CN100337973C

CN100337973C - 一种低温陶瓷木材的生产方法

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Publication number: CN100337973C
Application number: CNB2005100109467A
Authority: CN
Inventors: 张召述; 夏举佩
Original assignee: Kunming University of Science and Technology
Current assignee: Kunming University of Science and Technology
Priority date: 2005-07-29
Filing date: 2005-07-29
Publication date: 2007-09-19
Anticipated expiration: 2025-07-29
Also published as: CN1749206A

Abstract

本发明涉及一种用工业废渣和植物废弃物制成的低温陶瓷木材生产方法，属建筑材料技术领域。低温陶瓷木材的组分为工业废渣、植物废弃物、改性剂、促进剂、表面活性剂；各组分按重量比配合，其比例为工业废渣∶植物废弃物∶改性剂∶促进剂∶表面活性剂＝100∶30-600∶10-50∶0.5-7∶0.03-2.0。上述原料经原料处理、混合料制备、成型、养护、干燥、装饰工序制成以硅铝矿物为基体相、植物废弃物为增强相的低温陶瓷木材。本发明不用水泥、石膏、脲醛树脂或塑料粘结剂，没有高温高压和有毒物质存在与释放。具有成本低廉、废物利用率高、保护环境、节约天然资源等优点。

Description

一种低温陶瓷木材的生产方法

一、技术领域：本发明涉及一种用废渣和植物废弃物制成的低温陶瓷木材生产方法，属建筑材料技术领域。

二、背景技术：我国的废渣诸如粉煤灰、煤矸石、冶炼渣、磷渣等大宗固体废弃物的年产量已达9亿吨，历年累计堆存近70亿吨，利用率不足50％，大宗利用主要在硅酸盐水泥、混凝土、墙体砖、筑路、回填方面。

植物剩余物诸如秸杆、蔗渣、烟杆、果壳、树皮、枝丫、杂草以及经济植物加工提取有效成分后的剩余残渣是自然界中最为丰富而且可以再生的生物质资源，我国仅秸杆的年产量就达到7亿多吨，大部分被付之一炬，既污染空气，又浪费资源。公知的植物剩余物资源化方案中，比较有代表性的技术有如下几种：秸杆还田、氨化饲料、腐植肥料、燃料、人造板(纤维板、刨花板、层板)、活性碳、造纸等，其中木材利用是植物废弃物的主要途径，目前国内生产的各种人造木材主要有三种类型：一是以热固性聚合物如脲醛树脂、酚醛树脂为粘结剂的人造板材；二是以水泥、石膏、菱镁土为粘结剂的刨花板；三是以热塑性聚合物如聚乙烯、聚氯乙烯为代表的木塑材料。开发成本低、性能好、无毒、环保的新品种人造木材依然是今后植物废弃物资源化的发展方向。

基于天然及人造木材存在的诸如湿胀干缩、力学性能差、不耐水、不阻燃、怕虫蛀、易腐烂变质等问题，国内外学者主要从木材改性方面进行研究，并在具有特殊性能的木材陶瓷、陶瓷木材、金属化木材、硅酸钙系木材、聚合物木材方面取得了进展。

木材陶瓷化是木材改性的重要途径，但以往主要是用硅酸乙脂以及可溶性金属盐对基材进行渗透处理，这些方法不可能形成连续的陶瓷体结构，而要得到陶瓷体结构就必须经过高温煅烧，但最终得到的却是完全没有木材特征的木材陶瓷。也就是说，公知技术还没有真正实现木材的陶瓷化改性。

