本發(fā)明涉及一種生化木質(zhì)素樹脂環(huán)保發(fā)泡保溫材料及其制備方法，屬于建筑保溫材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在當(dāng)前能源日趨緊張的情況下，對(duì)建筑物進(jìn)行節(jié)能保溫是一項(xiàng)必要的措施?，F(xiàn)在市場(chǎng)上占主導(dǎo)地位的泡沫塑料，如聚苯乙烯泡沫、聚氯乙烯泡沫、聚氨酯泡沫等，其耐熱溫度低，燃燒后會(huì)放出大量熱量，產(chǎn)生大量煙毒氣，既回會(huì)造成環(huán)境污染，也成為火災(zāi)中造成人員傷亡的主要因素之一，因此，上述保溫材料在建筑和管道領(lǐng)域的應(yīng)用受到極大的限制。也有研究將無(wú)機(jī)阻燃劑(氫氧化鎂等)和有機(jī)阻燃劑(磷酸酯類、鹵素類等)添加到聚氨酯等高分子發(fā)泡材料當(dāng)中以提高其阻燃性能，氧指數(shù)基本低于30％，阻燃效果并不理想。無(wú)機(jī)阻燃劑的添加是發(fā)泡密度較高、導(dǎo)熱系數(shù)大，節(jié)能效果低；有機(jī)阻燃劑的價(jià)格昂貴，難于得到工業(yè)化應(yīng)用。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種生化木質(zhì)素樹脂環(huán)保發(fā)泡保溫材料，解決了現(xiàn)有建筑用保溫材料存在的阻燃效果不理想、節(jié)能效果低、難以工業(yè)化應(yīng)用的問題，具有綠色環(huán)保、不易開裂粉化、保溫節(jié)能的特點(diǎn)，本發(fā)明同時(shí)提供其制備方法。
本發(fā)明所述的生化木質(zhì)素樹脂環(huán)保發(fā)泡保溫材料，由以下重量份數(shù)的原料制成：
優(yōu)選地，由以下重量份數(shù)的原料制成：
其中，所述的高活性木質(zhì)素酚醛樹脂的制備方法包括以下步驟：
(1)制備高活性木質(zhì)素：
a)以秸稈作為原料，先通過粉碎機(jī)進(jìn)行切斷、除塵，再于2.0～5.0MPa下汽爆2～6min，固液分離后向得到的固形物中加堿液，在78～135℃下蒸煮分離0.5～2h，得到木質(zhì)素黑液；
b)向木質(zhì)素黑液中加入15～90ppm的Ca(OH)2進(jìn)行絮凝沉淀，經(jīng)過濾精度為18～23μm的過濾器進(jìn)行過濾，得到木質(zhì)素清液；
c)將木質(zhì)素清液送入管式超濾膜中，控制超濾膜堆壓力為5.0～8.0MPa、溫度為30～60℃、通量為50～90m3，得到超濾濃液和超濾清液，將超濾濃液送入超濾單效蒸發(fā)分離器中，控制蒸發(fā)負(fù)壓為-0.85～-0.89MPa、溫度為70～90℃、通量為10～20m3，得到超濾濃黑液，將超濾清液通過卷式納濾膜進(jìn)行過濾分離，控制納濾膜堆壓力為15.0～20.0MPa、溫度為30～60℃、通量為10～20m3，得到納濾濃液和納濾清液，將納濾濃液送入納濾單效蒸發(fā)分離器，控制蒸發(fā)壓力為-0.85～-0.89MPa、溫度為70～90℃、通量4～10m3，得到納濾濃黑液；
d)將超濾濃黑液和納濾濃黑液分別通過輸送裝置送入噴霧干燥器，控制干燥負(fù)壓為-0.21～-0.53MPa、進(jìn)風(fēng)溫度為200～300℃、出風(fēng)溫度90～180℃，最終得到粒度為200～230目的高活性木質(zhì)素；
(2)制備高活性木質(zhì)素酚醛樹脂：
