CN110330305A - 一种水化硅酸钙仿木材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种水化硅酸钙仿木材料及其制备方法，该仿木材料主要由硅质材料、钙质材料、纤维、润滑剂和聚合物组成。按照配合比将硅质材料、钙质材料和水在高压釜中以一定的温度、压力水热合成水化硅酸钙，经烘干、粉磨后，通过加入纤维、润滑剂和聚合物混合均匀后压制成型，即得一种水化硅酸钙仿木材料，无需养护。本发明水化硅酸钙仿木材料具有可锯、可刨、可钻、可钉、可开槽特性，且具有无甲醛、原料来源广、生产能耗低、工艺周期短等优点，制备和使用过程绿色环保,具有良好的经济效益、社会效益和环境效益。

Description

一种水化硅酸钙仿木材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种水化硅酸钙仿木材料及其制备方法。
背景技术
建筑业是我国消耗木材最多的行业，平均每年消耗量占木材总供给量超过30％，木材及其衍生出的人造板材等材料在建筑业，特别是室内装饰、家具制造等领域中应用广泛。木质材料的大量使用带来了很多问题：一是制作过程中使用大量胶黏剂，未反应的甲醛在使用过程中不断排放到外界环境，容易造成室内甲醛浓度超标，给消费者的身体健康造成巨大的隐患，严重的甚至会导致患上白血病；二是随着世界各国对林木资源保护的加强，纷纷制定了提高原木出口关税或限制、禁止原木出口等规定，可以预见在未来，木材供给量必将大大减少，而建筑业对木材的需求量是客观存在的，所以，寻找能够代替木材的材料对经济发展和环境保护具有重大意义。
压制成型工艺在粉末冶金、陶瓷、药品制造、食品加工等行业都已广泛应用。与无机晶体粉体在常温下不能通过压制成型工艺制备硬化试件不同，上世纪60～70年代，前苏联专家Glukhovsky发现处于无定形态或亚稳态的水化硅酸盐与金属粉末相似，其具有较高表面自由能，在压制荷载作用下，颗粒相互靠近而发生接触产生各种结合力，立即形成轻质高强、耐水性和耐久性优良的试件，并且还可以利用粉煤灰、钢渣等固体废弃物。
目前,国内外还没有相关研究将水化硅酸钙材料用于制备仿木材料。本发明以钙质原料、硅质原料为主要原材料,通过水热合成方式制备水化硅酸钙，然后掺入纤维、润滑剂和聚合物混合均匀通过压制成型，制备一种水化硅酸钙仿木材料,该仿木材料不仅具有可锯、可刨、可钻、可钉、可开槽特性，而且具有无甲醛、原料来源广、生产能耗低、工艺周期短、耐高温等优点，制备和使用过程绿色环保,具有良好的经济效益、社会效益和环境效益。
发明内容
本发明的目的旨在提供一种水化硅酸钙仿木材料及其制备方法,解决现有传统仿木材料不环保、能耗高的技术问题,并为工业废渣的利用提供一种新的途径和思路。
本发明将硅质材料、钙质材料和水在高压釜中以一定的温度、压力水热合成水化硅酸钙，经烘干、粉磨后，通过加入纤维、润滑剂和聚合物混合均匀压制成型，即得一种水化硅酸钙仿木材料。技术方案如下：
一种水化硅酸钙仿木材料,其特征在于各原材料的组份数为：
硅质材料40～45份；
钙质材料40～48份；
纤维0.1～8份；
润滑剂0.8～2份；
聚合物0～2份。
所述的硅质材料为石英砂、硅藻土、钢渣或粉煤灰的一种或多种复合，勃氏比表面积为300～1000m2/kg；钙质原料为生石灰或电石渣，勃氏比表面积为300～500m2/kg；纤维为聚丙烯纤维、碳纤维、玄武岩纤维或纸浆纤维的一种，长度为6～15mm；润滑剂为硬脂酸盐类；聚合物为丙烯酸乳液、纯丙乳液、苯丙乳液或VAE乳液的一种。
一种水化硅酸钙仿木材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：将硅质材料、钙质材料和水在高压釜里以一定的速度搅拌，并在一定的温度、压力下进行水热反应，制备水化硅酸钙浆体；
