅本身也具有阻燃效果，多组分共同作用下，使得本发明提供的保温层解决了现有技术中生物质保温层阻燃效果差的技术缺陷。

2、本发明的菌丝体的基本形态和组成成分使得真菌在生长的过程中可以通过菌丝体的缠绕交联形成空间网状结构，并通过黏鞘黏附于稻壳各组织细胞结构上，通过缠绕和包裹将分散的破碎废弃砖瓦以及稻壳等材料有效地结合在一起，形成具有一定形状和强度的生物质复合材料，再加上含氮酚醛树脂的粘合固化作用，使得本发明提供的保温层具有了建筑领域所需的机械强度。

3、本发明提供的保温层抗压强度为12MPa，导热系数低至0.035W/(m·K)，阻燃性能为V0级，已超过了常规聚合物保温泡沫，可用于建筑和基础设施建设替代保温隔热材料；同时也将废弃砖瓦和稻壳变废为宝，实现了资源的二次利用，成本低廉，实用价值高，适合大规模推广。

附图说明

图1为本发明申请中的一个实施例的结构示意图；

图中：1、混凝土基层；2、粘结层；3、生物质保温阻燃层板；4、玻纤网格布；5、抹面层；6、外墙涂料；7、锚钉。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明申请的可选实施方式。虽然附图中显示了本发明申请的可选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明申请而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明申请更加透彻和完整，并且能够将本发明申请的范围完整地传达给本领域的技术人员。

在本发明申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明申请。在本发明申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

以下结合附图对本发明申请生物质建筑墙体结构的制作方法进行详细说明，具体如下：

如图1所示，本发明申请中生物质建筑墙体结构的制作方法包括：

S2、将S1所得配料加入模具并与菌丝混匀，培养至菌丝长满模具后，进行干燥处理；此步骤所述培养时间为15天。菌丝体的基本形态和组成成分使得真菌在生长的过程中可以通过菌丝体的缠绕交联形成空间网状结构，并通过黏鞘黏附于稻壳各组织细胞结构上，通过缠绕和包裹将分散的破碎废弃砖瓦以及稻壳等材料有效地结合在一起，形成具有一定形状和强度的生物质复合材料。

S4、向S3所得溶液中加入过量苯酚，95℃下反应48 h，减压蒸去水分及过量的苯酚，残余物用80℃热水搅拌30 min，吸去上层水分，最后升温到200℃减压蒸馏除去低沸点物质，得黄色黏稠液体；S3与S4合成的是含氮酚醛树脂，合成路线如下：

此结构含氮酚醛树脂的相对分子质量分布极窄，可使固化物排列规整，满足制品对耐热性的要求; 产物中不含加热能释放水分并造成气孔的活泼羟甲基;

此合成路线在三聚氰胺和酚醛有机地结合在一起，不存在分离或凝胶现象。

S5、将S4所得黄色黏稠液体趁热倒入长满菌丝的模具，并包裹菌丝，用压片机压实后，冷却干燥后得到保温阻燃层板；菌丝体中的磷酸盐在受热时可分解为磷酸，与稻壳纤维素中的多元醇产生酯化反应，进而脱水炭化，反应形成的水蒸汽及三聚氰胺分解的氨气使炭层膨胀，最终可在保温层表面能形成一层致密泡沫炭层，既可阻止内层高聚物的进一步降解，又可阻止热源向高聚物传递以及隔绝氧源，从而阻止火焰的蔓延和传播，再加上破碎废弃砖瓦中氧化铝，氧化硅本身也具有阻燃效果，多组分共同作用下，使得本发明提供的保温层解决了现有技术中生物质保温层阻燃效果差的技术缺陷。

S6、将所述保温阻燃层板粘合在混凝土基层上，再在保温阻燃层板上依次加上玻纤网格布，抹面层以及外墙涂料即可。所述玻纤网格布抗碱、耐酸、耐水、耐水泥浸蚀、及抗其他化学腐蚀，和含氮酚醛树脂树脂粘结性强。

在本发明申请的一种实施方式中，所述菌丝为蘑菇菌丝。

在本发明申请的一种实施方式中，所述甲醛水溶液浓度为40%。

在本发明申请的一种实施方式中，甲醛水溶液与三聚氰胺的摩尔比为3:1。此摩尔比下不会产生凝胶现象。

在本发明申请的一种实施方式中，所述模具为长方体模具。

在本发明申请的一种实施方式中，S4中所述加入过量苯酚的过程中通入氮气进行保护。

在本发明申请的一种实施方式中，S1中废弃砖瓦粉末与稻壳粉末的质量比为1:1。

为更清楚起见，下面通过以下实施例进行详细说明。

实施例1

S1、将废弃砖瓦破碎过60目筛，均匀分散于水中，再将稻壳粉碎过30目筛加入水中，将两种粉末按质量比为1:1搅拌混匀后，调节pH和含水量，并进行灭菌处理；

S2、将S1所得配料加入模具并与蘑菇菌丝混匀，培养至蘑菇菌丝长满长方体模具后，进行干燥处理；

S3、将40%的甲醛水溶液加入三口烧瓶中，滴加三乙胺调节体系pH=9，再加入三聚氰胺，甲醛水溶液与三聚氰胺的摩尔比为3:1，在1h内缓慢升温到 80℃，并在80℃继续反应1h，制得中间体溶液，降至室温备用；