將以下重量份數(shù)的原料：50～70份高活性木質(zhì)素、100～150份苯酚、2～25份酸性半纖維素液、50～100份堿性半纖維素液、10～50份軟水、50～70份植酸磷樹脂和1～15份沸石固體酸加入到反應(yīng)釜中，于溫度為150～250℃、壓力為2～4MPa下反應(yīng)2～10h，得到反應(yīng)液，向反應(yīng)液中依次加入40～190份甲醛、1～15份納米復(fù)合催化劑，于50～120℃下反應(yīng)1～6h，得到粘稠物，將粘稠物用50～80℃的水進(jìn)行洗滌，干燥后粉碎至200目，然后加入2～20份凝膠型離子交換樹脂進(jìn)行攪拌，得到高活性木質(zhì)素酚醛樹脂；其中：酸性半纖維素液為為秸稈經(jīng)粉碎機(jī)切斷后，于2.0～5.0MPa下汽爆2～6min，固液分離后向得到的固形物中加酸液，于78～135℃下蒸煮0.5～2h而產(chǎn)生的發(fā)酵廢液；堿性半纖維素液為秸稈經(jīng)粉碎機(jī)切斷后，于2.0～5.0MPa下汽爆2～6min，固液分離后向得到的固形物中加堿液，于78～135℃下蒸煮0.5～2h而產(chǎn)生的發(fā)酵廢液；植酸磷樹脂的制備方法是將80份植酸磷加入到反應(yīng)器中，向其中加入去離子水調(diào)節(jié)pH值為10～13，然后加入200～700份二乙胺基丙胺調(diào)節(jié)pH值為8～13，升溫至70～100℃，加入碳酸鈉反應(yīng)10～22h，調(diào)節(jié)pH值為1～6，于100℃下加入多釩酸銨反應(yīng)1～4h，離心過濾后得到植酸磷樹脂；凝膠型離子交換樹脂為市售330-弱堿性環(huán)氧系陰離子交換樹脂；納米復(fù)合催化劑為K4型納米礦晶。
所述的氨基酸型氟碳表面活性劑是以全氟環(huán)氧丙烷齊聚物為原料，經(jīng)酰胺化、加成和水解反應(yīng)而制得，其化學(xué)式為CF3CF2(C3F6O)nCOF，n＝2～4。
所述的有機(jī)硅阻燃劑優(yōu)選的型號(hào)為KR-2710，生產(chǎn)廠家為日本信越，這是一種新型高效、低毒、防熔滴、環(huán)境友好的無(wú)鹵阻燃劑。
所述的木質(zhì)素基泡沫混凝土發(fā)泡劑的制備方法如下：將高沸醇木質(zhì)素配制成濃度為20～40wt％的溶液，用磷酸氫二鈉調(diào)節(jié)pH值至9～11，加熱至50～80℃，加入α‐氨基酸類化合物和醛類物反應(yīng)1～3h，得到胺化羧基化高沸醇木質(zhì)素，然后升溫至60～90℃，加入烯丙基磺酸鈉和引發(fā)劑反應(yīng)4～5h，最后加入氨基酸性氟碳表面活性劑、皂化骨膠攪拌均勻，冷卻后得到木質(zhì)素基泡沫混凝土發(fā)泡劑。其中，α‐氨基酸類化合物為苯丙氨酸、蛋氨酸、蘇氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、纈氨酸中的任意一種或多種；醛類物為甲基壬乙醛、三聚乙醛或苯乙醛；引發(fā)劑為苯基雙(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦、安息香二甲醚、甲醛合次硫酸氫鈉、叔丁基過氧化苯甲酸中的任意一種或多種；氨基酸型氟碳表面活性劑是以全氟環(huán)氧丙烷齊聚物為原料，經(jīng)酰胺化、加成和水解反應(yīng)而制得，其化學(xué)式為CF3CF2(C3F6O)nCOF，n＝2～4。
本發(fā)明所述的生化木質(zhì)素樹脂環(huán)保發(fā)泡保溫材料的制備方法，是將高活性木質(zhì)素酚醛樹脂、氨基酸型氟碳表面活性劑、沸石固體酸、有機(jī)硅阻燃劑與木質(zhì)素基泡沫混凝土發(fā)泡劑混合均勻，然后將其加入到模具內(nèi)進(jìn)行發(fā)泡，固化成型后得到生化木質(zhì)素樹脂環(huán)保發(fā)泡保溫材料。
