CN111646763A - 一种植物纤维增强硅酸钙板及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种植物纤维增强硅酸钙板及其制备方法，其优点是：克服了硅酸钙板生产过程中植物纤维磨浆处理阶段难以同时兼顾植物纤维长度与植物纤维比表面积的问题，通过有效且绿色的酶处理方法，使用混合酶液对植物纤维表面进行刻蚀，使其在打浆过程中植物纤维的表面更易分丝帚化，同时采用高浓磨浆处理，降低了植物纤维在磨浆时的切断率，得到较长且具有一定比表面积的植物纤维，降低了磨浆能耗，改善板材成型时的滤水特性，并提高抗折强度性能。对传统植物纤维与粉料混合后，新增一道植物纤维与粉料的混合盘磨工艺，可以使植物纤维在粉料中获得更均匀的分散，同时提升植物纤维与粉料的接触，进而提高成型后植物纤维与粉料基体的粘结特性。

Description

一种植物纤维增强硅酸钙板及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种硅酸钙板，尤其涉及一种增强型硅酸钙板及其制备方法。

背景技术

硅酸钙板是以无机矿物纤维或纤维素纤维等松散短纤维为增强材料，以硅质-钙质材料为主体的胶结材料，经制浆、成型、在高温高压饱和蒸汽中加速固化反应，形成硅酸钙胶凝体而制成的硅酸钙板。它具有高强度、尺寸稳定、防火抗潮、使用寿命长等优点，大量应用于工商业工程建筑的吊顶天花和隔墙，家庭装修等领域。

为了增加硅酸钙板的强度，常规的方法是添加增强材料。而增强纤维是硅酸钙板的主要增强材料，起到连接硅酸钙板裂纹，提高硅酸钙板断裂韧性及抗折强度等作用。木浆纤维是常见的一种植物纤维，具有一定长度，较高比模量，耐腐蚀，绿色环保等优点，是用于硅酸钙板的理想增强纤维。但是，现有的硅酸钙板的制备方法中，对木浆进行改性处理制备硅酸钙板的应用较少，在现有增加硅酸钙板的强度常规工艺方法中，对木浆纤维的使用必须经过磨浆处理，磨浆后的木浆纤维表面被分丝帚化产生许多微细纤维，使得纤维表面可以吸附更多粉料，优化成型时的滤水特性，同时提升木浆纤维与基体之间的粘结特性。其存在的缺点是，磨浆处理必然会使部分木浆纤维被切断，且随着磨浆程度的提升，木浆纤维的切断率也随之上升，进而使得木浆纤维平均长度降低，木浆纤维对硅酸钙板裂纹的连接作用减弱，从而降低了硅酸钙板的抗折强度性能。木浆纤维作为增强纤维一般约占硅酸钙板质量的10%以下，其成本却占硅酸钙板的大半，因此木浆纤维的选材及处理是硅酸钙板制备中的重要一环。

为了避开磨浆处理使部分木浆纤维被切断而导致硅酸钙板的强度降低的问题，专利申请号为2016106091925、专利申请公布号为CN107473681A的中国专利公开了一种硅酸钙硅酸钙板及其制备方法，它以石墨烯和增强纤维作为增强材料，提升了硅酸钙板的强度性能；专利申请号为2016106091925、专利申请公布号为CN106220114A的中国发明专利公开了一种高性能碳纤维增强性硅酸钙板的加工方法，它高性能碳纤维作为增强纤维。其以上两种增强性硅酸钙板的方法存在的缺点如下：均采用了添加额外的增强材料提升了硅酸钙板的强度性能，但石墨烯、碳纤维等材料是比较贵重的新型材料，其缺点是，导致生产成本的大幅增加，增加了消费者的财务负担，建筑垃圾也比较难以降解，与目前绿色环保建材的理念不符。

发明内容

为解决现有增强硅酸钙板的制备方法存在上述缺陷，本发明提供一种低成本、高强度的植物纤维增强硅酸钙板的制备方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种植物纤维增强硅酸钙板的制备方法，其特征是：包括如下步骤：

