CN107555870A - 地质聚合物基水稻秸秆纤维板及其制备方法 - Google Patents

地质聚合物基水稻秸秆纤维板及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种地质聚合物基水稻秸秆纤维板，由以下重量份的原料制成：液态钠水玻璃57～60份，偏高岭土30～35份以及水稻秸秆纤维8～12份。同时提供了一种地质聚合物基水稻秸秆纤维板的制备方法，包括：将所述液态钠水玻璃与所述偏高岭土混合得到浆液，在所述浆液中加入所述水稻秸秆纤维进一步混合得到浆料，所述浆料移至模具中挤压成型，脱模后放在自然条件下养护7～10天即得。本发明制备的纤维板不仅强度高、硬化快、耐腐蚀、耐水性能好、吸水膨胀率极低、养护条件简单方便，而且秸秆纤维原料粉碎工艺对设备磨损小，克服了水泥基植物纤维板生产工艺复杂、只能利用打浆纤维、生产成本高等问题，采用该方法还能提高农林剩余物的利用率，经济环保。

Description

地质聚合物基水稻秸秆纤维板及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种地质聚合物基水稻秸秆纤维板，具体地说是涉及一种使用偏高岭土和稻草秸秆纤维作为原材料的地质聚合物基植物纤维板，属于建筑材料技术领域。
背景技术
水泥纤维板因为具有防水防潮、防火绝缘、隔音隔热、质轻强高、施工简易、安全无害等特点而得到了相当程度的应用，但所用纤维大多采用打浆后的木浆纤维，其生产工艺比较复杂，从而提高了水泥纤维板的生产能耗和生产成本。而且，生产水泥要排放大量二氧化碳，生产过程还会对环境造成严重的污染。另外，非木浆纤维增强水泥板在使用过程中，其强度和韧性均随时间有较大幅度的下降，所以没有得到广泛应用。
地质聚合物是一种新型胶凝材料，较之于常规的硅酸盐水泥，具有强度高、硬化快、耐酸碱腐蚀等优点。目前主要通过使用碱性激发剂激发偏高岭土、粉煤灰、矿物废渣等中的硅铝酸盐来制备。
植物纤维是自然界最为丰富的天然高分子，非木浆纤维主要包括稻草、稻壳、麦秸、玉米秸秆、甘蔗渣、棉花秆、木屑、竹屑等农作物秸秆或其它植物的秆茎。
由于地质聚合物的性能优于水泥，因此用地质聚合物复合非木浆纤维生产纤维板，其性能要优于水泥纤维板，有很好的应用前景，对于非木浆纤维的利用，特别是对于农林产品剩余物的利用具有很强的现实意义。所以，用地质聚合物与非木浆纤维生产纤维板对减少环境污染和废物利用两方面都有非常广阔的应用前景。
现有技术中公开了一种地聚物基纤维板，CN201310742307.4，其采用矿渣基地质聚合物作为基体，利用经磨浆分离干燥后的木材纤维作为纤维材料，又采用聚丙烯纤维、玻璃纤维中的一种或者两者的混合物作为增强纤维，因此其原料和工艺比较复杂。
发明内容
作为各种广泛且细致的研究和实验的结果，本发明的发明人已经发现，在使用一定比例的偏高岭土和液态钠水玻璃混合的地质聚合物为基体，混合非木浆纤维制作的纤维板强度不仅可以达到水泥木屑板JC/T411-2007标准，而且高于一般市面上的水泥木屑板；此外该方法的制作工艺和原料获得相较于普通水泥纤维板的制作更加简单经济。基于这种发现，完成了本发明。
本发明的一个目的是提供一种地质聚合物基水稻秸秆纤维板，其强度高、硬化快、耐腐蚀、耐水性能好、吸水膨胀率极低、养护工艺条件简单方便、对人类无害，其能够代替现在使用的水泥基纤维板应用于建筑材料领域，并且优于现有材料。
本发明还有一个目的是提供一种地质聚合物基水稻秸秆纤维板的制备方法，其能克服水泥基植物纤维板生产工艺复杂、只能利用打浆纤维、生产成本高的问题，提高农林剩余物的利用率，从而更加经济环保。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种地质聚合物基水稻秸秆纤维板，由以下重量份的原料制成：液态钠水玻璃57～60份，偏高岭土30～35份以及水稻秸秆纤维8～12份。
