CN116917251A - 包含粘结剂和生物基骨料的组合物及其粘结剂 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种生物可降解组合物，所述生物可降解组合物包含含有硅酸盐的低碳足迹粘结剂以及生物基骨料。本发明还涉及所述组合物的粘结剂；由所述粘结剂和所述组合物形成的产品，包括保温材料和墙板/嵌板；制备所述粘结剂和组合物和/或所述产品的方法；以及在建筑中使用所述粘结剂和组合物和/或所述产品的方法。

Description

包含粘结剂和生物基骨料的组合物及其粘结剂
技术领域
本发明涉及包含低碳足迹粘结剂和生物基骨料的生物可降解组合物。本发明还涉及组合物的粘结剂；由该粘结剂和组合物形成的产品，包括保温材料和墙板/嵌板；制备该粘结剂和组合物和/或产品的方法；以及在建筑中使用该粘结剂和组合物和/或产品的方法。
背景技术
混凝土在建筑行业中无处不在。混凝土的主要组分是水泥，而水泥行业造成的二氧化碳排放量占全球人为排放量的8％(50％来自化学过程，40％来自化石燃料的燃烧)。为制造结构混凝土(使用约14％的水泥)而产生的二氧化碳估计为410kg/m3(在密度为2.3g/cm3的情况下，约180kg/吨)。
欧盟指令(EU)2018/844设定了到2030年将温室气体排放水平减少40％的目标。鉴于混凝土的极其严重的环境影响，最近提出替代品作为在建筑的各个方面所用材料的替代品，这些替代品包括秸秆捆、夯土地板、回收塑料，以及也许是最重要的是大麻-石灰保温材料，在商业上称为
大麻-石灰是一种复合材料，最常见地由大麻碎片、大麻植物的木质核心、石灰粘结剂和水形成。
自20世纪80年代以来，大麻-石灰保温材料一直被用作透气、环境影响低的保温材料。但是，虽然大麻-石灰与混凝土相比具有许多优势，但在热性能与机械性能之间存在冲突，因为为实现可接受的低热导率，所用粘结剂的量不足以产生足够坚固以承受机加工或甚至粗暴处理的材料。
此外，传统的大麻-石灰在最初的混合和浇铸阶段需要大量过量的水，并且如果让其自然干燥，可能需要长达两年的时间才能稳定。至少有一家制造商已经开发出强制空气干燥技术来加快这一过程，但该材料仍然不够坚固，无法进行机加工。
另外，大麻-石灰的碳足迹受到石灰粘结剂制造中固有的能源成本的不利影响。
人们一直在研究用其他粘结剂(包括水泥、粘土和热固性聚合物)替代石灰粘结剂。其中最有前景的是热固性聚合物，诸如在ISOBIO项目中开发的那些(www.isobioproject.com)。这些粘结剂能够在生产相对较薄(至多75mm)嵌板的连续生产线上进行制造。所得材料足够坚固以进行机加工。但是，这种方法需要对工厂和设备进行大量投资，并且不适合制造较厚(厚达150mm)的元件。这种材料的碳足迹也受到生产工艺中高温需求的不利影响。
因此，仍然需要找到一种合适的、环境友好的粘结剂来替代大麻-石灰中的石灰粘结剂，从而提供比“传统”大麻-石灰更坚固的最终组合物，并且/或者不需要与大麻-石灰相关联的大量干燥和固化时间。
硅酸盐粘结剂(例如，硅酸钠)是具有低碳足迹的无机材料。硅酸盐往往具有良好的环境特征，例如，水性硅酸钠被定义为在环境中易于降解并且无生物累积潜力(FischerScientific 37％硅酸钠的安全数据表；https://beta-static.fishersci.com/content/dam/fishersci/en_US/documents/programs/education/regulatory-documents/sds/chemicals/chemicals-s/S25566.pdf；2020年7月30日访问)。
特定而言，硅酸钠先前已在建筑行业的各个方面得到应用。
在过去50年里，硅酸钠连同一系列其他化学品与碱活化剂(诸如氢氧化钠)结合用于制造地质聚合物(https://www.geopolymer.org/fichiers_pdf/30YearsGEOP.pdf；2020年7月30日访问)。当与骨料和废料(诸如粒化高炉矿渣粉(GGBFS)或飞灰)结合使用时，它们可用于制造低碳混凝土替代品。地质聚合物作为一种材料由Davidovits在20世纪70年代设想出来(Davidovits，Joseph(2008).Geopolymer Chemistry and Applications.SaintQuentin，France：Geopolymer Institute)。
将硅酸钠加入含高岭石的粘土中，用氢氧化钠活化(碱活化)产生沸石，其粘结粘土以形成坚固的砖块。(Diop，M.B.，Grutzeck，M.W.Sodium silicate activated claybrick.Bull Eng Geol Environ 67，499-505(2008))
由沙、粘土和硅酸钠的混合物制成的砂浆在粘土砖墙中产生高粘合强度。砂浆的抗压强度通常为9.5MPa。(Development of a novel mortar for use with unfired claybricks.Mike Lawrence，Andrew Heath和Pete Walker.Proceedings of the Institutionof Civil Engineers-Construction Materials 2013 166：1，18-26)
自19世纪末以来，硅酸钠还被用于粘合型砂，其通过使CO2通过用硅酸钠润湿的沙以产生碳酸钠，从而有效地将沙粒粘合在一起。当材料变干时，其进一步强化。(RG Liptai；An experimental study of the effects of additives on the collapsibility ofcarbon dioxide-sodium silicate bonded foundry cores；美国密苏里大学硕士论文)
此外，硅酸钠已经以5％至10％(w/w)的比例用作石灰砂浆的添加物。经证明，其能够略微改善机械性能。(Sinka，M.，Radina，L.，Sahmenko，G.，Korjakins，A.，&Bajare，D.(2015).Enhancement of lime-hemp concrete properties using differentmanufacturing technologies.Academic Journal of Civil Engineering，33(2)，301-308.)