其中，優(yōu)選的技術(shù)方案如下：
發(fā)泡溫度為20～45℃，發(fā)泡時(shí)間為10～15min。
固化成型時(shí)的固化溫度為50～85℃，固化時(shí)間為10～35min。
本發(fā)明中：
制備高活性木質(zhì)素酚醛樹脂時(shí)的所用的原料高活性木質(zhì)素，也可以是磺化木質(zhì)素、堿木質(zhì)素、酶解木質(zhì)素、甘蔗渣木質(zhì)素、水解木質(zhì)素、高沸醇木質(zhì)素、木質(zhì)素磺酸鈉、木質(zhì)素磺酸鈣中的任意一種。
堿性半纖維素液中含有Ca(OH)2、活性白泥、硅藻土、活性碳、飽和堿溶液、木聚糖、堿土金屬氧化物等。
酸性半纖維素液中含有液體酸、酸性絡(luò)合物、硅鋁酸鹽、酸性氧化物等。
本發(fā)明的生化木質(zhì)素樹脂環(huán)保發(fā)泡保溫材料遇明火不燃燒，能夠作為很好的隔音材料、減震材料，具有發(fā)泡速度快、韌性強(qiáng)、不易開裂粉化的特點(diǎn)，尤其是可以作為各種高效安全的遇明火不燃燒的保溫材料使用，如可以作為建筑行業(yè)的遇明火不燃燒的、安全的保溫板材使用；生產(chǎn)過程中不產(chǎn)生廢水和廢氣，因此是一種綠色環(huán)保型材料，同時(shí)能夠作為墻體材料、建筑模板和包裝板等，由此代替了傳統(tǒng)的粘土磚和木質(zhì)板，是保護(hù)土地和木材資源的戰(zhàn)略材料。
本發(fā)明的有益效果如下：
(1)本發(fā)明的生化木質(zhì)素樹脂環(huán)保發(fā)泡保溫材料屬于高效保溫材料，其導(dǎo)熱系數(shù)≤0.031W/(m·k)，能最大程度地提高建筑物外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱性能，其性能指標(biāo)也達(dá)到甚至超過了國(guó)外同類產(chǎn)品，且綠色環(huán)保，成本低廉，售價(jià)僅為進(jìn)口產(chǎn)品的70～85％，具有很大的發(fā)展空間和應(yīng)用前景，能夠現(xiàn)有各類發(fā)泡保溫材料的換代產(chǎn)品。
(2)本發(fā)明的生化木質(zhì)素樹脂環(huán)保發(fā)泡保溫材料的燃燒性能按國(guó)標(biāo)GB8624—2006進(jìn)行檢測(cè)，其指標(biāo)達(dá)到B級(jí)，能夠滿足現(xiàn)有建筑不斷提高的性能要求。
(3)本發(fā)明具有優(yōu)良的韌性強(qiáng)、不易開裂粉化、抗沖擊、機(jī)械強(qiáng)度高、吸水率低、隔熱、隔音、低收縮性能、保溫節(jié)能、抗震、低煙無(wú)毒、耐水耐潮、耐腐蝕、抗靜電、輕質(zhì)、安裝快捷以及耐磨損等特點(diǎn)，安全又環(huán)保，同時(shí)又優(yōu)于各類人造板材的綜合性能。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述。
實(shí)施例1
生化木質(zhì)素樹脂環(huán)保發(fā)泡保溫材料，由以下重量份數(shù)的原料制成：
其中：
高活性木質(zhì)素酚醛樹脂的制備方法包括以下步驟：
(1)制備高活性木質(zhì)素：
a)以秸稈作為原料，先通過粉碎機(jī)進(jìn)行切斷、除塵，再于2.0～5.0MPa下汽爆2～6min，固液分離后向得到的固形物中加堿液，在78～135℃下蒸煮分離0.5～2h，得到木質(zhì)素黑液；
b)向木質(zhì)素黑液中加入15～90ppm的Ca(OH)2進(jìn)行絮凝沉淀，經(jīng)過濾精度為20μm的過濾器進(jìn)行過濾，得到木質(zhì)素清液；
