本發(fā)明涉及生物質(zhì)材料開發(fā)，具體為一種阻燃型農(nóng)作物秸稈基建筑模版材料。

背景技術(shù)：

1、隨著全球?qū)ㄖ踩珮?biāo)準(zhǔn)的提高，特別是對(duì)防火性能的要求日益嚴(yán)格，建筑行業(yè)迫切需要一種既能滿足高性能要求又能減少環(huán)境負(fù)擔(dān)的新型建筑材料。這種材料不僅需要具備良好的機(jī)械強(qiáng)度和耐久性，還需具備出色的阻燃性能，以確保建筑物在火災(zāi)等緊急情況下的安全性。此外，材料的加工性能、資源利用率以及環(huán)保性也成為衡量其應(yīng)用價(jià)值的重要指標(biāo)。

2、目前，傳統(tǒng)的阻燃型建筑模版材料主要有以下幾種：

3、無機(jī)阻燃劑復(fù)合材料：通過將聚丙烯樹脂與氫氧化鎂或氫氧化鋁等無機(jī)阻燃劑混合，制備出具有一定阻燃性能的建筑模板材料。但由于無機(jī)填料的加入量較大，往往會(huì)導(dǎo)致材料的加工性能下降。

4、生物質(zhì)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料：采用生物質(zhì)纖維如竹纖維或麻纖維增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料，并添加阻燃劑。但其阻燃性能相對(duì)較差，通常需要額外添加大量阻燃劑，成本較高。

5、納米技術(shù)改性復(fù)合材料：通過添加納米級(jí)阻燃劑，如納米黏土或納米二氧化硅，提升材料的阻燃性能和機(jī)械強(qiáng)度。但納米材料的分散性和穩(wěn)定性難以控制，容易出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象，導(dǎo)致材料性能不穩(wěn)定。

6、盡管上述方法在一定程度上實(shí)現(xiàn)了阻燃型建筑模板材料的開發(fā)，但仍存在一些不足之處：

7、功能性有限：傳統(tǒng)復(fù)合材料缺乏特殊功能特性，限制了其更廣泛應(yīng)用的可能性。

8、環(huán)境友好性差：部分傳統(tǒng)方法使用有機(jī)溶劑或其他有害化學(xué)品，不符合綠色化學(xué)原則，增加了生產(chǎn)成本和環(huán)境負(fù)擔(dān)。

9、收率與質(zhì)量不穩(wěn)定：由于無機(jī)填料與基體材料之間的界面結(jié)合力較弱及納米材料的分散性問題，容易出現(xiàn)副反應(yīng)，降低產(chǎn)品收率并影響最終產(chǎn)品的純度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種阻燃型農(nóng)作物秸稈基建筑模版材料，解決了上述背景技術(shù)的問題。

2、根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種阻燃型農(nóng)作物秸稈基建筑模版材料，按照質(zhì)量份數(shù)由以下成分組成：

3、再生聚丙烯樹脂：20～30份；

4、農(nóng)作物秸稈粉末：50～60份；

5、玻璃纖維增強(qiáng)網(wǎng)氈：8～12份；

6、生物基磷氮協(xié)效阻燃劑：3～5份；

7、增塑劑：3～5份；

8、穩(wěn)定劑：4～6份；

9、潤(rùn)滑劑：2～4份；

10、抗靜電劑：1～3份；

11、秸稈原位炭化增強(qiáng)相：8～12份。

12、再生聚丙烯樹脂(recycled?polypropylene,rpp)作為主要基體材料，提供了優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度和加工性能。通過回收利用廢棄聚丙烯，不僅減少了環(huán)境污染，還降低了生產(chǎn)成本。

