基于植物材料的阻燃复合材料及其制备方法和应用
基于植物材料的阻燃复合材料及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于植物材料的阻燃复合材料及其制备方法和应用。
【背景技术】
[0002]建筑业近年来不断发生失火现象，愈加引起各界的重视，根据调查这些大火多是发生在保温材料引起。近年来为了节能，用保温材料背覆，室温冬季可提高4度或更高，节约了暖气与空调的电能，减少二氧化碳排放，世界上多数国家也都如此。
现在国内使用的保温材料多数为聚苯乙烯发泡和聚氨酯发泡板材。它质地轻、好运输和切割，又好安装。且价格低廉。但由于它的材质本身系发泡材料，聚苯乙烯加发泡剂将空气充填在每一个发泡的盲孔(闭孔)内。聚苯乙烯可燃，它的气泡内是空气中的氧和氮为主，氧可助燃。一旦失火，当然会燃烧起来，火会更旺。且这些材料硬度在某些地方不能达到要求，会对建筑造成一定的安全隐患。
【发明内容】
[0003]针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于植物材料的阻燃复合材料及其制备方法和应用。
[0004]为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括:
一种基于植物材料的阻燃复合材料，包括以植物材料为基材，以及一种与所说的基材功能性接触的纳米复合材料。
[0005]进一步的，所述植物材料选自植物纤维、植物纤维原材料或植物纤维半成品；用于该新的复合材料的适宜基材为基于植物材料的基材，这些复合材料具体为植物纤维、植物纤维原料或植物纤维半成品，但不包括木材。
该基材可具有非常不同的物理形状，并且是，例如，粒状、絮状、纤维状、条状、板状、薄片状、片状或块状，或具有层状结构，或为任何所需形状的成型物品。
[0006]适宜的基材具体选自为天然纤维，如种子纤维，如棉；果实壁纤维，如木棉(kapok);韧皮纤维，如亚麻、大麻、黄麻或苎麻；和硬纤维，如剑麻、椰子。适宜的植物纤维原材料为:如芦苇(reed)和水稻或谷类和禾杆。适宜的植物纤维半成品(加工后)为:如纤维束、线、带、绳、麻线、网丝和纱线，以及半成品、如织物、织布、针织、编织、纺织品、无纺布、毛毡、纤网、垫子。
进一步的，所述纳米复合材料是通过硅烷进行表面改性的无机胶体粒子；所述无机胶体粒子选自纳米等级Si02、T12> ZrO2> A1203、Y2O3> CeO2> SnO2> ZnO、氧化铁或碳的溶胶和可分散粉末；优选为为S12的溶胶和粉末，其中，粒径状优选为最高达300nm，特别优选高达lOOnm，最优选为最高达50nm ;比例通常为5-60%重量、优选10-40%重量，特别优选10-20%重量。
所述硅烷选自SRX-S1-A4_x ( I )，其中基团A相同或不同，并且是羟基或除了甲氧基外的可水解去除的基团，R基相同或不同，并且是不能水解除去的基团，X为0、1、2或3，其中在硅烷至少为50mol%中X彡I。
[0007]这里给出了硅烷(b)的具体例子，其可以用于本发明且其基团A可水解去除而基团B不能水解去除。
可水解去除的基团A的优选例子为氢、卤素(F、Cl、Br和I，特别为Cl和Br)、烷氧基(特别为C2_4烧氧基，如乙氧基、正_丙氧基、异丙氧基和丁氧基)、芳氧基(特别为C 芳氧基，如苯氧基)、烷基芳基氧基(如苄氧基)、酰氧基(特别为(V4-酰氧基，如乙酰氧基和丙酰氧基)和烷基羰基(如乙酰基)。同样也适宜的基团A为氨基(如单-或二烷基-、_芳基-和-芳烷基氨基，其具有上述的烷基、芳基和芳烷基)、酰胺基(如苯甲酰氨基)和乙醛肟或酮肟基。两个或三个基团A也可一起形成配合Si原子的一部分，如在衍生于乙二醇、甘油或邻苯二酚的S1-多醇配合物中。特别优选的基团A是C2_4烷氧基，特别为乙氧基。对于本发明的目的，不太优选甲氧基，因为其有太高的反应性(纳复合物溶胶的加工时间短)，且可使纳复合材料和/或复合材料的柔韧性不够。