步骤（1）酶处理，将针叶木浆通过纤维疏解机进行疏解，然后将疏解的针叶木浆与混合酶液按质量比在30~50℃的搅拌温度下混合搅拌，在80~100℃的灭活温度下进行灭活处理，再经过过滤、洗涤后得到酶处理木浆纤维；其中，针叶木浆以绝干浆料计，混合酶用量为5~15IU/g；

步骤（2）磨浆处理，将酶处理木浆纤维按浆浓为20~30%的浓度置入磨浆机中进行磨浆处理，磨浆后得到木浆纤维；

步骤（3）混合浆料盘磨处理，按重量份计，将4~9份磨浆后的木浆纤维、50~68份石英砂粉料、30~40份熟石灰粉料，与水混合调整成质量浓度为20~30%的悬浮液混合浆料，将悬浮液混合浆料通入盘磨机中进行1~5次盘磨；

步骤（4）压轧成型，在经盘磨后的悬浮液混合浆料中加入0.1~1份的絮凝剂，得到絮凝后的混合料，再将混合料经抄取脱水工艺、压轧成型工艺、预氧护工艺、蒸压养护工艺后得到植物纤维增强硅酸钙板。本步骤可直接采用现有技术中的工艺即可。

其中，步骤（1）中所述混合酶液主要由以酶活为单位计份数的以下物质组成：纤维素酶内切酶10~20份、半纤维素酶5~10份、果胶酶3~5份，tween-80占混合酶液质量份数的1~2%。

其中，步骤（1）中所述的酶处理时浆浓为3%~5%，处理时间为1~3h，进一步优选为1.5~2.5h。

其中，进一步优选地，步骤（1）中所述混合酶用量为混合酶用量为7~10IU/g。

其中，步骤（1）中所述针叶木浆通过纤维疏解机进行疏解的条件为3000rpm下疏解2min。

其中，进一步优选步骤（1）中所述的针叶木浆为漂白硫酸盐针叶木浆或未漂白硫酸盐针叶木浆；所述搅拌温度进一步优选为40~45℃，搅拌速度为300~800rpm，进一步优选为300~500rpm；灭活温度为88~95℃，处理时间进一步优选为10~30min。

其中，步骤（2）中所述的磨浆机为盘磨机或锥形磨浆机；所述的磨浆方式为高浓磨浆，浆浓为20~30%，进一步优选为20~25%。

其中，步骤（3）中所述的石英砂粉料中有效成分SiO₂含量为90%~95%，所述的熟石灰粉料中有效成分CaO的含量为85~90%，所述盘磨机的刀间距为0.5~1.0mm，进一步优选为0.6~0.7mm，以减少混磨时木浆纤维的切断。

其中，优选地，步骤（4）中所述的絮凝剂为聚丙烯酰胺，进一步优选为阴离子型聚丙烯酰胺，分子量为400万~1400万；所述抄取脱水工艺所用的机器为垂直抄取机；所述压轧成型工艺的压轧压力为5~15MPa，进一步优选为7~12MPa；所述预氧护工艺的预氧护时间为8~16h，进一步优选为10~13h；所述蒸压养护工艺的温度为150~200℃、蒸压压力0.5~1.5MPa、养护时间6~16h；进一步优选为蒸压养护的温度为160℃~180℃、蒸压压力0.6~1.0MPa、养护时间8~12h。

一种植物纤维增强硅酸钙板，通过上述的植物纤维增强硅酸钙板的制备方法制备得到。

一种植物纤维增强硅酸钙板的应用，将上述的植物纤维增强硅酸钙板应用在建筑领域中，作为工程建筑的吊顶天花和隔墙等的装饰板材。

由上可知，相对于现有技术，本发明具有如下的优点：

（1）本发明克服了硅酸钙板生产过程中植物纤维磨浆处理阶段难以同时兼顾植物纤维长度与植物纤维比表面积的问题，通过有效且绿色的酶处理方法，使用混合酶液对植物纤维表面进行刻蚀，使其在打浆过程中植物纤维的表面更易分丝帚化，同时采用高浓磨浆处理，降低了植物纤维在磨浆时的切断率，得到了较长且具有一定比表面积的植物纤维，降低了磨浆能耗，改善板材成型时的滤水特性，并提高抗折强度性能，同时兼顾了节能环保。

