氯丁胶乳渗透包覆芦苇碎料/镁质轻质复合材料的结晶诱导与成膜保护协同机制研究

为解决芦苇碎料/氯氧镁轻质复合材料在潮湿环境中机械强度下降的问题，研究人员通过渗透填充氯丁胶乳(NL)形成保护膜，显著提升了材料的密实度、强度及耐水性。研究发现添加0.5%阴离子氯丁胶乳(ANL)和0.25%阳离子氯丁胶乳(CNL)时性能最优，CNL改性效果更佳，为绿色建筑保温材料开发提供新思路。

　　

在全球绿色经济转型背景下，建筑行业的高能耗与资源消耗问题日益突出。每年中国产生约20亿吨农林废弃物，芦苇作为典型废弃物资源，传统利用方式如造纸业逐渐退出市场，亟需开发高附加值应用途径。尽管芦苇碎料与氯氧镁水泥(MOC)复合可制备轻质建材，但植物纤维与无机基质的界面相容性差，导致复合材料在潮湿环境中机械强度骤降，严重制约其实际应用。

为突破这一瓶颈，国内某研究机构团队创新性地采用氯丁胶乳(NL)对芦苇碎料/MOC复合材料进行改性，通过渗透成膜与结晶调控的协同作用提升材料性能。相关研究成果发表在《Industrial Crops and Products》期刊。研究人员通过控制变量法系统研究了阴离子(ANL)和阳离子(CNL)两种氯丁胶乳的添加效果，结合X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等表征手段，揭示了NL通过形成保护膜和促进五相晶体(5Mg(OH)₂·MgCl₂·8H₂O)生长的双重机制改善材料性能。

关键技术方法
研究采用碱处理预处理芦苇碎料，通过调控NL掺量(0-1%)制备系列复合材料。利用泡沫比率测试、力学性能测试(抗压/抗弯强度)和耐水性测试(软化系数、吸水率)评估性能，结合SEM观察微观形貌，XRD分析晶体结构，FT-IR和XPS解析化学键变化，全面阐明改性机制。

研究结果
3.1 发泡率与密度
CNL因表面正电荷与金属离子亲和力强，在0.25%添加量时发泡率达峰值，体积膨胀显著降低材料密度。过量NL会导致芦苇碎料团聚，破坏泡孔均匀性。

3.2 力学性能
NL通过形成弹性缓冲膜和填充孔隙提升强度。0.5% ANL使抗压/抗弯强度分别提升128.6%/75.8%，0.25% CNL则提升101.6%，且强度-重量比显著优化。

3.3 耐水性
NL膜阻断水分子接触晶体，0.25% CNL使软化系数提高30.9%，吸水率降低52%。接触角测试证实最佳添加量时疏水性最强。

3.4-3.5 结构表征
FT-IR显示NL增强Mg-O键合，XRD证实0.25% CNL促进五相晶体生成(12°、21°特征峰增强)。浸泡后五相晶体保留率显著高于对照组。

3.6 微观结构
SEM显示NL改性组形成致密网络结构，五相晶体包覆于芦苇纤维表面，界面过渡区孔隙率降低。

3.7 隔热性能
材料导热系数稳定在0.121 W/(m·K)，优于传统保温材料，兼具轻质与高强度特性。

结论与意义
该研究证实氯丁胶乳通过"结晶诱导-成膜保护"协同机制，使芦苇/MOC复合材料抗压强度达1.60 MPa，软化系数提升30%，导热系数低至0.121 W/(m·K)。特别是阳离子型氯丁胶乳(CNL)因电荷协同效应表现出更优的改性效果，为农林废弃物高值化利用提供了新技术路径。这项成果不仅解决了植物纤维复合材料耐水性差的核心难题，更为开发新型绿色建筑保温材料奠定了理论基础，对推动建筑业可持续发展具有重要意义。