本發(fā)明涉及一種基于軟木的柔性復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用，屬于防火復(fù)合材料及其制備。

背景技術(shù)：

1、木材作為一種天然可持續(xù)材料，廣泛存在于自然環(huán)境中，易于獲取，其主要成分為纖維素、半纖維素和木質(zhì)素。而根據(jù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同，可分為軟木和硬木，軟木內(nèi)部結(jié)構(gòu)為蜂窩狀，硬木結(jié)構(gòu)為纖維狀，常見軟木有松木、巴沙木、杉木、楊木，常見硬木有橡木、樺木、楓木、檀木。然而，傳統(tǒng)的木材特性使其在防火和隔熱領(lǐng)域存在一定缺陷，主要表現(xiàn)為易燃性和吸水性，這限制了其在建筑和工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。

2、木質(zhì)素是一種復(fù)雜的有機(jī)聚合物，提供了木材的堅(jiān)硬性和抵抗腐爛的能力，是一種廣泛存在于木質(zhì)組織中的生物高分子。它通過形成交織網(wǎng)來硬化細(xì)胞壁，起到抗壓作用，并具有避免生物侵害、水侵蝕、抗菌、抗氧化、抗紫外吸收和阻燃等功能。木質(zhì)素是自然界中唯一可再生的芳香化合物資源，這使得它成為一種可持續(xù)的隔熱材料來源。

3、雖然木質(zhì)素本身具有一定的隔熱性能，但其效果并不顯著，主要是因?yàn)槟举|(zhì)素含有大量的酚羥基和甲氧基，這些官能團(tuán)在高溫下容易發(fā)生氧化反應(yīng)。同時(shí)木質(zhì)素具有高孔隙率，其多孔結(jié)構(gòu)的非均勻性和連通性會(huì)導(dǎo)致熱量通過固體基質(zhì)傳導(dǎo)的路徑增加。

4、為了解決木材的易燃性，現(xiàn)有的解決方案主要是通過在木材表面涂覆阻燃劑或防水涂層，但這些方法通常只能提供有限的防火和防水性能，由于涂料本身的耐久性問題，這些防護(hù)層在長期使用或惡劣環(huán)境下容易剝落、失效，導(dǎo)致其防護(hù)性能大幅下降，在實(shí)際應(yīng)用中存在耐久性差、成本高等問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種基于軟木的柔性復(fù)合材料的制備方法，該方法包括以下步驟：

2、(1)采用亞氯酸鈉溶液對(duì)木材進(jìn)行脫木質(zhì)素處理，得到濕的脫木質(zhì)素木材和含有木質(zhì)素的亞氯酸鈉溶液；

3、(2)將濕的脫木質(zhì)素木材使用無水乙醇反復(fù)抽濾沖洗直至ph為7.0±0.5，得到脫木質(zhì)素木材；

4、(3)向含有木質(zhì)素的亞氯酸鈉溶液加入堿中和至ph為7，再加入催化劑、助劑、表面活性劑和有機(jī)硅烷，混合均勻，得到浸漬溶液；

5、(4)將(2)得到的脫木質(zhì)素木材使用(3)制備的浸漬溶液進(jìn)行多次抽濾浸漬，然后加熱干燥處理，得到基于軟木的柔性復(fù)合材料。

6、進(jìn)一步限定，(1)中木材是厚度不大于100mm的松木、巴沙木、杉木或楊木。

7、進(jìn)一步限定，(1)中亞氯酸鈉溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1-5％，溶劑為極性溶劑，并使用冰醋酸調(diào)整亞氯酸鈉溶液的ph為3.5-5。

8、更進(jìn)一步限定，極性溶劑為去離子水、無水乙醇、乙二醇或甲醇。

9、進(jìn)一步限定，(1)中木材與亞氯酸鈉溶液的質(zhì)量體積比為0.002～0.0096g/ml。

10、進(jìn)一步限定，(1)中脫木質(zhì)素處理過程為：將木材加入到亞氯酸鈉溶液中，加熱至沸騰并保持沸騰2-5h。

11、進(jìn)一步限定，(2)中抽濾沖洗的過程為：將濕的脫木質(zhì)素木材放入布氏漏斗中，用無水乙醇浸泡5-10min后使用真空泵抽濾，將此過程反復(fù)進(jìn)行3-6次，直至ph為7.0±0.5。

12、進(jìn)一步限定，(3)中堿為氫氧化鈉、氨水、碳酸鈉或碳酸氫鈉；催化劑為冰醋酸、草酸、鹽酸、硫酸中一種或幾種混合；助劑為氨水和/或尿素；表面活性劑為十六烷基三甲基溴化銨、十六烷基三甲基氯化銨、十二烷基磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉、三乙醇胺硬脂酸酯、氯化十二烷基吡啶中一種或幾種混合；有機(jī)硅烷為二甲基二甲氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷、丙基三乙氧基硅烷、氨丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷中兩種混合。

