專利名稱：處理木素纖維素材料或膨化礦物以制造最終制品的方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及一種由基礎(chǔ)原料制備用于隨后制造最終制品的起始原料的方法，其中所述的基礎(chǔ)原料包含基本上干燥的細(xì)磨的木素纖維素纖維或剝離的蛭石顆粒料或膨化的珍珠巖顆粒料；本發(fā)明還涉及由這些原料制造最終制品的工藝。
木素纖維素復(fù)合板制品，無論是平板材還是異型板材，均由天然纖維質(zhì)植物材料，如農(nóng)作物纖維材料或木材的碎片、顆粒、纖維、薄片、碎屑或束狀物加工而成，這是眾所周知的，而且當(dāng)前已有許多不同的制造方法。這類制品通常是由甲醛縮合樹脂，如脲醛、密胺和酚醛樹脂，或聚脲或異氰酸酯縮醛樹脂粘結(jié)而成的。盡管這類木素纖維素復(fù)合板制品已獲成功，但總還需要一種新型的產(chǎn)品，尤其是采用新型原材料制造的新產(chǎn)品。
根據(jù)1995年公布的數(shù)字，全球每年從機(jī)械純化法回收紙張的流程中排放出的物料可能在1千萬噸左右，而且產(chǎn)出率達(dá)91％。因此，廢紙的回收利用迅速落后于對廢棄物利用的需求。顯而易見，需要對這些廢料加以利用，但是工藝上存在許多困難。一個(gè)困難是在這些廢料中存在著礦物質(zhì)，其含量高達(dá)渣泥的50％；另一個(gè)困難是難以加工制成質(zhì)量良好的產(chǎn)品。
本發(fā)明目的在于利用這種渣泥以及諸如中密度纖維之類的其它原料，用于制造有用的產(chǎn)品。
發(fā)明概述本發(fā)明的第一個(gè)方面在于提供一種由基礎(chǔ)原料制備用于隨后制造最終制品的起始原料的方法，其中所述的基礎(chǔ)原料選自木素纖維素材料，剝離的蛭石，或膨化珍珠巖，或其中的兩者或三者的混合物；該方法包括下列步驟(1)提供基礎(chǔ)原料，該原料為基本上干燥的細(xì)磨木素纖維素纖維或基本上干燥的細(xì)磨剝離的蛭石顆粒料或基本上干燥的細(xì)磨膨化珍珠巖顆粒料，或其中的兩者或三者的混合物；及
(2)將該基礎(chǔ)原料與下列物料混合以制備起始物料(a)適量的細(xì)磨干粉狀熱固性樹脂，及(b)適量的細(xì)磨干粉狀水凝粘結(jié)劑。
該方法優(yōu)選還包括下列步驟(3)使步驟(2)的起始物料經(jīng)受適當(dāng)溫度和壓力條件，促使熱固性樹脂固化以制成粘聚產(chǎn)物。
本發(fā)明的第二個(gè)方面是提供一種用上述方法制成的粘聚產(chǎn)物來制造最終制品的工藝，該工藝包括下列步驟(A)為該粘聚產(chǎn)物提供能使水凝粘結(jié)劑產(chǎn)生水合作用的足量的水，以便使水凝粘結(jié)劑固化從而制成最終制品。
所謂“細(xì)磨的木素纖維素纖維”指的是木素纖維素材料的單纖或含少數(shù)單纖的纖束。換句話說，木素纖維素材料被粉碎成單纖或由少數(shù)纖維構(gòu)成的纖束，而不是粉碎成碎片或顆粒料。該纖維的長度為0.5mm～12mm，優(yōu)選的為1mm～6mm。
所謂“細(xì)磨的剝離的蛭石顆粒料”指的是這樣一類剝離的蛭石顆粒料，其顆粒大小分為微米粒級(0.5mm及以下)、超細(xì)粒級(1mm及以下)、細(xì)粒級(2mm及以下)、中等粒級(4mm及以下)和粗粒級(8mm及以下)。
所謂“細(xì)磨的膨化珍珠巖顆粒料”指的是膨化的珍珠巖或火山玻璃，其顆粒直徑大小為5μm～2000μm。
木素纖維素基礎(chǔ)原料也可以是已經(jīng)研磨好的微細(xì)纖維料。
但是，在步驟(1)中的木素纖維素基礎(chǔ)原料也可由適當(dāng)材料的顆粒料或碎片通過研磨或粉碎等方法進(jìn)行制備。在這種情況下，步驟(1)可在步驟(2)之前或之后進(jìn)行。
熱固性樹脂最好是含適當(dāng)催化劑的線型酚醛清漆樹脂。
熱固性樹脂的優(yōu)選用量為水凝粘結(jié)劑質(zhì)量的2％～20％，即熱固性樹脂與水凝粘結(jié)劑的質(zhì)量比為2∶100～20∶100。
水凝粘結(jié)劑是一種與水結(jié)合即產(chǎn)生水合作用并固化的物質(zhì)。優(yōu)選的水凝粘結(jié)劑是卜特蘭水泥、高鋁水泥、石膏水泥、α或β型半水合硫酸鈣、氯氧化鎂、羥基硫酸鎂、磺基鋁酸鈣水泥、堿性硅酸鹽、磨碎的高爐礦渣以及這些粘結(jié)劑中的任意兩種或多種的混合物。
水凝粘結(jié)劑的優(yōu)選用量為所述基礎(chǔ)原料質(zhì)量的50％～2000％，即水凝粘結(jié)劑與該基礎(chǔ)原料的質(zhì)量比為1∶2～20∶1；當(dāng)優(yōu)選的質(zhì)量比為10∶1～5∶1時(shí)；可獲得高密度最終制品；而當(dāng)優(yōu)選的質(zhì)量比為5∶1～1∶1時(shí)可獲得低密度的最終制品。