上述可水解的基团A，如果需要，可带一个或多个常规的取代基，例如卤素或烷氧基。不能水解去除的基团R可优选选自:烧基(特别是CV4-烷基，如甲基、乙基、丙基和丁基)，链烯基(特别为C2_4-链烯基，如乙烯基、1-丙烯基、2-丙烯基和丁烯基)、链炔基(特别为C2_4-链炔基，如乙炔基、炔丙基)、芳基(特别为C6_1(l-芳基，如苯基和萘基)和相应的烷基芳基和芳基烷基。如果需要的话，这些基团也可带有一个或多个常规取代基，如卤素、烧氧基、轻基、氨基或环氧基。
上述烷基、链烯基和链炔基包括相应的环状基团，如环丙基、环戊基和环己基。
特别优选的基团R是取代或未取代的Cy-烷基，特别为甲基和乙基，以及取代或未取代的C6_1(l-烷基，特别是苯基。
也优选上式(I )中的X为O、I或2，特别优选为O或I。还优选:在至少60mol%、特别至少70mol%式(I )的娃烧中x=l。在具体情况中，甚至更优选在高于80mol%，或甚至高于90mol% (如10mol % )或(I )的娃烧中χ=1。
该新的复合材料可从:如纯的甲基三乙氧基硅烷(MTEOS)或MTEOS和四乙氧基硅烷(TEOS)的混合物作为组分(b)而加以制备。
建议在对复合材料赋予特别性能的具体场合下，使用具有一个或多个取代的R基团的硅烷。例如，引入氟原子(如呈取代的脂族(特别为烷基)的基团)可使复合材料具有防水、防污、防尘和防油性能。
一种上面所述的基于植物材料的阻燃复合材料的制备方法，其步骤包括:
(1)将重量份5-60%的无机胶体粒子在一定条件下利用20-95%硅烷进行改性；
(2)将0.1-80%改性后的无机胶体粒子与不超过20%添加剂混合，利用溶胶-凝胶工艺形成纳米复合溶胶；
(3)再水解缩合纳米复合材料溶胶；
(4)与基材接触并固化。
[0008]进一步的，所述步骤(I)在酸催化剂存在下pH值为1-2环境中进行表面改性。
[0009]进一步的，步骤(2 )中所述添加剂包括固化催化剂、有机粘合剂、颜料、染料、阻燃剂、形成玻璃成分的化合物、防腐蚀剂和/或涂料助剂。
[0010]进一步的，所述步骤(3)在室温至120°C的温度下对纳复合物溶胶进行了后续反应。优选把得到的纳复合溶胶进行特殊的后续反应步骤，在该步骤中把该混合物在40?120°C温度下加热数小时至数天。特别优选在室温下储藏一天或在60-80°C下加热数小时。该步骤提供给纳复合溶胶的粘度优选为5-500mPas、特别优选10_50mPas。当然，对于特定用途，可把该溶胶的粘度调至适宜的值，其作法为加入溶剂或除去反应的副产物(如醇)。后续反应步骤也优选伴随着减少溶剂含量。
[0011]进一步的，所述步骤(4)在50°C至300°C温度下进行热固化。
[0012]优选的，在最终固化前，可在室温下或稍提高的温度下(如最高达约50°C)下进行干燥步骤。
实际固化或预固化可在室温下进行，但优选在高于50°C下进行热处理，优选高于100°C，特别优选在150°C或更高。固化时间通常为几分钟到几小时，如2-30分钟。
除了常规热固化外(如在循环空气炉中)，可使用其它固化方法，例如光化学固化(UV-UIS)、电子束固化、快速退火和用红外(IR)或激光固化。
如果需要，在固化前，也可对制得的复合物进行成型加工。
由上面所述方法制备的基于植物材料的阻燃复合材料在建筑材料中的应用。
[0013]进一步的，在建筑基材中间插入该复合材料或该复合材料涂布与建筑基材上；该基材呈用该纳复合材料涂布的基材状、用该纳复合材料浸渍的纤维状或具有一种基材的轻型复合材料状。
与现有技术相比，本发明的优点包括:本发明制备的复合材料涂布于基材上面或者插入基材的两层之间使得到建筑材料硬度增加，且具有抗氧化性、阻燃性、疏水或疏油性；本发明制备方法简单，材料易得，适合大规模生产。
【具体实施方式】
[0014]鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研宄和大量实践，得以提出本发明的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