还使用硅酸钠作为粘合剂来生产多层保温板。
迄今为止，无机硅酸盐(例如硅酸钠)尚未被视为主要粘结剂，特定而言与生物基骨料的粘结剂。
发明内容
在第一方面，本发明提供了一种组合物，该组合物包含：
a.包含硅酸盐的粘结剂；和
b.生物骨料；
其中粘结剂包含基于该粘结剂的总重量计的至少50重量％的硅酸盐。
在实施例中，硅酸盐选自由以下项组成的组：硅酸钠；硅酸钾；以及它们的组合。合适地，硅酸盐为硅酸钠。
在实施例中，生物骨料选自由以下项组成的组：大麻碎片亚麻碎片；切碎的向日葵茎秆；切碎的谷类秸秆；软木颗粒；玉米芯颗粒；木片；以及它们的混合物。合适地，生物骨料为大麻碎片。
在实施例中，粘结剂在组合物中以基于该组合物的总重量计的5重量％至95重量％的量存在，并且生物骨料以基于该组合物的总重量计的95重量％至5重量％的量存在。合适地，粘结剂在组合物中以基于该组合物的总重量计的30重量％至70重量％的量存在，并且生物骨料以基于该组合物的总重量计的70重量％至30重量％的量存在。
合适地，组合物基本上由粘结剂和生物骨料组成。合适地，组合物由粘结剂和生物骨料组成。所有组合物可含有少量(基于组合物的总重量计，＜15重量％，合适地＜10重量％，合适地＜5重量％)残留的或夹带的水。
在实施例中，粘结剂包含基于该粘结剂的总重量计的至少70重量％的硅酸盐。合适地，粘结剂包含基于该粘结剂的总重量计的至少85重量％的硅酸盐。为避免疑义，这些实施例的重量百分比仅指粘结剂中硅酸盐的干重。这些重量百分比不是指作为整体的组合物(包括生物骨料和/或其他添加物)的重量百分比。
在实施例中，粘结剂进一步包含与硅酸盐发生化学反应的反应物。合适地，反应物选自由以下项组成的组：二氧化碳；碳酸；氯化钙；氯化镁；碳酸镁；硫酸镁；硫酸铝；甲酰胺(2％至10％)；碳酸氢钠；铝酸钠；乙二醛；乙酸乙酯；和三乙酸甘油酯(三乙酰甘油)。合适地，反应物为乙酸乙酯或三乙酸甘油酯。合适地，反应物为三乙酸甘油酯。合适地，粘结剂包含基于该粘结剂的总重量计的在0.5重量％至20重量％之间的反应物。合适地，硅酸盐和反应物在粘结剂中以大约100∶3至大约100∶15的重量比、更合适地以大约100∶7.5的重量比存在。
在实施例中，粘结剂包含基于该粘结剂的总重量计的按合并重量计至少70％的硅酸盐和反应物。合适地，粘结剂包含基于该粘结剂的总重量计的按合并重量计至少85％的硅酸盐和反应物。为避免疑义，这些实施例的重量百分比是指以下的总干重：仅粘结剂中的硅酸盐、反应物以及来自硅酸盐与反应物的反应的任何产物。这些重量百分比不是指作为整体的组合物(包括生物骨料和/或其他添加物)的重量百分比。
合适地，粘结剂基本上由硅酸盐和反应物组成。合适地，粘结剂由硅酸盐和反应物组成。粘结剂可含有少量(基于组合物的总重量计，＜15重量％，合适地＜10重量％，合适地＜5重量％)残留的或夹带的水。
在实施例中，粘结剂进一步包含选自由以下项组成的组的组分：一种或多种表面活性剂；一种或多种氧化试剂以及它们的混合物。将这些组分添加到粘结剂中是为了(1)使粘结剂发泡，从而增加其体积并且降低其密度和热导率，以及(2)加快粘结剂的凝固。合适地，氧化试剂为过氧化氢。合适地，粘结剂包含基于粘结剂的总重量计的在0.5重量％至15重量％之间的氧化试剂。合适地，表面活性剂为烷基磺酸盐或与碱性环境相容的其他表面活性剂，或可商购获得的表面活性剂诸如AER5。合适地，粘结剂包含基于该粘结剂的总重量计的在1重量％至10重量％之间的表面活性剂，合适地基于该粘结剂的总重量计的4重量％的表面活性剂。
在实施例中，硅酸盐、反应物、氧化试剂和表面活性剂的重量比分别为大约100∶5∶0.5∶1至大约100∶15∶15∶10，更合适地，重量比分别为大约100∶7.5∶2.5∶4。
在实施例中，组合物包含基于该组合物的总重量计的0.1重量％至20重量％的一种或多种另外的添加物。合适地，添加物选自由以下项组成的组：氧化锌；碳酸钙或它们的混合物。
在实施例中，粘结剂或组合物为生物可降解的。在进一步的实施例中，粘结剂具有每立方米组合物小于20kg CO2e的碳足迹。
在第二方面，本发明提供了一种组合物，该组合物包含：
a.粘结剂，其包含硅酸钠以及选自由乙酸乙酯和三乙酸甘油酯组成的组的反应物；以及
b.生物骨料；
其中粘结剂包含基于该粘结剂的总重量计的至少50重量％的硅酸盐。合适地，反应物为三乙酸甘油酯。
在第三方面，本发明提供了一种组合物，该组合物包含：
a.粘结剂，该粘结剂包含：
i.硅酸盐；
ii.反应物；
iii.氧化剂；
iv.表面活性剂；和
b.生物骨料；
其中粘结剂包含基于该粘结剂的总重量计的至少50重量％的硅酸盐。合适地，硅酸盐、反应物、氧化试剂和表面活性剂在组合物中以分别为大约100∶7.5∶2.5∶4。合适地，硅酸盐为硅酸钠，反应物为乙酸乙酯或三乙酸甘油酯，氧化试剂为过氧化氢，并且/或者表面活性剂为烷基磺酸盐。
在第四方面，本发明提供了一种硅酸盐粘结剂，其中粘结剂包含基于该粘结剂的总重量计的至少50重量％的硅酸盐。合适地，本发明的第四方面的硅酸盐粘结剂用于或适合用于在本发明的第一、第二和第三方面的组合物中使用。
在实施例中，粘结剂包含基于该粘结剂的总重量计的至少70重量％的硅酸盐。合适地，粘结剂包含基于该粘结剂的总重量计的至少85重量％的硅酸盐。为避免疑义，这些实施例的重量百分比仅指粘结剂中硅酸盐的干重。这些重量百分比不是指作为整体的组合物(包括生物骨料和/或其他添加物)的重量百分比。
在实施例中，粘结剂进一步包含：
a.反应物；
b.氧化剂；和/或
c.表面活性剂。
在实施例中，硅酸盐为硅酸钠，反应物为乙酸乙酯或三乙酸甘油酯；氧化试剂为过氧化氢；并且/或者表面活性剂为AER5或烷基磺酸盐。
在实施例中，粘结剂如本文关于本发明的第一、第二和第三方面的组合物的任何实施例另外所述，在这些情况下不包含生物骨料。换句话说，在实施例中，本发明的第四方面的硅酸盐粘结剂适合用于在本发明的第一、第二和第三方面的包含生物骨料的组合物中使用，但可被认为与本发明的第一、第二和第三方面的包含生物骨料的组合物分离或不同的材料。
在第五方面，本发明提供了一种产品，该产品包含：
a.第四方面的粘结剂；和
b.增强组分；
在实施例中，产品为轻质保温板产品。
在实施例中，增强组分选自由以下项组成的组：织造纤维和非织造纤维；网格片材；杆。合适地，增强组分为底灰网格增强片材。在实施例中，增强组分嵌入在产品内和/或在产品的表面上。
在实施例中，产品进一步包含：
c.在该产品的至少一个面上的衬里。
合适地，衬里由纸(合适地为800gsm至1600gsm纸，合适地为1000gsm至1400gsm纸，合适地为1000gsm纸)形成。合适地，衬纸至少在保温板产品的两个面上。
在实施例中，产品包含一层或多层粘结剂。合适地，各层粘结剂可具有相同或不同比例的组成部分。合适地，粘结剂层各自根据本发明所述。在其他实施例中，层中的至少一者包含根据本发明的粘结剂。
在实施例中，板产品进一步包含生物骨料，合适地基于该产品的总重量计的至多50重量％、40重量％、30重量％、20重量％或至多10重量％的生物骨料。在实施例中，氧化试剂以基于粘结剂的总重量计的大约0.5重量％至大约5重量％的量存在。
在第六方面，本发明提供了一种制备本发明的第一、第二或第三方面的组合物的方法，所述方法包括以下步骤：
a.合并包含硅酸盐的粘结剂与生物骨料，以提供浆料；
b.混合该浆料，以提供混合物；
c.使该混合物凝固，以提供凝固组合物；
