本發(fā)明涉及一種生物質(zhì)基保發(fā)泡板材及其制備工藝，尤其是涉及一種具有高強(qiáng)韌性，保溫、隔熱和阻燃效果，且可在堆肥條件下實(shí)現(xiàn)降解的發(fā)泡材料的制備工藝。

背景技術(shù)：

1、植物纖維是一種天然的可再生資源，廣泛存在于農(nóng)林資源及其加工廢棄物中，并且往往得不到充分的利用而被當(dāng)作垃圾遺棄在大自然，或通過焚燒等方式進(jìn)行銷毀，一方面造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染，另一方面也導(dǎo)致了大量的資源浪費(fèi)。

2、植物纖維作為工業(yè)或民用材料使用，需要其在加工中具備良好的成型性，成型后的材料擁有良好強(qiáng)度和韌性。通過模壓等方式可以實(shí)現(xiàn)纖維的緊密結(jié)合，但模壓在壓實(shí)纖維的通知也將導(dǎo)致制品密度的提高，進(jìn)而限制其應(yīng)用，輕量化依然是必須解決的問題。植物纖維材料輕量化的通用方法是發(fā)泡，即在模壓或擠出過程中通過發(fā)泡劑如水蒸汽、油類等易揮發(fā)物質(zhì)揮發(fā)制孔，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)密度的降低。盡管方法簡易，但依然有很多問題存在，如如何在保證大量泡孔存在的情況下保證纖維的穩(wěn)定結(jié)合并保證強(qiáng)度；在加工中如何處理植物纖維流動性和均勻發(fā)泡之間的關(guān)系。為了達(dá)到以上目標(biāo)，很多性能穩(wěn)定的可發(fā)泡塑料材料被用于和植物纖維復(fù)合，如發(fā)明專利2022112811789公布的一種微孔植物纖維復(fù)合材料及其制備方法即以熱塑性塑料與植物纖維進(jìn)行復(fù)合發(fā)泡，形成微泡孔；發(fā)明專利2006102004816則公布了以植物纖維和eva復(fù)合發(fā)泡的案例。而無機(jī)物也被用于復(fù)合，如202010355961x?一種植物纖維發(fā)泡墻體保溫材料及其制備方法以植物纖維與硅酸鹽水泥進(jìn)行混合發(fā)泡。因?yàn)閾碛辛朔€(wěn)定的高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)進(jìn)而使得發(fā)泡材料具有了良好的性能。但加入以上材料將導(dǎo)致發(fā)泡體不可降解，引起環(huán)境問題。如果開發(fā)全降解的具有良好力學(xué)性能的植物纖維基發(fā)泡復(fù)合材料依然是業(yè)界的難題。

3、植物纖維基發(fā)泡材料成型主要由以下幾個(gè)方面因素控制，一是復(fù)合材料的組成，這將決定材料性能的基礎(chǔ)；二是原料的流變加工性和熔體強(qiáng)度，這將決定植物纖維基復(fù)合材料的發(fā)泡大小和分布；三是物質(zhì)之間的結(jié)合，這將決定材料的均勻能量耗散；四是加工方式和條件必須和材料的特性匹配。只有以上多方面因素均配合才可實(shí)現(xiàn)性能目標(biāo)。除力學(xué)性能外，純植物纖維基材料發(fā)泡材料雖然已有泡孔存在，但其阻隔性及其導(dǎo)致的隔熱和保溫性依然很難達(dá)到實(shí)用要求，這是由于其往往為開孔的孔結(jié)構(gòu)和物質(zhì)本身的傳熱性所決定，這就需要其他材料的協(xié)助來實(shí)現(xiàn)。

4、針對此問題，本專利開發(fā)了一種基于植物纖維的特殊配方體系，利用處理纖維的均勻性和表面特性，結(jié)合原位水解技術(shù)和多生物質(zhì)骨架構(gòu)建，開發(fā)了具有優(yōu)異力學(xué)性能和阻隔保溫性的板材材料開發(fā)，為全降解植物纖維制品的開發(fā)提供了更優(yōu)選項(xiàng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是為了克服植物纖維基發(fā)泡材料力學(xué)性能，隔熱保溫性能的缺陷，提供了一種具有良好的強(qiáng)韌性，低熱導(dǎo)率、高熱容性和較好的阻燃特性，可在堆肥條件下實(shí)現(xiàn)降解的植物纖維基發(fā)泡材料的制備方法。