除了組分(a)和(b)外，該基礎(chǔ)原料中還可混有(c)適量細(xì)粒狀或纖維狀熱塑性樹脂。
此外，除了組分(a)、(b)和任選的(c)外，基礎(chǔ)原料中還可混有(d)適量的選自無機(jī)或礦物纖維、無機(jī)顆粒料、合成纖維及其中的兩種或多種混合物的填料物質(zhì)。
在本工藝的步驟(A)中，水凝粘結(jié)劑水合作用所需的水可從外部引入粘聚產(chǎn)物中，例如從外部引入蒸汽，也可來源于粘聚產(chǎn)物中例如經(jīng)過加熱能釋放出水的一個(gè)或幾個(gè)組分。
實(shí)施方案敘述本發(fā)明的要點(diǎn)在于，將基礎(chǔ)原料即基本上干燥的細(xì)磨木素纖維素纖維，或基本上干燥的細(xì)磨剝離的蛭石或膨化珍珠巖顆粒料，或其中的兩者或三者的混合物與細(xì)磨的干粉態(tài)熱固性樹脂及細(xì)磨的干粉態(tài)水凝粘結(jié)劑混合以制成起始物料。接著，使該起始物料經(jīng)受適當(dāng)?shù)臏囟群蛪毫l件使熱固性樹脂固化從而制成粘聚產(chǎn)物。
將該基礎(chǔ)原料制成細(xì)磨的纖維狀或顆粒狀是重要的，為的是防止起始物料和后來的粘聚產(chǎn)物的成形中顆粒的分離。粘聚產(chǎn)物的關(guān)鍵性特征在于它可由若干干態(tài)組分成形，而這些組分在粘聚產(chǎn)物成形過程中彼此不會(huì)分離開來。
該基礎(chǔ)原料可以是木素纖維素纖維。
優(yōu)選的木素纖維素纖維質(zhì)材料是造紙廠的渣泥、廢棄紙或中密度纖維。
造紙廠的渣泥是紙張制造或再生過程中經(jīng)脫水后的廢渣。
造紙廠渣泥的典型成分是pH為8.13、纖維含量為14.4％的物料。用X射線發(fā)射掃描法對該渣泥作定性分析，發(fā)現(xiàn)其組成如下Ca 18％；K 0.23％；Cl 0.2％；P 0.15％；S 0.12％；Si 4.4％；Al 3％；Mg 0.8％；Na 0.17％；C 68％，F(xiàn)e 1.7％。
用燃燒法測定的渣泥的碳?xì)浠衔锖咳缦?br> 無機(jī)分析
有機(jī)分析
這種樣品的百分稠度為約24.3％，而其燃燒后的失重為約27.9％。
對造紙廠的渣泥或已經(jīng)漿化并制成2％～30％水懸浮體的廢紙，采用例如離心法進(jìn)行清洗以除去高密度和低密度的塑料、石塊、砂子和金屬以及其它雜質(zhì)。然后將該物料送經(jīng)一個(gè)沉清槽，并由此獲得一種漿狀物或含2％固體的水懸浮體。將此漿狀物送往一個(gè)輥壓機(jī)，得到約含20％固體的水漿物，然后通常將其送入一個(gè)螺桿擠壓機(jī)并用篩粒機(jī)將其制成含30％～60％固體的渣粒。然后通常用轉(zhuǎn)動(dòng)式干燥器將渣粒干燥至含濕量為0％～15％，優(yōu)選的為0％～3％。
于是就制備成可用于本發(fā)明方法的粒狀基礎(chǔ)原料。
渣料的造粒非常重要。關(guān)鍵是要使該物料的干燥、處置及與熱固性樹脂和水凝粘結(jié)劑的混合等操作成為切實(shí)可行。
為了制成適于本發(fā)明方法的基礎(chǔ)原料，造紙廠渣泥或廢紙的粒料必須進(jìn)行研磨。這種研磨操作可在其與熱固性樹脂和水凝粘結(jié)劑混合之前或之后進(jìn)行。
研磨操作可在碾磨機(jī)或軋磨機(jī)或石磨中進(jìn)行，其中兩個(gè)磨盤彼此幾乎接觸，或呈臥式或呈立式，且彼此以不同速度運(yùn)轉(zhuǎn)，通常其中的一個(gè)磨盤是固定的，但兩者也可同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)。粒料通過磨盤中心喂入，在離心力作用下被旋向外側(cè)。這使粒料中的纖維被剝離開來，但又不致于減小其長度。所有的固體團(tuán)粒都被粉碎成細(xì)磨的纖維狀物料。
研磨還有一個(gè)作用，即可將靜電荷引入木素纖維素纖維中，從而有助于使熱固性樹脂和水凝粘結(jié)劑與該纖維粘結(jié)起來。
在研磨或混合操作過程中可任選靜電感應(yīng)措施以防物料的散落或粉末的分離?？山柚袡C(jī)或無機(jī)的細(xì)磨干粉粘結(jié)劑顆粒之間的摩擦作用誘導(dǎo)靜電感應(yīng)，然后再在混合機(jī)中使纖維帶上靜電；也可將纖維料通過一個(gè)電磁場使其本身帶上靜電。