其中粘结剂包含基于该粘结剂的总重量计的至少50重量％的硅酸盐。
在本发明的第六方面的实施例中，硅酸盐选自由以下项组成的组：硅酸钠；硅酸钾；以及它们的组合。合适地，硅酸盐为硅酸钠。合适地，生物骨料选自由以下项组成的组：大麻碎片亚麻碎片；切碎的向日葵茎秆；切碎的谷类秸秆；软木颗粒；玉米芯颗粒；木片；以及它们的混合物。合适地，生物骨料为大麻碎片。
在实施例中，粘结剂以基于组合物的总重量计的5重量％至95重量％的量存在，并且生物骨料以基于组合物的总重量计的95重量％至5重量％的量存在。合适地，粘结剂在组合物中以基于该组合物的总重量计的30重量％至70重量％的量存在，并且生物骨料以基于该组合物的总重量计的70重量％至30重量％的量存在。
在实施例中，粘结剂包含基于该粘结剂的总重量计的至少70重量％的硅酸盐。合适地，粘结剂包含基于该粘结剂的总重量计的至少85重量％的硅酸盐。为避免疑义，这些实施例的重量百分比仅指粘结剂中硅酸盐的干重。这些重量百分比不是指作为整体的组合物(包括生物骨料和/或其他添加物)的重量百分比。
在实施例中，粘结剂进一步包含反应物。合适地，反应物选自由以下项组成的组：二氧化碳；碳酸；氯化钙；氯化镁；碳酸镁；硫酸镁；硫酸铝；甲酰胺(2％至10％)；碳酸氢钠；铝酸钠；乙二醛；乙酸乙酯；和三乙酸甘油酯(三乙酰甘油)。合适地，反应物为乙酸乙酯或三乙酸甘油酯。合适地，反应物为三乙酸甘油酯。合适地，粘结剂包含基于该粘结剂的总重量计的在0.5重量％至20重量％之间的反应物。
在实施例中，粘结剂包含基于该粘结剂的总重量计的至少70重量％的硅酸盐和反应物。合适地，粘结剂包含基于该粘结剂的总重量计的至少85重量％的硅酸盐和反应物。为避免疑义，这些实施例的重量百分比是指以下的总干重：仅粘结剂中的硅酸盐、反应物以及来自硅酸盐与反应物的反应的任何产物。这些重量百分比不是指作为整体的组合物(包括生物骨料和/或其他添加物)的重量百分比。
在实施例中，粘结剂进一步包含选自由以下项组成的组的组分：一种或多种表面活性剂；一种或多种氧化试剂以及它们的混合物。将这些组分添加到粘结剂中是为了(1)使粘结剂发泡，从而增加其体积并且降低其密度和热导率，以及(2)加快粘结剂的凝固。合适地，氧化试剂为过氧化氢。合适地，粘结剂包含基于粘结剂的总重量计的在0.5重量％至15重量％之间的氧化试剂。合适地，表面活性剂为烷基磺酸盐或与碱性环境相容的其他表面活性剂，或可商购获得的表面活性剂诸如AER5。合适地，粘结剂包含基于该粘结剂的总重量计的在1重量％至10重量％之间的表面活性剂，合适地基于该粘结剂的总重量计的4重量％的表面活性剂。
在实施例中，凝固步骤(c)在正常室温(例如，从大约18℃至大约23℃)于10分钟至8小时内完成。
在实施例中，在步骤(c)之后，存在步骤(d)将凝固的组合物脱水，以提供组合物。合适地，在该实施例中，以及在本文公开的其他方面和实施例中，脱水可通过平衡组合物的水分含量与环境或周围空气来进行。替代性地。可使用选自以下的方法强制脱水：加热；施加减压；使气体通过或邻近材料；以及它们的组合。合适地，步骤(d)中的脱水通过迫使空气通过组合物来进行。
在实施例中，步骤(d)中的干燥通过迫使空气通过组合物来进行。合适地，干燥在环境温度于12小时至48小时内完成。
在实施例中，在干燥期间将二氧化碳或一种或多种其他碳酸化剂送入组合物中。在进一步的实施例中，干燥后，将组合物在升高的温度(即高于环境温度的温度)固化。合适地，升高的温度在80℃至200℃之间。
在实施例中，将混合物在凝固之前或期间压缩。合适地，将混合物在200kPa至500kPa之间的压力下压缩。在实施例中，将混合物压缩介于大约1分钟与至多大约8小时之间。合适地，仅在凝固期间需要压缩，之后可省去压缩。在实施例中，产品(诸如块)可通过在混合物脱模以凝固之前压缩少于1分钟的自动化过程形成。
在第七方面，本发明提供了一种制备第四方面的硅酸盐粘结剂的方法，所述方法包括以下步骤：
a.提供包含硅酸盐的粘结剂作为浆料；
b.混合该浆料，以提供混合物；
c.使该混合物凝固，以提供硅酸盐粘结剂。
其中粘结剂包含基于该粘结剂的总重量计的至少50重量％的硅酸盐。
在实施例中，硅酸盐选自由以下项组成的组：硅酸钠；硅酸钾；以及它们的组合。合适地，硅酸盐为硅酸钠。
在实施例中，粘结剂进一步包含与硅酸盐发生化学反应的反应物。合适地，反应物选自由以下项组成的组：二氧化碳；碳酸；氯化钙；氯化镁；碳酸镁；硫酸镁；硫酸铝；甲酰胺(2％至10％)；碳酸氢钠；铝酸钠；乙二醛；乙酸乙酯；和三乙酸甘油酯。合适地，反应物为乙酸乙酯或三乙酸甘油酯。合适地，粘结剂包含基于该粘结剂的总重量计的在0.5重量％至20重量％之间的反应物。
在实施例中，粘结剂包含基于该粘结剂的总重量计的至少70重量％的硅酸盐和反应物。在实施例中，粘结剂包含基于该粘结剂的总重量计的至少85重量％的硅酸盐和反应物。
在实施例中，粘结剂进一步包含氧化试剂。合适地，氧化试剂为过氧化氢。合适地，粘结剂包含基于该粘结剂的总重量计的0.5重量％至15重量％的氧化试剂中的一种或多种。
在实施例中，粘结剂进一步包含表面活性剂。在实施例中，表面活性剂选自由以下项组成的组：AER5和烷基磺酸盐。合适地，粘结剂包含基于该粘结剂的总重量计的1重量％至10重量％的表面活性剂中的一种或多种。
在实施例中，在步骤(c)之后，该方法包括：
d.使硅酸盐粘结剂脱水。
在第八方面，本发明提供了一种产品，该产品包含本发明的第一、第二或第三方面的组合物、第四方面的硅酸盐粘结剂或由其形成或通过本发明的第六或第七方面的方法形成。
在实施例中，产品选自由以下项组成的组：保温块；保温嵌板；片材；板；和骨架外墙。
在实施例中，产品在至少一个表面上具有片材外层。合适地，片材外层在产品的至少两个相对侧上。合适地，片材选自由以下项组成的组：纸；粗麻布；布；织造织物；非织造织物；和生物基网。
在第九方面，本发明提供了本发明的第一、第二或第三方面的组合物、第四方面的硅酸盐粘结剂或本发明的第六或第七方面的产品在建筑中的用途。
在第十方面，本发明提供了本发明的第一、第二或第三方面的组合物或本发明的第六或第七方面的产品作为保温材料的用途。
在第十一方面，本发明提供了本发明的第一、第二或第三方面的组合物或本发明的第六或第七方面的产品作为保温块的用途。
在第十二方面，本发明提供了本发明的第一、第二或第三方面的组合物或本发明的第六或第七方面的产品作为墙板的用途。合适地，墙板选自由以下项组成的组：底灰载体；和石膏板。
附图说明
现将仅以举例方式参照附图描述本发明的一个或多个实施例，在附图中：
图1示出East Yorkshire Hemp提供的(a)22mm和(b)3mm/>大麻碎片(在本发明的示例性实施例中使用的生物骨料)的图片。
图2示出(a)未安装排气罩；(b)安装有排气罩的干燥装置。
图3示出在图2的装置中干燥后由根据本发明的实施例的生物可降解组合物所形成的材料。(a)示出块的透视图；(b)示出块的一个面的特写图片；(c)为根据本发明的组合物的50mm厚片材的透视图；(d)示出(c)的片材边缘；(e)示出由本发明的组合物形成的板产品，其可适合用作底灰载体。本实施例使用20mm碎片并且厚度为20mm，用200kPa的载荷压缩直至凝固；(f)示出(e)的板产品的表面；(g)示出可用作石膏板的本发明的组合物的衬纸锥形实施例。本实施例使用3mm碎片并且厚度为12.5mm，用400kPa的载荷压缩直至凝固；(h)示出穿过(g)的板的横截面，示出在纸覆盖物与有助于保持光滑外表面的组合物之间的发泡纯粘结剂薄层(＜3mm)。
