CN101456698A - 快速成型的高强度高功能硅藻土组合物及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种快速成型的高强度高功能硅藻土组合物及其制造方法，该组合物包括：硅藻土100份、填加料0－1000份、胶粘剂50－300份、抗菌剂0－30份、成型加工助剂0－30份。本发明涉及硅藻土组合物的配方和成型制造技术，从根本上解决了普通硅藻土制品生产成型周期长、制造效率低的问题，所获得的制品力学性能好，质轻、低甲醛释放，具有良好的阻燃、防水、抗菌等功能特性。本发明的硅藻土组合物适用于制成板材和型材，可替代木材和人造板，用于室内外装饰、办公和民用家具及家具构件、音响、车辆内部装饰、护墙板、防盗门、墙板、间壁墙隔板、包装材料、床板、地板、实心门门框、百叶窗等产品。

Description

快速成型的高强度高功能硅藻土组合物及其制备方法

所属领域：

本发明属于硅藻土基复合材料的制备和应用技术领域，具体涉及快速成型的高强度高功能硅藻土组合物的制备方法和应用。

技术背景：

硅藻土是一种生物成因的硅质沉积岩，主要由古代硅藻遗体组成，其化学成份主要是SiO₂，含有少量的Al₂O₃、Fe₂O₃、CaO、MgO、K₂O、Na₂O、P₂O₅和有机质。SiO₂通常占80％以上，最高可达94％。

硅藻土中的硅藻有许多不同的形状，如圆盘状、针状、筒状、羽状等，松散密度为0.3-0.5g/cm³，孔隙率达80-90％，能吸收其本身重量1.5—4倍的水，熔点1650-1750℃，是热、电、声的不良导体，化学稳定性高。

由于硅藻土具有质轻、多孔、吸水等特点，并有特有的结构构造，使得它具有许多特殊的物理性能，如较强的吸附性、质轻、隔音、耐磨、耐热并有一定的强度，被广泛用于轻工、化工、建材、石油、医药、卫生等行业。例如，用于酒、药品、水等的液体过滤，用于颜料、油漆、纸张、沥青、塑料、橡胶等的添加剂，用于锅炉、蒸馏器、热处理炉、干燥器的保温隔热，用作普通水泥的添加剂、混凝土的混合材料。

健康家居的基础是建筑材料和装饰装修材料。人们大量使用普通人造板和含挥发性有机物涂料，已造成了室内有毒有机物污染严重，导致气喘、恶心、皮肤过敏等房屋综合症。我国硅藻土资源十分丰富，已探明储量达4亿吨，居世界第二位，利用硅藻土的强吸附性、吸水释水性、隔热保温、不燃等功能特性，可以制造出硅藻土基环保型板材和型材，用于室内建筑装饰和室内家具，降低室内污染，营造健康的家居环境。但是，硅藻土的细腻和松散状态，使其加工成型难，应用的局限性大。目前硅藻土还仅作为添加剂，用作普通水泥、轻质保温板、内墙涂料等的组分。

例如：中国发明专利申请94105213.3(1994)公开了钢丝网增强硅质轻骨料空心墙板的制造方法，用建筑硅酸盐水泥和15μm硅藻土矿粉碎料、生石灰粉、防水剂、钢丝网、发泡剂、水等混合料，通过干热养护或自然养护得到空心墙板，用作隔墙板、双层隔墙板、外墙板、复合墙板。中国发明专利申请94101656.0(1994)公开了用于电线电缆防护的抗烧爆无机槽盒、隔板的制造工艺，即用菱苦土、氯化镁为主要原料，添加硅藻土、珍珠岩、木屑等多孔性填充料，掺以滑石粉、钛白粉、石膏粉、磷酸二氢铵(磷酸二氢铝)，所得到的浆料按槽盒和隔板模具成型后，在烘房中放置10-15小时固化养护，可制得能阻止电缆着火延燃的抗烧爆无机槽盒、隔板。中国发明专利申请95106184.4(1995)公开了一种新材料桌面板及其制造工艺，用氧化镁、氯化镁水溶液、硅藻土、木粉、磷酸二氢铵等浇注成型、浸水养护、高温固化制成板材，有防水、防火、防裂性能，可替代木板、胶合板。中国发明专利申请200510017254.5(2005)公开了轻质硅藻土板材制做工艺，用硅藻土、氯化镁、氧化镁、添加剂、木粉制成糊状，放入制版机制板，固化24-48小时后脱模后养护5-7天，成硅藻土板材。