优选的是，其中，所述液态钠水玻璃的模数为1.5～1.8、固含量为46％～48％，所述液态钠水玻璃的制备方法包括：往模数为3.1～3.4、固含量为31％～40％的市售工业液态钠水玻璃中加入氢氧化钠，搅拌混匀。
优选的是，其中，所述偏高岭土是细度为200～800目的粉体，所述偏高岭土的制备方法包括：将高岭土原矿或水洗后的高岭土在800℃的内热式回转煅烧窑中煅烧3h，所述内热式回转煅烧窑的转速为1.2r/min，进料量为2t/h。
优选的是，其中，所述偏高岭土中的SiO2和Al2O3的总含量在90％wt以上。
优选的是，其中，所述水稻秸秆纤维为10～60目、含水量为12～20％的粉末，所述水稻秸秆纤维的制备方法包括：将水稻秸秆纤维原料进行粗切得到粗粒，去除粗粒中的砂石杂质，使用粉碎机对粗粒进行破碎，经圆孔筛筛分，将通过筛孔的水稻秸秆纤维放入干燥箱，控制干燥温度为80～100℃，干燥时间为15～20h，常温下冷却。
优选的是，其中，所述粗切方法为切碎，粗切后的粗粒长度为0.5～5cm。
优选的是，其中，所述地质聚合物基水稻秸秆纤维板的密度为1200～1600kg/m3。
本发明的目的还可以进一步由制造地质聚合物基水稻秸秆纤维板的方法来实现，该方法包括以下步骤：
步骤一：按照比例称取上述原料；
步骤二：向偏高岭土中加入液态钠水玻璃，在加入过程中充分搅拌，搅拌至混合物中不出现结块的偏高岭土，得到地质聚合物基浆料；
步骤三：向所述地质聚合物基浆料中加入水稻秸秆纤维，充分搅拌混合，得到地质聚合物和水稻秸秆纤维的混合浆料；
步骤四：把混合浆料移至纤维板的模具中，在1.5MPa、60℃条件下挤压成型，2h后脱模，然后放在自然条件下养护7～10天，即得。
优选的是，其中，在步骤三中，在向地质聚合物基浆料中加入水稻秸秆纤维后，还包括：向地质聚合物基浆料中以1:1:5的重量比加入过硫酸钠、正丁醇和十六醇，混合均匀，用频率为500MHz的微波辐照3min，然后用频率为800MHz的微波辐照2min，重复上述500MHz微波辐照和800MHz微波辐照3～5次；其中，过硫酸钠、正丁醇和十六醇的总重量为地质聚合物基浆料总质量的2～4％。
本发明至少包括以下有益效果：
(1)由于本发明采用的是以地质聚合物基为胶凝材料，以水稻秸秆纤维为原料，不经化学处理，原材料都是绿色环保材料，并且在生产过程中无废液排放，因此纤维板的制造过程无毒无害，是一种环保材料。
(2)由于本发明采用地质聚合物基为胶凝材料，因此产品与水泥基非木浆植物纤维板相比，耐久性好。
(3)由于本发明采用水稻秸秆纤维为原料，质地相比其他植物纤维更柔软，因此粉碎工艺简单方便，对设备磨损小，而且还能提高农林剩余物的利用率，具有经济环保双重有益效果。
(4)由于本发明采用半干法处理物料，物料含水率较低，能解决模压过程中浆液外溢问题。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
具体实施方式
下面结合实例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
<实施例1>
称取模数为1.5、固含量为48％的液态钠水玻璃57公斤，细度为200目的偏高岭土33公斤，粒径为10～20目、含水量为12％的水稻秸秆纤维10公斤(干基)；向偏高岭土中加入液态钠水玻璃，在加入过程中充分搅拌，搅拌至混合物中不出现结块的偏高岭土，得到地质聚合物基浆料；向该浆料中加入水稻秸秆纤维，充分搅拌混合，得到地质聚合物和水稻秸秆纤维的混合浆料；把混合浆料移至纤维板的模具中，在1.5MPa、60℃条件下挤压成型，2h后脱模，然后放在自然条件下养护10天，即得。