下列实施例中，所用的硅溶胶是来自BAYER的含水硅溶胶(“LeVasil300/30”)，其固含量为30%重量，粒径为7-10nm。实施例中使用下列缩写。MTEOS=甲基三乙氧硅烷TE OS=四乙氧硅烷PTEOS=苯基三乙氧硅烷ETEOS=乙基三乙氧硅烷实施例1
1.制备标准粘合剂A
向烧瓶中装入660g MTEOS和191g TE0S，然后加入145g含水硅溶胶，加入后立即加入1ml H2SO4 (40%重量)到生成的混合物中，并强烈搅拌。强烈搅拌约I分钟后，开始放热反应(温度升至约60°C )。为了老化，把该反散液置于室温下过夜或回流I小时，以待进一步使用。
[0015]2.制备标准粘合剂B
向烧瓶中装入625g MTEOS和185g TE0S，然后加入175g含水硅溶胶(“Levasil50/50 ；S12固含量52%重量，BAYER制造)，加入后立即加入10.5ml H2SO4(40%重量)到生成的混合物中，并强烈搅拌。强烈搅拌约2分钟后，开始放热反应(温度升至约65°C)。为了老化，把该反散液置于室温下过夜或回流1.5小时，以待进一步使用。
[0016]3.制备标准粘合剂C 向烧瓶中装入465gMTE0S和185g TEOS和130g 二甲基二乙氧基硅烷，然后加入265g含水硅溶胶，加入后立即加入6.2ml HCL(37%重量)到生成的混合物中，并强烈搅拌。强烈搅拌约I分钟后，开始放热反应(温度升至约60°C )。冷却至室温，可以直接使用该分散液。
实施例2
制备中国(苎麻)亚麻复合物
向10g标准粘合剂A中加入5.5ml水(活化)，之后用1.5ml乙氧化钠(21 %重量)乙醇溶液中和至PH值约为3-4。中国亚麻(定量=228g/m2，42cmX 42cm)用所说的粘合剂分散液浸渍，并用轧液机(foulard)挤压。单独的中国亚麻层在125°C的分室干燥器中预干燥2.5小时，为了制备多层复合物，再次用活化的标准粘合剂A浸渍单独干燥的中国亚麻层，并在不起皱的条件下把其放置在两个特氟隆喷涂处理的不锈钢板之间，并在125°C热压下压缩以及在减压(550mbar)下压缩压力为5kPa下压缩30分钟。在压缩操作期间，20分钟后把压缩压力在另外15分钟内从5kPa升到lOkPa。通过所说的方法，可制得多层中国亚麻复合物。
实施例3
制备黄麻复合物
用氢氯化钠水溶液(120mg NaOH在5.5ml水中)中和和活化标准粘合剂A (10g)。黄麻纤维(定量=300g/m2，42cmX 42cm)用所说的粘合剂分散液浸渍并用乳液机(foulard)挤压。单独的黄麻纤维层在125°C的分室干燥器中预干燥3小时，为了制备多层复合物，再次用活化的标准粘合剂A浸渍单独干燥的黄麻纤维层，并在不起皱的条件下把其叠置在两个特氟隆喷涂处理的不锈钢板之间，并在125°C热压下压缩以及在减压(550mbar)下压缩压力为5kPa下压缩30分钟。在压缩操作期间，20分钟后把压缩压力在另外15分钟内从5kPa升到lOkPa。通过所说的方法，可制得多层黄麻纤维复合物。
实施例4
制备稻草复合物
在强烈搅拌下，把520ml水滴加入1kg标准粘合剂A中，之后连续搅拌约10分钟。然后把长度为30cm的稻草片浸入在所说的粘合剂分散液中，并让其滴干，注意稻草片中的粘合剂分散液完全滴干。淌干后，在压力下以平行方式堆积稻草片，形成一个立方体(约30cmX40cmX50cm)并压在一起。把该组合体在120°C下的通风分室干燥器中干燥15小时用于粘合。形成立方体的稻草片可加以切割并可锯成为任何所需厚度的板。
所得的稻草板可用任何所要的材料层压。例如，厚度为Icm的锯成板与2片厚度为3mm的多层木板层压，其操作为:在多层木板上刷标准粘合剂B并在热压下120°C下干燥8小时。由此得到的复合物是自灭的，其压力强度为4吨/平方厘米(4t/cm2)。
实施例5
从 48ml MTEOS, 19ml TEOS, 15.5ml ETEOS, 16.5ml 硅溶胶和 0.5ml 浓盐酸制得的溶胶，制备后15分钟后，用乙醇稀释成固含量为5%重量。
