CN110861171B - 一种水泥基微波改性无机胶凝木基板材及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水泥基微波改性无机胶凝木基板材及其制备方法，水泥基微波改性无机胶凝木基板材，由均匀性分布的无机木料胶条与粗木料压制而成，无机木料胶条由无机胶凝材料和细木料的混合料挤出制备而成。本发明水泥基微波改性无机胶凝木基板材，利用微波改性无机胶凝材料与木屑、锯木废料、木粉、木皮、木块或木条等木质材料混合料，可制得不同的标准木质密度板、家具板、胶木板等板材，不仅环保无甲醛无污染，还具有阻燃防火特性，可达到国家建材A1级防火标准，板材强度密度等均达到或超过木质密度板、家具板、胶木板等的相关要求；可用于室内、室外装修等；经济便宜，性价比高，彻底解决了现有板材中有机胶凝材料带来的环境污染问题。

Description

一种水泥基微波改性无机胶凝木基板材及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种水泥基微波改性无机胶凝木基板材及其制备方法，属于木基板材领域。

背景技术

目前市面上存在大量的利用木屑、锯木废料、木粉、小块木条、木块与有机胶凝材料(多为醛类，淀粉，树脂类胶凝材料)复合压制成的标准板材，这类板材主要有多层实木家具板、胶木板、木质密度板等。此类复合木质板材作为实木板材较便宜的替代品被广泛使用。但由于此类板材的制备需要用到有机凝胶材料，而有机胶凝材料含有挥发性或半挥发性有害物质，进而导致生产环境和使用环境的污染。如今国家对环境保护的管理愈发严格，此类板材的很多厂家因环保问题被关停，整个行业面临被淘汰的风险。

目前市面上也有一些水泥木丝纤维板，这些板材需要使用丝状木纤维、并用水泥包裹，存在板材强度差等缺陷，通常只能作为装饰板使用，与市场上大量使用的木质密度板、家具板、胶木板在强度方面存在很大差距。

发明内容

本发明提供一种水泥基微波改性无机胶凝木基板材及其制备方法，利用微波改性无机胶凝材料与木屑、锯木废料、木粉、木皮、木块或木条等木质材料混合料，可制得不同的标准木质密度板、家具板、胶木板等板材，不仅环保无甲醛无污染，还具有阻燃防火特性，可达到国家建材A1级防火标准，板材强度等达到或超过木质密度板、家具板、胶木板等的相关要求；可用于室内、室外装修等；经济便宜，性价比高，彻底解决了现有板材中有机胶凝材料带来的环境污染问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种水泥基微波改性无机胶凝木基板材，由均匀性分布的无机木料胶条与粗木料压制而成，无机木料胶条由无机胶凝材料和细木料的混合料挤出制备而成。

本申请水泥基微波改性无机胶凝木基板材，质量轻、强度高，可替代现有的木质密度板、家具板、胶木板等板材。

为了兼顾效率和质量，粗木料厚度小于0.5cm。

本申请的水泥基微波改性无机胶凝木基板材可以制备为各种厚度，为了满足日常需求，优选的厚度为0.5-1.5cm，可以是0.6cm、0.8cm、1.2cm、1.4cm等，以代替传统的胶木板，用于装饰、家具、建材等。

上述水泥基微波改性无机胶凝木基板材的制作方法，包括如下步骤：

1)将无机胶凝材料的原料组分混合均匀，形成胶凝浆料；

2)将步骤1)所得的胶凝浆料与细木料通过压力搅拌，形成密度为1300-1400kg/m³的半干混合料；

3)将步骤2)所得半干混合料在微波辐照下，升温至45-60℃；

4)将步骤3)所得物料挤压成条状，得无机木料胶条；

5)将步骤4)所得无机木料胶条与粗木料均匀铺在制板模具中；

6)将10-15层步骤5)所得的完成布料的模具层层叠加，压制成型；

7)脱除各层模具，得10-15块板材，养护后，既得水泥基微波改性无机胶凝木基板材；

其中，步骤1)中的胶凝浆料、步骤2)中的细木料和步骤5)中的粗木料的质量比为1：(0.5-2.5)：(0.5-1.5),优选为，1：(0.5-1)：(0.5-1)。