图4示出根据本发明的组合物的典型压缩响应。
图5示出根据本发明的组合物的热导率随平均温度的变化。
图6示出由根据本发明的组合物形成的嵌板的典型挠曲响应。
图7示出由根据本发明的组合物形成的各嵌板的热导率随平均温度的变化。
图8示出用于根据EN 826：2013确定根据本发明的材料的压缩行为的单轴测试框架。
图9示出用于根据EN 310：1993确定根据本发明的嵌板的挠曲行为的Instron3369单轴测试框架。
图10示出置于模具中的根据本发明的不含反应物的大麻-硅酸盐组合物。
图11示出脱模的根据本发明的不含反应物的大麻-硅酸盐组合物。
图12示出在强制空气干燥24小时后脱模的根据本发明的不含反应物的大麻-硅酸盐组合物。
定义
为了方便起见，在进一步描述本公开之前，以下描述了说明书和实例中使用的某些术语。这些定义应当根据本公开的其余部分来解读并且被本领域技术人员所理解。本文所用的术语具有本领域技术人员认可和已知的含义，但是，为了方便和完整起见，以下阐述了特定术语及其含义。
冠词“一个”、“一种”和“该/所述”是指该冠词的语法对象中的一个/种或多于一个/种(即，至少一个/种)。
如本文所用，术语“包括/包含”意指必须包括任何所列举的要素并且也可以任选地包括其他要素。“基本上由...组成”意指任何所列举的要素都必须包括在内，排除会对所列要素的基本和新颖特征具有实质性影响的要素，并且可任选地包括其他要素。“由...组成”意指除所列要素外的所有其他要素均被排除在外。由这些术语中的每一者所定义的实施例在本发明的范围内。当用于组合物的某些组分时，术语“包含”应被理解为术语“基本上由(那些相同组分)组成”和“由(那些相同组分)组成”提供明确的字面基础。
除非另有说明，否则本文提供的本发明的粘结剂或组合物的重量百分比涉及基于粘结剂的干重或组合物的干重(适当时)的指定或活性成分的重量百分比。换句话说，粘结剂或组合物的重量百分比是基于粘结剂或组合物中的水的量已经稳定和/或与环境或周围大气平衡后和/或当水已被所需程度的强制干燥去除时的粘结剂或组合物的状态。在实施例中，所要求保护的组合物的一些组分可作为在溶剂(通常为水)中的溶液提供，例如，硅酸钠通常作为在水中的40w/w溶液提供，有时称为石英玻璃。在一些情况下，硅酸盐或其他组分诸如反应物或促进剂(当存在时)的量可以用该水溶液的重量而不是活性成分的干重来描述，但是，这应当与如本文所提供的粘结剂或组合物的干重的百分比区分开来。
如本文所用，术语“生物可降解”意指能够在自然界中和/或通过生物的作用发生分解。该术语在本文中用于指组合物或组合物中的组分，其通常通过溶解或通过天然存在的微生物诸如细菌或真菌的作用在水或水性或潮湿环境中自然分解成无害成分。
如本文所用，术语“碎片”(shiv或shive)意指植物的纤维状木质部分，通常来自茎杆部分。碎片通常是可再生的、可回收的，并且易于得自可持续的资源。实例为分别来源于大麻植物和亚麻植物的大麻碎片和亚麻碎片。其他类型的碎片可来源于芒草、松树、玉米、向日葵、竹子和其他植物。
如本文所用，术语“粘结剂”或“粘结剂材料”意指通过粘附或内聚将生物骨料或组合物的其他固体组分保持或聚集在一起以在机械或化学上形成内聚整体的材料或物质。在本发明的实施例中，术语“粘结剂”旨在指通过粘附将生物骨料保持或聚集在一起的物质或物质的混合物。在本质上，“粘结剂”是散布在组合物的生物骨料或其他固体或支持物之间的材料。虽然在实施例中，粘结剂是包含生物骨料或其他固体或支持物的组合物中的唯一组分，但在其他实施例中，组合物可进一步包含与粘结剂混合或以其他方式形成组合物的一部分的添加物。
如本文所用，术语“硅酸盐”是指由硅和氧组成的阴离子系列的任何成员，通常具有通式[SiO4-x (4-2x)-]n，其中0≤x＜2。该系列包括正硅酸盐SiO4 4-(x＝0)、偏硅酸盐SiO3 2-(x＝1)和焦硅酸盐Si2O7 6-(x＝0.5，n＝2)。该名称也用于此类阴离子的任何盐，诸如偏硅酸钠；或任何含有相应化学基团的酯，诸如正硅酸四甲酯。硅酸盐阴离子通常为具有多种结构的大聚合物分子，包括链和环(如在聚合偏硅酸盐[SiO3 2-]n中)、双链(如在[Si2O5 2-]n中和片状(如在[Si2O5 2-]n中。硅酸盐可与任何合适的阳离子(最常见的是选自元素周期表第1族或第2族的金属，诸如钾、钠和镁)形成盐。术语“硅酸盐”不包括“铝硅酸盐”或“水合铝硅酸盐”(有时称为沸石)(其通常是由铝、硅和氧加上抗衡离子构成的矿物材料，是高岭土和其他粘土材料的主要组分)。
如本文所用，术语“硅酸钠”意指硅酸盐阴离子的钠盐。硅酸钠具有Na2xSiyO2y+x或(Na2O)x·(SiO2)y的IUPAC化学结构，例如偏硅酸钠(Na2SiO3)、正硅酸钠(Na4SiO4)和焦硅酸钠(Na6Si2O7)或它们的混合物，这些混合物通常具有较高比例的偏硅酸盐。如本文所指定的，硅酸钠可作为固体或作为在水或其他合适溶剂中的溶液提供，通常称为液体硅酸钠或水玻璃。
如本文所用，术语“碳酸盐”是指由碳和氧组成的阴离子系列的任何成员，通常具有通式[CO3 2-]。术语“碳酸盐”可替代性地是指由硅酸盐与二氧化碳反应形成的任何化合物。碳酸盐可与任何合适的阴离子(最常见的是选自元素周期表第1族或第2族的金属，诸如钾、钠和镁)形成盐。具体地，术语“碳酸钠”是指由硅酸钠与二氧化碳反应形成的任何产物。碳酸钠通常具有结构Na2CO3。该反应的一种可能的化学计量为2NaOH·SiO2+CO2→Na2CO3+2SiO2+H2O。硅酸钠具有140的分子量，并且可能转化为具有106的分子量的碳酸盐，因此100％的转化率将对应于75.7重量％的粘结剂。
如本文所用，术语“骨料”意指用于制造混凝土和在建筑中使用的粗粒至中粒颗粒材料，包括沙、砾石、碎石、矿渣、再生混凝土和土工合成骨料。如本文所用，术语“生物骨料”是指骨料的植物来源替代材料，诸如植物基碎片，例如大麻碎片。适合用于混凝土替代品中的生物骨料可能比用于替代更细的水泥基材料(诸如砂浆或石膏)的生物骨料更大。较大的生物骨料可能在15mm至25mm的颗粒范围内，而较小的生物骨料可能在2mm至5mm的颗粒尺寸范围内。碎片和其他生物骨料的粒径测量通常很复杂，因为颗粒的大小和形状是变化的，并且通常是细长的。一种用于测量生物骨料的粒径的合适方法是通过筛分法测量的按重量计的平均粒径。此类方法描述于例如以下文献的第4.5.2.3节中：Amziane等人，Recommendation of the RILEM TC 236-BBM：characterisation testing of hemp shivto determine the initial water content，water absorption，dry density，particlesize distribution and thermal conductivity；Materials and Structures(2017)；50：167(https://hal-univ-rennes1.archives-ouvertes.fr/hal-01523118/document；2020年8月3日访问)。根据EN 932-5，将生物骨料的样品置于筛分装置中进行测试，该筛分装置包括筛孔逐渐减小的筛子(筛孔符合EN 933-2)。根据各筛子的重量的增加，通过粒径分布可获得重均粒径。替代性地，根据相同的数据，粒径可作为超过给定尺寸的一组累积量给出，例如，90％的颗粒的尺寸小于25mm，但提供生物骨料的粒径分布的详细信息的任何累积百分比或累积百分比的组合都是适当的。此类筛分数据可由图像分析数据补充以进一步定义生物骨料的粒径和形状。本发明的组合物可包含单独的生物骨料，或生物骨料与骨料和其他用于粘结剂的固体支持物(诸如底灰网或纸)的混合物。