每单位面积为50k/m2的棉花纤维然后用这种产品饱和，然后在两个橡胶辊上挤压。在100°C下干燥20分钟，得到具有坚实手感的浸渍纤维。甚至洗涤数次后，不会除掉浸渍物。
实施例6 按照实施例5的程序，不同的是稀释前5分钟把I %氟硅烷(十三氟代-1，1，2 ;2_四氢辛基-1-三乙氧基硅烷)，稀释后的固含量为1.5重量。由此得到的棉纤维具有防尘、防水/油，并具有柔软的手感。甚至数次洗涤后，也不会除去浸渍物。
[0017]应当理解，上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种基于植物材料的阻燃复合材料，其特征在于包括以植物材料为基材，以及一种与所说的基材功能性接触的纳米复合材料。
2.根据权利要求1所述基于植物材料的阻燃复合材料，其特征在于所述植物材料选自植物纤维、植物纤维原材料或植物纤维半成品。
3.根据权利要求1所述基于植物材料的阻燃复合材料，其特征在于所述纳米复合材料是通过硅烷进行表面改性的无机胶体粒子； 所述无机胶体粒子选自纳米等级Si02、Ti02、Zr02、Al203、Y203、Ce02、Sn02、Zn0、氧化铁或碳的溶胶和可分散粉末； 所述硅烷选自SRX-S1-A4_x ( I )，其中基团A相同或不同，并且是羟基或除了甲氧基外的可水解去除的基团，R基相同或不同，并且是不能水解除去的基团，X为0、1、2或3，其中在硅烷至少为50mol%中X彡I。
4.一种权利要求1-3任一项所述的基于植物材料的阻燃复合材料的制备方法，其特征在于其步骤包括: (1)将5-60wt%的无机胶体粒子在一定条件下利用20-95 ?1:%娃烧进行改性； (2)将0.l_80wt%改性后的无机胶体粒子与不超过20wt%添加剂混合，利用溶胶-凝胶工艺形成纳米复合溶胶； (3)再水解缩合纳米复合材料溶胶； (4)与基材接触并固化。
5.根据权利要求4所述基于植物材料的阻燃复合材料的制备方法，其特征在于步骤(1)在酸催化剂存在下pH值为1-2环境中进行表面改性。
6.根据权利要求4所述基于植物材料的阻燃复合材料的制备方法，其特征在于步骤(2)中所述添加剂包括固化催化剂、有机粘合剂、颜料、染料、阻燃剂、形成玻璃成分的化合物、防腐蚀剂和/或涂料助剂。
7.根据权利要求4所述基于植物材料的阻燃复合材料的制备方法，其特征在于步骤(3)在室温至120°C的温度下对纳复合物溶胶进行了后续反应。
8.根据权利要求4所述基于植物材料的阻燃复合材料的制备方法，其特征在于步骤(4)在50°C至300°C温度下进行热固化。
9.权利要求1-3中任一项所述的基于植物材料的阻燃复合材料或4-8任一项所述方法制备的基于植物材料的阻燃复合材料在建筑材料中的应用。
10.根据权利要求9所述基于植物材料的阻燃复合材料在建筑材料中的应用，其特征在于在建筑基材中间插入该复合材料或该复合材料涂布与建筑基材上，该基材呈用该纳复合材料涂布的基材状、用该纳复合材料浸渍的纤维状或具有一种基材的轻型复合材料状。
【专利摘要】公开了一种基于植物材料的阻燃复合材料及其制备方法和应用。该复合材料包括以植物材料为基材，以及一种与所说的基材功能性接触的纳米复合材料。所述纳米复合材料是通过硅烷进行表面改性的无机胶体粒子。该复合材料制备步骤包括将无机胶体粒子在一定条件下利硅烷进行改性；将改性后的无机胶体粒子与添加剂混合，利用溶胶-凝胶工艺形成纳米复合溶胶；再水解缩合纳米复合材料溶胶；与基材接触并固化。本发明制备的复合材料应用于建筑材料,建筑材料硬度增加，且具有抗氧化性、阻燃性、疏水或疏油性；同时，本发明制备方法简单，材料易得，适合大规模生产。
【IPC分类】B32B9-04, B32B37-15, E04B1-94, B32B9-02
【公开号】CN104712070
【申请号】CN201510068708
【发明人】施勇
【申请人】海门市明阳实业有限公司
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2015年2月10日