上述步骤2)在压力搅拌机中完成。步骤3)可利用隧道式微波输送带实现。步骤6)中的模压设备的吨位较高，需要100-150吨压力机，每层模具四周有钢制限位防止模具变形，模压过程主要是起定型作用。

发明人经过多年对水泥基胶凝材料的研究，结合微波催化促凝技术，加入少量改性剂，用无机胶凝材料代替有机胶凝材料，彻底解决了木质密度板材的污染问题；同时使用高压搅拌，压力成型工艺，制成的板材性能，具有低密度高强度的特点，综合性能超过现有木质密度板。低密度是因为水泥材料和硅酸钠形成高强度的发泡结构，水泥在微波条件下形成更稳定的结晶晶向，最后在压制成型时，无机材料与木料填充料结合形成完整高强度低密度的无机胶凝木基板材。

为了进一步提高粘结性能和产品的强度性能，步骤1)中，无机胶凝材料的原料组分包括：硫铝酸盐水泥25-35份，水25-35份，硅微粉25-35份，硅酸钠溶液7-10份，纤维素0.4-1.6份和氧化锂0.4-0.6份，所述份数为质量份数；胶凝浆料的制备方包括如下步骤：1.1)将硫铝酸盐水泥与硅微粉混合成粉料；1.2)将水、硅酸钠溶液、纤维素和氧化锂混合成液体料；1.3)将粉料与液体料混合形成胶凝浆料。硫铝酸盐水泥的品牌可以是小野田水泥、海螺水泥或阿尔博白水泥等。

为了进一步提高产品的强度性能，硅酸钠溶液的模数为2.2-2.3M；硅微粉目数为1000-1200目。

上述无机胶凝材料中，硫铝酸盐水泥为胶凝材料的主要成分，具有快速初凝的特征，同时在微波条件下会形成更好的结晶形状从而提高胶粘强度；高目数硅微粉在物料进行压力搅拌后，能够极大增加物料强度；硅酸钠溶液在微波状态下迅速固化使压力搅拌过程中胶浆迅速成型，在氧化锂高温发热和微波催化的帮助下，氧化锂周围的硅酸钠溶液迅速膨胀固化形成类似聚苯颗粒的轻质骨料；纤维素增加液体粘度使胶浆更易操作；氧化锂在微波条件下会迅速放热，促使硫铝酸盐水泥快速固化，形成的高温区域使硅酸钠快速膨胀固化，并使物料由内向外蒸发水份。

上述步骤2)中，细木料为木粉或木屑中的至少一种。木粉的目数在50目以上，木屑的长度小于2cm。

为了提高所得板材的强度，步骤2)中的压力搅拌在微波辐照下进行，其中，压力为12-15kg/cm2，搅拌时间为50-60秒，微波辐照的功率为20kw。

可通过在压力搅拌机中装设功率为20kw的微波发射源实现微波辐照。

为了进一步提高所得板材的强度，步骤3)中，微波辐照的功率为20kw，时间为100-120秒，所得半干混合料的密度下降至800-1000kg/m³。

申请人经研究发现，降低密度有两个方面原因：一方面，微波照射会使无机胶凝材料中的氧化锂温度骤升大量放热，在物料内部形成斑状高温区域，这部分高温区域的硅酸钠和水在微波与高温作用下又会迅速膨胀形成轻质发泡料，从而降低密度；另一方面，微波照射会让混合料中的水份由内而外强制蒸发，水蒸气由内向外蒸发使物料形成大量细小通气孔，这些气孔通路也可减少物料密度。

上述步骤5)中，粗木料为木条、木块、木皮或木板中的至少一种；为了方便布料，粗木料厚度小于0.5cm；为了提高所得板材的力学性能，步骤5)中铺料时间为100-120秒。

为了进一步提高板材的均匀性和强度，步骤5)中，在模具中铺料时，无机木料胶条层和粗木料层相间铺设、且顶层和底层均为无机木料胶条层，也即先在模具底层铺一层无机木料胶条层，然后在无机木料胶条上均匀铺设一层粗木料层，再在粗木料层上均匀铺设一层无机木料胶条层，依次类推，直到铺设完毕，且最后一层需要铺设无机木料胶条层。