用作本發(fā)明基礎(chǔ)原料的另一種材料是中密度纖維(MDF)。MDF是由軟木或硬木制成的。用劈片機(jī)將木板或圓木劈成約20mm常見大小的碎木片。將碎木片進(jìn)行過篩以除去小于5mm的篩底料和大于40mm的篩上料。過篩后的木片再進(jìn)行處理以除去粘附著的塵土或砂粒，然后將其置于約160℃溫度下加壓蒸煮若干分鐘。接著，將蒸煮后的木片擠入精磨機(jī)的兩個(gè)轉(zhuǎn)盤狹縫中。這種精磨機(jī)的一個(gè)例子是SundSefibrator。通過機(jī)械作用，單纖或纖束就從蒸煮變軟的木片表層上被研磨下來。然后將產(chǎn)物從精磨機(jī)中轉(zhuǎn)移到干燥機(jī)中。例如，在一種干燥機(jī)中，含一些殘留蒸汽的濕纖維與來自燃?xì)鉅t的熱氣流混合，然后將該混合物在高速下通過一個(gè)閃蒸干燥管。在該干燥管的末端安有旋風(fēng)分離器，干燥的纖維與蒸汽及熱氣體就在其中得以分離，并貯存待用。
如上所述，將造紙廠渣泥或廢紙制成的渣粒料，或這些粒料經(jīng)研磨而成的基礎(chǔ)原料，或者M(jìn)DF，與熱固性樹脂及水凝粘結(jié)劑進(jìn)行混合。
若使用造紙廠渣泥或廢紙制成的渣粒料，則可在研磨之前將其與熱固性樹脂和水凝粘結(jié)劑混合，這樣有助于各種組分的均勻混合。
細(xì)磨木素纖維素纖維也可來源于諸如小麥、燕麥、大麥或稻子等的谷草，或來源于棕櫚枝葉、木棉、龍舌菌、大麻、某些草本植物、亞麻及棉梗提取的纖維質(zhì)材料，以及來源于稻子和小麥等谷類的皮殼提取的纖維和由花生殼等提取的纖維。
所說的基礎(chǔ)原料可以是剝離的蛭石顆粒料。
蛭石屬于一類水合的層狀工業(yè)用礦物材料，它們?nèi)卿X-鐵-鎂的硅酸鹽類，二氧化硅含量高，且能用化學(xué)鍵聯(lián)結(jié)遍及整個(gè)水泥基體。蛭石在外觀上類似于白云母(云母)。當(dāng)受熱時(shí)，蛭石由于層間產(chǎn)生蒸汽而自行剝離。其pH值一般在9左右，比重為2.5，熔融1315℃，燒結(jié)溫度為1260℃，堆積密度為50～120g/l。剝離的蛭石產(chǎn)物是無腐蝕性、不可燃和無摩擦性的。其適于本發(fā)明的典型顆粒料大小為FNX等級，系南非的Micronised Products公司產(chǎn)品，經(jīng)篩目分析，其中20～40％滯留于2000μm篩目上，90～95％滯留于710μm篩目上；或者采用SFX等級顆粒料，其中50～75％滯留于1000μm篩目上，20～35％滯留于710μm篩目上，0～10％滯留于355μm篩目上。由于剝離的蛭石是可壓縮的，所以最終制品的密度會(huì)降低至850kg/m3。這種規(guī)格產(chǎn)品的典型用途是作為墻壁或天花板的內(nèi)裝修板材，用半水合硫酸鈣或普通的卜特蘭水泥進(jìn)行粘合。
珍珠巖是一種天然的玻璃。它是由熔融的鈉、鉀、鋁的硅酸鹽組成的一種無定形礦物。在自然界中它是以含硅的火山巖形態(tài)存在的。珍珠巖有別于其它火山玻璃的突出特點(diǎn)在于，當(dāng)其被迅速加熱到870℃以上時(shí)，由于其中化學(xué)結(jié)合水的蒸發(fā)，其體積會(huì)膨脹到原始體積的4～20倍。于是在其熱軟化的玻璃態(tài)顆粒中產(chǎn)生無數(shù)的微氣泡。珍珠巖典型的化學(xué)分析結(jié)果表明，其組成中氧化硅超過70％，氧化鋁超過11％，其余基本上為金屬氧化物。珍珠巖的比重為2.3，軟化點(diǎn)為870℃～1093℃，熔點(diǎn)為1260℃～1345℃。優(yōu)選的顆粒大小為200～2000μm。可用的實(shí)例為由南非的Chemserve Perlite(Pty)Ltd公司生產(chǎn)的GenuliteGrade M 75 S。
所說的基礎(chǔ)原料也可以是上述各種材料中的兩者或三者按任一比例混合的混合物。
例如，當(dāng)制作一種阻燃材料時(shí)，其中有機(jī)物的含量應(yīng)低于7.5％。在此情況下，設(shè)想作為有機(jī)物的熱固性樹脂的含量為5％，而木素纖維素纖維材料的最大用量只能是2.5％。此種情況下，所說的基礎(chǔ)原料的其余部分由剝離的蛭石顆粒料或膨化的珍珠巖顆粒料或其混合料所組成。
用于與所述基礎(chǔ)原料混合的第一組分是細(xì)磨干粉態(tài)的熱固性樹脂。
該熱固性樹脂優(yōu)選的是線型酚醛清漆樹脂，使用時(shí)摻上適當(dāng)?shù)拇呋瘎?br> 線型酚醛清漆樹脂中，苯酚對甲醛的摩爾比是超等值的。
適合作為此種樹脂催化劑的實(shí)例是六亞甲基四胺。合適的線型酚醛樹脂與催化劑的混合物的實(shí)例是二階樹脂，其中亞次甲基四胺含量為6～14％，其150℃下的熱板凝膠化時(shí)間為40～120秒，其125℃下的毫米距離流動(dòng)性為30～75mm，其粒子大小經(jīng)篩目分析結(jié)果，滯留于200篩目以上的粒子最多占2％?？捎玫膶?shí)例為南非產(chǎn)的PRP樹脂，商品代碼為Varcum 7608，它可作為慢速固化的酚醛樹脂體系如Varcum3337的改性劑。較快速固化的酚醛樹脂體系，即150℃下的凝膠化時(shí)間為20～40秒者是優(yōu)選的，即代碼為PRP 7608的樹脂。