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于植物材料的阻燃复合材料及其制备方法和应用。
【背景技术】
[0002]建筑业近年来不断发生失火现象，愈加引起各界的重视，根据调查这些大火多是发生在保温材料引起。近年来为了节能，用保温材料背覆，室温冬季可提高4度或更高，节约了暖气与空调的电能，减少二氧化碳排放，世界上多数国家也都如此。
现在国内使用的保温材料多数为聚苯乙烯发泡和聚氨酯发泡板材。它质地轻、好运输和切割，又好安装。且价格低廉。但由于它的材质本身系发泡材料，聚苯乙烯加发泡剂将空气充填在每一个发泡的盲孔(闭孔)内。聚苯乙烯可燃，它的气泡内是空气中的氧和氮为主，氧可助燃。一旦失火，当然会燃烧起来，火会更旺。且这些材料硬度在某些地方不能达到要求，会对建筑造成一定的安全隐患。
【发明内容】
[0003]针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于植物材料的阻燃复合材料及其制备方法和应用。
[0004]为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括:
一种基于植物材料的阻燃复合材料，包括以植物材料为基材，以及一种与所说的基材功能性接触的纳米复合材料。
[0005]进一步的，所述植物材料选自植物纤维、植物纤维原材料或植物纤维半成品；用于该新的复合材料的适宜基材为基于植物材料的基材，这些复合材料具体为植物纤维、植物纤维原料或植物纤维半成品，但不包括木材。
该基材可具有非常不同的物理形状，并且是，例如，粒状、絮状、纤维状、条状、板状、薄片状、片状或块状，或具有层状结构，或为任何所需形状的成型物品。
[0006]适宜的基材具体选自为天然纤维，如种子纤维，如棉；果实壁纤维，如木棉(kapok);韧皮纤维，如亚麻、大麻、黄麻或苎麻；和硬纤维，如剑麻、椰子。适宜的植物纤维原材料为:如芦苇(reed)和水稻或谷类和禾杆。适宜的植物纤维半成品(加工后)为:如纤维束、线、带、绳、麻线、网丝和纱线，以及半成品、如织物、织布、针织、编织、纺织品、无纺布、毛毡、纤网、垫子。
进一步的，所述纳米复合材料是通过硅烷进行表面改性的无机胶体粒子；所述无机胶体粒子选自纳米等级Si02、T12> ZrO2> A1203、Y2O3> CeO2> SnO2> ZnO、氧化铁或碳的溶胶和可分散粉末；优选为为S12的溶胶和粉末，其中，粒径状优选为最高达300nm，特别优选高达lOOnm，最优选为最高达50nm ;比例通常为5-60%重量、优选10-40%重量，特别优选10-20%重量。
所述硅烷选自SRX-S1-A4_x ( I )，其中基团A相同或不同，并且是羟基或除了甲氧基外的可水解去除的基团，R基相同或不同，并且是不能水解除去的基团，X为0、1、2或3，其中在硅烷至少为50mol%中X彡I。
[0007]这里给出了硅烷(b)的具体例子，其可以用于本发明且其基团A可水解去除而基团B不能水解去除。
可水解去除的基团A的优选例子为氢、卤素(F、Cl、Br和I，特别为Cl和Br)、烷氧基(特别为C2_4烧氧基，如乙氧基、正_丙氧基、异丙氧基和丁氧基)、芳氧基(特别为C 芳氧基，如苯氧基)、烷基芳基氧基(如苄氧基)、酰氧基(特别为(V4-酰氧基，如乙酰氧基和丙酰氧基)和烷基羰基(如乙酰基)。同样也适宜的基团A为氨基(如单-或二烷基-、_芳基-和-芳烷基氨基，其具有上述的烷基、芳基和芳烷基)、酰胺基(如苯甲酰氨基)和乙醛肟或酮肟基。两个或三个基团A也可一起形成配合Si原子的一部分，如在衍生于乙二醇、甘油或邻苯二酚的S1-多醇配合物中。特别优选的基团A是C2_4烷氧基，特别为乙氧基。对于本发明的目的，不太优选甲氧基，因为其有太高的反应性(纳复合物溶胶的加工时间短)，且可使纳复合材料和/或复合材料的柔韧性不够。
