[發明專利]一種摻加紅麻韌皮纖維作物秸稈的3D打印堿激發地聚物復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202110409457.8
• 申請日: 2021-04-15
• 公開（公告）號: CN113105170B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 王少杰;孔瀟;戴莉;郭媛;賈艷艷;劉濠;張澤煥;修名竹
• 申請（專利權）人: 山東農業大學
• 主分類號: C04B28/00
• 分類號: C04B28/00;B33Y70/10;C04B18/24;C04B24/24;C08H8/00;C08H7/00;C04B20/02;C04B103/22;C04B111/40;C04B111/20
• 代理公司: 濟南舜源專利事務所有限公司 37205
• 代理人: 趙斌

本發明涉及3D打印建筑材料領域，具體涉及一種摻加紅麻韌皮纖維作物秸稈的3D打印堿激發地聚物復合材料及其制備方法。所述復合材料包含紅麻韌皮纖維作物秸稈、礦渣、粉煤灰、水玻璃、氫氧化鈉、木質素和水。本發明將紅麻韌皮纖維、紅麻秸稈芯、礦渣摻加到用于3D打印的堿激發粉煤灰基地聚物復合材料中，能夠提高堆積性能，解決了普通3D打印材料早期強度低、保形差、易開裂、擠出流動性差等問題，實現工農業固廢資源化并在增材制造等智慧建造領域應用，具有良好的環境效益、經濟效益和社會效益。

技術領域

本發明涉及3D打印建筑材料領域，具體涉及一種摻加紅麻韌皮纖維作物秸稈的3D打印堿激發地聚物復合材料及其制備方法。

背景技術

建筑領域中，3D打印技術相對于傳統建造技術具有效率高、成本低、污染小、智能化等優點，尤其在異形建筑及構件部品的智慧建造方面比傳統建造技術具有明顯的優勢，但3D打印材料限制了3D打印技術在建筑行業的應用與發展。對于3D打印建筑材料來說，低成本、環保利廢、低碳和可打印性是其未來發展的關鍵點。

目前，在建筑3D打印材料領域中水泥基材料和地聚物材料的應用較為廣泛。但是，水泥基材料的生產和使用過程存在碳排放較高的問題。與水泥基材料相比，單位地聚物的生產耗能減少約60％，碳排放僅為其1/6。目前，我國在安徽、江蘇、湖南等省份韌皮纖維作物紅麻都有大面積種植，但其綜合利用率只有大約50％，大量的紅麻秸稈被浪費或就地焚燒，這不僅造成了環境污染，還嚴重影響了公路、民航等的交通安全，同時也是一種對資源的巨大浪費。在國家推動節能減排并提出碳達峰、碳中和目標的背景下，我們需要一種低二氧化碳排放的綠色建筑材料，為此，我們提出了一種摻加紅麻韌皮纖維作物秸稈的礦渣-粉煤灰基堿激發地聚物復合材料，用紅麻韌皮纖維代替普通纖維增加3D打印材料的抗裂能力，用紅麻秸稈芯代替日益短缺的河沙起到骨架作用，提高3D打印產品保形性，并且紅麻秸稈中含有木質素，可通過化學方法進行提取，在3D打印過程中起到緩凝劑的作用；更為重要的是，紅麻屬于負碳材料，且能用于修復受重金屬污染的土壤，拓寬紅麻秸稈在工業領域的利用對于經濟社會可持續發展具有重要意義。本發明致力于將粉煤灰、礦渣、紅麻秸稈等工農業廢棄物充分利用，尤其是實現在3D打印建筑材料中的安全、環保應用，同時提出了紅麻秸稈資源化利用的新方式，能有效降低能耗、保護環境，體現了工農互補、可持續發展的重要理念。

因此能否綜合利用工農業固廢提供一種早期強度高、凝結速度快、擠出性能好、可建造性強且性能穩定可控的3D打印地聚物復合材料，成為本領域亟待解決的關鍵問題之一。

發明內容

針對現有技術問題，本發明的目的在于解決普通3D打印建筑材料早期強度低、保形差、易開裂、擠出流動性差等問題，克服現有技術的不足，提供了一種用于3D打印性能優良的地聚物復合環保材料，通過優化組成體系，從而擁有更加致密的結構和更高的強度，在有效改善保形性和抗裂性的同時，獲得優異的可打印性和環境效益。

為實現上述目的，本發明提供了一種摻加紅麻韌皮纖維作物秸稈的3D打印堿激發地聚物復合材料及其制備方法，所述復合材料包含以下原料：紅麻韌皮纖維、紅麻秸稈芯、礦渣、粉煤灰、木質素、水玻璃、氫氧化鈉和水。

具體的，本發明所述的摻加紅麻韌皮纖維作物秸稈的3D打印堿激發地聚物復合材料，其原料配比按照重量份計包括：礦渣為200～400份，粉煤灰為600～800份，紅麻秸稈芯為10～30份，紅麻韌皮纖維為1～10份，木質素為10份，水玻璃為150～200份，氫氧化鈉為20～30份，水為160～200份。

優選，所述的紅麻韌皮纖維及紅麻秸稈芯采用以下方法獲得：利用分離機將紅麻秸稈進行去皮，分離后的外部韌皮經過清洗、挑選和裁剪，得到紅麻韌皮纖維。將內部麻骨利用破碎機進行破碎，篩分得到紅麻秸稈芯。所述的紅麻秸稈芯粒徑為10～20目。

發明人對紅麻韌皮纖維進行抗拉強度試驗，測試結果表明抗拉強度可達60MPa左右，與其他植物纖維相比，紅麻韌皮纖維具有較高的抗拉強度。紅麻韌皮纖維的加入可以增強地聚物的抗裂增韌作用。