熱固性樹脂優(yōu)選的用量以水凝粘結(jié)劑質(zhì)量計(jì)為2％～20％，即熱固性樹脂與水凝粘結(jié)劑的質(zhì)量比為2∶100～20∶100。
第二組分為水凝粘結(jié)劑，即一種與水結(jié)合即產(chǎn)生水合作用并固化的物質(zhì)。
優(yōu)選的水凝粘結(jié)劑是卜特蘭水泥、高鋁水泥、石膏水泥、α或β型的半水合硫酸鈣、氯氧化鎂、羥基硫酸鎂、磺基鋁酸鈣水泥、堿性硅酸鹽例如硅酸鈉及磨碎的高爐礦渣，或任意兩種或多種此類物質(zhì)的混合物。
水凝粘結(jié)劑的優(yōu)選用量以本發(fā)明原料質(zhì)量計(jì)為50％～2000％，即水凝粘結(jié)劑與該原料的質(zhì)量比為1∶2～7∶1，對于高密度制成品其優(yōu)選的質(zhì)量比為10∶1～5∶1，而對于低密度制成品其優(yōu)選的質(zhì)量比為5∶1～1∶1。
其它組分也可加到該混合物中。
還發(fā)現(xiàn)，所述基礎(chǔ)原料不僅能與熱固性樹脂和水凝粘結(jié)劑混合，還能與適量細(xì)磨顆粒態(tài)或纖維態(tài)熱塑性樹脂混合，這樣也可改善制品的性能。
熱塑性樹脂例如有聚丙烯、聚乙烯或聚氯乙烯。
熱塑性樹脂最好是經(jīng)過輻照或氟化處理改性的。
在150℃以上溫度下，這些熱塑性樹脂顆?；蚶w維即熔化并流動(dòng)產(chǎn)生增強(qiáng)和粘結(jié)作用，并提供充足的“片晶”摻雜在生成的粘聚產(chǎn)物基體之中。
一般而言，熱塑性樹脂的加入量應(yīng)控制在一定范圍內(nèi)，即不應(yīng)干擾該粘聚產(chǎn)物水的芯吸趨勢，而這對于水凝粘結(jié)劑隨后的再水合作用是必需的。
如上所述，所加入的熱塑性樹脂最好是已經(jīng)輻照或氟化處理改性過的，以便使其充分交聯(lián)并與所說原料以及起始物料中的其它組分粘結(jié)。
在輻照處理時(shí)，制備纖維的熱塑性薄膜的厚度應(yīng)為5～3000μm，而顆粒大小應(yīng)為50～500μm，更優(yōu)選的為小于150μm。熱塑性纖維是由適當(dāng)?shù)臒崴苄跃酆衔镌现瞥傻谋∧せ蚱慕?jīng)加工而成的，這些熱塑性聚合物在制成薄膜或片材之前先要經(jīng)電離輻照改性。此外，也可采用同樣的電離輻照法對細(xì)磨干粉狀熱塑性聚合物進(jìn)行改性，此時(shí)可將其裝袋操作。所用的電離輻射可由合適的放射性同位素如鈷-60或能產(chǎn)生能量達(dá)50KeV～10MeV高能電子的適當(dāng)?shù)碾娮邮铀倨鳟a(chǎn)生。照射于熱塑性聚合物原料上的被吸收的射線劑量可達(dá)4～150kGy數(shù)量級，因此，常規(guī)的電子束加速器或伽瑪輻射源均可使用。
在氟化處理(此法較不可取)時(shí)，熱塑性樹脂顆粒料用氟氣，最好用氧或氮或其它氣體稀釋至99％的氟氣進(jìn)行氟化處理。氟是一種極強(qiáng)的氧化劑，因此氟化處理會(huì)引起活性基團(tuán)與聚合物鍵合，繼而引起粘結(jié)作用。在這種情況下，要求低得多的加壓溫度。
摻入的熱塑性樹脂會(huì)與原料中的酚醛樹脂或其它熱固性樹脂產(chǎn)生協(xié)同化學(xué)鍵合作用。此外，熱塑性樹脂是耐堿的，對于最終制品的剛性、增強(qiáng)作用、柔韌強(qiáng)度和抗沖強(qiáng)度都有所貢獻(xiàn)。
另外一些任選的添加劑是適量的填料物質(zhì)，可選自無機(jī)或礦物纖維，如石棉、礦棉、玻璃纖維和陶瓷纖維；無機(jī)粒料，如氣相二氧化硅和粉煤灰；以及合成纖維，如丙烯酸纖維、聚酯纖維、丙烯腈纖維等等。
這類填料物質(zhì)如為顆粒態(tài)，則其比表面積必須達(dá)到100m2/kg或更高；如為纖維態(tài)，則必須是單纖態(tài)或由少數(shù)單纖構(gòu)成的纖束。
優(yōu)選的填料是氣相二氧化硅。氣相二氧化硅能與游離的氫氧化鈣反應(yīng)，生成水合硅酸鈣。它能促進(jìn)水凝粘結(jié)劑的固化。這種二氧化硅是一種比表面積高達(dá)20,000m2/kg的微小顆粒，因此使制成品的孔隙率最低，強(qiáng)度提高，能最大限度地降低木素纖維素纖維中可溶性物質(zhì)的抑制作用，為粘聚產(chǎn)物提供凝聚力，而且由于其具有很低的堆積密度使顆粒達(dá)到最佳的分散狀態(tài)。如南非Anglo Alpha Cement公司生產(chǎn)的CSF-90氣相二氧化硅，其加入量可為水凝粘結(jié)劑質(zhì)量的15％。