2、本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

3、一種生物質(zhì)基保溫隔熱阻燃發(fā)泡材料，由處理植物纖維、硅骨架、聚乙烯醇、聚ε-己內(nèi)酯、果膠構(gòu)成，其中各組分的比例如下：

4、處理植物纖維：100

5、硅骨架：15-25

6、聚乙烯醇：5-10

7、聚ε-己內(nèi)酯：5-10

8、果膠：3-6

9、防霉劑：1-2

10、進(jìn)一步，所述發(fā)泡材料的制備工藝包括：

11、i：將四甲氧基硅烷溶解于水中配置成質(zhì)量濃度介于5-10%的水溶液，后加入聚乙烯醇，將溶液溫度提升至60-80℃，攪拌均勻后得到預(yù)混料a，并一直保持溫度備用；

12、ii：以處理植物纖維和水混合配置含水率為60-80%的漿料，在漿料中加入聚ε-己內(nèi)酯顆粒，后加入弱酸，攪拌均勻配置成復(fù)合漿料b，控制復(fù)合漿料b的含水量介于40-80%之間，ph值介于4-5之間；

13、iii：將果膠浸泡于20-40℃過量水中，浸泡10-20min，使得果膠充分吸水溶脹，后過濾掉游離水得到果膠料c，備用；

14、iv：在模壓發(fā)泡前，將復(fù)合漿料b預(yù)熱至60-80℃后，加入體積為其0.2-0.4的預(yù)混料a，同時(shí)加入果膠料c和防潮劑，充分?jǐn)嚢杈鶆虻玫侥号吡蟙，全程保持溫度穩(wěn)定于60-80℃之間，靜置蒸發(fā)水分以保持模壓胚料d中水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)介于50-80%之間；

15、v：將模壓胚料d投入模壓機(jī)模具中，在100-120℃，2-4mpa壓力下保壓2-3分鐘，2-4s內(nèi)快速卸壓，后繼續(xù)以120-140℃，4-6mpa壓力二次加壓，保壓2-3分鐘，2-4s內(nèi)快速卸壓，得到最終產(chǎn)物。

16、進(jìn)一步，所述制備工藝步驟iv中加入預(yù)混料a，到步驟v中將模壓胚料d投入模壓機(jī)模具中并加壓，兩步驟之間的間隔時(shí)間不超過15分鐘，以上時(shí)間是為了保證四甲氧基硅烷在酸性條件下發(fā)生水解生成硅骨架。

17、進(jìn)一步，所述處理植物纖維為處理長纖維和處理短纖維的組合；其中，處理長纖維在所有植物纖維中的質(zhì)量比例介于0-60%之間，處理短纖維在所有植物纖維中的質(zhì)量比例介于40-100%之間；所述處理長纖維的直徑介于10-50μm之間，長度介于1-10mm之間；處理短纖維的直徑介于1-10μm之間，長度介于100μm-1mm之間。

18、進(jìn)一步，所述處理長纖維和處理短纖維為將植物纖維經(jīng)除雜、破碎后，過篩得到相應(yīng)目數(shù)的粗纖維，再通過生物酶處理和酸處理后得到；未處理原始長纖維的目數(shù)介于300-500目之間，未處理原始短纖維的目數(shù)介于1000-2000目之間。

19、進(jìn)一步，所述處理長纖維和處理短纖維均采用以下方式處理：將植物纖維除雜后，破碎至一定目數(shù)得到粗纖維，將粗纖維投入捏合機(jī)中，加入水配置成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30-50%的均勻漿料，加入少量纖維素酶，封閉捏合機(jī)后在20-40℃下緩慢攪拌4-8小時(shí)，后直接取出物料，過濾掉水后浸置于40-60℃，ph值介于4-5之間的弱酸水溶液中，靜置2-4小時(shí)，后過濾取出纖維并洗滌去除酸液得到處理植物纖維，所述弱酸水溶液體積介于漿料的0.6-1.5倍。

