CN114763422A - 一种耐冲击建筑材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及建筑技术领域，具体涉及一种耐冲击建筑材料及其制备方法。按重量份计，原料包括天然纤维15‑45份，塑料15‑50份，相容剂0.5‑4份，水10‑25份。本发明提供的一种耐冲击建筑材料拉伸强度高，耐冲击性好，力学性能优异，还具有较好的耐水性。
Description
技术领域
本发明涉及建筑技术领域，具体涉及一种耐冲击建筑材料及其制备方法。
背景技术
木质纤维资源是一种可再生的生物资源，木塑复合材料已成为当前的研究热点，尤其是我国是农业大国，农业发达的同时也意味着每年我国会产生大量的农业废弃物，但对于农业废弃物的回收利用较差，多采用直接焚烧的方式进行处理，不仅会造成环境污染，还造成了资源的极大浪费。而利用农业废弃物制备板材是一种较好的回收利用方式，但直接采用农业废弃物制备建筑材料，不仅力学性能差，而且耐久性差，尤其是不适合用于建筑材料。
鉴于此，本发明特提出一种耐冲击建筑材料及其制备方法，不仅能够有效利用木制资源制备建筑材料，而且制备的建筑材料力学性能极为优异。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的第一个方面提供了一种耐冲击建筑材料，按重量份计，原料包括天然纤维15-45份，塑料15-50份，相容剂0.5-4份，水10-25份。
优选的，所述天然纤维包括玉米秸秆，棉花秸秆，麦秸，稻秸，竹纤维，杨木纤维，桦木纤维，落叶松纤维的一种或几种。
优选的，所述稻秸为经预处理的稻秸，所述预处理过程中预处理剂与稻秸的重量比为(3-8)：(1-2)。
优选的，所述塑料包括PU，ABS，PP，PVC，PE的一种或几种。
优选的，所述相容剂包括马来酸酐接枝类相容剂，丙烯酸类共聚物相容剂的至少一种。
优选的，所述马来酸酐接枝类相容剂包括ABS-g-MAH，PE-g-MAH，PP-g-MAH，SMA，SAN-g-MAH，EVA-g-MAH的一种或几种。
优选的，所述原料还包括偶联剂0.5-1.5份，润滑剂0.5-1份，填料5-10份，玻璃纤维15-25份。
优选的，所述偶联剂包括钛酸酯偶联剂，硅烷偶联剂的至少一种。
优选的，所述填料包括硅酸盐类，碳酸钙类的至少一种。
本发明的第二个方面提供了一种耐冲击建筑材料的制备方法，包括以下步骤：将天然纤维烘干，用螺杆式纤维剥离机剥离纤维，然后铡碎，过筛，将天然纤维，塑料，相容剂，润滑剂，填料，玻璃纤维混合均匀后模压成型，压力为8-15MPa。
有益效果：
1)本发明提供的一种耐冲击建筑材料拉伸强度高，耐冲击性好，力学性能优异。
2)本发明提供的一种耐冲击建筑材料还具有较好的耐水性和相变性能，抗蠕变性能和热力学性能也极为优异。
3)本发明利用农业废弃物进行制备建筑材料，成本低廉，符合可持续发展策略，适合大规模生产。
具体实施方式
为了解决上述技术问题，本发明的第一个方面提供了一种耐冲击建筑材料，按重量份计，原料包括天然纤维15-45份，塑料15-50份，相容剂0.5-4份，水10-25份。
天然纤维
所述天然纤维是从植物上取得的纤维，含有纤维素和木质素，作为增强相填充到塑料，能够有效改善塑料的力学性能。
优选的，所述天然纤维包括玉米秸秆，棉花秸秆，麦秸，稻秸，竹纤维，杨木纤维，桦木纤维，落叶松纤维的一种或几种。
优选的，所述天然纤维包括稻秸，竹纤维和杨木纤维。所述稻秸，竹纤维和杨木纤维的重量比为(2-7)：(3-5)：(5-10)。
优选的，所述稻秸为经预处理的稻秸，所述预处理过程中预处理剂与稻秸的重量比为(3-8)：(1-2)。
优选的，所述预处理剂为水玻璃和丙烯酸乳液复合预处理剂。所述水玻璃和丙烯酸乳液的重量比为(3-8)：(1-2)。
所述农业废弃物价格便宜，作为原材料使用成本低廉，同时农业废弃物的回收利用对可持续发展具有重要意义，但所述农业废弃物强度较差，用于制备建筑材料时无法有效的将外力传递到纤维上。本发明研究发现通过对所述农业废弃物进行预处理，有效提高了建筑材料耐水性，而且具有极为优异的相变性能和力学性能。推测是所述农业废弃物吸收水玻璃后，提高了所述农业废弃物的刚性，但由于水玻璃和所述农业废弃物的吸水性高，容易导致制备的建筑板材耐水性差，通过丙烯酸乳液和水玻璃复合进行预处理，丙烯酸乳液能够有效填充在水玻璃和所述农业废弃物纤维的间隙之间，有效降低对水的敏感度，提高建筑材料的耐水性和力学性能。