废渣的主要成分一般由二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化铁、氧化镁、氧化钠组成，通过适当的方法进行处理，其原来的硅酸盐结构能解聚，并能在以水为介质条件下再度聚合形成新的硅酸盐网络，具有陶瓷材料的性能，但由于陶瓷体形成的过程没有传统陶瓷的高温烧结，因此称为低温陶瓷。因其结构的形成是在接近常温条件下完成的，可采用多种方法进行改性，避免了高温可能对添加物构成的热失配和化学不相容；用工业废渣制成的低温陶瓷胶凝材料与植物废弃物进行复合制成的低温陶瓷木材，兼具陶瓷的无毒、阻燃、稳定、耐久、耐水、耐腐蚀、耐磨、耐虫蛀和木材的轻质、柔韧、透气、可加工和可装饰性能，可望以其优势性能在建筑装饰、建筑墙体、建筑保温隔热、建筑结构等方面获得广泛应用。

三、发明内容：

本发明的目的是提供一种用废渣和植物废弃物制低温陶瓷木材的方法，利用工业废渣的物理化学特征，首先制备成能水化凝固的低温陶瓷胶凝材料；用该胶凝材料与植物废弃物进行复合制备成具有优良物理力学性能的低温陶瓷木材，以替代日渐稀缺的天然木材和有毒的人造木材使用，从而为我国生态环境良性循环和资源利用永续不衰战略目标的实现作出贡献。

本发明的技术内容

1、原料和配方

1)主原料

第一类主原料是废渣包括废玻璃、玻璃纤维废渣、粉煤灰、磷渣、冶炼渣、城市垃圾焚化渣，它们在产生过程中已经过了高温煅烧或熔融，这些工业废渣可单独或两种以上任意比例搭配使用；

第二类主原料是植物废弃物，包括稻草、麦草、玉米杆、蔗渣、烟杆、果壳、锯末、树皮、树枝、杂草，它们既可单独使用，也可两种或两种以上混合搭配使用。

2)添加剂：包括改性剂、促进剂、表面活性剂三类。

改性剂为水玻璃的水溶液，密度为1.30-1.52g/ml，模数为3.7-2.0；

促进剂为氟硅酸钙、氟硅酸钠、氟硅酸钾、烧碱中的一种或任意两种或两种以上按任意比例搭配使用；

表面活性剂为三乙醇胺、木质素磺酸钙、木质素磺酸钠、磺化三聚氰胺甲醛树脂、萘磺酸盐中的一种或任意两种或两种以上按任意比例搭配使用；

3)配方(按重量比计)

废渣∶植物废弃物∶改性剂∶促进剂∶表面活性剂＝100∶30-600∶10-50∶0.5-7∶0.03-2.0；

4)配方的适用范围

(1)废渣、植物废弃物和改性剂质量均包含自然或处理过程带入的水份；

(2)把配方中的的植物废弃物替换成废渣(废玻璃、玻璃纤维废渣、粉煤灰、磷渣、冶炼渣、城市垃圾焚化渣)，制备出的是低温陶瓷复合材料，不具有木材但具有石材特征。

2、本发明按以下生产步骤完成：

1)原料处理：废渣包括废玻璃、玻璃纤维废渣、粉煤灰、磷渣、冶炼渣、城市垃圾焚化渣中若含水率大于5％，需要加入废渣含水的30-50重量％生石灰，并混合陈化1-12小时；若含水率小于或等于5重量％可直接使用；废渣与促进剂、表面活性剂混合粉磨，制成粒度小于0.08mm占85％-100％混合粉体；

植物废弃物需要破碎加工成长度0.5-150mm、宽度0.5-10mm、厚度0.1-5mm形状，既可直接使用，也可用处理剂进行浸泡或浸煮处理，处理剂为石灰、硅酸钠、碳酸钠、硼砂、磷酸钠、硫酸铝、硫酸铝钾中的一种或几种的水溶液，处理剂的用量为植物废弃物的0.5-15重量％，处理剂水溶液浓度为0.01-5.0重量％，自然浸泡时间为1-15天，浸煮时间为2-6小时，浸煮温度为60-95℃；