c)將木質(zhì)素清液送入管式超濾膜中，控制超濾膜堆壓力為5.0～8.0MPa、溫度為30～60℃、通量為50～90m3，得到超濾濃液和超濾清液，將超濾濃液送入超濾單效蒸發(fā)分離器中，控制蒸發(fā)負(fù)壓為-0.85～-0.89MPa、溫度為70～90℃、通量為10～20m3，得到超濾濃黑液，將超濾清液通過卷式納濾膜進(jìn)行過濾分離，控制納濾膜堆壓力為15.0～20.0MPa、溫度為30～60℃、通量為10～20m3，得到納濾濃液和納濾清液，將納濾濃液送入納濾單效蒸發(fā)分離器，控制蒸發(fā)壓力為-0.85～-0.89MPa、溫度為70～90℃、通量4～10m3，得到納濾濃黑液；
d)將超濾濃黑液和納濾濃黑液分別通過輸送裝置送入噴霧干燥器，控制干燥負(fù)壓為-0.21～-0.53MPa、進(jìn)風(fēng)溫度為200～300℃、出風(fēng)溫度90～180℃，最終得到粒度為200目的高活性木質(zhì)素；
(2)制備高活性木質(zhì)素酚醛樹脂：
將以下重量份數(shù)的原料：56份高活性木質(zhì)素、110份苯酚、8份酸性半纖維素液、70份堿性半纖維素液、14份軟水、65份植酸磷樹脂和3份沸石固體酸加入到反應(yīng)釜中，于溫度為210℃、壓力為2MPa下反應(yīng)4h，得到反應(yīng)液，向反應(yīng)液中依次加入50份甲醛、10份K4型納米礦晶，于80℃下反應(yīng)4h，得到粘稠物，將粘稠物用60℃的水洗滌5次，干燥后粉碎至200目，然后加入7份市售330-弱堿性環(huán)氧系陰離子交換樹脂進(jìn)行攪拌，得到高活性木質(zhì)素酚醛樹脂；其中：酸性半纖維素液為為秸稈經(jīng)粉碎機(jī)切斷后，于2.0～5.0MPa下汽爆2～6min，固液分離后向得到的固形物中加酸液，于78～135℃下蒸煮0.5～2h而產(chǎn)生的發(fā)酵廢液；堿性半纖維素液為秸稈經(jīng)粉碎機(jī)切斷后，于2.0～5.0MPa下汽爆2～6min，固液分離后向得到的固形物中加堿液，于78～135℃下蒸煮0.5～2h而產(chǎn)生的發(fā)酵廢液；植酸磷樹脂的制備方法是將80份植酸磷加入到反應(yīng)器中，向其中加入110份去離子水調(diào)節(jié)pH值為10～13，然后加入460份二乙胺基丙胺調(diào)節(jié)pH值為8～13，升溫至75℃，加入6份碳酸鈉反應(yīng)10～22h，調(diào)節(jié)pH值為1～6，于100℃下加入多釩酸銨反應(yīng)2h，離心過濾后得到植酸磷樹脂。
木質(zhì)素基泡沫混凝土發(fā)泡劑的制備方法如下：將高沸醇木質(zhì)素配制成濃度為30wt％的溶液，用磷酸氫二鈉調(diào)節(jié)pH值至10，加熱至66℃，加入18份苯丙氨酸和5份甲基壬乙醛反應(yīng)2h，得到胺化羧基化高沸醇木質(zhì)素，然后升溫至90℃，加入12份烯丙基磺酸鈉和3份安息香二甲醚反應(yīng)4h，最后加入2份氨基酸性氟碳表面活性劑、9份皂化骨膠攪拌均勻，冷卻后得到木質(zhì)素基泡沫混凝土發(fā)泡劑。
生化木質(zhì)素樹脂環(huán)保發(fā)泡保溫材料的制備方法如下：先將高活性木質(zhì)素酚醛樹脂、氨基酸型氟碳表面活性劑、沸石固體酸、KR-2710與木質(zhì)素基泡沫混凝土發(fā)泡劑混合均勻，再將其加入到模具內(nèi)進(jìn)行發(fā)泡，發(fā)泡溫度為40℃，發(fā)泡時(shí)間為11min，然后在75℃下固化成型25min，最終得到生化木質(zhì)素樹脂環(huán)保發(fā)泡保溫材料。