13、玻璃纖維增強(qiáng)網(wǎng)氈(glass?fiber?reinforced?mat,gfrm)用于增強(qiáng)建筑模版材料的力學(xué)性能。其高強(qiáng)度和高模量特性顯著提升了模板材料的抗拉強(qiáng)度和耐久性。玻璃纖維表面經(jīng)過硅烷偶聯(lián)劑處理，增強(qiáng)了與基體材料的界面結(jié)合力，有助于提高模板材料的整體性能。

14、增塑劑用于改善再生聚丙烯樹脂的柔韌性和加工性能。

15、潤(rùn)滑劑用于改善建筑模板材料的加工流動(dòng)性和脫模性能。

16、抗靜電劑(antistatic?agent,aa)用于消除或減少建筑模板材料表面的靜電積累。aa通過吸附空氣中的水分，在材料表面形成一層導(dǎo)電膜，降低表面電阻率。

17、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述再生聚丙烯樹脂是回收塑料經(jīng)酸洗、堿洗和超聲波純水洗處理后，在雙螺桿擠出機(jī)中造粒得到的再生塑料顆粒；所述農(nóng)作物秸稈粉末包括稻草、麥稈、玉米秸稈；

18、其中，所述稻草、麥稈、玉米秸稈的質(zhì)量比為1:1:0.8～1:1:1.2。

19、農(nóng)作物秸稈粉末(crop?straw?powder,csp)是一種天然生物質(zhì)材料，具有輕質(zhì)、環(huán)保的特點(diǎn)。稻草、麥稈和玉米秸稈粉末中的纖維素和半纖維素成分與聚合物基體形成良好的界面結(jié)合，增強(qiáng)了建筑模板材料的力學(xué)性能和抗沖擊能力。此外，農(nóng)作物秸稈粉末還可以提高建筑模版材料的隔熱性能，降低建筑物的能耗。

20、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述農(nóng)作物秸稈粉末，包括稻草、麥稈和玉米秸稈，其尺寸為30-150μm。

21、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述增塑劑是由乙酰檸檬酸三丁酯與環(huán)氧脂肪酸甲酯混合而成的透明油狀溶液，所述穩(wěn)定劑是由硬脂酸鈣與環(huán)氧大豆油反應(yīng)生成的復(fù)合熱溶液，所述潤(rùn)滑劑是由硬脂酸與聚乙烯蠟反應(yīng)生成的均相油狀液體；

22、所述乙酰檸檬酸三丁酯和所述環(huán)氧脂肪酸甲酯的質(zhì)量比為1:0.5-1:2；

23、所述硬脂酸鈣和所述環(huán)氧大豆油的質(zhì)量比為1:0.8-1:1.2；

24、所述硬脂酸和所述聚乙烯蠟的質(zhì)量比為1:0.5-1:1.5。

25、穩(wěn)定劑用于提高建筑模板材料的熱穩(wěn)定性和抗氧化性能。通過捕獲聚合物基體中的氯化氫，防止聚合物在高溫或光照條件下發(fā)生降解，能有效延長(zhǎng)材料的使用壽命。

26、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，環(huán)氧大豆油通過捕獲自由基和分解過氧化物，提供了優(yōu)異的抗氧化性能，延緩建筑模板材料的老化過程，且提升了建筑模板材料的安全性和柔韌性。

27、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述抗靜電劑是由聚乙二醇與納米氧化鋅構(gòu)成的細(xì)粉混合物，所述秸稈原位炭化增強(qiáng)相是農(nóng)作物秸稈在限氧條件下裂解生成的多孔碳化顆粒，所述生物基磷氮協(xié)效阻燃劑是由植酸與殼聚糖通過離子交聯(lián)形成的納米復(fù)合顆粒；