美国专利20020011192(2002)公开了石膏和水性固化水泥建筑材料，其中含5-30％的2-100μm硅藻土。美国专利4101335(1977)公开了用硅藻土作为填料制造无石棉的无机板——水泥板，美国专利3969567(1974)公开了硅藻土作为低密度填料用于制造纤维增强的水泥板。美国专利20070000413公开了在室温条件下制造含碳酸钙、云母粉、粘土、盐酸盐、铝盐、沸石、滑石粉、高岭土、硅藻土的发泡无机轻质保温板。

中国专利200580019768.2(2005)公开了由废硅藻土制造高强度高功能新材料以及利用废硅藻土的建材用组合物。用啤酒助滤剂烧成的硅藻土废物，与生石灰、水泥一起，制成耐火、耐热、隔热、防结露的水泥板。也可以辅以丙烯酸树脂粘结剂、氧化钛光催化分解材料、海泡石粘土增粘剂，将废硅藻土制成涂料使用。

日本专利2001-89222(2001)公开了硅藻土与水性涂料组成的环保型涂料，在室内墙壁涂覆使用，涂层厚度为2-3mm。日本专利2000-96799(2000)使用含硅藻土的水性涂料为底层，然后再刷涂面层涂料。

由此可见，添加硅藻土制成水泥板、石膏板等无机板材，从模塑成型到养护熟化，制造周期长，生产效率低，产品力学强度低，用途档次低。硅藻土涂料则不能作为结构材料使用。

中国发明专利921128908(1992)公开了汽车顶棚无机复合材料及其制造工艺，用珍珠岩或硅藻土、粘土、龙须草、黄麻、氨基缩醛胶加聚醋酸乙烯酯胶、棉麻纱，制成保温材料。汽车顶棚产品为承力要求低的部位。

中国发明专利200380100139.3(2003)公开了内装修用建筑材料，用石英斑岩、硅藻土、颗粒状丙烯酸酯类树脂、银系抗菌剂等混合物，可以压制成薄片材料，作为墙壁贴材和天花使用，为低承载力材料。

中国发明专利02143390.9公开了硅藻土与热塑性树脂共混挤出，尤其是可代替木材制品代替百叶窗条、百叶窗遮板等。硅藻土占该热塑性树脂混合物的重量1-70％。

由此可见，硅藻土的成型方法主要来源于无机水泥、石膏板的生产技术，产品成型和养护的周期长，生产效率低，产品附加值低。而硅藻土与树脂或粘合剂制成片材，仅用于非受力结构部件的用途，对材料力学机械性能要求低。迄今尚未见硅藻土为主体(占30％-60％以上重量)与热固性树脂或粘合剂组成的复合材料组合物及其快速成型的制造技术。

发明内容：

本发明的目的是提供一种快速成型的高强度、具有阻燃、阻燃、防水、质轻、低甲醛释放、抗菌等功能特性为一体的硅藻土组合物及其板材和型材制品，并具有好的力学机械强度，可用于室内建筑装饰、家具等的受力结构材料。

为了实现上述目的，本发明提供了一种快速成型的高强度高功能硅藻土组合物，该组合物包含：硅藻土、填加料、胶粘剂、抗菌剂、加工助剂，其中硅藻土100份、填加料0-1000份，胶粘剂50-300份、抗菌剂0-30份、成型加工助剂0-30份。

硅藻土为非晶SiO2含量大于80％、颗粒大小为1-100μm的硅藻土、提纯硅藻土、或煅烧硅藻土；具有吸附甲醛和室内有害有机物的作用，同时具有在高空气湿度下吸湿、低空气湿度下放湿的室内环境空气湿度平衡作用。

填加料为属植物纤维的木质纤维、麻纤维及其编织物，属植物粉碎料的木粉、秸秆粉碎料、稻壳粉，属无机纤维的短切玻璃纤维、海泡石纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维长丝，属无机粉体的石英砂、沸石粉、珍珠岩、碳酸钙、云母粉、滑石粉、高岭土、粘土、石膏粉、粉煤灰、或冶金矿渣。填加料一般成本较低，可以起到降低原料成本；同时，纤维结构的填加料对制品有增强作用；木粉等软质填加料对制品有增韧作用；几种不同性能的填加料同时使用，可起到对制品力学机械性能的综合平衡作用。