上述可水解的基团A，如果需要，可带一个或多个常规的取代基，例如卤素或烷氧基。不能水解去除的基团R可优选选自:烧基(特别是CV4-烷基，如甲基、乙基、丙基和丁基)，链烯基(特别为C2_4-链烯基，如乙烯基、1-丙烯基、2-丙烯基和丁烯基)、链炔基(特别为C2_4-链炔基，如乙炔基、炔丙基)、芳基(特别为C6_1(l-芳基，如苯基和萘基)和相应的烷基芳基和芳基烷基。如果需要的话，这些基团也可带有一个或多个常规取代基，如卤素、烧氧基、轻基、氨基或环氧基。
上述烷基、链烯基和链炔基包括相应的环状基团，如环丙基、环戊基和环己基。
特别优选的基团R是取代或未取代的Cy-烷基，特别为甲基和乙基，以及取代或未取代的C6_1(l-烷基，特别是苯基。
也优选上式(I )中的X为O、I或2，特别优选为O或I。还优选:在至少60mol%、特别至少70mol%式(I )的娃烧中x=l。在具体情况中，甚至更优选在高于80mol%，或甚至高于90mol% (如10mol % )或(I )的娃烧中χ=1。
该新的复合材料可从:如纯的甲基三乙氧基硅烷(MTEOS)或MTEOS和四乙氧基硅烷(TEOS)的混合物作为组分(b)而加以制备。
建议在对复合材料赋予特别性能的具体场合下，使用具有一个或多个取代的R基团的硅烷。例如，引入氟原子(如呈取代的脂族(特别为烷基)的基团)可使复合材料具有防水、防污、防尘和防油性能。
一种上面所述的基于植物材料的阻燃复合材料的制备方法，其步骤包括:
(1)将重量份5-60%的无机胶体粒子在一定条件下利用20-95%硅烷进行改性；
(2)将0.1-80%改性后的无机胶体粒子与不超过20%添加剂混合，利用溶胶-凝胶工艺形成纳米复合溶胶；
(3)再水解缩合纳米复合材料溶胶；
(4)与基材接触并固化。
[0008]进一步的，所述步骤(I)在酸催化剂存在下pH值为1-2环境中进行表面改性。
[0009]进一步的，步骤(2 )中所述添加剂包括固化催化剂、有机粘合剂、颜料、染料、阻燃剂、形成玻璃成分的化合物、防腐蚀剂和/或涂料助剂。
[0010]进一步的，所述步骤(3)在室温至120°C的温度下对纳复合物溶胶进行了后续反应。优选把得到的纳复合溶胶进行特殊的后续反应步骤，在该步骤中把该混合物在40?120°C温度下加热数小时至数天。特别优选在室温下储藏一天或在60-80°C下加热数小时。该步骤提供给纳复合溶胶的粘度优选为5-500mPas、特别优选10_50mPas。当然，对于特定用途，可把该溶胶的粘度调至适宜的值，其作法为加入溶剂或除去反应的副产物(如醇)。后续反应步骤也优选伴随着减少溶剂含量。
[0011]进一步的，所述步骤(4)在50°C至300°C温度下进行热固化。
[0012]优选的，在最终固化前，可在室温下或稍提高的温度下(如最高达约50°C)下进行干燥步骤。
实际固化或预固化可在室温下进行，但优选在高于50°C下进行热处理，优选高于100°C，特别优选在150°C或更高。固化时间通常为几分钟到几小时，如2-30分钟。
除了常规热固化外(如在循环空气炉中)，可使用其它固化方法，例如光化学固化(UV-UIS)、电子束固化、快速退火和用红外(IR)或激光固化。
如果需要，在固化前，也可对制得的复合物进行成型加工。
由上面所述方法制备的基于植物材料的阻燃复合材料在建筑材料中的应用。
[0013]进一步的，在建筑基材中间插入该复合材料或该复合材料涂布与建筑基材上；该基材呈用该纳复合材料涂布的基材状、用该纳复合材料浸渍的纤维状或具有一种基材的轻型复合材料状。
与现有技术相比，本发明的优点包括:本发明制备的复合材料涂布于基材上面或者插入基材的两层之间使得到建筑材料硬度增加，且具有抗氧化性、阻燃性、疏水或疏油性；本发明制备方法简单，材料易得，适合大规模生产。
【具体实施方式】
[0014]鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研宄和大量实践，得以提出本发明的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