如本文所用，术语“支持物”是指粘结剂通过内聚或粘附而粘附或保持或聚集在一起的固体物理材料。该术语可涵盖骨料或生物骨料，但也可包括形成最终组合物的一部分(即，是其组成部分和/或在其表面上)的其他固体支持物材料，诸如纤维、杆、网或纸。
如本文所用，术语“可透气的(breathable)”或“透气性(breathability)”意指织物或材料允许湿气或水蒸汽透过的能力。该术语与“空气渗透性(air permeability)”形成对比，透气性是织物或材料允许空气通过的能力。例如，隔热材料的空气渗透性可能不利于保温，而透气隔热材料可以在允许水蒸汽通过的同时保温。透气性可通过任何已知的标准蒸汽渗透性或蒸汽阻力方法来测量。材料的蒸汽阻力是对材料阻碍水通过的量度。蒸汽阻力取决于材料的厚度，因此任何蒸汽阻力值都必须针对特定厚度引用，或归一化为给定的单位厚度。蒸汽阻力的单位通常是兆牛顿秒每克或MNs/g，材料蒸汽阻力的一种常用度量是μ值，其为水蒸汽阻力系数。材料的μ值是空气在23℃和1bar下的水蒸汽渗透率与材料的水蒸汽渗透率之间的比率。由于μ值是一个相对量，其表示为无单位的数字，并且用作材料最终厚度的乘数
如本文所用，术语“U值”意指构成整个建筑物元件(例如，屋顶、墙壁或地板)的各层热阻之和。它还包括对任何配件或气隙的调整。U值以W/m2K为单位显示元件将热量从建筑物的暖空间传递到冷空间的能力，反之亦然。U值越低，建筑物元件的隔热效果越好。
如本文所用，术语“碳足迹”是指产品(例如，粘结剂)的碳足迹，并且在产品或服务从原材料提取到离开生产设施的整个生产过程中(有时称为“从摇篮到大门”)中释放的所有温室气体排放的明细。它以二氧化碳当量(CO2e)表示。产品可能已通过国际公认的碳足迹标准诸如温室气体议定书标准、ISO 14067和PAS 2050的认证。
如本文所用，术语“二氧化碳当量”或“CO2e”是用于衡量碳足迹的标准单位。这使得可以根据将造成等量全球变暖的CO2的量来表示各种不同温室气体的影响。通过这种方式，由许多不同的温室气体组成的碳足迹可以表示为一个数字。利用标准比将各种气体转化为等量的CO2。这些比率基于各种气体的所谓全球增温潜能值(GWP)，该GWP描述一定时期内(通常是一百年)相对于CO2的总变暖影响。在此时间范围内，根据标准数据(例如，“Forster，P.等人，2007：Changes in Atmospheric Constituents and in RadiativeForcing.收录于：Climate Change 2007：The Physical Science Basis.Contribution ofWorking Group I to the Fourth Assessment Report of the IntergovernmentalPanel on Climate Change[Solomon，S.，D.Qin，M.Manning，Z.Chen，M.Marquis，K.B.Averyt，M.Tignor和H.L.Miller(编)].Cambridge University Press，Cambridge，2007)，甲烷的得分为25(意味着一吨甲烷将引起与25吨CO2相同的变暖)，一氧化二氮的得分为298，并且一些氟化气体的得分超过10,000。
如本文所用，术语“反应物”或“硬化剂”是指可与硅酸盐发生化学反应以改变其组成和/或化学或材料特性的化学品或化学品的组合。不希望受理论的约束，认为该反应通常是碱性硅酸盐与这些材料之间的酸-碱/碱性反应。一些反应物呈酸性，诸如当CO2溶于水中时形成的碳酸，或为成酸性酯诸如乙酸乙酯和三乙酸甘油酯。三乙酸甘油酯反应最快，并且就其安全性特征而言是最适宜的。用于硅酸盐的反应物的一个实例是二氧化碳(或更确切地说是碳酸，即溶于水中的二氧化碳)。氯化钙、氯化镁、碳酸镁、硫酸镁、硫酸铝、甲酰胺(2％至10％)、碳酸氢钠、铝酸钠、乙二醛、乙酸乙酯、三乙酸甘油酯(三乙酰甘油)可作为二氧化碳(CO2)的替代品或在二氧化碳以外用作反应物。
如本文所用，术语“氧化试剂”是指缩短本发明的硅酸盐生物复合材料的凝固时间的促进剂。在此上下文中使用时，术语“氧化试剂”、“氧化剂”和“促进剂”旨在作为同义词。合适地，在本发明中使用的促进剂或氧化试剂为过氧化氢。
如本文所用，术语“表面活性剂”旨在采用其在本领域中的普通含义作为降低两种液体(例如，亲水性液体和疏水性液体)之间的表面张力的物质。表面活性剂通常用作发泡剂。如本文所用的术语“表面活性剂”与“发泡剂”旨在作为同义词。合适地，在本发明中使用的表面活性剂是与碱性环境相容的任何表面活性剂，诸如烷基磺酸盐或可商购获得的表面活性剂诸如AER5。
具体实施方式
本发明整体涉及包含粘结剂和生物基骨料材料的生物可降解组合物或其粘结剂。在实施例中，本发明涉及硅酸盐(例如，硅酸钠)作为粘结剂的用途，其合适地用作生物基骨料诸如大麻碎片的粘结剂。在实施例中，本发明涉及可持续组合物，该可持续组合物包含硅酸盐(诸如硅酸钠)和任选的生物基骨料(诸如大麻碎片或其他骨料或支持物)，其用作预浇铸保温材料、用作粘合片材或以其他方式用于建筑中。
混凝土是水泥和骨料的复合材料，尽管存在与其生产相关的环境问题，但仍然广泛用于建筑行业中。虽然最近替代品(特定而言，大麻-石灰)提供了一些优于混凝土的优势，特别是在避免使用对混凝土的碳足迹贡献很大的水泥方面，但这些替代品仍然存在某些缺点，
首先，为了达到可接受的低热导率，大麻-石灰中使用的粘结剂的量不足以制造足够坚固以承受机加工或甚至粗暴处理的材料。
其次，传统的大麻-石灰在最初的混合和浇铸阶段需要大量过量的水，并且如果让其自然干燥，可能需要长达两年的时间才能稳定。虽然可以采用强制空气干燥技术，但该技术增加了碳足迹和生产所需的时间。
本发明通过提供一种新颖的替代性生物可降解粘结剂，任选地用于基于硅酸盐(特定而言，硅酸钠或硅酸钾或它们的组合)的生物骨料的粘结剂，至少克服了这些缺点。
本发明的粘结剂通常包含硅酸盐，其中硅酸盐在粘结剂中以基于该粘结剂的重量计的大于50％的量存在。在实施例中，硅酸盐在粘结剂中可以基于该粘结剂的总重量计的多达55重量％、60重量％、65重量％、70重量％、75重量％、80重量％、85重量％、90重量％、95重量％、98重量％、99重量％或更多存在。粘结剂可进一步包含水。在实施例中，硅酸盐粘结剂为硅酸钠。
在实施例中，粘结剂包含反应物。在实施例中，反应物在粘结剂中可以相对于该粘结剂的总重量计的至少0.5重量％、1.0重量％、1.5重量％、2.0重量％、2.5重量％、3.0重量％、4.0重量％、5重量％、7重量％、10重量％、12重量％、15重量％、17重量％或20重量％或更多的量存在。在实施例中，反应物在粘结剂中可以相对于该粘结剂的总重量计的至多20重量％、17重量％、15重量％、12重量％、10重量％、7重量％、5重量％、4重量％、3.5重量％、3.0重量％、2.5重量％、2.0重量％、1.5重量％、1.0重量％或0.5重量％或更少的量存在。合适地，反应物以相对于粘结剂的总重量计的占粘结剂的3重量％至15重量％之间的量存在，合适地，反应物以相对于粘结剂的总重量计的占粘结剂的5重量％至12重量％之间的量存在。