2)混合料制备：混合粉体与改性剂、处理过的植物废弃物混合均匀成混合料；

3)成型：当混合料中水分含量小于20重量％时，压制成型，成型压力0.1-3.0MPa，热压温度为60-198℃，保压时间为5-55分钟；当混合料中水分含量大于或等于20重量％时，用振捣、挤出或浇注成型；

4)养护：成型制品自然放置12-36小时后再在温度为65-175℃的湿热蒸汽环境中养护6-36小时；

5)干燥：制品养护完成后，采用风干、太阳晒或烘炉进行干燥脱水，当质量含水率小于5重量％时成为半成品；

6)装饰处理：半成品经过干燥后，需要打磨平整，用油漆、涂料、木纹纸之一粘贴装饰或用由不饱和聚脂树脂、无机填料、固化剂、促凝剂一种或几种混合装饰层进行涂覆处理，待表面凝固后，进行抛光，成为产品。

本技术与现有技术相比所具有如下优点：

1、与公知的人造木材相比，本发明不用热塑性塑料、热固性树脂粘结剂，完全避免了高分子聚合物降解、添加剂释放、残留物挥发(如甲醛)造成的有毒物污染问题；同时从根本上解决了木材的防火、防水、阻燃、消烟问题。

2、与传统的刨花板相比，本发明采用废渣为胶凝材料，最终形成的是具有陶瓷性能的坚强结构，避免了水泥、石膏作为刨花板胶凝材料无法解决的湿胀干缩、强度低、寿命短的问题。

3、本发明的主要原料是废渣和植物废弃物，原料丰富，成本低廉；制品具有陶瓷的稳定性、阻燃、无毒、硬度高、耐磨性好的特征，同时具有木材的轻质、保温、耐冲击和可加工的性能。

四、附图说明：图1是本发明的工艺流程。

五、具体实施方式

实施例1：

取质量含水率为1.2％的磷渣100份、0.8份木质磺酸钙、0.03份三乙醇胺、2份氟硅酸钠共混粉磨成粒度小于0.08mm占95％的粉体；按锯末/稻草/杂草＝1/1.25/0.5比例配合的植物废弃物550份先破碎成长度为100-150mm，然后与处理剂水溶液混合浸煮，处理剂为为硅酸钠、石灰、碳酸钠的混合水溶液，三种的质量比为1/2/1.5，处理剂的用量为植物废弃物的10重量％，浓度为4.5重量％，浸煮4小时，浸煮温度为75℃，取粉磨好的粉体与处理过的植物废弃物及密度为1.36g/ml，模数为3.5的水玻璃18份，搅拌7分钟成为混合料；注入模具中振捣成型，自然放置12小时后脱模，放置在80℃的蒸汽室中养护8小时，干燥脱水，当含水率小于5％时成为半成品，测试其密度0.92g/cm³，抗压强度15Mpa，抗折强度7Mpa。表面磨光后用醇酸漆罩面，具有木质效果。

实施例2：

取粉煤灰60份、废玻璃20份、玻璃纤维废渣20份，三种废渣的质量含水率依次为8.6％、6.8％、4.6％，折合废渣中质量含水率为7.44％，往废渣中加入3.6份生石灰，混合陈化6小时后加入0.06份三乙醇胺、7份氟硅酸钾共混粉磨成粒度小于0.08mm占85％的粉体；按玉米杆/麦草/桉树枝叶＝1/0.5/0.5比例配合的植物废弃物先破碎成长度小于150mm、宽度小于10mm、厚度小于5mm的纤维状600份，与质量浓度为3％的石灰水溶液混合浸煮，石灰用量为植物废弃物的8重量％，浸煮3小时，浸煮温度为75-95℃，取粉磨好的粉体、处理过的植物废弃物、密度为1.50g/ml模数为3的水玻璃50份，搅拌10分钟后浇注成型，自然放置24小时脱模，用95℃的常压蒸汽养护8小时，烘干至含水率小于5％时成为半成品，此测试材料的密度0.85g/cm³，抗压强度8Mpa，抗折强度6.2Mpa，表面磨光后用白乳胶为粘结剂、木纹纸为贴面，具有木质效果。