下列实施例中，所用的硅溶胶是来自BAYER的含水硅溶胶(“LeVasil300/30”)，其固含量为30%重量，粒径为7-10nm。实施例中使用下列缩写。MTEOS=甲基三乙氧硅烷TE OS=四乙氧硅烷PTEOS=苯基三乙氧硅烷ETEOS=乙基三乙氧硅烷实施例1
1.制备标准粘合剂A
向烧瓶中装入660g MTEOS和191g TE0S，然后加入145g含水硅溶胶，加入后立即加入1ml H2SO4 (40%重量)到生成的混合物中，并强烈搅拌。强烈搅拌约I分钟后，开始放热反应(温度升至约60°C )。为了老化，把该反散液置于室温下过夜或回流I小时，以待进一步使用。
[0015]2.制备标准粘合剂B
向烧瓶中装入625g MTEOS和185g TE0S，然后加入175g含水硅溶胶(“Levasil50/50 ；S12固含量52%重量，BAYER制造)，加入后立即加入10.5ml H2SO4(40%重量)到生成的混合物中，并强烈搅拌。强烈搅拌约2分钟后，开始放热反应(温度升至约65°C)。为了老化，把该反散液置于室温下过夜或回流1.5小时，以待进一步使用。
[0016]3.制备标准粘合剂C 向烧瓶中装入465gMTE0S和185g TEOS和130g 二甲基二乙氧基硅烷，然后加入265g含水硅溶胶，加入后立即加入6.2ml HCL(37%重量)到生成的混合物中，并强烈搅拌。强烈搅拌约I分钟后，开始放热反应(温度升至约60°C )。冷却至室温，可以直接使用该分散液。
实施例2
制备中国(苎麻)亚麻复合物
向10g标准粘合剂A中加入5.5ml水(活化)，之后用1.5ml乙氧化钠(21 %重量)乙醇溶液中和至PH值约为3-4。中国亚麻(定量=228g/m2，42cmX 42cm)用所说的粘合剂分散液浸渍，并用轧液机(foulard)挤压。单独的中国亚麻层在125°C的分室干燥器中预干燥2.5小时，为了制备多层复合物，再次用活化的标准粘合剂A浸渍单独干燥的中国亚麻层，并在不起皱的条件下把其放置在两个特氟隆喷涂处理的不锈钢板之间，并在125°C热压下压缩以及在减压(550mbar)下压缩压力为5kPa下压缩30分钟。在压缩操作期间，20分钟后把压缩压力在另外15分钟内从5kPa升到lOkPa。通过所说的方法，可制得多层中国亚麻复合物。
实施例3
制备黄麻复合物
用氢氯化钠水溶液(120mg NaOH在5.5ml水中)中和和活化标准粘合剂A (10g)。黄麻纤维(定量=300g/m2，42cmX 42cm)用所说的粘合剂分散液浸渍并用乳液机(foulard)挤压。单独的黄麻纤维层在125°C的分室干燥器中预干燥3小时，为了制备多层复合物，再次用活化的标准粘合剂A浸渍单独干燥的黄麻纤维层，并在不起皱的条件下把其叠置在两个特氟隆喷涂处理的不锈钢板之间，并在125°C热压下压缩以及在减压(550mbar)下压缩压力为5kPa下压缩30分钟。在压缩操作期间，20分钟后把压缩压力在另外15分钟内从5kPa升到lOkPa。通过所说的方法，可制得多层黄麻纤维复合物。
实施例4
制备稻草复合物
在强烈搅拌下，把520ml水滴加入1kg标准粘合剂A中，之后连续搅拌约10分钟。然后把长度为30cm的稻草片浸入在所说的粘合剂分散液中，并让其滴干，注意稻草片中的粘合剂分散液完全滴干。淌干后，在压力下以平行方式堆积稻草片，形成一个立方体(约30cmX40cmX50cm)并压在一起。把该组合体在120°C下的通风分室干燥器中干燥15小时用于粘合。形成立方体的稻草片可加以切割并可锯成为任何所需厚度的板。
所得的稻草板可用任何所要的材料层压。例如，厚度为Icm的锯成板与2片厚度为3mm的多层木板层压，其操作为:在多层木板上刷标准粘合剂B并在热压下120°C下干燥8小时。由此得到的复合物是自灭的，其压力强度为4吨/平方厘米(4t/cm2)。
实施例5
从 48ml MTEOS, 19ml TEOS, 15.5ml ETEOS, 16.5ml 硅溶胶和 0.5ml 浓盐酸制得的溶胶，制备后15分钟后，用乙醇稀释成固含量为5%重量。
每单位面积为50k/m2的棉花纤维然后用这种产品饱和，然后在两个橡胶辊上挤压。在100°C下干燥20分钟，得到具有坚实手感的浸渍纤维。甚至洗涤数次后，不会除掉浸渍物。