另一類任選的添加劑是可再分散的合成粉劑，其作用是對無機(jī)水凝粘結(jié)劑進(jìn)行改性。在添加可再分散的合成粉劑后，在隨后用水對粘聚產(chǎn)物進(jìn)行潤濕處理時(shí)，這種粉劑就會(huì)再分散開來并直接使該粘聚產(chǎn)物潤濕，使之增強(qiáng)剛性，提高耐候性，賦予其呼吸性并防止水的滲透。
這類可再分散粉劑的實(shí)例有由Wacker Chemie公司生產(chǎn)的Vinnapas可再分散粉劑。這是一類可再分散的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物粉劑，其實(shí)例有RE 526 Z和RE 530 Z或三元共聚物粉劑R1 538 Z，后者具有特別高的拒水性。這些粉劑產(chǎn)品能改善有機(jī)與無機(jī)組分間的粘結(jié)性。由于存在保護(hù)性膠體，這些粉劑在水合作用期間能改善滯水性，并由于在表面上生成一層薄膜而使水分蒸發(fā)降到最低程度。柔韌性強(qiáng)度獲得改善的同時(shí)剛性也獲得改善。這種粉劑的加入量為所用粘結(jié)劑重量的3～10％，更典型的用量為5％。典型的一類樹脂是醋酸乙烯酯/乙烯其聚物與作為保護(hù)性膠體的聚乙烯醇的混合物。大部分粉粒的大小為1～5μm。作為水泥添加劑的醋酸乙烯酯均聚物干粉的實(shí)例有赫司特公司(Hoechst)生產(chǎn)的Mowilith粉劑D和DS。另一個(gè)實(shí)例是Mowilith粉劑DM 200 P，它是一種由醋酸乙烯酯與長鏈支化羧酸乙烯酯共聚的細(xì)干粉狀的細(xì)粒徑的共聚物。Mowilith粉劑也適用于改善復(fù)合板產(chǎn)品的性能。
能起到輔助促進(jìn)水凝粘結(jié)劑粘結(jié)作用的還有給水劑，如硫酸鈣的水合物或半水合物，或某些鋁的三水合物等，這些物質(zhì)在制品高溫成型時(shí)會(huì)釋放出化學(xué)結(jié)合水。此外，還可加入催化性或協(xié)同性的粘結(jié)助劑，例如氧化鈣，它們可加速硅酸鈉或硅酸鈉水泥混合物的固化；還有作為凝硬粘結(jié)劑的粉煤灰或氣相二氧化硅或細(xì)磨的石灰石，后兩者是通過結(jié)晶的“晶種”作用以加速水合作用過程。
還可加入其它添加劑，例如阻燃劑或熄焰劑、抗菌劑、防霉劑、殺蟲劑、紫外光穩(wěn)定劑或吸收劑、抗氧劑、香料或除臭劑。
木素纖維素中水溶性萃取物會(huì)抑制某些水凝粘結(jié)劑的固化作用，尤其是對卜特蘭水泥更是如此。據(jù)說這種抑制作用是由于其中的鈣離子的“屏蔽”效應(yīng)，從而阻止了水合硅酸鈣的生成。主要原因在于存在水溶性糖類、水溶性的高分子量碳水化合物如半纖維素，以及不可溶的碳水化合物，但后者在高堿性的卜特蘭水泥作用下也變成可溶的。木質(zhì)素不產(chǎn)生抑制作用。因此，選擇何種木素纖維素纖維則是重要的。采取以下措施可以最大限度地降低或消除水可溶的木素纖維素萃取物的抑制作用。
1.加入可溶性無機(jī)鹽作為促進(jìn)劑，尤其是鋅、鐵、鎂、鋁或鈣的氯化物，但以氯化鈣形式的鈣為優(yōu)選。這些物質(zhì)的加入量為起始物料質(zhì)量的1％～7％，而較優(yōu)選的加入量為2％～5％。氯化鈣促使基體中鈣離子含量的增加。氯化物具有潛在的強(qiáng)腐蝕性，但這種缺點(diǎn)對于不含金屬增強(qiáng)材料的復(fù)合材料的影響則不明顯。
2.摻入氣相二氧化硅作為一種超凝硬劑以促進(jìn)水合硅酸鈣的生成，這是該二氧化硅與早先水合反應(yīng)生成的氫氧化鈣進(jìn)行反應(yīng)的結(jié)果。
3.當(dāng)制成的復(fù)合材料從壓機(jī)中取出仍呈高熱狀態(tài)但低于100℃時(shí)，立即將其浸入水中以促進(jìn)化學(xué)水合反應(yīng)。
4.摻入硫酸鋁一類快速反應(yīng)的化學(xué)物質(zhì)以促進(jìn)水合反應(yīng)。
當(dāng)所有組分均已混合完畢，可使所得起始物料經(jīng)受適當(dāng)?shù)臏囟群蛪毫l件以促使熱固性樹脂的固化，從而制成粘聚產(chǎn)物。
例如，可將該混合物置于適當(dāng)?shù)膲簷C(jī)或模具中然后對其施以適當(dāng)?shù)膲毫蜏囟葪l件讓其中的樹脂聚合或固化。
更具體地舉例說明，可將該混合物置于適當(dāng)?shù)膲簷C(jī)或模具中，在125℃～255℃、優(yōu)選140℃～225℃溫度和5～70kg/cm2(0.49～6.9MPa)壓力下進(jìn)行壓制和加熱。
這樣制得的粘聚產(chǎn)物，在將其制成最終制品之前可任意長久地保存。
或者，也可將步驟(2)制得的混合物貯存起來以備進(jìn)一步加工之用。