28、其中，所述聚乙二醇與所述納米氧化鋅的質(zhì)量比為2:1-4:1；

29、所述植酸和所述殼聚糖的質(zhì)量比為1.8:1-2.2:1。

30、生物基磷氮協(xié)效阻燃劑是由植酸與殼聚糖通過離子交聯(lián)形成的納米復(fù)合顆粒，這種交聯(lián)不僅增強(qiáng)了材料的機(jī)械強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性，還提高了其在聚合物基體中的分散性和界面結(jié)合力。植酸分解生成磷酸類物質(zhì)，有效阻止氧氣和熱量向材料內(nèi)部傳遞，延緩熱解過程。同時(shí)，殼聚糖分解生成含氮?dú)怏w，進(jìn)一步抑制燃燒反應(yīng)。

31、秸稈原位炭化增強(qiáng)相是農(nóng)作物秸稈在限氧條件下裂解生成的多孔碳化顆粒，這些顆粒通過形成穩(wěn)定的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了材料的機(jī)械強(qiáng)度，并通過物理屏障效應(yīng)抑制了熱量和火焰的傳播，提升了阻燃效果。

32、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，多孔碳化顆粒的比表面積為300-800m2/g，孔徑主要分布在2-50nm范圍內(nèi)，高比表面積和豐富的孔洞結(jié)構(gòu)有助于吸附和捕獲燃燒過程中產(chǎn)生的自由基，提高了建筑模板材料的熱穩(wěn)定性和導(dǎo)電性。

33、根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種阻燃型農(nóng)作物秸稈基建筑模版材料的制備方法，如圖1所示，包括如下步驟：

34、s1:制備再生聚丙烯樹脂；

35、s2:制備農(nóng)作物秸稈粉末和秸稈原位炭化增強(qiáng)相；

36、s3:將所述再生聚丙烯樹脂、增塑劑和穩(wěn)定劑在密煉機(jī)中塑化混合，制備基體材料；

37、s4:將所述抗靜電劑、生物基磷氮協(xié)效阻燃劑與農(nóng)作物秸稈粉末在高速混合機(jī)中預(yù)混，制備功能添加劑混合物；

38、s5:將所述基體材料、功能添加劑混合物和秸稈原位炭化增強(qiáng)相通過雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行共混造粒，并加入潤(rùn)滑劑，制備復(fù)合顆粒物；

39、s6:制備玻璃纖維增強(qiáng)網(wǎng)氈；

40、s7:將所述復(fù)合顆粒物與玻璃纖維增強(qiáng)網(wǎng)氈交替鋪設(shè)形成層狀結(jié)構(gòu)材料，通過梯度熱壓成型，制備阻燃型農(nóng)作物秸稈基建筑模板材料。

41、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述制備農(nóng)作物秸稈粉末和秸稈原位炭化增強(qiáng)相包括：

42、將所述稻草、麥稈、玉米秸稈組成的混合秸稈切段至3-5cm，在30～35wt％過氧化氫溶液中超聲處理40-80分鐘，得到預(yù)處理后的秸稈段；

43、將所述預(yù)處理后的秸稈段經(jīng)過三級(jí)逆流水洗至酸堿值達(dá)到中性后，在70-90℃條件下干燥至含水率≤12％，得到干燥秸稈段；

44、取50～60wt％所述干燥秸稈段粉碎至80-120目，得到所述農(nóng)作物秸稈粉末；

45、將剩余40～50wt％所述干燥秸稈段在氮?dú)獗Ｗo(hù)下以3-8℃/min的速度升溫至400-500℃，炭化30-60分鐘，球磨至d50為10-30μm，制備所述秸稈原位炭化增強(qiáng)相。

46、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，三級(jí)逆流水洗的具體過程包括：

47、一級(jí)水洗：將所述預(yù)處理后的秸稈段放入水洗槽中，加入去離子水，開啟攪拌裝置，充分?jǐn)嚢?0-15分鐘。其中，水與秸稈的質(zhì)量比為10:1；