所述预处理剂稻秸的制备方法包括以下步骤：将水玻璃与丙烯酸乳液混合均匀后，再加入稻秸混合均匀。
塑料
所述塑料是重要的有机合成高分子材料，大多数塑料质轻，化学性质稳定，具有众多优异性能。
优选的，所述塑料包括PU，ABS，PP，PVC，PE的一种或几种。
优选的，所述塑料为PE。
进一步优选的，所述PE为超高分子量聚乙烯。
优选的，所述超高分子量聚乙烯的黏均分子量为3.0*106-4.0*106。
进一步优选的，所述超高分子量聚乙烯的黏均分子量为4.3*106-4.8*106。
相容剂
所述相容剂能够促使天然纤维与塑料相容，进而帮助改善建筑材料的性能。
优选的，所述相容剂的含量为0.8-3份。
优选的，所述相容剂包括马来酸酐接枝类相容剂，丙烯酸类共聚物相容剂的至少一种。
优选的，所述马来酸酐接枝类相容剂包括ABS-g-MAH，PE-g-MAH，PP-g-MAH，SMA，SAN-g-MAH，EVA-g-MAH的一种或几种。
进一步优选的，所述马来酸酐接枝类相容剂为PE-g-MAH。
优选的，所述PE-g-MAH的接枝率为0.9-1.5％。
为了进一步提高建筑材料的性能，优选的，所述原料还包括偶联剂0.5-1.5份，润滑剂0.5-1份，填料5-10份，玻璃纤维15-25份。
偶联剂
所述偶联剂能够促使体系中的填料与天然纤维，塑料等结合在一起，进而帮助改善建筑材料的性能。
优选的，所述偶联剂包括钛酸酯偶联剂，硅烷偶联剂的至少一种。
所述硅烷偶联剂包括乙烯基三乙氧基硅烷，γ-氨丙基三乙氧基硅烷，γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷的一种或两种。
润滑剂
所述润滑剂能够促使体系中原料分散，改善原料之间的摩擦力，帮助体系中各原料更容易混合。
优选的，所述润滑剂包括硬脂酸及其盐类，脂肪酸及其酯类，脂肪酸酰胺，聚乙烯蜡，石蜡的一种或几种。
填料
所述填料能够帮助改善建筑材料的性能，降低建筑材料的成本。
优选的，所述填料包括硅酸盐类，碳酸钙类的至少一种。
优选的，所述硅酸盐类填料的比表面积为330-380m2/kg。
本发明意外研究发现，通过选择特定的天然纤维制备的建筑板材具有极为优异的力学性能，拉伸强度高。推测是由于特定的天然纤维的纤维素和木质素含量高，加入的特定天然纤维与超高分子量聚乙烯相容性好，彼此结合后增加了运动的阻力，提高了建筑材料的刚性，抵抗变形的能力增强，提高了建筑材料的力学性能，尤其是当所述稻秸，竹纤维和杨木纤维的重量比为(2-7)：(3-5)：(5-10)时建筑材料综合性能最好。
本发明的第二个方面提供了一种耐冲击建筑材料的制备方法，包括以下步骤：将天然纤维烘干，用螺杆式纤维剥离机剥离纤维，然后铡碎，过筛，将天然纤维，塑料，相容剂，润滑剂，填料，玻璃纤维混合均匀后模压成型，压力为8-15MPa。
下面通过实施例对本发明进行具体描述。有必要在此指出的是，以下实施例只用于对本发明作进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的专业技术人员根据上述本发明的内容做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
另外，如果没有其它说明，所用原料都是市售得到的。
实施例
实施例1
一种耐冲击建筑材料，按重量份计，天然纤维30份，塑料40份，相容剂1.2份，润滑剂0.8份，填料7份，玻璃纤维20份，水17份。
所述物纤维包括稻秸，竹纤维和杨木纤维。所述稻秸，竹纤维和杨木纤维的重量比为5：4：8。
所述稻秸为经预处理的稻秸，所述预处理过程中预处理剂与稻秸的重量比为5：1.5。
所述预处理剂为水玻璃和丙烯酸乳液复合预处理剂。所述水玻璃和丙烯酸乳液的重量比为5：1。所述丙烯酸乳液购自武汉远成共创科技有限公司。
所述预处理稻秸的制备方法包括以下步骤：将水玻璃与丙烯酸乳液混合均匀后，再加入稻秸混合均匀。
所述塑料为超高分子量聚乙烯。所述超高分子量聚乙烯的黏均分子量为4.5*106。所述超高分子量聚乙烯购自北京助剂二厂。
所述相容剂为PE-g-MAH。所述PE-g-MAH的接枝率为1-1.4％，所述相容剂购自南京捷纳思新材料有限公司。
所述偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷(CAS号：78-08-0)。
所述润滑剂为乙撑双硬脂酸酰胺。