按上述方法制得的粘聚產(chǎn)物可采用一種工藝將其制成最終制品。按照該工藝，要為所說的粘聚產(chǎn)物提供使水凝粘結(jié)劑產(chǎn)生水合作用的足量的水，從而使水凝粘結(jié)劑固化以制成最終制品。
例如，在壓制階段可通過壓機(jī)板或模具小孔向該凝聚產(chǎn)物注入蒸汽，該蒸汽就為水凝粘結(jié)劑的水合作用提供水，從而制成最終制品。
或者，經(jīng)過壓機(jī)壓制之后，向該粘聚產(chǎn)物澆水，讓適量水滲入其中以使水凝粘結(jié)劑產(chǎn)生完全的水合作用從而制得最終制品。
還有一種做法，即將該粘聚產(chǎn)物置于高壓釜內(nèi)并對其進(jìn)行真空處理，通常處理15分鐘。然后再向高壓釜內(nèi)注滿水，接著對水施以通常為6巴的壓力，持續(xù)20分鐘。隨后再用壓縮空氣將水排出。這種方法可使粘聚產(chǎn)物的吸水量控制在很窄的范圍內(nèi)，一般為粘聚產(chǎn)物質(zhì)量的19～28％。
再有一種做法是，水合作用所需的水由該粘聚產(chǎn)物中的一個(gè)或幾個(gè)組分提供，于是，例如當(dāng)加熱時(shí)，這種水即釋放出來并被水凝粘結(jié)劑用于水合作用和固化。
液態(tài)的輔助粘結(jié)劑可與水混合用于水合反應(yīng)，這些輔助粘結(jié)劑可選自(i)硅酸鈉溶液(ii)聚合物分散液，如聚醋酸乙烯酯或丙烯酸聚合物(iii)聚乙烯醇溶液，例如部分水解的低粘度規(guī)格的該溶液，即由赫司特公司生產(chǎn)的3％的Mowiol 4/88溶液。
(iv)氧化鎂溶液(v)氧化鈣溶液當(dāng)水凝粘合劑是氧化鎂時(shí)，可在水中摻入鹽酸，這樣，氧化鎂即變成氯氧化鎂粘結(jié)劑。
最終的制成品例如可以是一種平板材，或波紋板材，或其它形狀的板材，也可是一種型材。
因此，本發(fā)明提供了一種將造紙廠渣泥或普通的雜廢紙或MDF或其它適當(dāng)?shù)睦w維或顆粒狀材料轉(zhuǎn)化為增值的適用于家具制造或建筑工業(yè)應(yīng)用的產(chǎn)品的方法。如卜特蘭水泥一類的水凝粘結(jié)劑賦予該產(chǎn)品抵抗水致膨脹的性能、耐候性能和阻燃性能，使得該種板材成為適于戶外露天使用的建筑材料。當(dāng)采用硫酸鈣時(shí)，可賦予制成品以適當(dāng)?shù)淖枞夹?、合適的內(nèi)聚強(qiáng)度和優(yōu)良的精加工性能，但需較低的加工溫度。再則，無論采用卜特蘭水泥還是采用硫酸鈣，所制成的板材產(chǎn)品較之常見的水泥或石膏板材制品的脆性要低，因而較易于切割和進(jìn)行手工或機(jī)械加工，同時(shí)，由于細(xì)磨的木素纖維素纖維的增強(qiáng)作用、酚醛樹脂的輔助粘結(jié)作用以及水凝粘結(jié)劑無機(jī)粘結(jié)作用的結(jié)果，使該產(chǎn)品具有優(yōu)良的精加工性能。還可以利用水凝粘結(jié)劑間的協(xié)同效應(yīng)。例如，將半水合硫酸鈣與卜特蘭水泥混合可快速促進(jìn)粘結(jié)劑的固化。從而賦予最終制品更佳的性能。
當(dāng)主要采用無機(jī)粘結(jié)劑尤其是卜特蘭水泥進(jìn)行粘結(jié)時(shí)，還可賦予最終制品以額外的疏水性質(zhì)，所采用的方法是在制品成形之后加入聚硅氧烷微乳化母液分散于水的乳液并利用其中的水進(jìn)行水合作用的，該水乳液的濃度為0.2％～8％，更常用的是1～3％，由此形成具有亞微觀顆粒大小為10～80nm的聚硅氧烷中間相。聚硅氧烷微乳液或SMCs具有很強(qiáng)的耐堿性和良好的滲透性。這類聚硅氧烷的實(shí)例有Wacker BS1306，Wacker BS 1000和Wacker 1311。Wacker BS 1306是一種官能化有機(jī)硅樹脂改性的聚硅氧烷的無溶劑型水可混乳液。它賦予制品以耐水性、拒水性和水汽滲透性。
應(yīng)指出的是，通過改變用于制備起始物料的基礎(chǔ)原料的種類和用量，隨后的粘聚產(chǎn)物和最終制品也都發(fā)生變化，制品的密度會(huì)產(chǎn)生顯著變化。例如，單獨(dú)或部分采用剝離的蛭石作為基礎(chǔ)原料，則制品的密度可降低700kg/m3。在另一極端情況下，可以制備密度為2000kg/m3的最終產(chǎn)品，這種產(chǎn)品適用于地板或墻磚或屋頂瓦。
還可以制備由兩層或多層材料構(gòu)成的最終制品。例如，可以制備這樣一種最終制品，其中的兩面外層為含有剝離的蛭石及水凝粘結(jié)劑與熱固性樹脂的制品，而內(nèi)層由木素纖維素纖維材料、水凝粘結(jié)劑及熱固性樹脂制成。這樣制成的最終制品其外露部分不含木素纖維素組分。相反，其外層則含有性質(zhì)穩(wěn)定的、遇水時(shí)既不膨脹又不收縮且為惰性的、阻燃的剝離的蛭石組分。