硅酸盐与阴离子(例如，钠或钾)的摩尔比可在1∶1至1∶3.4之间变化(SiO2∶NaO2/K2O)。合适地，硅酸盐以硅酸盐与水的重量比为1∶3或更大的硅酸盐水溶液(例如，40重量％的硅酸钠水溶液)形式提供。
在实施例中，反应物选自由以下项组成的组：碳酸(溶于水中的CO2)、氯化钙、氯化镁、碳酸镁、硫酸镁、硫酸铝、甲酰胺(2％至10％)、碳酸氢钠、铝酸钠、乙二醛、乙酸乙酯、三乙酸甘油酯(三乙酰甘油)以及它们的组合。合适地，反应物为乙酸乙酯或三乙酸甘油酯。更合适地，反应物为三乙酸甘油酯。可选择三乙酸甘油酯而不是例如乙酸乙酯，因为它具有优异的健康和安全特征。
在实施例中，组合物可包含氧化试剂和任选的表面活性剂。氧化试剂具有使粘结剂发泡并且缩短凝固时间的双重作用。添加氧化试剂不是必需的，但在本发明的某些应用中可能是有利的。少量(例如，大约0.1重量％至大约5重量％)氧化试剂可将组合物的凝固时间从数小时缩短至数分钟或甚至少于1分钟。凝固速率可通过添加的氧化试剂的量来改变，其中5重量％的氧化剂使组合物可以在30秒内凝固，同样地，发泡粘结剂通常具有比非发泡组合物更低的密度和热导率。因此，根据本发明的一个实施例的发泡粘结剂或包含发泡粘结剂和生物骨料的组合物可用于制造轻质、保温、不可燃的材料，尤其是板材。
在实施例中，氧化试剂为过氧化氢(H2O2)，其作为有效的氧化剂，在反应/分解时释放氧气和水，其可能导致一些发泡。在一些实施例中，氧化试剂可以被视为发泡剂。在碱性溶液存在下氧气的释放被理解为引起发泡。可能是氧气的存在催化组合物的凝固，或者氧气化学结合以产生更快速的凝固。
合适地，当存在氧化试剂时，其基于粘结剂的总重量计，占该粘结剂的0.5重量％至1 5重量％。
在实施例中，粘结剂包含至少0.5重量％、0.6重量％、0.7重量％、0.8重量％、0.9重量％、1.0重量％、1.5重量％、2.0重量％、2.5重量％、3.0重量％、3.5重量％、4.0重量％、4.5重量％、5.0重量％、5.5重量％、6.0重量％、6.5重量％、7.0重量％、7.5重量％、8.0重量％、8.5重量％、9.0重量％、9.5重量％、10.0重量％、10.5重量％、11.0重量％、11.5重量％、12.0重量％、12.5重量％、13.0重量％、13.5重量％、14.0重量％或14.5重量％的氧化试剂。在实施例中，粘结剂包含至多15重量％、14.5重量％、14.0重量％、13.5重量％、13.0重量％、12.5重量％、12.0重量％、11.5重量％、11.0重量％、10.5重量％、10.0重量％、9.5重量％、9.0重量％、8.5重量％、8.0重量％、7.5重量％、7.0重量％、6.5重量％、6.0重量％、5.5重量％、5.0重量％、4.5重量％、4.0重量％、3.5重量％、3.0重量％、2.5重量％、2.0重量％、1.5重量％、1.0重量％、0.9重量％、0.8重量％、0.7重量％或0.6重量％的氧化试剂。所有重量均基于粘结剂的总重量计。
在实施例中，当存在时，表面活性剂是与碱性环境相容的任何表面活性剂，例如，烷基磺酸盐或可商购获得的表面活性剂诸如AER5。
合适地，粘结剂包含基于该粘结剂的总重量计的在1重量％至10重量％之间的表面活性剂，合适地基于该粘结剂的总重量计的4重量％的表面活性剂。在实施例中，粘结剂包含至少1.0重量％、1.5重量％、2.0重量％、2.5重量％、3.0重量％、3.5重量％、4.0重量％、4.5重量％、5.0重量％、5.5重量％、6.0重量％、6.5重量％、7.0重量％、7.5重量％、8.0重量％、8.5重量％、9.0重量％或9.5重量％的表面活性剂。在实施例中，粘结剂包含至多10.0重量％、9.5重量％、9.0重量％、8.5重量％、8.0重量％、7.5重量％、7.0重量％、6.5重量％、6.0重量％、5.5重量％、5.0重量％、4.5重量％、4.0重量％、3.5重量％、3.0重量％、2.5重量％、2.0重量％、1.5重量％或1.0重量％的表面活性剂。所有重量均基于粘结剂的总重量计。
在实施例中，粘结剂仅包含硅酸盐，诸如硅酸钠，该组合物的所有其余部分均为水。换句话说并且如本文中所定义，组合物可由硅酸盐组成，或可由硅酸盐和水组成。换句话说，这些组分的重量百分比可合计达基于粘结剂的总重量计的100重量％。
在本发明的实施例中，提供了一种包含如前文所述的硅酸盐和生物骨料的组合物，该生物骨料材料可以是来源于植物的任何合适的材料，或其他合适的生物可降解材料。合适地，生物骨料材料可为亚麻碎片、切碎的向日葵茎秆、切碎的谷类秸秆、软木颗粒、玉米芯颗粒、木片。更合适地，生物骨料材料为大麻碎片。
在实施例中，组合物仅包含硅酸盐粘结剂诸如硅酸钠，以及生物骨料材料诸如大麻碎片，该组合物的所有其余部分均为水。换句话说并且如本文中所定义，组合物可由硅酸盐粘结剂和生物骨料材料组成，或可由硅酸盐粘结剂和生物骨料材料以及水组成。换句话说，这些组分的重量百分比可合计达基于组合物的总重量计的100重量％。
在其中组合物在干燥期间暴露于二氧化碳的实施例中，然后一些硅酸盐(合适的硅酸钠)可转化为碳酸盐，诸如碳酸钠。在此上下文中，将二氧化碳用作如本文中所定义的反应物。对于经由强制气体灌注引入的气态反应物，诸如二氧化碳，最终组合物中的转化程度和转化的材料诸如碳酸盐的量难以预测，因此本发明旨在涵盖少量，例如，在最终组合物中至多1重量％的粘结剂、至多2重量％的粘结剂、至多5重量％的粘结剂、至多10重量％的粘结剂、至多15重量％或至多20重量％的粘结剂，该最终组合物为通过硅酸盐与反应物(诸如碳酸盐，诸如碳酸钠)的反应转化的材料，该碳酸盐由起始硅酸盐粘结剂通过与二氧化碳或其他反应物或碳酸化剂反应而得。
在替代实施例中，可以在粘结剂混合物中提供反应物。反应物可选自可与粘结剂中的硅酸盐反应并且促进产生所需化学和物理特性的所需化学变化的任何合适的材料。反应物可基于其所需的特性、危害特征和成本或它们的组合来选择。反应物的量可选择为实现所需的结果。通常，当存在时，反应物在粘结剂中与硅酸盐均匀地或均质地混合。
不希望受理论的约束，应当理解，粘结剂中的反应物与硅酸盐反应至一定程度，以便局部或整体上改变粘结剂的化学组成，以实现作为整体的固化材料的所需的化学或物理特性。反应物和添加至粘结剂中的反应物的量以及用于混合和凝固的其他组分和条件可选择为实现预先确定的特性。
在包含反应物的实施例中，粘结剂可以仅包含硅酸盐(诸如硅酸钠)、反应物和/或硅酸盐与反应物的产物(诸如碳酸盐，合适地为碳酸钠)或硅酸盐与乙酸乙酯或三乙酸甘油酯之间的反应产物，该组合物的所有其余部分均为水。换句话说并且如本文中所定义，粘结剂可由硅酸盐、反应物和/或硅酸盐与反应物的产物；或硅酸盐粘结剂、反应物和/或硅酸盐与反应物的产物，以及水组成。换句话说，这些组分的重量百分比可合计达基于粘结剂的总重量计的100重量％。
在包含反应物的实施例中，组合物可以仅包含硅酸盐粘结剂(诸如硅酸钠)、反应物和/或硅酸盐与反应物的产物(诸如碳酸盐，合适地为碳酸钠)或硅酸盐与乙酸乙酯或三乙酸甘油酯之间的反应产物以及生物骨料材料(诸如大麻碎片)，该组合物的所有其余部分均为水。换句话说并且如本文中所定义，组合物可由硅酸盐粘结剂、反应物和/或硅酸盐与反应物的产物以及生物骨料材料；或硅酸盐粘结剂、反应物和/或硅酸盐与反应物的产物以及生物骨料材料和水组成。换句话说，这些组分的重量百分比可合计达基于组合物的总重量计的100重量％。