其中，液态钠水玻璃是往模数为3.1、固含量为40％的市售工业液态钠水玻璃中加入一定量氢氧化钠，搅拌混匀得到；偏高岭土是将高岭土原矿在800℃的内热式回转煅烧窑中煅烧3h后所得，内热式回转煅烧窑的转速为1.2r/min，进料量为2t/h；水稻秸秆纤维是先将纤维原料切碎成长度为0.5cm的粗粒，去除粗粒中的砂石杂质后，使用粉碎机对粗粒进行破碎，经10目和20目的圆孔筛筛分，将通过10目并被20目圆孔筛截留的水稻秸秆纤维放入干燥箱，控制干燥温度为100℃，干燥时间为15h，常温下冷却得到。
<实施例2>
称取模数为1.6、固含量为47.0％的液态钠水玻璃60公斤，细度为400目的偏高岭土30公斤，粒径为20～40目、含水量为15％的水稻秸秆纤维10公斤(干基)；向偏高岭土中加入液态钠水玻璃，在加入过程中充分搅拌，搅拌至混合物中不出现结块的偏高岭土，得到地质聚合物基浆料；向该浆料中加入水稻秸秆纤维，充分搅拌混合，得到地质聚合物和水稻秸秆纤维的混合浆料；把混合浆料移至纤维板的模具中，在1.5MPa、60℃条件下挤压成型，2h后脱模，然后放在自然条件下养护9天，即得。
其中，液态钠水玻璃是往模数为3.2、固含量为36％的市售工业液态钠水玻璃中加入一定量氢氧化钠，搅拌混匀得到；偏高岭土是将高岭土原矿在800℃的内热式回转煅烧窑中煅烧3h后所得，内热式回转煅烧窑的转速为1.2r/min，进料量为2t/h；水稻秸秆纤维是先将纤维原料切碎成长度为1cm的粗粒，去除粗粒中的砂石杂质后，使用粉碎机对粗粒进行破碎，经20目和40目的圆孔筛筛分，将通过20目并被40目圆孔筛截留的水稻秸秆纤维放入干燥箱，控制干燥温度为95℃，干燥时间为16h，常温下冷却得到。
<实施例3>
称取模数为1.7、固含量为46.5％的液态钠水玻璃57公斤，细度为600目的偏高岭土35公斤，粒径为20～40目、含水量为18％的水稻秸秆纤维8公斤(干基)；向偏高岭土中加入液态钠水玻璃，在加入过程中充分搅拌，搅拌至混合物中不出现结块的偏高岭土，得到地质聚合物基浆料；向该浆料中加入水稻秸秆纤维，充分搅拌混合，得到地质聚合物和水稻秸秆纤维的混合浆料；把混合浆料移至纤维板的模具中，在1.5MPa、60℃条件下挤压成型，2h后脱模，然后放在自然条件下养护8天，即得。
其中，液态钠水玻璃是往模数为3.3、固含量为34％的市售工业液态钠水玻璃中加入一定量氢氧化钠，搅拌混匀得到；偏高岭土是将水洗后的高岭土在800℃的内热式回转煅烧窑中煅烧3h后所得，内热式回转煅烧窑的转速为1.2r/min，进料量为2t/h；水稻秸秆纤维是先将纤维原料切碎成长度为3cm的粗粒，去除粗粒中的砂石杂质后，使用粉碎机对粗粒进行破碎，经20目和40目的圆孔筛筛分，将通过20目并被40目圆孔筛截留的水稻秸秆纤维放入干燥箱，控制干燥温度为90℃，干燥时间为18h，常温下冷却得到。
<实施例4>
称取模数为1.8、固含量为46％的液态钠水玻璃58公斤，细度为800目的偏高岭土30公斤，粒径为40～60目、含水量为20％的水稻秸秆纤维12公斤(干基)；向偏高岭土中加入液态钠水玻璃，在加入过程中充分搅拌，搅拌至混合物中不出现结块的偏高岭土，得到地质聚合物基浆料；向该浆料中加入水稻秸秆纤维，充分搅拌混合，得到地质聚合物和水稻秸秆纤维的混合浆料；把混合浆料移至纤维板的模具中，在1.5MPa、60℃条件下挤压成型，2h后脱模，然后放在自然条件下养护7天，即得。
其中，液态钠水玻璃是往模数为3.4、固含量为31％的市售工业液态钠水玻璃中加入一定量氢氧化钠，搅拌混匀得到；偏高岭土是将水洗后的高岭土在800℃的内热式回转煅烧窑中煅烧3h后所得，内热式回转煅烧窑的转速为1.2r/min，进料量为2t/h；水稻秸秆纤维是先将纤维原料切碎成长度为5cm的粗粒，去除粗粒中的砂石杂质后，使用粉碎机对粗粒进行破碎，经40目和60目的圆孔筛筛分，将通过40目并被60目圆孔筛截留的水稻秸秆纤维放入干燥箱，控制干燥温度为80℃，干燥时间为20h，常温下冷却得到。
