一种轻质竹木复合材料及其制备方法与流程

本发明涉及竹木复合材料，具体涉及一种轻质竹木复合材料及其制备方法。背景技术：1、木材和竹材是植物中能够用作结构材料的2种天然材料。作为可再生、可降解的天然生物质复合材料，木材和竹材是真正的低碳环保材料。随着中国经济的高速发展和人们环保意识的增强，高档舒适、低碳环保的木（竹）结构建筑日益受到市场青睐。利用我国丰富的速生木材和竹材资源制造高性能的工程木（竹）质材料一直是国内外学者关注的热点。竹子体轻，但质地异常坚硬，收缩量小，弹性和韧性高，顺纹抗压强度较大。利用原竹作为增强材料，改善空心刨花板纵向力学性能，使其应用前景更加广阔，有望制备出一种强度足够且质量较轻的复合材料，应用于建筑市场。但是，由于竹木复合材料的质地较为柔软，容易受潮、腐烂、虫蛀等影响而损耗较快，因此，耐久性不佳。2、因此，开发一种具有轻质且耐久性好，抗菌防腐效果佳的竹木复合材料将具有应用前景。技术实现思路1、本发明的目的在于提出一种轻质竹木复合材料及其制备方法，具有轻质、抗菌、防霉、抗病毒的活性，耐久性佳，胶合强度大，力学性能佳，抗静电性能好，具有防水耐潮、耐光照、耐磨、阻燃的效果，具有广阔的应用前景。2、本发明的技术方案是这样实现的：3、本发明提供一种轻质竹木复合材料的制备方法，制备n掺杂tio2/sio2中空纳米球，表面原位沉积纳米级单质银，固定cu氧化物，经过单宁酸和硅烷偶联剂改性，与丙烯酸单体聚合制得改性丙烯酸树脂胶黏剂，加入木粉和竹粉，微波处理，热压成型，涂覆桐油，干燥，制得轻质竹木复合材料。4、作为本发明的进一步改进，包括以下步骤：5、s1. n掺杂tio2/sio2中空纳米球的制备：将钛酸四丁酯、正硅酸乙酯溶于二氯甲烷中，制得油相；将尿素、氨水、乳化剂溶于水中，制得水相；将水相加入油相中，乳化，搅拌反应，离心，洗涤，干燥，煅烧，制得n掺杂tio2/sio2中空纳米球；6、s2. 纳米级单质银的沉积：将步骤s1制得的n掺杂tio2/sio2中空纳米球和硝酸银的加入水中，加入果糖，加热搅拌反应，离心，洗涤，干燥，制得ag沉积n掺杂tio2/sio2中空纳米球；7、s3. cu氧化物的固定：将铜盐和ag沉积n掺杂tio2/sio2中空纳米球加入水中，加热搅拌反应，离心，洗涤，干燥，煅烧，制得cu氧化物固定ag沉积n掺杂tio2/sio2中空纳米球；8、s4. 单宁酸改性中空纳米球的制备：将步骤s3制得的cu氧化物固定ag沉积n掺杂tio2/sio2中空纳米球加入水中，加入单宁酸和tris-hcl缓冲液，调节溶液ph值，加热搅拌反应，离心，洗涤，干燥，制得单宁酸改性中空纳米球；9、s5. 改性中空纳米球的制备：将步骤s4制得的单宁酸改性中空纳米球加入水中，加入复合硅烷偶联剂，加热搅拌反应，离心，洗涤，干燥，制得改性中空纳米球；10、s6. 改性丙烯酸树脂胶黏剂的制备：将步骤s5制得的改性中空纳米球加入水中，加入丙烯酸单体，惰性气体保护下，加入引发体系，加热搅拌反应，减压除去部分溶剂，制得改性水性丙烯酸树脂胶黏剂；11、s7. 轻质竹木复合材料的制备：将木粉和竹粉混合加入步骤s6制得的改性水性丙烯酸树脂胶黏剂中，搅拌混合均匀，微波处理，热压成型，干燥，表面涂覆一层桐油，干燥，制得轻质竹木复合材料。12、作为本发明的进一步改进，步骤s1中所述钛酸四丁酯、正硅酸乙酯、二氯甲烷的质量比为5-7:10-12:100，所述尿素、氨水、乳化剂、水的质量比为2-4:7-10:1-2:100，所述乳化剂选自吐温-20、吐温-40、吐温-60、吐温-80中的至少一种，所述水相和油相的质量比为3-5:7-9，所述搅拌反应的时间为5-7h，所述煅烧的温度为500-700℃，时间为2-3h。