[发明专利]一种用谷壳干法改性制造模块化绿色建材并建造房屋的新方法

说明书

一、技术领域：

本发明涉及用谷壳为主要原料，干法改性制造模块化绿色建材并建造房屋的新方法。

二、技术背景：

谷壳是稻米加工中数量最大的副产品，按重量计约占稻谷的20％。2014年我国稻谷产量1.72亿吨，年产谷壳约3400万吨，数量很大。但是目前能大量使用和消耗谷壳的领域并不多，最大的用途是作燃料，但是其发热量只有标准煤的50％，在获得少量能源的同时，确放出了大量的二氧化碳，在宏观和微观上都不经济。用谷壳做活性炭、水泥、一次性餐具、建筑、包装材料等都有人研究，但都很难产业化、商品化。早在1951年英国就用热固性酚醛树脂与谷壳混合制成谷壳板，但由于性能差，成本高，未能引起重视。此后美国、加拿大等在上世纪七十年代生产出了成套设备卖到我国，实际上并不成熟，至今还有许多问题要解决。此后我国浙江、江西等地研制了多条与三万吨稻米加工厂配套的年产5000立米谷壳板的生产线，做出的谷壳板只能用于包装、家具，由于在性价比上没有优势，并未产生市场影响。

谷壳与一般秸秆不同，它含有20％的二氧化硅，做得好的材料质地坚硬，密度轻，有良好的韧性，抗虫、耐腐，导热性低，弹性强，最适宜做绿色建材，用于建造房屋。根据国际材料科学研究会1988年提出的定义：绿色建材是采用清洁生产工艺和技术，不用或少用短缺的天然资源和能源，大量使用农业或城市固态废弃物生产的无毒害、无污染、无放射性(放射性水平低)，达到使用寿命后，可以回收再利用，有利于环境保护和人体健康的建筑材料。本发明用属于植物废弃物的谷壳为主要原料，用清洁生产技术，生产无毒、无污染的木质聚合复合材料(聚合木)；用聚合木生产适宜村镇房屋和城市高层建筑内墙的模块化型材；用模块化型材组装的方式，组装城市建筑内墙和村镇房屋，既不要大型施工机械施工，还可代替砖瓦和部分钢筋、水泥，建造小康住房，适应从根本上改善城乡居住条件的形势。用后可以全部回收，再利用，不产生固废，完全符合绿色建材的标准。目前由于泥土砖瓦价格高升，使用这种绿色建材做城市房屋的内墙比用水泥、砖块的费用要低30％以上，有很大的性价比优势。利用谷壳做绿色建材的好时期已到。

发明专利CN201210080798.6号“植物改性原纤维及其制造工艺”提出了对植物材料进行改性的技术路线，并提出“生产刚性结构材料的改性植物原纤维”的制造方法。本发明是针对谷壳这种特定植物原料，实现该专利提出的干法改性方法的一个具体方案。

三、发明内容：

(一)配方设计：谷壳是农业秸秆中的一个特殊品种。其特殊性就在于其成分中除了含有30％的纤维素，20％的木素，20％的半纤维素外，还含有20％的二氧化硅。针对这种特殊的成分结构，我们选择轻钙为基材之一。在挤出和热压的高温、高压条件下碳酸钙部分分解成氧化钙，发生以下改性反应：

CAO+H2O＝CA(OH)2

2CA(OH)2+SIO2＝CA2SIO3+H2O

生成的硅酸钙，可起粘合剂的作用。除上述反应外，还加了少量MDI(二苯基甲烷二异氰酸脂)，它与SIO2发生改性可生成PU/SIO2复合材料。加入了少量作了稳定处理的PVC，它们SIO2，MDI，发生改性反应，生成PU/SIO2/PVC复合材料。在配方中加入少量四羟甲基氯化磷(或二羟甲基氢氧化磷)，在改性中能与谷壳中的纤维素形成网状结构，生成亚甲基键和P-C-N键，在使绿色建材高阻燃的同时，也增强它的强度，更突出的优点是它能阻止pvc分解，防止其放出有毒气体，二者协同作用，能使建材达到不燃级的阻燃水平。配方设计的最大的特点是加有按专利201210080798.6生产改性植物原纤维时，用天然植物高分子提取剂在污水中提取的天然高分子混合物，作为加工时的增强剂和润滑剂，为污水提取物的使用找到了一条高效益利用的出口。这种配方组成的物料在加工过程中，可按专利201210080798.6的技术路线发生聚合复合反应，生成性能良好的新材料。

上述配方的一个较佳的比例关系是，谷壳：碳酸钙：MDI：污水提取物：PVC：四羟甲基氯化磷(二羟甲基氢氧化磷)＝40％∶30％；5％∶13％：10％∶2％。这种配方生产出的建材强度很好，成本较低，现代住房要求的阻燃、节能、环保、宜居、舒适程度各异，对不同的要求要通过调整物料的配方加以满足。