所述填料为硅酸盐类。所述硅酸盐类填料的比表面积为330-380m2/kg，所述填料为硅酸盐水泥，所述填料购自甘肃祁连山水泥集团股份有限公司，牌号为P.O52.5.。
一种耐冲击建筑材料的制备方法，包括以下步骤：将天然纤维烘干，用螺杆式纤维剥离机剥离纤维，然后铡碎，过筛，将天然纤维，塑料，相容剂，润滑剂，填料，玻璃纤维混合均匀后模压成型，压力为10MPa。
实施例2
一种耐冲击建筑材料，具体实施方式同实施例1，不同之处在于所述稻秸，竹纤维和杨木纤维的重量比为7：5：10。
实施例3
一种耐冲击建筑材料，具体实施方式同实施例1，不同之处在于所述水玻璃和丙烯酸乳液的重量比为3：1。
实施例4
一种耐冲击建筑材料，具体实施方式同实施例1，不同之处在于所述相容剂为4份。
实施例5
一种耐冲击建筑材料，具体实施方式同实施例1，不同之处在于所述超高分子量聚乙烯的黏均分子量为3.5*106。所述超高分子量聚乙烯购自北京助剂二厂。
对比例1
一种耐冲击建筑材料，具体实施方式同实施例1，不同之处在于所述稻秸，竹纤维和杨木纤维的重量比为10：4：8。
对比例2
一种耐冲击建筑材料，具体实施方式同实施例1，不同之处在于所述预处理剂为丙烯酸乳液。
对比例3
一种耐冲击建筑材料，具体实施方式同实施例1，不同之处在于所述预处理剂为水玻璃。
对比例4
一种耐冲击建筑材料，具体实施方式同实施例1，不同之处在于所述相容剂ABS-g-MAH。
性能测试
1.拉伸性能测试：参照GB/T 1040-70进行测试拉伸强度和断裂伸长率，拉伸速度为50mm/min。
2.抗冲击性能测试：参照GB/T 1043.1-2008进行测试。
3.耐水性测试：将实施例及对比例制备的板材放在100℃沸水中浸泡12h，烘干，测试其质量损失率，所述质量损失率＝((浸泡前质量-浸泡后质量)/浸泡前质量)×100％。
表1性能测试结果
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对发明作其他形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或更改为等同变化的等效实施例，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改，等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (10)
1.一种耐冲击建筑材料，其特征在于，按重量份计，原料包括天然纤维15-45份，塑料15-50份，相容剂0.5-4份，水10-25份。
2.根据权利要求1所述的一种耐冲击建筑材料，其特征在于，所述天然纤维包括玉米秸秆，棉花秸秆，麦秸，稻秸，竹纤维，杨木纤维，桦木纤维，落叶松纤维的一种或几种。
3.根据权利要求2所述的一种耐冲击建筑材料，其特征在于，所述稻秸为经预处理的稻秸，所述预处理过程中预处理剂与稻秸的重量比为(3-8)：(1-2)。
4.根据权利要求1所述的一种耐冲击建筑材料，其特征在于，所述塑料包括PU，ABS，PP，PVC，PE的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的一种耐冲击建筑材料，其特征在于，所述相容剂包括马来酸酐接枝类相容剂，丙烯酸类共聚物相容剂的至少一种。
6.根据权利要求5所述的一种耐冲击建筑材料，其特征在于，所述马来酸酐接枝类相容剂包括ABS-g-MAH，PE-g-MAH，PP-g-MAH，SMA，SAN-g-MAH，EVA-g-MAH的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的一种耐冲击建筑材料，其特征在于，所述原料还包括偶联剂0.5-1.5份，润滑剂0.5-1份，填料5-10份，玻璃纤维15-25份。
8.根据权利要求7所述的一种耐冲击建筑材料，其特征在于，所述偶联剂包括钛酸酯偶联剂，硅烷偶联剂的至少一种。
9.根据权利要求7所述的一种耐冲击建筑材料，其特征在于，所述填料包括硅酸盐类，碳酸钙类的至少一种。
10.一种根据权利要求7-9任一项所述的一种耐冲击建筑材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将天然纤维烘干，用螺杆式纤维剥离机剥离纤维，然后铡碎，过筛，将天然纤维，塑料，相容剂，润滑剂，填料，玻璃纤维混合均匀后模压成型，压力为8-15 MPa。
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