实施例6 按照实施例5的程序，不同的是稀释前5分钟把I %氟硅烷(十三氟代-1，1，2 ;2_四氢辛基-1-三乙氧基硅烷)，稀释后的固含量为1.5重量。由此得到的棉纤维具有防尘、防水/油，并具有柔软的手感。甚至数次洗涤后，也不会除去浸渍物。
[0017]应当理解，上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种基于植物材料的阻燃复合材料，其特征在于包括以植物材料为基材，以及一种与所说的基材功能性接触的纳米复合材料。
2.根据权利要求1所述基于植物材料的阻燃复合材料，其特征在于所述植物材料选自植物纤维、植物纤维原材料或植物纤维半成品。
3.根据权利要求1所述基于植物材料的阻燃复合材料，其特征在于所述纳米复合材料是通过硅烷进行表面改性的无机胶体粒子； 所述无机胶体粒子选自纳米等级Si02、Ti02、Zr02、Al203、Y203、Ce02、Sn02、Zn0、氧化铁或碳的溶胶和可分散粉末； 所述硅烷选自SRX-S1-A4_x ( I )，其中基团A相同或不同，并且是羟基或除了甲氧基外的可水解去除的基团，R基相同或不同，并且是不能水解除去的基团，X为0、1、2或3，其中在硅烷至少为50mol%中X彡I。
4.一种权利要求1-3任一项所述的基于植物材料的阻燃复合材料的制备方法，其特征在于其步骤包括: (1)将5-60wt%的无机胶体粒子在一定条件下利用20-95 ?1:%娃烧进行改性； (2)将0.l_80wt%改性后的无机胶体粒子与不超过20wt%添加剂混合，利用溶胶-凝胶工艺形成纳米复合溶胶； (3)再水解缩合纳米复合材料溶胶； (4)与基材接触并固化。
5.根据权利要求4所述基于植物材料的阻燃复合材料的制备方法，其特征在于步骤(1)在酸催化剂存在下pH值为1-2环境中进行表面改性。
6.根据权利要求4所述基于植物材料的阻燃复合材料的制备方法，其特征在于步骤(2)中所述添加剂包括固化催化剂、有机粘合剂、颜料、染料、阻燃剂、形成玻璃成分的化合物、防腐蚀剂和/或涂料助剂。
7.根据权利要求4所述基于植物材料的阻燃复合材料的制备方法，其特征在于步骤(3)在室温至120°C的温度下对纳复合物溶胶进行了后续反应。
8.根据权利要求4所述基于植物材料的阻燃复合材料的制备方法，其特征在于步骤(4)在50°C至300°C温度下进行热固化。
9.权利要求1-3中任一项所述的基于植物材料的阻燃复合材料或4-8任一项所述方法制备的基于植物材料的阻燃复合材料在建筑材料中的应用。
10.根据权利要求9所述基于植物材料的阻燃复合材料在建筑材料中的应用，其特征在于在建筑基材中间插入该复合材料或该复合材料涂布与建筑基材上，该基材呈用该纳复合材料涂布的基材状、用该纳复合材料浸渍的纤维状或具有一种基材的轻型复合材料状。
【专利摘要】公开了一种基于植物材料的阻燃复合材料及其制备方法和应用。该复合材料包括以植物材料为基材，以及一种与所说的基材功能性接触的纳米复合材料。所述纳米复合材料是通过硅烷进行表面改性的无机胶体粒子。该复合材料制备步骤包括将无机胶体粒子在一定条件下利硅烷进行改性；将改性后的无机胶体粒子与添加剂混合，利用溶胶-凝胶工艺形成纳米复合溶胶；再水解缩合纳米复合材料溶胶；与基材接触并固化。本发明制备的复合材料应用于建筑材料,建筑材料硬度增加，且具有抗氧化性、阻燃性、疏水或疏油性；同时，本发明制备方法简单，材料易得，适合大规模生产。
【IPC分类】B32B9-04, B32B37-15, E04B1-94, B32B9-02
【公开号】CN104712070
【申请号】CN201510068708
【发明人】施勇
【申请人】海门市明阳实业有限公司
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2015年2月10日
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