<实施例5>
称取模数为1.6、固含量为47.0％的液态钠水玻璃60公斤，细度为400目的偏高岭土30公斤，粒径为20～40目、含水量为15％的水稻秸秆纤维10公斤(干基)；向偏高岭土中加入液态钠水玻璃，在加入过程中充分搅拌，搅拌至混合物中不出现结块的偏高岭土，得到地质聚合物基浆料；向该浆料中加入水稻秸秆纤维、重量比为1:1:5的过硫酸钠、正丁醇和十六醇，混合均匀，用频率为500MHz的微波辐照3min，然后用频率为800MHz的微波辐照2min，重复上述500MHz微波辐照和800MHz微波辐照3次，得到地质聚合物和水稻秸秆纤维的混合浆料，其中，过硫酸钠、正丁醇和十六醇的总重量为地质聚合物基浆料总质量的2％；把混合浆料移至纤维板的模具中，在1.5MPa、60℃条件下挤压成型，2h后脱模，然后放在自然条件下养护9天，即得。
其中，液态钠水玻璃是往模数为3.2、固含量为36％的市售工业液态钠水玻璃中加入一定量氢氧化钠，搅拌混匀得到；偏高岭土是将高岭土原矿在800℃的内热式回转煅烧窑中煅烧3h后所得，内热式回转煅烧窑的转速为1.2r/min，进料量为2t/h；水稻秸秆纤维是先将纤维原料切碎成长度为1cm的粗粒，去除粗粒中的砂石杂质后，使用粉碎机对粗粒进行破碎，经20目和40目的圆孔筛筛分，将通过20目并被40目圆孔筛截留的水稻秸秆纤维放入干燥箱，控制干燥温度为95℃，干燥时间为16h，常温下冷却得到。
<实施例6>
地质聚合物基水稻秸秆纤维板的制备方法同实施例5，不同之处在于：过硫酸钠、正丁醇和十六醇的总重量为地质聚合物基浆料总质量的3％，重复500MHz微波辐照和800MHz微波辐照4次。
<实施例7>
地质聚合物基水稻秸秆纤维板的制备方法同实施例5，不同之处在于：过硫酸钠、正丁醇和十六醇的总重量为地质聚合物基浆料总质量的4％，重复500MHz微波辐照和800MHz微波辐照5次。
为了说明本发明的效果，发明人提供比较实验如下：
<比较例1>
地质聚合物基水稻秸秆纤维板的制备方法同实施例4，不同之处在于：选取水稻秸秆纤维含量为15公斤(干基)，液态钠水玻璃相应改变为55公斤。
<比较例2>
地质聚合物基水稻秸秆纤维板的制备方法同实施例3，不同之处在于：选取偏高岭土含量为38公斤，液态钠水玻璃相应改变为54公斤。
经检测实施例1～4产品的主要物理力学性能如下表1：
[表1]
比较例产品的主要物理力学性能如下表2：
[表2]
实施例5～7产品的主要物理力学性能如下表3：
[表3]
从上表1能够看出，实施例1～4中由于采用了液态钠水玻璃、偏高岭土和水稻秸秆纤维制造纤维板，其成品性能显著高于水泥木屑板的标准。并且实施例1～4中水稻秸秆纤维成分的比例控制在8～12之间，如果超过，则会使复合材料结构相对松散，得到的板材力学性能下降；如果纤维含量不足，会使纤维的增强作用下降，也会导致力学性能下降。
比较例1与实施例4相比，选取水稻秸秆纤维含量为15份，参数中除液态钠水玻璃相应改变为55份，所有其他参数与实施例4中的完全相同，工艺过程也完全相同。从上表2能够看出纤维板材的性能达不到标准，主要是因为纤维掺入量过多，地质聚合物胶粘剂过少，导致混合不匀，所以得到的板材力学性能下降。
比较例2与实施例3相比，选取偏高岭土含量为38份，参数中液态钠水玻璃相应改变为54份，所有其他参数与实施例3中的完全相同，工艺过程也完全相同。从上表2能够看出纤维板材的性能达不到标准，主要是因为偏高岭土与液态钠水玻璃之比例较高，一方面导致地质聚合物胶黏剂较干，进而导致固液混合不匀；另一方面使得胶黏剂难以充分润湿纤维，胶黏剂与纤维界面结合力下降，所以得到的板材力学性能下降。