填加料的形态为10-100μm的粉体、长度0.1mm-4cm的短纤维、或连续纤维编织物。填加料较佳的用量为1-600份。

胶粘剂为三聚氰胺甲醛树脂胶、脲醛树脂胶、酚醛树脂胶、异氰酸酯胶、丙烯酸树脂乳液、或聚乙酸乙烯酯乳液，及它们中的两种或两种以上的混合物；与硅藻土和填加料具有较强的渗透性和结合力，固化后复合材料机械强度高。同时，几种不同的树脂胶粘剂复配使用，可获得强度和韧性均衡的制成品。

抗菌剂为属无机抗菌剂的银系无机抗菌剂、银锌复合无机抗菌剂、银铜锌复合无机抗菌剂、纳米二氧化钛光触媒抗菌剂、属有机抗菌剂的酚醚类、苯酚类、季胺盐类、双胍类、异噻唑、N-卤代烷基硫代类、吡咯衍生物、有机金属类、吡啶类、咪唑类、噻唑类、或砜类。抗菌剂使细菌、霉菌在制成品上不能生长繁殖。同时，银系抗菌剂和光触媒TiO2抗菌剂可激活空气中生成活性氧，通过活性氧和氢氧自由基分解甲醛等室内有毒有机物。

成型加工助剂为属防水剂的硅油、液体石蜡，属分散剂的氧化石蜡、脂肪酸盐，属偶联剂的硅烷、钛酸酯、铝酸酯，或它们中的两种或两种以上的混合物。

防水剂的作用是保护制成品，以防被水侵蚀破坏。

分散剂是用来提高硅藻土及无机填加料的分散性，使它们与粘合剂混合时，其表面易于被粘合剂润湿，使粘合均匀、强度提高。

偶联剂是为了增强硅藻土、填加料与胶粘剂的界面结合，提高制品的力学机械性能。

本发明还提供一种快速成型的高强度高功能硅藻土组合物的制造方法，其特征在于按下列步骤进行：

(1)烘料和混料：将硅藻土和填加料烘干，按比例称重，加入高速搅拌机中低速搅拌1-2min，高速搅拌1-3min，掺混均匀；

(2)表面处理和拌胶：将硅藻土和填加料混合物在高速搅拌机中用偶联剂进行表面活化处理1-3min后，加入胶粘剂，低速混合3-5min，出料；

(3)铺料：将拌好胶的硅藻土和填加料混合物在热压机底板上或模具中铺成板坯或型坯；

(4)热压成型：将上述底板和模具送入热压机，经热压成型，制成板材或型材。在热压机中热压成型条件下，热固性高分子胶粘剂，将硅藻土、填加料等固态物质牢固地粘合成型，所获得的板材和型材等成型物具有良好的力学机械性能。

本发明提供的一种快速成型的高强度高功能硅藻土组合物的制造方法，其工艺过程也可以是先分别将硅藻土与填加料用加工助剂处理、施胶，然后混料和铺料，其特征在于按下列步骤进行：

(1)表面处理和拌胶：经烘干的硅藻土在高速搅拌机中用偶联剂进行表面活化处理1-3min后，加入胶粘剂，低速混合3-5min，出料。采用与硅藻土的相同的步骤，用偶联剂和分散剂处理无机粉体、木粉等填加料，然后加入胶粘剂，混合，出料；

(2)混料和铺料：将拌好胶的硅藻土和填加料在机械搅拌下掺混均匀，然后将混合料在热压机底板上或模具中铺成板坯或型坯；

(3)热压成型：将上述底板和模具送入热压机，经热压成型，制成板材或型材。使用热压成型机成型，热压成型的温度为70-175℃，时间为5-60min，压强为0.8-40MPa。

本发明提供的一种快速成型的高强度高功能硅藻土组合物的优点是，板材和型材的成型周期短，适于大批量生产，产品具有良好的力学机械性能，并具有良好的阻燃、防水、隔热、质轻、低甲醛释放、抗菌、吸湿放湿等使用性能和环保功能。

本发明提供的一种快速成型的高强度高功能硅藻土组合物的用途广泛，其特征在于所制成的板材和型材可替代木材、人造板的用途，适用于室内外建筑装修装饰、办公和民用家具及家具构件、音响、车辆内部装饰、护墙板、防盗门、墙板、隔板、包装材料、床板、强化木地板、计算机房抗静电地板、实心门门框、百叶窗、家庭住房用墙、办公室间壁墙等，将产品使用功能和健康环保功能结合在一体，营造出健康室内环境。