本發(fā)明方法的其它優(yōu)越性在于，粘聚產(chǎn)物在加工成最終制品之前可按尺寸切割并進(jìn)行機(jī)加工。切割和機(jī)加工中產(chǎn)生的全部廢料均可回收重新用作本方法的起始原料。這對于常規(guī)濕法制得的產(chǎn)品而言是不可能做到的。此外，本發(fā)明的方法較之制造類似產(chǎn)品的常規(guī)濕法一般具有更高的效率和更低的成本。
實(shí)施例1一種按本發(fā)明方法制成的外用建筑板材的實(shí)例敘述如下1.將100kg造紙廠渣泥制成約4mm直徑大小的顆粒料，然后再將其干燥至含水量為10％。
2.將步驟(1)的產(chǎn)品置于石碾磨中研磨。
3.將180kg普通卜特蘭水泥與35kg由南非Silicate & ChemicalIndustries公司生產(chǎn)的SP 33硅酸鈉(其中SiO2與Na2O重量比為3.3∶1)及7kg由PRP公司生產(chǎn)的含6.3～6.8％六亞甲基四胺、代碼為3337的線型酚醛清漆樹脂混合。
4.將步驟(3)的產(chǎn)品與步驟(2)的產(chǎn)品混合。
5.將步驟(4)的產(chǎn)品攤鋪在模板上，其量為13.50kg/m2。
6.將步驟(5)的產(chǎn)品在37kg/m2(3.63MPa)壓力和180℃溫度下壓制5分鐘制成10mm厚的板材。
7.該板材的每一面以1kg的量澆上Mowiol(赫司特公司產(chǎn)品)即代號為4/88的聚乙烯醇的1.5％水溶液，兩面共滯留2kg/m2該溶液，直至水泥完全固化。但是，在立即用水浸濕之后，硅酸鈉即與水泥中存在的未結(jié)合鈣反應(yīng)生成不可溶的硅酸鈣，從而封閉了孔隙并使表面硬化。這樣做的結(jié)果賦予水泥復(fù)合材料以防水性，降低了沾染性，增強(qiáng)了耐磨性，增強(qiáng)了耐酸蝕性，賦予水泥板防油性，并使其中的水凝粘結(jié)劑迅速地、幾乎是立即產(chǎn)生固化。
聚乙烯醇提供了輔助的粘結(jié)作用，但其主要作用卻是有助于木素纖維素纖維的增強(qiáng)作用和保持其完整性。
實(shí)施例2按本發(fā)明方法和工藝制造屋頂瓦的實(shí)施例敘述如下。將以下組分混合成完全干燥狀態(tài)的原料混合物，并在送入壓機(jī)之前攤鋪成均勻的板狀250kg 催化研磨過的高爐渣250kg 快速固化的卜特蘭水泥
75kg 疏松的氣相二氧化硅50kg 經(jīng)專門研磨過的椰枝葉纖維200kg 微米級顆粒大小的剝離蛭石50kg 云母70kg 含六亞甲基四胺催化劑的線型酚醛清漆樹脂干粉7kg 作為促進(jìn)劑的氯化鈣將上列組分在45巴(4.5MPa)壓力和180℃溫度下壓制成粘聚產(chǎn)物。屋頂瓦通常是在一圓盤傳送帶的裝配線上進(jìn)行制造的。經(jīng)壓制后的屋頂瓦，對其進(jìn)行修整，碼疊，然后置于高壓釜中，同時(shí)有選擇地進(jìn)行真空處理(15KPa)15分鐘，此后可引入水并在20分鐘內(nèi)施加6巴(0.6MPa)壓力。壓制成的屋頂瓦的平均吸水量為浸水之前干屋頂瓦質(zhì)量的23％。令水泥的水合作用達(dá)到完全程度。然后對該屋頂瓦進(jìn)行干燥、裝飾并運(yùn)送出去。該制品的優(yōu)點(diǎn)是，其厚度和重量都只有普通水泥屋頂瓦的一半。該制品的最終密度為1900kg/m2。
實(shí)施例3再一個(gè)實(shí)施例是制作建筑用輕型不可燃水泥板材如襯板，現(xiàn)敘述如下60kg 經(jīng)研磨的造紙廠渣泥750kg 微米級剝離的蛭石1200kg快速固化卜特蘭水泥7kg 10mm聚乙烯纖維90kg 含六亞甲基四胺催化劑的線型酚醛清漆樹脂干粉將上列復(fù)合物進(jìn)行混合，鋪攤成堆積密度均勻的平板狀，然后在200℃溫度和4MPa/mm厚度壓力下加壓10秒鐘，制成粘聚產(chǎn)物。在高壓釜內(nèi)對其進(jìn)行真空和加壓處理以浸入水分并使水泥產(chǎn)生充分的水合作用，然后將該產(chǎn)品干燥，從而制成最終密度為825kg/m3的板材。將該板材進(jìn)行拋光精加工以利于施涂油漆。
權(quán)利要求