48、攪拌結(jié)束后，靜置5分鐘，固體沉淀后，排出上層液體。

49、二級(jí)水洗：再次向水洗槽中加入新的去離子水，保持10:1的水固比，充分?jǐn)嚢?5-20分鐘；

50、在排水后，取少量洗滌液測(cè)量其ph值。

51、三級(jí)水洗：再次加入去離子水，攪拌5-10分鐘，重復(fù)排水步驟，測(cè)量洗滌液的ph值，若ph值在中性范圍內(nèi)，則停止清洗。

52、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述將所述再生聚丙烯樹脂、增塑劑和穩(wěn)定劑在密煉機(jī)中塑化混合，制備基體材料包括：

53、將所述再生聚丙烯樹脂、增塑劑、穩(wěn)定劑依次喂入密煉機(jī)中混合塑化3-6分鐘，塑化溫度為150-170℃，轉(zhuǎn)速為30-50rpm，得到所述基體材料。

54、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，基體材料的厚度為150μm，拉伸強(qiáng)度為20-30mpa，彎曲模量為800-1200mpa，沖擊強(qiáng)度為3-8kj/m2。

55、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述制備玻璃纖維增強(qiáng)網(wǎng)氈包括：

56、將單絲直徑在8-15μm之間的所述無堿玻璃纖維紗編織成纖維織物，所述纖維織物的網(wǎng)孔密度為8-12目/cm2；

57、將所述纖維織物浸入0.5％-5％硅烷偶聯(lián)劑的浸漬槽中5-10分鐘，溫度為20-30℃，然后在100-120℃條件下烘干10-20分鐘，得到所述玻璃纖維增強(qiáng)網(wǎng)氈。

58、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，纖維織物的具體編織過程包括：

59、將單絲直徑在8-15μm之間的無堿玻璃纖維紗通過導(dǎo)紗器引入噴氣織機(jī)，保持溫度為20-25℃，相對(duì)濕度為40％-60％；

60、設(shè)定噴氣織機(jī)的編織參數(shù)為網(wǎng)孔密度8-12目/cm2，編織速度5-20米/分鐘，紗線張力10-30n；

61、啟動(dòng)噴氣織機(jī)，按照設(shè)定的編織參數(shù)進(jìn)行連續(xù)編織，得到纖維織物。

62、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述制備復(fù)合顆粒物包括：

63、將所述基體材料、功能添加劑混合物和秸稈原位炭化增強(qiáng)相通過側(cè)喂料系統(tǒng)以1-3kg/h的速率加入雙螺桿擠出機(jī)中，同時(shí)添加所述潤(rùn)滑劑，得到所述復(fù)合顆粒物；

64、其中，所述雙螺桿擠出機(jī)的工作溫度為170-200℃，螺桿轉(zhuǎn)速為150-250rpm。

65、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，復(fù)合顆粒物的粒徑大小為1-3mm，這些復(fù)合顆粒物通過基體材料、功能添加劑及秸稈原位炭化增強(qiáng)相的緊密結(jié)合，形成穩(wěn)定的復(fù)合結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)建筑模板材料的安全性和阻燃性。

66、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述制備阻燃型農(nóng)作物秸稈基建筑模版材料包括：

67、將所述復(fù)合顆粒物與所述玻璃纖維增強(qiáng)網(wǎng)氈交替鋪設(shè)形成5層的層狀結(jié)構(gòu)材料，并將所述層狀結(jié)構(gòu)材料進(jìn)行第一階段熱壓和第二階段熱壓，當(dāng)所述熱壓后的層狀結(jié)構(gòu)材料的溫度冷卻至40-50℃時(shí)，進(jìn)行脫模，得到所述阻燃型農(nóng)作物秸稈基建筑模版材料；

68、其中，所述第一階段熱壓：溫度180-200℃，壓力1.5-2.5mpa，時(shí)間8-12分鐘；

69、所述第二階段熱壓：溫度200-210℃，壓力7-9mpa，時(shí)間12-18分鐘。

70、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，阻燃型農(nóng)作物秸稈基建筑模板材料厚度為8-12mm，具有高強(qiáng)度、高韌性及優(yōu)異的阻燃性能，適用于高層建筑、工業(yè)廠房、住宅建筑及防火要求高的場(chǎng)所，滿足現(xiàn)代建筑對(duì)高性能和可持續(xù)性的雙重需求。