步骤2：把步骤1制备的水化硅酸钙浆体经烘干、粉磨后制成水化硅酸钙粉体；
步骤3：把步骤2制得的水化硅酸钙粉体与纤维、润滑剂、聚合物放入搅拌机里分散20～30s后混合均匀，倒入模具中压制成型，脱模后即得水化硅酸钙仿木材料。
水化硅酸钙仿木材料具体指标如下：
抗折强度6～18MPa，表观密度700～1500kg/m3,抗冲击强度1.8～2.40kJ/m2，软化系数 0.75～0.95，防火等级A1，且具有可锯、可刨、可钻、可钉、可开槽特性。
所述的水化硅酸钙粉体，其平均颗粒尺寸为50～200nm，含水率为1～15％；水热反应的转速为100～300rpm，温度为100～180℃，压力为0～0.5MPa，时间为1～10h；压制成型的压力为20～100MPa，持荷时间为1～10min。
本发明的优点在于：
(1)与传统硅酸盐制品制备工艺相比，本发明压制成型过程只需数分钟。制品在成型后，立即具有强度及抗水性，无需长时间蒸压养护，可大幅缩短工艺周期，减少养护能耗。
(2)与传统木材相比，本发明的水化硅酸钙仿木材料具有无甲醛、耐高温等特点。
(3)本发明大量利用工业废渣粉煤灰、钢渣、电石渣等,不仅可以使此类固体废弃物变废为宝,资源化利用，而且有效节约了资源及能源，属于绿色建筑材料范畴。
附图说明
图1为本发明的水化硅酸钙粉体SEM图。
图2为本发明的水化硅酸钙仿木材料SEM图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明的技术方案进一步说明，但不作对其的限定。
实施例1
一种水化硅酸钙仿木材料，其各原材料的组份数为：
生石灰44份；石英砂46份；聚丙烯纤维7.8份；硬脂酸锌1.6份；丙烯酸乳液0.6 份。
一种上述水化硅酸钙仿木材料的制备方法,包括以下步骤：
步骤1：将生石灰、石英砂和水(生石灰、石英砂和水的质量比为1:5)在高压釜里以300rpm的速度搅拌，并在150℃、0.1MPa下进行水热反应8h，制备水化硅酸钙浆体；
步骤2：把步骤1制备的水化硅酸钙浆体经烘干、粉磨后制成水化硅酸钙粉体(平均颗粒尺寸为60nm，含水率为5％)；
步骤3：把步骤2制得的水化硅酸钙粉体与聚丙烯纤维、硬脂酸锌和丙烯酸乳液放入搅拌机里分散30s后混合均匀，倒入模具中以压力为40MPa、持荷时间为3min的压制制度成型，脱模后即得水化硅酸钙仿木材料。
所制备的水化硅酸钙仿木材料：抗折强度9.3MPa，表观密度975kg/m3,抗冲击强度2.1kJ/m2，软化系数0.81，防火等级A1，且具有可锯、可刨、可钻、可钉、可开槽特性。
实施例2
一种水化硅酸钙仿木材料，其各原材料的组份数为：
生石灰44份；石英砂38份；钢渣8份；聚丙烯纤维7.6份；硬脂酸锌1.8份；纯丙乳液0.6份。
一种上述水化硅酸钙仿木材料的制备方法,包括以下步骤：
步骤1：将生石灰、石英砂、钢渣和水(生石灰、石英砂、钢渣和水的质量比为1:8)在高压釜里以200rpm的速度搅拌，并在140℃、0.1MPa下进行水热反应10h，制备水化硅酸钙浆体；
步骤2：把步骤1制备的水化硅酸钙浆体经烘干、粉磨后制成水化硅酸钙粉体(平均颗粒尺寸为80nm，含水率为5％)；
步骤3：把步骤2制得的水化硅酸钙粉体与聚丙烯纤维、硬脂酸锌和纯丙乳液放入搅拌机里分散30s后混合均匀，倒入模具中以压力为30MPa、持荷时间为3min的压制制度成型，脱模后即得水化硅酸钙仿木材料。
所制备的水化硅酸钙仿木材料：抗折强度8.7MPa，表观密度987kg/m3,抗冲击强度2.3kJ/m2，软化系数0.84，防火等级A1，且具有可锯、可刨、可钻、可钉、可开槽特性。
实施例3