本发明提供的一种快速成型的高强度高功能硅藻土组合物的应用，可替代部分木材和木质人造板的用途，从而保护生态环境和森林资源，建立节约型和可持续发展的社会。

具体实施方式：

下面结合具体实施例，对本发明作详细说明，但本发明不限于实施例的应用。

实施例1-5、按重量称取硅藻土精土、木粉、三聚氰胺甲醛胶，其中硅藻土精土的平均粒径为8μm、SiO2含量为85％，木粉为40目，重质碳酸钙为325目，三聚氰胺甲醛胶(固含量为50％、pH8、粘度80mPa.s)。将除三聚氰胺甲醛胶外，其它原料放入高速搅拌机，低速搅拌1min，再高速搅拌2min。再将三聚氰胺甲醛胶边搅拌边加入搅拌机，与原料混合，搅拌3min。铺料，在热压成型机成型，热压成型的温度为120℃，时间为20min，压强为4MPa。制得的板厚8.0mm。

试样的配方(表1)：

根据实施例1-5制得的试样1-5，按照检测标准要求制成相应尺寸的样条，所测得的性能(表2)：

 

测试项目	测试方法	试样1	试样2	试样3	试样4	试样5
							密度(g/cm3)	GB/T17657-1999	0.96	1.55	1.18	1.22	1.82
抗张强度(MPa)	GB/T17657-1999	12.7	12.4	16.4	14.1	15.3
							静曲强度(MPa)	GB/T17657-1999	15	16	22	21	36
弹性模量(MPa)	GB/T17657-1999	3000	4225	3088	3876	4100
							抗菌率(％)	QB/T2591-2003	>99	>99	>99	>99	>99

实施例6-10，选用与实施例1-5相同的硅藻土和木粉，所用的三聚氰胺胶的固含量为58％，粘度为5400mPa.s，pH7。先将木粉与硅藻土分别施胶。施胶比例为，木粉：胶粘剂重量比为1:0.4。硅藻土：胶粘剂重量比为1:1，且硅藻土分两次施胶，首先施加2/3胶量，陈晾干，再施胶1/3。最后，硅藻土与木粉按1:1比例混合。将木粉与硅藻土混合物料导入预制的钢制测试样条模具中，铺平，移至平板硫化仪中，加压，加热模具。由70℃开始加热升温至120℃，并在120℃保温900s，开模。整个加工制样过程共计为30min。拉伸样条尺寸：标准I型样条。弯曲样条尺寸：根据人造板理化性能测试条件设计尺寸170mm*50mm*6mm。根据平板硫化仪油缸的输出压力，可计算物料成型固化的实际压强。

根据实施例6-10制得的试样6-10，所测得的性能(表3)：

 

测试项目	测试方法	试样6	试样7	试样8	试样9	试样10
							制样条件(实际压强MPa)		15.6	15.6	8.3	4.2	4.2
密度(g/cm3)	GB/T17657-1999	1.54	1.55	1.53	1.42	1.49
							静曲强度(MPa)	GB/T17657-1999	39.03	38.33	36.71	28.88	33.50
弹性模量(MPa)	GB/T17657-1999	7207	7336	6212	4411	5235

实施例11，选用与实施例1-5相同的硅藻土和木粉，所用的三聚氰胺胶的固含量为58％，粘度为5400mPa.s，pH7。先将三聚氰胺胶与浓度为80％羟乙氧基二胺，按5:1重量比混合。然后处理木粉与硅藻土。采用分别施胶方法。施胶比例为，木粉：胶粘剂重量比为1:0.2。硅藻土：胶粘剂重量比为1:0.5。最后，硅藻土与木粉按1:1比例混合。配方中硅藻土:木粉:银锌无机抗菌剂:胶粘剂的比例为1:1:0.02:0.7。将木粉与硅藻土混合物料导入预制的钢制模型115*255*7mm，在平板硫化仪上压制成板材。板材成型压强4MPa，成型温度80-120℃，成型周期28min。

根据实施例11制得的试样11，按照检测标准要求制成相应尺寸的样条，所测得的性能，并和几种人造板标准性能指标的比较(表4)：

Claims (10)

1、一种快速成型的高强度高功能硅藻土组合物，该组合物包含：硅藻土、填加料、胶粘剂、抗菌剂、加工成型助剂，其中重量份硅藻土为100份、填加料0-1000份，胶粘剂50-300份、抗菌剂为0-30份、加工成型助剂为0-30份，