71、本發(fā)明具有以下有益效果：

72、本發(fā)明采用回收塑料和農(nóng)作物秸稈作為主要原料，不僅減少了農(nóng)業(yè)廢棄物對(duì)環(huán)境的污染，還降低了生產(chǎn)成本和碳足跡，符合綠色建筑的要求。此外，采用無毒無害的環(huán)保配方，避免了傳統(tǒng)有害化學(xué)物質(zhì)的使用，確保了材料的安全性和環(huán)境友好性。其可回收性和資源循環(huán)利用特性使其在臨時(shí)建筑和應(yīng)急設(shè)施中表現(xiàn)出色，滿足現(xiàn)代建筑對(duì)可持續(xù)性的需求。

73、本發(fā)明利用生物基磷氮協(xié)效阻燃劑和秸稈原位炭化增強(qiáng)相提高建筑模板材料的阻燃性能。這些成分在高溫下能夠生成保護(hù)性炭層，有效阻止氧氣和熱量的傳遞，延緩燃燒過程，提升材料的自熄性和低煙密度。這些特性使其特別適用于對(duì)防火要求高的場(chǎng)所，如化工廠、倉(cāng)庫(kù)等，在火災(zāi)發(fā)生時(shí)能有效延緩火勢(shì)蔓延，保護(hù)人員和財(cái)產(chǎn)安全。此外，環(huán)保型阻燃劑避免了傳統(tǒng)有害化學(xué)物質(zhì)的使用，確保了材料的安全性和環(huán)境友好性。

74、本發(fā)明通過將再生聚丙烯樹脂、玻璃纖維增強(qiáng)網(wǎng)氈和秸稈原位炭化增強(qiáng)相結(jié)合，顯著提升了整體的機(jī)械強(qiáng)度和韌性。這種多層結(jié)構(gòu)不僅能夠承受較大的垂直荷載和側(cè)向壓力，還具備良好的抗撕裂能力，適用于高層建筑、工業(yè)廠房及住宅建筑中的模板支撐系統(tǒng)。其高韌性和重復(fù)使用性減少了材料浪費(fèi)，降低了施工成本。

75、本發(fā)明通過添加潤(rùn)滑劑和優(yōu)化熱壓工藝，使得該模板材料具有良好的加工性能和尺寸穩(wěn)定性。其表面平整度高，便于安裝和拆卸，提高了施工效率，縮短了工期。同時(shí)，潤(rùn)滑劑的加入減少了材料在加工過程中的摩擦力，改善了流動(dòng)性，降低了能耗并提高了生產(chǎn)效率。這種優(yōu)異的加工性能使得模板在實(shí)際應(yīng)用中更加便捷高效。

76、本發(fā)明制備的阻燃型農(nóng)作物秸稈基建筑模版材料，適用于各種建筑場(chǎng)景中，包括高層建筑、工業(yè)廠房、住宅建筑以及防火要求高的場(chǎng)所。其輕質(zhì)且易于加工的特點(diǎn)，使得模板安裝和拆卸更加便捷，提高了施工效率。此外，其隔音隔熱功能改善了建筑物的居住舒適度，而耐候性和抗?jié)裥阅苁蛊溥m合在高溫或潮濕環(huán)境下使用，確保長(zhǎng)期穩(wěn)定性。因此，該材料不僅滿足現(xiàn)代建筑對(duì)高性能的需求，還為各種應(yīng)用場(chǎng)景提供了環(huán)保高效的解決方案。

77、當(dāng)然，實(shí)施本發(fā)明的任一產(chǎn)品并不一定需要同時(shí)達(dá)到以上所述的所有優(yōu)點(diǎn)。