13、進(jìn)一步限定，(3)中催化劑、助劑、表面活性劑、有機(jī)硅烷和含有木質(zhì)素的亞氯酸鈉溶液的質(zhì)量比為(0.5-1)：(30-50)：(5-10)：(10-20)：100。

14、進(jìn)一步限定，(4)中抽濾浸漬的的過程為：將脫木質(zhì)素木材放入布氏漏斗中，使用浸漬溶液進(jìn)行浸漬5-10min后使用真空泵抽濾，重復(fù)3～6次。

15、進(jìn)一步限定，(4)中加熱干燥處理溫度為40-60℃，時(shí)間為4-7h。

16、本發(fā)明的目的之二是提供一種上述方法制備得到的基于軟木的柔性復(fù)合材料。

17、本發(fā)明的目的之三是提供一種上述基于軟木的柔性復(fù)合材料的應(yīng)用，具體的用于建筑、航空、汽車領(lǐng)域的防火材料。

18、有益效果：

19、本發(fā)明首先用煮沸的化學(xué)溶液對(duì)軟木進(jìn)行脫除木質(zhì)素處理，使軟木的纖維素之間形成孔隙，為纖維素變形提供空間，然后將脫出的木質(zhì)素與硅烷共混形成前驅(qū)體溶液，與脫木質(zhì)素的木頭混合，經(jīng)過抽濾浸漬、加熱凝膠干燥后形成有機(jī)硅-木質(zhì)素雜化材料，利用有機(jī)硅氣凝膠填充纖維素之間孔隙，并涂覆包裹在纖維素表面形成涂層，降低原有天然結(jié)構(gòu)的孔尺寸，提高隔熱性能。并且在燃燒過程中，有機(jī)硅-木質(zhì)素雜化材料可以原位熱解形成二氧化硅陶瓷層，有效阻隔氧氣滲透，表現(xiàn)出原始天然木頭所不具備的阻燃特性，并且浸漬柔性氣凝膠賦予材料宏觀柔性，使得到的復(fù)合材料具有柔性。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少還具有以下優(yōu)點(diǎn)：

20、(1)本發(fā)明使用有機(jī)硅氣凝膠對(duì)木頭進(jìn)行改性，在保留木材天然微通道結(jié)構(gòu)的同時(shí)，又提高了木材的抗老化性，延緩木材基復(fù)合材料的使用壽命。并且有機(jī)硅氣凝膠具有優(yōu)異的隔熱、阻燃性能，使木頭克服了在高溫環(huán)境下的局限性。此前，將制備過程中脫出的半纖維素和木質(zhì)素等材料組分再利用最終成為復(fù)合材料的組成成分，實(shí)現(xiàn)天然木頭的完全利用，保證了資源利用的最大化，減少了對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響，解決了木材資源可持續(xù)利用和環(huán)境友好性等方面的技術(shù)問題。

21、(2)本發(fā)明利用有機(jī)硅水解后的有機(jī)硅醇分別與剩余溶液中的木質(zhì)素和原木頭中未除去的木質(zhì)素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，其中木質(zhì)素脂肪族的羥基或羧基與硅醇反應(yīng)生成木質(zhì)素-有機(jī)硅，有機(jī)硅醇增加了木質(zhì)素線性鏈長使得分子的變形自由度增加，增加了復(fù)合材料的柔性。

22、(3)本發(fā)明首先用煮沸的化學(xué)溶液對(duì)軟木進(jìn)行脫除木質(zhì)素處理，使木頭表面暴露出更多的羥基，便于后續(xù)與另一部分自由的有機(jī)硅烷(未與木質(zhì)素反應(yīng)的)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使機(jī)硅烷交聯(lián)在脫木質(zhì)素木頭表面，剩余的有機(jī)硅硅醇發(fā)生自縮聚反應(yīng)，附著在脫木質(zhì)素木頭表面，在最后的加熱干燥處理過程中，未粘連在脫木質(zhì)素木頭上的分子在毛細(xì)管力作用下在木頭表面形成一層有機(jī)硅薄膜，進(jìn)一步提高了木頭的防火隔熱性能。

23、(4)本發(fā)明以綠色可再生資源木材作為原材料，利用材料自身具備的高孔隙率、良好的微通道結(jié)構(gòu)、天然的蜂窩狀結(jié)構(gòu)，與柔性的氣凝膠復(fù)合后，使得復(fù)合材料同時(shí)具備了柔性，并提升了木頭的力學(xué)、耐火阻燃、隔熱、保溫性能，可廣泛應(yīng)用于建筑、航空、汽車等多個(gè)領(lǐng)域。

24、(5)本發(fā)明通過將原始木頭進(jìn)行脫木素處理，使用有機(jī)硅氣凝膠前驅(qū)溶液浸漬，浸漬后直接加熱進(jìn)行凝膠與干燥處理，有效縮短了制作周期，提高了生產(chǎn)效率，具有制備流程簡便、成本低，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，具備良好的市場應(yīng)用前景。