实施例3：

取磷渣40份，铜渣30份，钢渣30份，三种废渣的质量含水率依次为9.6％、4.5％、6.6％，折合废渣中质量含水率为7.17％，往废渣中加入2.5份生石灰，混合陈化10小时后加入0.1份三乙醇胺、氟硅酸钙3.0份，烧碱4.0份，共混粉磨成细度成粒度小于0.08mm占92％的粉体；按花生壳粉/谷壳/米糠＝1/0.4/0.6比例配合的植物废弃物200份，先破碎成最大尺寸为1-10mm，然后与质量浓度为4.2％的处理剂水溶液混合浸煮，浸煮6小时，浸煮温度为70-80℃，处理剂中硼砂、磷酸钠、硫酸铝、硫酸铝钾的质量比为1/3.5/1.6/5，其用量为植物废弃物的2重量％，取粉磨好的粉体，处理过的植物废弃物、密度为1.50g/ml，模数为2的水玻璃30份，搅拌5分钟成为混合料，挤出成型，自然放置30小时后在65℃的湿热环境中养护36小时，干燥至含水率小于5％时成为半成品，测试该材料的密度1.25g/cm³，抗压强度12Mpa，抗折强度6.2Mpa；表面磨平后用由不饱和聚脂树脂、氢氧化铝、过氧化丁酮、环烷酸钴(质量比为：1/1/0.1/0.05)组成的装饰胶涂覆1mm，表面凝固后抛光，表面具有石质化装饰效果。

实施例4：

取镍渣50份，矿渣30份，粉煤灰20份，三种废渣的质量含水率依次为5.6％、4.5％、12.6％，折合废渣中质量含水率为6.67％，往废渣中加入2.7份生石灰，混合陈化8小时后加入木质磺酸钙1.0份，氟硅酸钾4份共混粉磨成粒度小于0.08mm占99％的粉体；按烟杆/稻草粉＝1/2比例配合的植物废弃物150份，先破碎成长小于150mm、宽度小于5mm、厚度小于0.5mm的纤维状；取粉磨好的粉体、处理过的植物废弃物、密度为1.35g/ml，模数为2.5的水玻璃20份混合搅拌8分钟，在压力为0.5MPa、温度135℃、压制30分钟成型，表面抛磨后具有硬质人造板外观，测试该材料的密度1.29g/cm³，抗压强度29Mpa，抗折强度11.2Mpa。

实施例5：

分别取干燥的磷渣50份、锰渣30份、城市垃圾焚化渣20份，0.1份三乙醇胺、6份烧碱共混粉磨成粒度小于0.08mm占89％的粉体；稻草先破碎成长度小于5mm；取粉体106.1份、处理过的稻草粉100份、密度为1.27g/ml，模数为2.3的水玻璃30份水玻璃混合搅拌4分钟成为混合料，在压力为0.1Mpa、温度190℃条件下热压10分钟，脱模后自然放置12小时，测试该材料的密度1.15g/cm³，抗压强度15Mpa，抗折强度6.7Mpa，表面磨光后用油漆涂刷，也具有木质效果。

实施例6：

取粉煤灰100份，其质量含水率8％，加入4份生石灰混合陈化3小时后与0.7份木质素磺酸钠、0.06份三乙醇胺、0.7份萘磺酸甲醛缩合物、2份氟硅酸钠共混粉磨成粒度小于0.08mm占91％的粉体；取粉体107.46份，磷渣300份，密度为1.15g/ml，模数为2.0的水玻璃80份混合搅拌8分钟，浇注成型，自然放置17小时后脱模，放置在80℃的蒸汽室中养护12小时，表面抛磨后产品中有直径小于8mm气孔均匀分布，抗压强度62Mpa，抗折强度7.3Mpa，具有天然火山石材装饰和防滑效果。

