一种基于石墨烯的生态复合板及其制备方法与流程

本发明涉及复合板材料，具体为一种基于石墨烯的生态复合板及其制备方法。

背景技术：

1、生态复合板又被成为三聚氰胺板，是以刨花板、细木工板为基材，以不同颜色、纹理图案的纸作为饰面的一种复合材料，通过将不同颜色、不同纹理图案的纸放入三聚氰胺树脂胶粘剂中浸泡，再经过固化、热压等工艺处理制备得到。生态板具有美观好看、施工方便、耐划耐磨等特点，与传统的贴纸家具相比，还具有耐高温、耐酸碱、耐潮湿、防火等特性，且表面不易变色、起皮，容易加工成风格各异、质感强烈的贴面，因此在市场上倍受消费者的喜爱和认可，以生态板为原料加工的板式家具也受到广泛的欢迎，广泛适用于家庭装饰、板式家具、橱柜衣柜、浴室柜等领域。

2、然而，在制备生态板的过程中都不可避免使用胶粘剂，传统的脲醛树脂胶粘剂制作工艺简单、粘结强度高，但由于其制备过程中常以甲醛作为原料，因此以脲醛树脂为粘结剂的生态复合板中常常会长期释放甲醛，对人体伤害巨大。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于石墨烯的生态复合板及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于石墨烯的生态复合板及其制备方法，包括以下步骤：

3、步骤1：

4、s11：将碱木质素分散在去离子水中，搅拌加入氢氧化钠溶液调节体系ph值10～11，持续搅拌0.5～1h后，静置2～3h；抽滤并向滤液中加入稀盐酸调节ph值至2.5～3.5，静置10～12h，抽滤、水洗、干燥得到纯化木质素；

5、s12：将纯化木质素添加至无水吡啶中，油浴升温至90～100℃，加入硬酯酰氯搅拌混合，反应2～3h后，将反应混合物倒入乙醇中终止反应；离心并将沉积物分离，用四氢呋喃溶解，再用正已烷沉淀提纯，真空干燥得到木质素硬脂酸酯；

6、s13：将木质素硬脂酸酯分散在n,n-二甲基甲酰胺中，加入氢溴酸，以十六烷基三丁基溴化磷作为催化剂，在100～120℃下催化反应6～8h，减压蒸馏出去溶剂，采用加压蒸发除去n,n-二甲基甲酰胺和氢溴酸，采用无水乙醚和丙酮萃取，用去离子水洗涤至中性，干燥得到酚化木质素硬脂酸酯；

7、s14：将酚化木质素硬脂酸酯分散在n,n-二甲基甲酰胺中，滴加氢氧化钠溶液中，加入环氧氯丙烷升温至75～85℃，反应2～3h，减压蒸馏、离心洗涤除去杂质后，得到环氧化木质素硬脂酸酯；

8、步骤2：

9、s21：将环氧化木质素硬脂酸酯和双酚a型环氧树脂混合得到复合环氧树脂；向复合环氧树脂中加入聚氨酯预聚体、氨基化石墨烯，在75～85℃下搅拌反应2～4h，得到物料a；将固化剂和固化剂促进剂混合，得到物料b，按照环氧当量与活泼氢当量比1:1，将物料a和物料b混合均匀后真空脱泡得到石墨烯胶粘剂；

10、s22：自上而下依次将平衡层、中板层、芯材、中板层、平衡层进行组胚，各层之间通过石墨烯胶粘剂固化进行贴合得到半成品；

11、s23：采用热压工艺将三聚氰胺饰面纸贴合在半成品两面，得到基于石墨烯的生态复合板。

12、进一步的，步骤s12中，木质素和硬脂酰氯按羟基和酰氯基摩尔比1:(3.5～4.5)进行混合。

13、进一步的，步骤s13中，木质素硬脂酸酯和氢溴酸按质量比(8～10):1进行反应。

14、进一步的，s14中，各组分用量，按重量份数计，5～8g酚化木质素硬脂酸酯、30～35g氢氧化钠溶液、8～10g环氧氯丙烷；其中，氢氧化钠溶液的质量分数为5～6％。