13、作为本发明的进一步改进，步骤s2中所述n掺杂tio2/sio2中空纳米球、硝酸银、果糖的质量比为100:5-7:10-12，所述加热搅拌反应的温度为90-100℃，时间为0.5-1h。14、作为本发明的进一步改进，步骤s3中所述铜盐选择硝酸铜、硫酸铜、氯化铜中的至少一种，所述铜盐、ag沉积n掺杂tio2/sio2中空纳米球的质量比为3-5:100，所述加热搅拌反应的温度为35-45℃，时间为20-40min，所述煅烧的温度为400-600℃，时间为1-3h。15、作为本发明的进一步改进，步骤s4中所述cu氧化物固定ag沉积n掺杂tio2/sio2中空纳米球、单宁酸和tris-hcl缓冲液的质量比为12-15:4-6:7-10，所述tris-hcl缓冲液为1.5-2.5mol/l的tris-hcl缓冲液，所述加热搅拌反应的温度为45-55℃，时间为2-4h。16、作为本发明的进一步改进，步骤s5中所述单宁酸改性中空纳米球、复合硅烷偶联剂的质量比为12-15:2-3，所述复合硅烷偶联剂为kh602和kh570的混合物，质量比为4-7:7-10，所述加热搅拌反应的温度为40-50℃，时间为1-3h。17、作为本发明的进一步改进，步骤s6中所述改性中空纳米球、丙烯酸单体、引发体系的质量比为4-6:37-40:0.2-0.4，所述丙烯酸单体包括甲基丙烯酸、丙烯酸-2-羟基乙酯、n-羟甲基丙烯酰胺、丙烯酸甲酯，质量比为12-15:7-10:3-5:2-3，所述引发体系包括引发剂和助引发剂，质量比为4-6:1，所述引发剂为过硫酸钠、过硫酸钾、过硫酸铵中的至少一种，所述助引发剂为亚硫酸钠，所述加热搅拌反应的温度为55-65℃，时间为3-5h，所述改性水性丙烯酸树脂胶黏剂的相对密度为1.1-1.15；步骤s7中所述木粉、竹粉、改性水性丙烯酸树脂胶黏剂的质量比为12-15：17-25:20-30，所述热压成型的温度为145-155℃，压力为5.5-7mpa，时间为10-20min，所述微波处理的功率为1200-1500w，时间为5-10min，所述桐油的涂覆量为0.03-0.05g/cm2。18、作为本发明的进一步改进，具体包括如下步骤：19、s1. n掺杂tio2/sio2中空纳米球的制备：将5-7重量份钛酸四丁酯、10-12重量份正硅酸乙酯溶于100重量份二氯甲烷中，制得油相；将2-4重量份尿素、7-10重量份氨水、1-2重量份乳化剂溶于100重量份水中，制得水相；将30-50重量份水相加入70-90重量份油相中，乳化，搅拌反应5-7h，离心，洗涤，干燥，500-700℃煅烧2-3h，制得n掺杂tio2/sio2中空纳米球；20、s2. 纳米级单质银的沉积：将100重量份步骤s1制得的n掺杂tio2/sio2中空纳米球和5-7重量份硝酸银的加入500重量份水中，加入10-12重量份果糖，加热至90-100℃，搅拌反应0.5-1h，离心，洗涤，干燥，制得ag沉积n掺杂tio2/sio2中空纳米球；21、s3. cu氧化物的固定：将3-5重量份铜盐和100重量份ag沉积n掺杂tio2/sio2中空纳米球加入200重量份水中，加热至35-45℃，搅拌反应20-40min，离心，洗涤，干燥，400-600℃煅烧1-3h，制得cu氧化物固定ag沉积n掺杂tio2/sio2中空纳米球；22、s4. 单宁酸改性中空纳米球的制备：将12-15重量份步骤s3制得的cu氧化物固定ag沉积n掺杂tio2/sio2中空纳米球加入100重量份水中，加入4-6重量份单宁酸和7-10重量份1.5-2.5mol/l的tris-hcl缓冲液，调节溶液ph值为8.5，加热至45-55℃，搅拌反应2-4h，离心，洗涤，干燥，制得单宁酸改性中空纳米球；23、s5. 