其中所述的硅藻土为非晶SiO2含量大于80％、粒径大小为1-100μm的硅藻土、提纯硅藻土、或煅烧硅藻土；

其中所述的胶粘剂为三聚氰胺甲醛树脂胶、脲醛树脂胶、酚醛树脂胶、异氰酸酯胶、丙烯酸树脂乳液、或聚乙酸乙烯酯乳液，及它们中的两种或两种以上的混合物；

所述的抗菌剂为属无机抗菌剂的银系无机抗菌剂、银锌复合无机抗菌剂、银铜锌复合无机抗菌剂、纳米二氧化钛光触媒抗菌剂、属有机抗菌剂的酚醚类、苯酚类、季胺盐类、双胍类、异噻唑、N-卤代烷基硫代类、吡咯衍生物、有机金属类、吡啶类、咪唑类、噻唑类、或砜类。

2、根据权利要求1所述的快速成型的高强度高功能硅藻土组合物，其特征在于所述的填加料为属植物纤维的木质纤维、麻纤维及其编织物，属植物粉碎料的木粉、秸秆粉碎料、稻壳粉，属无机纤维的短切玻璃纤维、海泡石纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维长丝，属无机粉体的石英砂、沸石粉、珍珠岩、碳酸钙、云母粉、滑石粉、高岭土、粘土、石膏粉、粉煤灰、或冶金矿渣。

3、根据权利要求1所述的快速成型的高强度高功能硅藻土组合物，其特征在于所述的填加料为粒径10-100μm的粉体、长度0.1mm-4cm的短纤维、或连续纤维编织物，及它们中的两种或两种以上的混合物。

4、根据权利要求1所述的快速成型的高强度高功能硅藻土组合物，其特征在于填加料为0-600份。

5、根据权利要求1所述的快速成型的高强度高功能硅藻土组合物，其特征在于加工成型助剂为属防水剂的硅油、液体石蜡，属分散剂的氧化石蜡、液体石蜡、脂肪酸盐，属偶联剂的硅烷、钛酸酯、铝酸酯，或它们中的两种或两种以上的混合物。

6、根据权利要求1所述的快速成型的高强度高功能硅藻土组合物的制造方法，其特征在于按下列步骤进行：

(1)烘料和混料：将硅藻土和填加料烘干，按比例称重，掺混均匀；

(2)表面处理和拌胶：将硅藻土和填加料混合物在高速搅拌机中用偶联剂进行表面活化处理1-3min后，加入胶粘剂，低速混合3-5min，出料；

(3)铺料：将拌好胶的硅藻土和填加料混合物在热压机底板上或模具中铺成板坯或型坯；

(4)热压成型：将上述底板和模具送入热压机，经热压成型，制成板材或型材。

7、根据权利要求1所述的快速成型的高强度高功能硅藻土组合物的制造方法，其特征在于按下列步骤进行：

(1)表面处理和拌胶：经烘干的硅藻土在高速搅拌机中用偶联剂进行表面活化处理后，加入胶粘剂，低速混合，出料。采用与硅藻土的相同的步骤，用偶联剂和分散剂处理无机粉体、木粉等填加料，然后加入胶粘剂，混合，出料；

(2)混料和铺料：将拌好胶的硅藻土和填加料在机械搅拌下掺混均匀，然后将混合料在热压机底板上或模具中铺成板坯或型坯；

(3)热压成型：将上述底板和模具送入热压机，经热压成型，制成板材或型材。

8、根据权利要求1、6和7所述的快速成型的高强度高功能硅藻土组合物的板材和型材的制造方法，其特征在于使用热压成型机成型，热压成型的温度为70-175℃，时间为5-60min，压强为0.8-40MPa。

9、根据权利要求1、6和7所述的快速成型的高强度高功能硅藻土组合物的板材和型材具有良好的力学机械性能，并具有良好的阻燃、防水、隔热、质轻、低甲醛释放、抗菌等优良性能。

10、根据权利要求1、6和7所述的快速成型的高强度高功能硅藻土组合物的用途，其特征在于所制成的板材和型材适用于室内外装饰、办公和民用家具及家具构件、音响、车辆内部装饰、护墙板、防盗门、墙板、间壁墙隔板、包装材料、床板、地板、实心门门框、百叶窗等产品。