S4、向S3所得溶液中通入氮气进行保护并加入过量苯酚，95℃下反应48 h，减压蒸去水分及过量的苯酚，残余物用80℃热水搅拌30 min，吸去上层水分，最后升温到200℃减压蒸馏除去低沸点物质，得黄色黏稠液体；

S5、将S4所得黄色黏稠液体趁热倒入长满菌丝的长方体模具，并包裹菌丝，用压片机压实后，冷却干燥后得到保温阻燃层板；

试验例1

(1)将保温材料置于电热鼓风干燥箱中，在383K±5K(110℃±5℃)下烘干至恒质量，恒质量的判据为恒温3h后，两次称量制品质量的变化率小于0 .2％，然后将制品移至干燥器中冷却至室温；

(2)用钢直尺量取保温材料的厚度，精确至1mm，计算制品5％的厚度值，然后将保温材料置于万能试验机的承压板上，并把制品放在万能试验机的承压板正下方；

(3)启动万能试验机，当上压板与保温材料表面接触时，开始进行程序加压，以约10mm/min的加压速度对制品增加载荷，当向下压缩制品5％厚度的时候，记下此时的压力值P，精确至10N。

保温材料的抗压强度按下式计算，制品的抗压强度为三个制品抗压强度的算术平均值，精确至0.1MPa：

式中：σ---保温材料的抗压强度，MPa；

P---保温材料的破坏荷载，N；

S---保温材料的受压面积，mm²。

测得实施例1保温层的抗压强度为12.0MPa。

试验例2

材料导热系数测试使用DRE—III型导热系数测试仪，导热系数测试仪器的参考标准为ISO22007.2－2008。导热系数测试仪探头的加热材料为金属镍，使用温度范围为-50~150摄氏度，厚度0.1mm，探头直径为15mm。

测得实施例1保温层的导热系数为0.035W/(m·K)。

试验例3

阻燃性能测试采用UL94垂直燃烧法。

测得实施例1保温层的阻燃性能为V0级（对样品进行两次10秒的燃烧测试后，火焰在30秒内熄灭。不能有燃烧物掉下）。

试验例4

1、同样把试件烘干至恒重，并冷却至室温；

2、测量试件的宽度与厚度；

3、将本发明保温板放置于万能材料试验机内；

4、均匀缓缓加载荷，加压至试件破坏，记录最大破坏载荷P。

每个保温板的抗折强度按照下式进行计算，计算结果精确至0.1MPa；

f=1.5PL/(bhh)

式中：f-试件的抗折强度，MPa；

P-试件的破坏载荷，N；

L-试件材料下支座支撑辊轮中心间距，mm；

b-试件宽度，mm；

h-试件厚度，mm。

测得实施例1保温层的抗折强度为5.2MPa。

对比例1

对比例选自：“菌丝体/膨胀珍珠岩建筑用保温隔热复合材料实验研究”，王飞等，《科学技术与工程》，2016

其中选用了不同片径的蘑菇菌丝，分别以水玻璃、聚乙烯醇为黏结剂进行粘结，以模压成型工艺制备了两种黏结剂下的纯菌丝板，对其进行热学和力学性能测试，确定最佳导热系数时菌丝片径大小，以具有最佳导热系数片径的蘑菇菌丝与常用的建筑保温材料膨胀珍珠岩混合，以相同的工艺方法制备了两种粘结剂下的菌丝与珍珠岩复合板，并对它们的热学和力学性能进行了测试和分析。结果表明:

两种黏结剂下，纯菌丝板材的导热系数都随着菌丝片径的减小先降低后升高，菌丝板最佳导热系数的菌丝片径大小为6～8目，以水玻璃粘结菌丝板材最小导热系数为0.1229W /( m·K)，对应的抗折强度是0.72MPa，抗压强度是2.26 MPa; 以聚乙烯醇粘结菌丝板材最小导热系数为0.1295W /(m·K)，对应的抗折强度是 2.84MPa，抗压强度是5.10MPa。

以上已经描述了本发明申请的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims

1.一种生物质建筑墙体结构的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

S5、将S4所得黄色黏稠液体趁热倒入长满菌丝的模具，并包裹菌丝，用压片机压实，冷却干燥后得到保温阻燃层板；

2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述菌丝为蘑菇菌丝。

3.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述甲醛水溶液浓度为40%。

4.根据权利要求3所述的制作方法，其特征在于，甲醛水溶液与三聚氰胺的摩尔比为3:1。

5.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述模具为长方体模具。

6.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，S4中所述加入过量苯酚的过程中通入氮气进行保护。

7.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，S1中废弃砖瓦粉末与稻壳粉末的质量比为1:1。

8.一种生物质建筑墙体结构，其特征在于，按照权利要求1至7任一项所述的制备方法制得。