实施例7；

配方与成型方式同实施例6，成型制品放置在175℃的蒸汽环境中养护8小时，表面抛磨后产品中有直径小于8mm气孔均匀分布，抗压强度95Mpa，抗折强度12.3Mpa，有天然火山石材装饰和防滑效果。

实施例8：

用矿渣70份、城市垃圾焚化渣30份代替实施例6中的磷渣，采用实施例6的工艺，获得的制品抗压强度65Mpa，抗折强度7.3Mpa，抛磨后也具有天然石材装饰效果。

Claims

1、一种低温陶瓷木材的生产方法，其特征在于：该材料的组分及配方为废渣、植物废弃物、改性剂、促进剂、表面活性剂，其配方为：废渣∶植物废弃物∶改性剂∶促进剂∶表面活性剂＝100∶30-600∶10-50∶0.5-7∶0.03-2.0，

1)、废渣为废玻璃、玻璃纤维废渣、粉煤灰、磷渣、冶炼渣、城市垃圾焚化渣中的一种或几种，

2)、植物废弃物为稻草、麦草、玉米杆、蔗渣、烟杆、果壳、锯末、树皮、树枝、杂草中的一种或几种，

3)、改性剂为水玻璃的水溶液，密度为1.30-1.52g/ml，模数为3.7-2.0，

4)、促进剂为氟硅酸钙、氟硅酸钠、氟硅酸钾、烧碱中的一种或几种，

5)、表面活性剂为三乙醇胺、木质素磺酸钙、木质素磺酸钠、磺化三聚氰胺甲醛树脂、萘磺酸盐中的一种或几种，

配好方的上述材料按以下生产步骤完成：

1)、原料处理：废渣包括废玻璃、玻璃纤维废渣、粉煤灰、磷渣、冶炼渣、城市垃圾焚化渣中的一种或几种，所用废渣的折合含水率若大于5％，需加入废渣含水质量30-50％的生石灰，并混合陈化1-12小时；若折合含水率小于或等于5重量％，就直接使用，折合含水率是指每种废渣原料的含水率乘以其用量份数，然后相加得到，

经过陈化处理的废渣经粉磨为粒度小于0.08mm占85％-100％的粉体，粉磨时与计量过的表面活性剂、促进剂混磨成混合粉体，

植物废弃物需要破碎成长度0.5-150mm、宽度0.5-10mm、厚度0.1-5mm形状，直接使用或用石灰、硅酸钠、碳酸钠、硼砂、磷酸钠、硫酸铝、硫酸铝钾中的一种或几种的处理剂的水溶液浸泡或浸煮处理，处理剂的用量为植物废弃物的0.5-15重量％，处理剂水溶液浓度为0.01-5.0重量％，处理时间为自然浸泡时间1-15天，浸煮时间为2-6小时，浸煮温度为60-95℃，

2)、混合料制备：混合粉体与改性剂、处理过的植物废弃物混合均匀成混合料，

3)、成型：当混合料中水分含量小于20重量％时，压制成型，成型压力0.1-3.0MPa，热压温度为60-198℃，保压时间为5-55分钟，当混合料中水分含量大于等于20重量％时，用振捣、挤出或浇注成型，

4)、养护：成型制品自然放置12-36小时后再在温度为65-175℃的湿热蒸汽环境中养护6-36小时，

5)、干燥：制品养护完成后，采用风干、太阳晒或烘炉进行干燥脱水，当含水率小于5重量％时成为半成品，

6)、装饰处理：半成品经过干燥后打磨平整，用油漆、涂料、木纹纸之一粘贴装饰或用不饱和聚脂树脂、无机填料、固化剂、促凝剂的一种或几种的混合物装饰层进行涂覆处理，待表面凝固后，进行抛光，成为产品。