1.一種由基礎(chǔ)原料制備用于隨后制造最終制品的起始物料的方法，其中所用的基礎(chǔ)原料選自木素纖維素材料、剝離的蛭石、膨化珍珠巖以及其中的兩者或三者的混合物；該方法包括下列步驟(1)提供所述的基礎(chǔ)原料，該原料為基本上干燥的細(xì)磨木素纖維素纖維，或基本上干燥的細(xì)磨剝離的蛭石顆粒，或基本上干燥的細(xì)磨膨化珍珠巖顆粒，或其中的兩者或三者的混合物；和(2)將該基礎(chǔ)原料與下列材料混合以制備起始物料(a)適量的細(xì)磨干粉態(tài)熱固性樹脂，及(b)適量的細(xì)磨干粉態(tài)水凝粘結(jié)劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中包括如下步驟(3)使步驟(2)的起始物料經(jīng)受適當(dāng)?shù)臏囟群蛪毫l件使熱固性樹脂固化，從而制成粘聚產(chǎn)物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中所述水凝粘結(jié)劑與所述基礎(chǔ)原料的質(zhì)量比為1∶2～20∶1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)的方法，其中所述熱固性樹脂與所述水凝粘結(jié)劑的質(zhì)量比為2∶100～20∶100。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)的方法，其中所述熱固性樹脂是與催化劑一起使用的線型酚醛清漆樹脂。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)的方法，其中所述水凝粘結(jié)劑選自卜特蘭水泥、高鋁水泥、石膏水泥、α或β型的半水合硫酸鈣、氯氧化鎂、羥基硫酸鎂、磺基鋁酸鈣水泥、堿性硅酸鹽、磨碎的高爐礦渣以及其中的兩者或兩者以上的混合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)的方法，其中步驟(1)的適當(dāng)材料的顆粒料或碎片在步驟(2)之前或之后被研磨成更細(xì)的顆粒狀或碎片狀基礎(chǔ)原料，其中包含基本上干燥的細(xì)磨木素纖維素纖維。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)的方法，其中在步驟(2)中將所述基礎(chǔ)原料與下述材料混合(c)適量的細(xì)磨顆粒狀或纖維狀熱塑性樹脂。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)的方法，其中在步驟(2)中將所述基礎(chǔ)原料與下述材料混合(d)適量的選自無機(jī)或礦物纖維、無機(jī)物顆粒料、合成纖維以及其中的兩者或兩者以上的混合物的填料物質(zhì)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)的方法，其中在步驟(3)中使所述步驟(2)的起始物料經(jīng)受125℃～255℃的溫度和0.49～6.9MPa的壓力。
11.由粘聚產(chǎn)物制備最終制品的工藝，所述粘聚產(chǎn)物是根據(jù)權(quán)利要求2至10中任一項(xiàng)的方法制成的；該工藝包括如下步驟(A)為該粘聚產(chǎn)物提供足量的水以使上述水凝粘結(jié)劑產(chǎn)生水合作用，使該水凝粘結(jié)劑固化從而制得最終制品。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的工藝，其中，在步驟(A)中向粘聚產(chǎn)物中加水，使適量的水滲入該粘聚產(chǎn)物中以便使所述水凝粘結(jié)劑產(chǎn)生完全的水合作用從而制得最終制品。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的工藝，其中，在步驟(A)中水合作用所需的水系由該粘聚產(chǎn)物中的一個(gè)或多個(gè)組分提供的，當(dāng)加熱時(shí)，這種水即釋放出來并被利用于水凝粘結(jié)劑的水合作用和固化。
全文摘要
一種由基礎(chǔ)原料制備起始物料以便后續(xù)制造最終制品例如板材的方法,其中所用的基礎(chǔ)原料選自木素纖維素材料、剝離的蛭石、膨化珍珠巖或其中的兩者或三者的混合物。該方法包括如下步驟:提供基礎(chǔ)原料,該原料為基本上干燥的細(xì)磨木素纖維素纖維或基本上干燥的細(xì)磨剝離的蛭石或膨化珍珠巖顆粒料或它們的混合物;將該基礎(chǔ)原料與適量的細(xì)磨熱固性樹脂干粉和適量的細(xì)磨水凝粘結(jié)劑干粉混合;以及有選擇地對這種起始物料施加適當(dāng)?shù)臏囟群蛪毫l件以促使熱固性樹脂固化成粘聚產(chǎn)物;此后可向該粘聚產(chǎn)物提供使其中的水凝粘結(jié)劑產(chǎn)生水合作用的足量水,從而使水凝粘結(jié)劑產(chǎn)生固化作用以制得最終制品。
文檔編號C04B28/02GK1252780SQ9880427
公開日2000年5月10日 申請日期1998年2月18日 優(yōu)先權(quán)日1997年2月18日
發(fā)明者M·W·西蒙斯 申請人:溫澤技術(shù)有限公司