在如前文所述的粘结剂和组合物的实施例中，可以设想，可包含其他次要添加物，这些添加物可提供一种或多种益处，而对该粘结剂或组合物的整体特性无影响。换句话说并且如本文中所定义，组合物可基本上由硅酸盐粘结剂(具有或不具有反应物和/或硅酸盐与反应物的产物)诸如硅酸钠以及任选的生物骨料材料(诸如大麻碎片)组成，或基本上由硅酸盐粘结剂(具有或不具有反应物和/或硅酸盐与反应物的产物)诸如硅酸钠以及任选的生物骨料材料(诸如大麻碎片)和水组成。
术语“次要添加物”旨在涉及除硅酸盐粘结剂、反应物和/或硅酸盐与反应物的产物以及任选的生物骨料材料之外的添加物，其在组合物中可以20重量％或更少的量存在。合适地，小于1 5重量％、1 0重量％、5重量％、2重量％、1重量％或更少。所有重量百分比均基于组合物的总重量计。换句话说，硅酸盐粘结剂诸如硅酸钠(具有或不具有反应物和/或硅酸盐与反应物的产物)、任选的生物骨料材料、水和一种或多种次要添加物的重量百分比可合计达基于组合物的总重量计的100重量％。
次要添加物可以为但不限于：无机材料，诸如氧化锌和/或无定形碳酸钙，以赋予耐水性；生物基网，以增强结构。
可将氧化锌和/或无定形碳酸钙作为添加物加入组合物中以便降低该组合物的水溶性。不希望受理论的约束，水溶性较低的组合物将不太容易过多地进入水分，或者可以更好地排出水诸如雨水，因此可以使组合物更适合用于防潮层的地面侧和暴露于外部环境或水分的区域。
氧化锌也可用作化学固化剂，其在干燥后在升高的温度固化后可为组合物提供疏水性表面膜，预计其同样能够改善组合物的耐湿性，从而改善其在外部或潮湿条件下的性能和寿命。
在实施例中，组合物提供在可赋予防水性或其他所需特性的溶液中的粘结剂。例如，在实施例中，可将粘结剂加入水性胶乳分散体中。该水性胶乳分散体可具有任何合适的比例。例如，水性胶乳分散体可包含50体积％的胶乳和50体积％的水。粘结剂在分散体中可以基于该分散体的总重量计的0.2重量％至30重量％粘结剂、合适地0.2％至10％的量存在。
在根据本发明的组合物的实施例中，组合物可包含5重量％至95重量％的量的粘结剂以及95重量％至5重量％的量的生物骨料、0重量％至10重量％的量的水。在实施例中，并且任选地，组合物可进一步包含0.1重量％至10重量％的添加物。所有重量百分比均基于组合物的总重量计，并且总计必须不超过100％。粘结剂的重量百分比包括已经在干燥/固化时通过与反应物反应而转化成另一种产物的任何硅酸盐材料。
在根据本发明的组合物的一个具体实施例中，组合物可包含10重量％至60％重量的量的硅酸盐(合适地为硅酸钠或硅酸钾(干重))、90重量％至40重量％的量的生物骨料、0重量％至10重量％的量的水。在实施例中，组合物可进一步包含0.1重量％至15重量％的添加物，合适地0.1重量％至15重量％的添加物。所有重量百分比均基于组合物的总重量计，并且总计必须不超过100％。
在实施例中，组合物包含至少10重量％、15重量％、20重量％、25重量％、30重量％、35重量％、40重量％、45重量％、50重量％、55重量％、60重量％、65重量％、70重量％、75重量％、80重量％或85重量％的粘结剂。在实施例中，该组合物包含至多90重量％、85重量％、80重量％、75重量％、70重量％、65重量％、60重量％、55重量％、50重量％、45重量％、40重量％、35重量％、30重量％、25重量％、20重量％或15重量％的粘结剂。所有重量均基于组合物的总重量计。
在实施例中，组合物包含至少10重量％、15重量％、20重量％、25重量％、30重量％、35重量％、40重量％、45重量％、50重量％、55重量％、60重量％、65重量％、70重量％、75重量％、80重量％或85重量％的生物骨料(合适地为大麻碎片)。在实施例中，该组合物包含至多90重量％、85重量％、80重量％、75重量％、70重量％、65重量％、60重量％、55重量％、50重量％、45重量％、40重量％、35重量％、30重量％、25重量％、20重量％或15重量％的生物骨料(合适地为大麻碎片)。所有重量均基于组合物的总重量计。
在实施例中，组合物在干燥时和/或刚干燥后包含在0.01重量与1重量％之间、至少1重量％、1.5重量％、2.0重量％、2.5重量％、3.0重量％、3.5重量％、4.0重量％、4.5重量％、5.0重量％、5.5重量％、6.0重量％、6.5重量％、7.0重量％、7.5重量％、8.0重量％、8.5重量％、9.0重量％、10重量％、15重量％或20重量％的水，如通过将组合物加热至干重所测量。在实施例中，刚干燥后的组合物包含至多20重量％、15重量％、10重量％、9.0重量％、8.5重量％、8.0重量％、7.5重量％、7.0重量％、6.5重量％、6.0重量％、5.5重量％、5.0重量％、4.5重量％、4.0重量％、3.5重量％、3.0重量％、2.5重量％、2.0重量％、1.5重量％、1.0重量％或在1.0重量％与0.01重量％之间的水，如通过将组合物加热至干重所测量。所有重量均基于组合物的总重量计。
粘结剂或组合物通常具有吸湿性，因此，根据环境条件不同，在静置时可能吸水。水分含量(MC)或平衡含水量(EMC)可能大于以上量。例如，分别基于粘结剂或组合物的重量计，粘结剂或组合物的EMC可能在5重量％与10重量％之间。当饱和时，基于干燥的粘结剂或组合物的重量计，粘结剂或组合物的MC无论在何处均可高达20重量％、30重量％、40重量％、50重量％、60重量％、70重量％、80重量％、90重量％、100重量％、150重量％、200重量％、250重量％、300重量％、350重量％、400重量％或450重量％或更多。
在实施例中，粘结剂或组合物包含至少0.1重量％、0.2重量％、0.3重量％、0.4重量％、0.5重量％、0.6重量％、0.7重量％、0.8重量％、0.9重量％、1.0重量％、1.5重量％、2.0重量％、2.5重量％、3.0重量％、3.5重量％、4.0重量％、4.5重量％、5.0重量％、5.5重量％、6.0重量％、6.5重量％、7.0重量％、7.5重量％、8.0重量％、8.5重量％、9.0重量％、9.5重量％、10.0重量％、10.5重量％、11.0重量％、11.5重量％、12.0重量％、12.5重量％、13.0重量％、13.5重量％、14.0重量％、14.5重量％、15重量％、17.5重量％或20重量％的添加物。在实施例中，组合物包含至多20重量％、17.5重量％、15重量％、14.5重量％、14.0重量％、13.5重量％、13.0重量％、12.5重量％、12.0重量％、11.5重量％、11.0重量％、10.5重量％、10.0重量％、9.5重量％、9.0重量％、8.5重量％、8.0重量％、7.5重量％、7.0重量％、6.5重量％、6.0重量％、5.5重量％、5.0重量％、4.5重量％、4.0重量％、3.5重量％、3.0重量％、2.5重量％、2.0重量％、1.5重量％、1.0重量％、0.9重量％、0.8重量％、0.7重量％、0.6重量％、0.5重量％、0.4重量％、0.3重量％、0.2重量％或0.1重量％的添加物。所有重量分别基于粘结剂或组合物的总重量计。
本发明的组合物是透气的，即，它允许湿气或水蒸汽从中透过，但提供高的固有U值，使其特别适合用作保温材料。仍然设想到该组合物的所有其他合适的用途。
在实施例中，组合物具有与大麻-石灰类似的μ蒸汽扩散阻力。在实施例中，组合物具有2至8、更合适地3至6的μ蒸汽扩散阻力。