实施例5～7与实施例2相比，原料液态钠水玻璃、偏高岭土和水稻秸秆纤维的用量相同，只是对制备工艺中的步骤三进行了改进。从上表3能够看出纤维板材的性能不仅显著高于水泥木屑板的标准，而且与实施例2相比，都有不同程度地提高，一方面是因为过硫酸钠、正丁醇和十六醇混合物的加入使地质聚合物胶黏剂混合更加均匀，能更充分润湿纤维，提高胶黏剂与纤维界面的结合力；另一方面采用微波对地质聚合物和水稻秸秆纤维的混合浆料进行辐照，破坏了秸秆纤维表面的细胞，使蜡质层和灰份中的SiO2溶解，减少了秸秆纤维中SiO2的含量，提高了秸秆纤维的胶合性能，所以得到的板材力学性能有了进一步地提高。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实例。

Claims (9)

1.一种地质聚合物基水稻秸秆纤维板，其特征在于，由以下重量份的原料制成：液态钠水玻璃57～60份，偏高岭土30～35份以及水稻秸秆纤维8～12份。
2.如权利要求1所述的地质聚合物基水稻秸秆纤维板，其特征在于，所述液态钠水玻璃的模数为1.5～1.8、固含量为46％～48％，所述液态钠水玻璃的制备方法包括：往模数为3.1～3.4、固含量为31％～40％的市售工业液态钠水玻璃中加入氢氧化钠，搅拌混匀。
3.如权利要求1所述的地质聚合物基水稻秸秆纤维板，其特征在于，所述偏高岭土是细度为200～800目的粉体，所述偏高岭土的制备方法包括：将高岭土原矿或水洗后的高岭土在800℃的内热式回转煅烧窑中煅烧3h，所述内热式回转煅烧窑的转速为1.2r/min，进料量为2t/h。
4.如权利要求3所述的地质聚合物基水稻秸秆纤维板，其特征在于，所述偏高岭土中的SiO2和Al2O3的总含量在90％wt以上。
5.如权利要求1所述的地质聚合物基水稻秸秆纤维板，其特征在于，所述水稻秸秆纤维为10～60目、含水量为12～20％的粉末，所述水稻秸秆纤维的制备方法包括：将水稻秸秆纤维原料进行粗切得到粗粒，去除粗粒中的砂石杂质，使用粉碎机对粗粒进行破碎，经圆孔筛筛分，将通过筛孔的水稻秸秆纤维放入干燥箱，控制干燥温度为80～100℃，干燥时间为15～20h，常温下冷却。
6.如权利要求5所述的地质聚合物基水稻秸秆纤维板，其特征在于，所述粗切方法为切碎，粗切后的粗粒长度为0.5～5cm。
7.如权利要求1所述的地质聚合物基水稻秸秆纤维板，其特征在于，所述地质聚合物基水稻秸秆纤维板的密度为1200～1600kg/m3。
8.一种如权利要求1-7中任一项所述的地质聚合物基水稻秸秆纤维板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：按照比例称取上述原料；
步骤二：向偏高岭土中加入液态钠水玻璃，在加入过程中充分搅拌，搅拌至混合物中不出现结块的偏高岭土，得到地质聚合物基浆料；
步骤三：向所述地质聚合物基浆料中加入水稻秸秆纤维，充分搅拌混合，得到地质聚合物和水稻秸秆纤维的混合浆料；
步骤四：把混合浆料移至纤维板的模具中，在1.5MPa、60℃条件下挤压成型，2h后脱模，然后放在自然条件下养护7～10天，即得。
9.如权利要求8所述的地质聚合物基水稻秸秆纤维板的制备方法，其特征在于，在步骤三中，在向地质聚合物基浆料中加入水稻秸秆纤维后，还包括：向地质聚合物基浆料中以1:1:5的重量比加入过硫酸钠、正丁醇和十六醇，混合均匀，用频率为500MHz的微波辐照3min，然后用频率为800MHz的微波辐照2min，重复上述500MHz微波辐照和800MHz微波辐照3～5次；其中，过硫酸钠、正丁醇和十六醇的总重量为地质聚合物基浆料总质量的2～4％。
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