改性中空纳米球的制备：将12-15重量份步骤s4制得的单宁酸改性中空纳米球加入100重量份水中，加入2-3重量份复合硅烷偶联剂，加热至40-50℃，搅拌反应1-3h，离心，洗涤，干燥，制得改性中空纳米球；24、所述复合硅烷偶联剂为kh602和kh570的混合物，质量比为4-7:7-10；25、s6. 改性丙烯酸树脂胶黏剂的制备：将4-6重量份步骤s5制得的改性中空纳米球加入150重量份水中，加入37-40重量份丙烯酸单体，惰性气体保护下，加入0.2-0.4重量份引发体系，加热至55-65℃，搅拌反应3-5h，减压除去部分溶剂，制得相对密度为1.1-1.15的改性水性丙烯酸树脂胶黏剂；26、所述丙烯酸单体包括甲基丙烯酸、丙烯酸-2-羟基乙酯、n-羟甲基丙烯酰胺、丙烯酸甲酯，质量比为12-15:7-10:3-5:2-3；27、所述引发体系包括引发剂和助引发剂，质量比为4-6:1；28、s7. 轻质竹木复合材料的制备：将12-15重量份木粉和17-25重量份竹粉混合加入20-30重量份步骤s6制得的改性水性丙烯酸树脂胶黏剂中，搅拌混合均匀，1200-1500w微波处理5-10min，热压成型，温度为145-155℃，压力为5.5-7mpa，时间为10-20min，干燥，表面涂覆一层桐油，涂覆量为0.03-0.05g/cm2，干燥，制得轻质竹木复合材料。29、本发明进一步保护一种上述的制备方法制得的轻质竹木复合材料。30、本发明具有如下有益效果：31、本发明通过乳液法制备了一种n掺杂tio2/sio2中空纳米球，一方面中空球降低了添加剂的总质量，同时，tio2/sio2中空纳米球也能更好的提高复合材料的力学性能，n掺杂不仅可以改变tio2的晶体结构，中产生光生电子-空穴对所需要的能量，还能够使得tio2利用可见光区，大大提高了tio2的光催化活性，从而使得制得的复合材料具有更好的抗菌、抗病毒、防腐性能，同时，还能催化降解空气中的甲醛、挥发性有机物等，提高环保性能。32、进一步在制得的n掺杂tio2/sio2中空纳米球表面原位沉积纳米ag单质和纳米级氧化铜，两者的协同作用下，能够破坏细菌、真菌的细胞结构，破坏病毒蛋白结构，铜离子和银离子与蛋白中的硫原子结合，导致致病菌、病毒彻底失活，从而大大提高了抗菌、防霉、抗病毒的活性，耐久性佳，同时，也提高了复合材料的电磁屏蔽性能以及抗静电性能。33、制得的cu氧化物固定ag沉积n掺杂tio2/sio2中空纳米球经过表面单宁酸聚合以及硅烷偶联剂（kh602和kh570）改性后，偶联剂kh602的氨基能够与单宁酸的羟基形成氢键从而稳定固定，kh570的双键能够使得制得的改性纳米粉与丙烯酸单体发生共聚合，从而使得纳米材料均匀的分散在胶黏剂中，从而均匀的分散在竹木复合材料中，起到了很好的改性作用。同时，单宁酸也能够与聚丙烯酸分子链上的o、n元素形成氢键，从而进一步提高了纳米粉的分散性，也能够与竹木粉中纤维素的羟基、氨基等形成氢键，提高了竹木复合材料的胶合强度。34、竹粉和木粉与改性丙烯酸树脂胶黏剂混合后，经过微波处理，竹材表面接触角变小，自由基浓度增加，亲水性羟基增加，提升胶粘剂的渗透，从而大大提高了复合材料的胶合强度。35、最后在制得的竹木复合材料表面涂覆一层桐油，桐油的主要成分为α-桐油酸三甘油酯，涂覆在竹木复合材料表面后，可以在空气中与氧气反应时可固化成膜，提高了复合材料的防水耐潮、耐光照、防腐等性能，渗入竹木复合材料内部的桐油原位固化后，可对木材细胞壁具有加固增强作用，提高复合材料的稳定、疏水、耐磨等特性，同时进一步提高阻燃的效果。36、本发明制得的轻质竹木复合材料具有轻质、抗菌、防霉、抗病毒的活性，耐久性佳，胶合强度大，力学性能佳，抗静电性能好，具有防水耐潮、耐光照、耐磨、阻燃的效果，具有广阔的应用前景。