（2）对传统植物纤维与粉料混合后，新增一道植物纤维与粉料的混合盘磨工艺，使植物纤维在粉料中获得更均匀的分散，同时提升植物纤维与粉料的接触，进而提高成型后植物纤维与粉料基体的粘结特性。

（3）本发明制得的植物纤维增强硅酸钙板具有良好的物理性能，其抗折强度最高为23MPa。

附图说明

图1为本发明的植物纤维增强硅酸钙板的制备方法的工艺流程图。

图2为本发明的植物纤维增强硅酸钙板性能测试结果的对比表。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。除非特别说明，本发明所用试剂和原材料均可通过市售获得。

本发明中涉及的针叶木浆均为市售虹鱼牌未漂硫酸盐针叶木浆，其重均长度分布为2~3mm。

本发明涉及的混合酶液的配置方法如下，按酶活份数计，取纤维素酶内切酶20份、半纤维素酶10份、果胶酶3份混合并搅拌均匀，加入占混合酶液质量份数1%的tween-80并搅拌均匀，制得混合酶液。混合酶液用以下面的实施例1~实施例3中。

实施例1

本实施例优选的植物纤维增强硅酸钙板的制备方法，其特征是：包括如下步骤：

步骤（1）酶处理，将针叶木浆通过纤维疏解机进行疏解，然后取一定质量份数疏解后的针叶木浆，加入适量的水使得针叶木浆的浆浓为3%，加入混合酶液得到混合浆料，针叶木浆以绝干浆料计，根据针叶木浆质量，控制混合酶液的用量为7IU/g，随后将混合浆料置于磁力搅拌水浴锅中，搅拌转速300rpm，搅拌温度45℃，保温1h后，升温至95℃并保温20min进行灭活处理，然后将混合浆料取出洗净、过滤取出得到酶处理木浆纤维；

步骤（2）磨浆处理，将酶处理木浆纤维调整浆浓为20%，然后置于高浓盘磨机中磨浆处理，待混合浆料打浆度到达45°SR后，得到木浆纤维；

步骤（3）混合浆料盘磨处理，按重量份计，将7份磨浆后的木浆纤维、60份石英砂粉料、40份熟石灰粉料，与水混合调整成质量浓度为20%的悬浮液混合浆料，其中，石英砂粉料中有效成分SiO₂含量为90%~95%，所述的熟石灰粉料中有效成分CaO的含量为85~90%；为使木浆纤维均匀地分散在粉料中，将悬浮液混合浆料通入盘磨机中进行3次盘磨，为了减少混磨时木浆纤维的切断，盘磨机的刀间距为0.5mm；

步骤（4）压轧成型，在经盘磨后的悬浮液混合浆料中加入1份作为絮凝剂的阴离子型聚丙烯酰胺，分子量为400万~1400万；搅拌2min得到絮凝后的混合料，最后将混合料置入垂直抄取机过滤抄取，脱水后形成胚料，再将胚料输送到压轧压力为10MPa的压轧机中压轧成型，并切割成所需规格的植物纤维增强硅酸钙板坯板，植物纤维增强硅酸钙板坯板在室温下养护8h后完成预氧护工艺，置入蒸养釜中，蒸养釜中的温度180℃、压力1MPa，养护12h后，制得植物纤维增强硅酸钙板。

实施例2

本实施例与实施例1相似，不同之处在于：在步骤（1）酶处理，控制混合酶液的用量为10IU/g。

实施例3

本实施例与实施例1相似，不同之处在于：在混合浆料盘磨处理，磨浆后的木浆纤维的重量份为7份。

对比例1

本实施例与实施例1相似，不同之处在于：在步骤（1）酶处理，控制混合酶液的用量为0IU/g，即不加混合酶液。

实施试验数据及总结

对实施例1~实施例3和对比例1制备的植物纤维增强硅酸钙板，进行含水率、湿涨率、抗冻性、抗折强度、热收缩、不燃性进行测试；其中，含水率、湿涨率、抗冻性、抗折强度采用GB/T7019-2014进行测定；热收缩率采用JC/T564.1-2008附录A进行测试；不燃性采用GB/T5464-2010进行测定。测试结果如图2中的表1所示。由表1结果可以看出，由实施例1与对比例1可以看出，本发明通过酶处理的植物纤维增强硅酸钙板含水率、湿涨率、不燃性等与未进行酶处理的植物纤维增强硅酸钙板性能相当，但抗折强度得到了提升，由19MPa至少提升至21MPa，提升了14%。由于抗折强度得到了提升，本发明通过酶处理的植物纤维增强硅酸钙板的应用范围更广。