为了提高产品质量，步骤6)中，压制成型时的压力为100-150吨，压制时间为10-15分钟。

各步骤的时间控制的优选也非常重要，步骤2)中搅拌50-60秒，步骤3)中微波辐照100-120秒，步骤5)中无机木料胶条与粗木料的铺料时间为100-120秒，步骤6)中模压成形10-15分钟；步骤2)中搅拌50-60秒和步骤3)中微波辐照100-120秒正好是硫铝酸盐水泥在微波和氧化锂共同作用下起粘初凝的时间点，这个时候挤压成型的胶条具备粘度强度的同时又有很高的可塑性，经过微波催化，2分钟内完成模具布料，然后开始压制成型，不会破坏水泥水化反应，能更好地保证产品的力学性能。

在优选的工艺方法中，微波分为两段，一段是在高压搅拌过程中，时间较短在1分钟以内，主要起到初步升温，硫铝酸盐水泥促凝作用；第二段是在压力搅拌后，时长2分钟左右，此时物料处于无压环境，在微波照射下，局部产生高温，水分蒸发，内部形成轻骨料，密度下降，同时硫铝酸盐水泥开始初凝，物料粘性增加，可进入挤压成型设备制作胶条。

本申请通过微波催化改性，使得无机胶凝的木基板材既轻质又高强，同时也极大缩短了板材的生产时间。传统水泥无法应用到木基板的生产中有两大问题：一是强度高密度就过高，导致板材过重；二是水泥凝固时间慢，板材生产时效太长，产能太低。本申请利用微波催化改性技术，实现了轻质高强和快速成型脱模，生产效率比传统使用醛类有机胶的木基板还要高，目前传统行业生产一批次胶木板的时间约为30分钟，而本申请则只需20分钟即可完成生产。

为了兼顾效率与质量，步骤7)中，养护时，相邻两块板材之间的间距为4-6cm，养护为在温度为15-25℃、湿度为70-80％的环境下，养护3-4天。

本发明未提及的技术均参照现有技术。

本发明一种水泥基微波改性无机胶凝木基板材，利用微波改性无机胶凝材料与木屑、锯木废料、木粉、木皮、木块或木条等木质材料混合料，可制得不同的标准木质密度板、家具板、胶木板等板材，不仅环保无甲醛无污染，还具有阻燃防火特性，可达到国家建材A1级防火标准，板材强度等均达到或超过现有木质密度板、家具板、胶木板等的相关要求，具有轻质高强的特点；可用于室内、室外装修等；经济便宜，性价比高，彻底解决了现有板材中有机胶凝材料带来的环境污染问题。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

各例中的水泥基微波改性无机胶凝木基板材均按照如下步骤制作：

1)无机胶凝材料的原料组分包括：硫铝酸盐水泥(525硫铝酸盐水泥，小野田)30份，水30份，硅微粉(1000目)30份，硅酸钠溶液(模数为2.2-2.3M，嘉善优瑞耐火材料有限公司)8份，纤维素(赫克力士EH02)1份和氧化锂0.5份，所述份数为质量份数；胶凝浆料的制备方包括如下步骤：1.1)将硫铝酸盐水泥与硅微粉混合成粉料；1.2)将水、硅酸钠溶液、纤维素和氧化锂混合成液体料；1.3)将粉料与液体料混合形成胶凝浆料将无机胶凝材料的原料组分混合均匀，形成胶凝浆料；

2)将步骤1)所得的胶凝浆料与细木料通过压力搅拌，形成密度为1300-1400kg/m³的半干混合料；细木料为木粉和木屑等比例的混合物，木粉为100～150目，木屑长度小于2cm；压力搅拌在微波辐照下进行，其中，压力为14kg/cm²，搅拌时间为60秒，微波辐照的功率为20kw；