15、进一步的，s21中，复合环氧树脂中，各组分含量，按重量份数计，2～4份环氧化木质素硬脂酸酯、8～12份双酚a型环氧树脂。

16、进一步的，s21中，物料a中，各组分含量，按重量百分数计，15～20％聚氨酯预聚体、1～1.5％氨基化石墨烯，余量为复合环氧树脂。

17、进一步的，s21中，物料b中，固化剂促进剂用量占物料b总重量的1.5～2％。

18、进一步的，s21中，物料a和物料b按环氧当量与活泼氢当量比1:1混合。

19、进一步的，s22中，芯材为杉木板、桐木板中的任一种，厚度为1～1.2cm；中板层为杨木板、桉木板中的任一种，厚度为2.5～3mm；平衡层为科技木皮，厚度为1～1.2mm；各层之间固化形成的石墨烯层厚度为0.5～0.7mm。

20、进一步的，s22中，固化温度为80～85℃，固化时间为3～5h。

21、进一步的，s23中，热压工艺的操作温度为120～130℃，压力为0.8～1mpa。

22、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明合成了一种绿色无甲醛的胶粘剂，所述胶粘剂的主体材料为复合环氧树脂，复合环氧树脂由环氧树脂和环氧化木质素硬脂酸酯组成。其中，环氧化木质素硬脂酸酯是以生物质材料木质素为原料，经过一系列改性得到。由于木质素中含有大量的醇羟基、酚羟基，可以与硬脂酰氯反应，从而向木质素中引入疏水链段，得到木质素硬脂酸酯；疏水的硬脂酸酯链段赋予胶粘剂良好的耐水效果，提高了胶粘剂在潮湿环境中的使用性能。以十六烷基三丁基溴化磷为催化剂，利用氢溴酸与木质素硬脂酸酯反应，使木质素硬脂酸酯中的甲氧基中的醚键断裂生成酚羟基，新生成的酚羟基再与环氧氯丙烷反应，引入环氧基团，得到环氧化木质素硬脂酸酯。

23、环氧化木质素硬脂酸酯的分子中，保留了木质素中的酚型结构，同时含有环氧基团，与双酚a型环氧树脂具有一定的相容性；像复合环氧树脂中加入聚氨酯预聚体，环氧化木质素硬脂酸酯、双酚a型环氧树脂中的环氧基均可与聚氨酯预聚体中的异氰酸酯基发生化学反应成键，因此三者的相容性良好，制得的胶粘剂具有强粘附性。将本发明制备的胶粘剂应用于生态复合板，得益于胶粘剂良好的耐水性能和粘附效果，在潮湿、高温环境下，生态复合板的各个板层之间也不会发生脱胶的情况。

24、此处，需要说明的是，上述制备环氧化木质素硬脂酸酯的过程中，反应步骤不可发生改变，应当先对木质素进行疏水改性，原因如下：其一，若先将木质素中甲氧基反应生成酚羟基，则后续与硬脂酰氯反应时，需要控制反应物用量，避免酚羟基完全无法实现环氧化改性，而硬脂酰氯反应物的用量又直接影响到产物的疏水性能，这会增加实际合成过程中的工作量；而先将硬脂酰氯与木质素反应，可以让硬脂酰氯过量，提高反应的效率；其二，硬脂酰氯与木质素反应生成的中间产物木质素硬脂酸酯为固体，且含有疏水链段，与n,n-二甲基甲酰胺的相容性更好，后续在n,n-二甲基甲酰胺中进行改性时，固体粉末更易分散，也有利于反应发生。

25、本发明还向胶粘剂中添加了少量的氨基化石墨烯，普通的石墨烯与有机物共混时，易发生团聚且存在相容性差等问题，而本发明使用氨基化石墨烯表面富含氨基基团，能够与胶粘剂中的部分基团如异氰酸酯基等发生反应，因而分散性、相容性更好，可以均匀的分散在胶粘剂中，在胶粘剂固化过程中对部分缺陷进行填补，形成的石墨烯层与常规的聚合物层相比更为致密，可以有效防止水、氧气和其他化学物质的渗透，从而增强防腐蚀性能和耐候性能。