20、進(jìn)一步，所述纖維素酶的含量介于纖維的0.6-1.2%之間，酶活力為3000-6000u/g。

21、進(jìn)一步，所述處理后的纖維表面雜質(zhì)、果膠、半纖維素、木質(zhì)素基本除去，結(jié)晶度降低至10%以下，纖維表面存在大量羥基。

22、進(jìn)一步，如采用在處理植物纖維最后步驟中不洗滌去除酸液，所述加工過程中步驟ii加入弱酸的過程也可以省略。

23、進(jìn)一步，所述植物纖維的原料為秸稈纖維、蘆葦纖維、甘蔗纖維、木纖維、竹纖維中的任意一種或多種任意比例的組合物。

24、進(jìn)一步，所述硅骨架由四甲氧基硅烷在酸環(huán)境中快速水解得到，其質(zhì)量按加入四甲氧基硅烷水解的化學(xué)劑量式進(jìn)行計(jì)算。

25、進(jìn)一步，所述聚乙烯醇的分子量介于20000-?50000之間，醇解度介于75-100%之間。

26、進(jìn)一步，所述聚ε-己內(nèi)酯的分子量介于12000-30000之間，熔點(diǎn)介于40-60℃之間。

27、進(jìn)一步，所述果膠可為蘋果果膠、橘子果膠、瓜爾膠中的一種。

28、進(jìn)一步，所述防霉劑可為季銨鹽類、無機(jī)納米類防霉劑，均可采用市售產(chǎn)品。

29、進(jìn)一步，所述發(fā)泡材料的泡孔直徑介于100-800μm之間。

30、進(jìn)一步，所述發(fā)泡材料的有益效果在于：

31、（1）經(jīng)生物酶及如弱酸處理的植物纖維更加純凈、均勻，表面暴露更多羥基，有利于加工中的流動性及其相互之間以及其與其他物質(zhì)的結(jié)合，以增加材料強(qiáng)韌性；長纖維和短纖維的配合綜合了流動性、強(qiáng)度和連接性，有利于材料的強(qiáng)韌性。

32、（2）采用了原位酸水解技術(shù)在發(fā)泡材料內(nèi)形成均勻分布硅骨架，起到增加強(qiáng)韌效果，且增加阻隔性的效果；同時(shí)其本身具有羥基，也易于和植物纖維實(shí)現(xiàn)結(jié)合。

33、（3）采用了高流動性的聚ε-己內(nèi)酯和聚乙烯醇在一定溫度下在流動并均勻分布于材料中，其中聚乙烯醇擁有大量羥基，可與植物纖維之間存在良好的結(jié)合；而聚ε-己內(nèi)酯具有良好的韌性，可為材料提供更好的彈性和韌性；

34、（4）本發(fā)明以水蒸氣為發(fā)泡劑，采用兩次加壓卸壓法充分實(shí)現(xiàn)發(fā)泡并保證發(fā)泡均勻且沒有過大的泡孔。

35、（5）因有硅骨架和均勻分布的果膠及聚乙烯醇等高聚物存在，燃燒時(shí)可形成碳層阻止燃燒的進(jìn)一步繼續(xù)。

36、進(jìn)一步，所述發(fā)泡材料的性能按以下方式檢測：

37、（1）發(fā)泡材料的拉伸性能包括拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率為將板材裁切出標(biāo)準(zhǔn)啞鈴樣條進(jìn)行測試；

38、（2）發(fā)泡材料的壓縮性能為將板材裁切成5cm?x?5cm?x?2cm板材，后在力學(xué)測試機(jī)中進(jìn)行壓縮測試，測定其壓縮變形50%時(shí)的強(qiáng)度。

39、（3）發(fā)泡材料的導(dǎo)熱性由導(dǎo)熱系數(shù)測試儀器進(jìn)行測試。

40、（4）發(fā)泡材料的阻燃性由氧指數(shù)儀和水平燃燒性測試儀進(jìn)行測定。