3)将步骤2)所得半干混合料在微波辐照下，升温至50℃，微波辐照的功率为20kw，时间为120秒，所得半干混合料的密度下降至800-1000kg/m³；

4)将步骤3)所得物料挤压成条状，得无机木料胶条；

5)将步骤4)所得无机木料胶条与粗木料(厚度小于0.5cm)均匀铺在制板模具中，在模具中铺料时，无机木料胶条层和粗木料层相间铺设、且顶层和底层均为无机木料胶条层，铺料时间为120秒，粗木料为厚度小于0.5cm的木皮或木板；

6)将15层步骤5)所得的完成布料的模具层层叠加，压制成型，压制成型时的压力为150吨，压制时间为15分钟；

7)脱除各层模具，得15块板材，在温度为20±5℃、湿度为72％的环境下，养护3天，养护时，相邻两块板材之间的间距为5cm，既得水泥基微波改性无机胶凝木基板材。

表1各例的物料配比及性能表

Claims (9)

1.一种微波改性无机胶凝木基板材的制作方法，其特征在于：微波改性无机胶凝木基板材由均匀性分布的无机木料胶条与粗木料压制而成，无机木料胶条由无机胶凝材料和细木料的混合料挤出制备而成；

微波改性无机胶凝木基板材的制作方法，包括如下步骤：

1)将无机胶凝材料的原料组分混合均匀，形成胶凝浆料；

2)将步骤1)所得的胶凝浆料与细木料通过压力搅拌，形成密度为1300-1400kg/m³的半干混合料；

3)将步骤2)所得半干混合料在微波辐照下，升温至45-60℃；

4)将步骤3)所得物料挤压成条状，得无机木料胶条；

5)将步骤4)所得无机木料胶条与粗木料均匀铺在制板模具中；

6)将10-15层步骤5)所得的完成布料的模具层层叠加，压制成型；

7)脱除各层模具，得10-15块板材，养护后，既得微波改性无机胶凝木基板材；

其中，胶凝浆料、细木料和粗木料的质量比为1：(0.5-2.5)：(0.5-1.5)。

2.如权利要求1所述的制作 方法，其特征在于：粗木料厚度小于0.5cm；微波改性无机胶凝木基板材的厚度为0.5-1.5cm。

3.如权利要求1或2所述的制作 方法，其特征在于：步骤1)中，无机胶凝材料的原料组分包括：硫铝酸盐水泥25-35份，水25-35份，硅微粉25-35份，硅酸钠溶液7-10份，纤维素0.4-1.6份和氧化锂0.4-0.6份，所述份数为质量份数；胶凝浆料的制备方包括如下步骤：1.1)将硫铝酸盐水泥与硅微粉混合成粉料；1.2)将水、硅酸钠溶液、纤维素和氧化锂混合成液体料；1.3)将粉料与液体料混合形成胶凝浆料。

4.如权利要求3所述的制作 方法，其特征在于：硅酸钠溶液的模数为2.2-2.3M；硅微粉目数为1000-1200目。

5.如权利要求1或2所述的制作 方法，其特征在于：步骤2)中，细木料为木粉或木屑中的至少一种，其中，木粉的目数在50目以上，木屑的长度小于2cm；压力搅拌在微波辐照下进行，其中，压力为12-15kg/cm²，搅拌时间为50-60秒，微波辐照的功率为20kw。

6.如权利要求1或2所述的制作 方法，其特征在于：步骤3)中，微波辐照的功率为20kw，时间为100-120秒，所得半干混合料的密度下降至800-1000kg/m³。

7.如权利要求1或2所述的制作 方法，其特征在于：步骤5)中，粗木料为木条、木块、木皮或木板中的至少一种；步骤5)中铺料时间为100-120秒；在模具中铺料时，无机木料胶条层和粗木料层相间铺设、且顶层和底层均为无机木料胶条层。

8.如权利要求1或2所述的制作 方法，其特征在于：步骤6)中，压制成型时的压力为100-150吨，压制时间为10-15分钟。

9.如权利要求1或2所述的制作 方法，其特征在于：步骤7)中，养护时，相邻两块板材之间的间距为4-6cm，养护为在温度为15-25℃、湿度为70-80％的环境下，养护3-4天。