一种水化硅酸钙仿木材料，其各原材料的组份数为：
生石灰44份；硅藻土46份；聚丙烯纤维7.8份；硬脂酸钙1.6份；丙烯酸乳液0.6 份。
一种上述水化硅酸钙仿木材料的制备方法,包括以下步骤：
步骤1：将生石灰、硅藻土和水(生石灰、硅藻土和水的质量比为1:5)在高压釜里以200rpm的速度搅拌，并在120℃、0.05MPa下进行水热反应6h，制备水化硅酸钙浆体；
步骤2：把步骤1制备的水化硅酸钙浆体经烘干、粉磨后制成水化硅酸钙粉体(平均颗粒尺寸为60nm，含水率为5％)；
步骤3：把步骤2制得的水化硅酸钙粉体与聚丙烯纤维、硬脂酸锌和丙烯酸乳液放入搅拌机里分散30s后混合均匀，倒入模具中以压力为40MPa、持荷时间为2min的压制制度成型，脱模后即得水化硅酸钙仿木材料。
所制备的水化硅酸钙仿木材料：抗折强度10.1MPa，表观密度1003kg/m3,抗冲击强度2.8kJ/m2，软化系数0.87，防火等级A1，且具有可锯、可刨、可钻、可钉、可开槽特性。
实施例4
一种水化硅酸钙仿木材料，其各原材料的组份数为：
生石灰45份；石英砂45份；玄武岩纤维7.8份；硬脂酸锌1.8份；丙烯酸乳液0.4 份。
一种上述水化硅酸钙仿木材料的制备方法,包括以下步骤：
步骤1：将生石灰、石英砂和水(生石灰、石英砂和水的质量比为1:8)在高压釜里以300rpm的速度搅拌，并在150℃、0.2MPa下进行水热反应10h，制备水化硅酸钙浆体；
步骤2：把步骤1制备的水化硅酸钙浆体经烘干、粉磨后制成水化硅酸钙粉体(平均颗粒尺寸为50nm，含水率为5％)；
步骤3：把步骤2制得的水化硅酸钙粉体、玄武岩纤维、硬脂酸锌和丙烯酸乳液在搅拌机里分散30s后，倒入模具中以压力为80MPa、持荷时间为3min的压制制度成型，脱模后即得水化硅酸钙仿木材料。
所制备的水化硅酸钙仿木材料：抗折强度15.3MPa，表观密度1105kg/m3,抗冲击强度3.4kJ/m2，软化系数0.91，防火等级A1，且具有可锯、可刨、可钻、可钉、可开槽特性。

Claims (5)

1.一种水化硅酸钙仿木材料，其特征在于各原材料的组份数为：硅质材料40～45份，钙质材料40～48份，纤维0.1～8份，润滑剂0.8～2份，聚合物0～2份。
2.根据权利要求1所述的水化硅酸钙仿木材料制备方法,其特征在于步骤如下：
步骤1：将硅质材料、钙质材料和水在高压釜里以一定的速度搅拌，并在一定的温度、压力下进行水热反应，制备水化硅酸钙浆体；
步骤2：把步骤1制备的水化硅酸钙浆体经烘干、粉磨后制成水化硅酸钙粉体；
步骤3：把步骤2制得的水化硅酸钙粉体与纤维、润滑剂、聚合物放入搅拌机里分散20～30s后混合均匀，倒入模具中压制成型，脱模后即得水化硅酸钙仿木材料。
3.根据权利要求1所述的水化硅酸钙仿木材料，其特征在于：所述的硅质材料为石英砂、硅藻土、钢渣或粉煤灰的一种或多种复合，勃氏比表面积为300～1000m2/kg；钙质原料为生石灰或电石渣，勃氏比表面积为300～500m2/kg；纤维为聚丙烯纤维、碳纤维、玄武岩纤维或纸浆纤维的一种或多种复合，长度为6～15mm；润滑剂为硬脂酸盐类；聚合物为丙烯酸乳液、纯丙乳液、苯丙乳液或VAE乳液的一种。
4.根据权利要求2所述的水化硅酸钙仿木材料，其特征在于所述的水化硅酸钙粉体，其平均颗粒尺寸为50～200nm，含水率为1～15％。
5.根据权利要求2所述的水化硅酸钙仿木材料的制备方法，其特征在于：所述步骤1中水热反应的转速为100～300rpm，温度为100～180℃，压力为0～0.5MPa，时间为1～10h；步骤3中压制成型的压力为20～100MPa，持荷时间为1～10min。
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