根据上述说明书及具体实施例并不对本发明构成任何限制，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变形，也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种植物纤维增强硅酸钙板的制备方法，其特征是：包括如下步骤：

步骤（1）酶处理，将针叶木浆通过纤维疏解机进行疏解，然后将疏解的针叶木浆与混合酶液按质量比在30~50℃的搅拌温度下混合搅拌，在80~100℃的灭活温度下进行灭活处理，再经过过滤、洗涤后得到酶处理木浆纤维；其中，针叶木浆以绝干浆料计，混合酶用量为5~15IU/g；

步骤（2）磨浆处理，将酶处理木浆纤维按浆浓为20~30%的浓度置入磨浆机中进行磨浆处理，磨浆后得到木浆纤维；

步骤（3）混合浆料盘磨处理，按重量份计，将4~9份磨浆后的木浆纤维、50~68份石英砂粉料、30~40份熟石灰粉料，与水混合调整成质量浓度为20~30%的悬浮液混合浆料，将悬浮液混合浆料通入盘磨机中进行1~5次盘磨；

步骤（4）压轧成型，在经盘磨后的悬浮液混合浆料中加入0.1~1份的絮凝剂，得到絮凝后的混合料，再将混合料经抄取脱水工艺、压轧成型工艺、预氧护工艺、蒸压养护工艺后得到植物纤维增强硅酸钙板。

2.如权利要求1所述的植物纤维增强硅酸钙板的制备方法，其特征是：步骤（1）中所述混合酶液主要由以酶活为单位计份数的以下物质组成：纤维素酶内切酶10~20份、半纤维素酶5~10份、果胶酶3~5份，tween-80占混合酶液质量份数的1~2%。

3.如权利要求2所述的植物纤维增强硅酸钙板的制备方法，其特征是：步骤（1）中所述的酶处理时浆浓为3%~5%，处理时间为1~3h。

4.如权利要求3所述的植物纤维增强硅酸钙板的制备方法，其特征是：步骤（1）中所述的酶处理的处理时间为1.5~2.5h。

5.如权利要求4所述的植物纤维增强硅酸钙板的制备方法，其特征是：步骤（1）中所述混合酶用量为混合酶用量为7~10IU/g。

6.如权利要求5所述的植物纤维增强硅酸钙板的制备方法，其特征是：步骤（1）中所述针叶木浆通过纤维疏解机进行疏解的条件为3000rpm下疏解2min；所述针叶木浆为漂白硫酸盐针叶木浆或未漂白硫酸盐针叶木浆；所述搅拌温度为40~45℃，搅拌速度为300~800rpm；灭活温度为88~95℃，处理时间为10~30min。

7.如权利要求6所述的植物纤维增强硅酸钙板的制备方法，其特征是：步骤（2）中所述的磨浆机为盘磨机或锥形磨浆机；所述的磨浆方式为高浓磨浆，浆浓为20~30%。

8.如权利要求7所述的植物纤维增强硅酸钙板的制备方法，其特征是：步骤（3）中所述的石英砂粉料中有效成分SiO₂含量为90%~95%，所述的熟石灰粉料中有效成分CaO的含量为85~90%，所述盘磨机的刀间距为0.5~1.0mm。

9.如权利要求8所述的植物纤维增强硅酸钙板的制备方法，其特征是：步骤（4）中所述的絮凝剂为聚丙烯酰胺；所述抄取脱水工艺所用的机器为垂直抄取机；所述压轧成型工艺的压轧压力为5~15MPa；所述预氧护工艺的预氧护时间为8~16h；所述蒸压养护工艺的温度为150~200℃、蒸压压力0.5~1.5MPa、养护时间6~16h。

10.一种植物纤维增强硅酸钙板，其特征是：通过1~9任一项所述的植物纤维增强硅酸钙板的制备方法制备得到。

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