在实施例中，组合物具有低于大麻-石灰的热导率。在实施例中，组合物具有0.02至0.2W/m-1K-1、更合适地0.02至0.1W/m-1K-1的热导率。在一个实施例中，组合物具有0.074W/m-1K-1的热导率。本发明的组合物的热导率可能比大麻-石灰低5％至20％，大麻-石灰通常具有0.085W/m-1K-1的热导率。
在实施例中，组合物具有与大麻-石灰类似的抗压强度。在实施例中，组合物具有0.1至0.4MPa、更合适地0.2至0.25MPa的抗压强度。在一个实施例中，组合物具有0.2MPa的抗压强度。
本发明的组合物的一个优点是与其他生物可降解粘结剂和生物骨料混合物(例如，大麻-石灰)相比能够匹配或提高材料的密度。
在实施例中，组合物具有100至500kg/m3、合适地200至400kg/m3的密度。材料的密度可以通过任何合适的方式(例如，机械压缩)来提高。预计密度的增加将导致改善的抗压强度数据。
虽然本发明的组合物或由其形成的产品在热导率和密度方面表现出令人惊讶的有益特性，但这些组合物或由其形成的产品也表现出极低的碳足迹。
例如，一立方米密度为330kg/m3的大麻-石灰的碳足迹为-48.4kg CO2e(CO2当量)。相比之下，一立方米本发明的组合物的碳足迹(以密度273kg/m3为例)为-274.4kg CO2e，与大麻-石灰相比，二氧化碳封存量增加了5.7倍。
在实施例中，组合物具有每立方米-500至-200kg CO2e、合适地每立方米-400至-250kg CO2e的负碳足迹，即，该组合物导致这些量的CO2(或等效物质)得到封存。
该组合物令人惊讶的有益的低碳足迹主要是由于，与石灰粘结剂相比，硅酸盐粘结剂的碳足迹减小。本发明的硅酸盐粘结剂具有每m3组合物7kg CO2e的隐含碳，相比之下，每m3大麻-石灰中的石灰粘结剂的隐含碳为161kg CO2e。
在实施例中，本发明的硅酸盐粘结剂的碳足迹为每立方米0至50kg CO2e，合适地为每立方米由其形成的组合物0至20kg CO2e。这实际上意味着本发明的复合材料的碳足迹在最差情况下为传统水泥粘结剂的碳足迹的12.5％，即，至少好8倍；并且通常好20倍(等量大麻-石灰材料中粘结剂的碳足迹的5％)。
硅酸钠完全不可燃，因此该组合物具有作为保温低碳耐火材料诸如骨架外墙材料的潜力。
在另一方面，本发明涉及包含如上所述的粘结剂或组合物或由其形成的产品。在实施例中，产品可以为成型制品。合适地，成型制品可以为保温块或嵌板、板材、骨架外墙或其他建筑材料或块或嵌板。
合适地，本发明的产品(例如，保温块)可具有10mm至500mm或更大的厚度(产品的两个表面之间的最小距离)。合适地，产品可具有10mm至300mm、合适地10mm至75mm的厚度。
本发明的粘结剂或组合物，或由其形成的产品，可以接受涂层或可以浇铸在合适的覆盖材料(例如，天然织造或非织造纤维材料，诸如纸、布、粗麻布或生物基网诸如黄麻网)之间。设想到但不限于，这一概念将最适用于片材，诸如具有相对低的厚度(例如，10mm至25mm)的保温嵌板，其将通过暴露于空气中的二氧化碳中而迅速凝固/固化。可对此类材料进行机加工，例如使用榫槽接头，以便它们能够配合以避免气隙，从而增加总体U值。
由本发明的硅酸盐粘结剂或组合物形成的产品，诸如保温块和板或嵌板材料，可通过任何合适的方式(例如，将材料直接浇铸到模具中)形成。在一些实施例中，通过在凝固/干燥期间向材料施加压缩力，可以使这些产品实现更有利的材料特性。合适地，将施加初始压缩，然后将块快速脱模以允许浇铸下一个块。此类压缩力可以合适地增加材料的密度。在建筑砌块的情况下，典型的压缩在大约10kPa与100kPa之间的压力下进行。板或嵌板材料通常需要在浇铸后施加约200至400kPa(取决于制剂)的压力持续1分钟至12小时。
在另一方面，本发明涉及一种制备组合物诸如如上文中所定义的组合物的方法，该方法包括以下步骤：
(a)合并包含硅酸盐的粘结剂与生物骨料，以提供浆料；
(b)混合该浆料，以提供混合物；
(c)使该混合物凝固，以提供组合物。
其中粘结剂包含基于该粘结剂的总重量计的至少50重量％的硅酸盐。
通过省略步骤(a)中的生物骨料，可以将相同的通用方法应用于硅酸盐粘结剂的制备。
在实施例中，硅酸盐选自由以下项组成的组：硅酸钠；硅酸钾；以及它们的组合。合适地，硅酸盐为硅酸钠，更合适地为液体硅酸钠，通常为35重量％至40重量％的硅酸钠水溶液。
在包含生物骨料的实施例中，生物骨料选自由以下项组成的组：大麻碎片亚麻碎片；切碎的向日葵茎秆；切碎的谷类秸秆；软木颗粒；玉米芯颗粒；木片；以及它们的混合物。步骤(a)中的生物骨料合适地为大麻碎片。
合适地确定添加的硅酸盐粘结剂和生物骨料的量以提供坚固的组合物。合适地，这些量可基于这些组分在如上文所详述的最终干燥组合物中的所需的量。
在实施例中，粘结剂包含基于该粘结剂的总重量计的至少70重量％的硅酸盐。合适地，粘结剂包含基于该粘结剂的总重量计的至少85重量％的硅酸盐。为避免疑义，这些实施例的重量百分比仅指粘结剂中硅酸盐的干重。这些重量百分比不是指作为整体的组合物(包括生物骨料和/或其他添加物)的重量百分比。
在实施例中，步骤(a)的粘结剂进一步包含与硅酸盐发生化学反应以加快混合物凝固的反应物。合适地，反应物选自由以下项组成的组：二氧化碳；碳酸；氯化钙；氯化镁；碳酸镁；硫酸镁；硫酸铝；甲酰胺(2％至10％)；碳酸氢钠；铝酸钠；乙二醛；乙酸乙酯；和三乙酸甘油酯(三乙酰甘油)。合适地，反应物为乙酸乙酯或三乙酸甘油酯。合适地，反应物为三乙酸甘油酯。合适地，粘结剂包含基于该粘结剂的总重量计的在0.5重量％至20重量％之间的反应物。
在实施例中，粘结剂包含基于该粘结剂的总重量计的至少70重量％的硅酸盐和反应物。合适地，粘结剂包含基于该粘结剂的总重量计的至少85重量％的硅酸盐和反应物。合适地，粘结剂基本上由硅酸盐和反应物组成。合适地，粘结剂由硅酸盐和反应物组成。为避免疑义，这些实施例的重量百分比是指以下的总干重：仅粘结剂中的硅酸盐、反应物以及来自硅酸盐与反应物的反应的任何产物。这些重量百分比不是指作为整体的组合物(包括生物骨料和/或其他添加物)的重量百分比。但是，应当理解，可通过任何合适的方式(包括与硅酸盐分开，或作为在水中的溶液)将反应物引入组合物或粘结剂中。合适地，在加入生物骨料之前，将硅酸盐与反应物充分混合。然后将混合物混合合适的时间(通常为1至5分钟)以获得均匀的混合物。如果通过使用氧化试剂加快凝固，则可以减少混合时间(见下文)。
加入的水的总量是存在于硅酸盐中的水(如果有的话；例如，如果使用40v/v的硅酸钠水溶液)与任何额外加入的水之和。可改变水的总量以平衡对于合并的硅酸盐-生物骨料浆料的充分流动性以有效混合的需要与在干燥期间去除任何外来水的需要。在实施例中，与总固体重量(基于硅酸盐和生物骨料的干重)相比，加入的水的总量的比率为1：3至3：1，合适地，比率为1∶2至2：1。
在其中反应物已包括在粘结剂或组合物中的实施例中，预计在不存在任何强制干燥的情况下将在4小时至8小时内凝固。凝固时间或稳定组合物的时间，可通过加入氧化剂诸如过氧化氢(合适地，基于粘结剂的总重量计的量为1重量％至4重量％)来加快，这可能意味着只需1分钟至30分钟即可完成凝固。
凝固的混合物将具有基于粘结剂或组合物的总重量计的约30重量％的典型的水分含量(取决于是否存在生物骨料)。在实施例中，将粘结剂或组合物干燥，亦即，减少含水量。这使粘结剂或组合物能够更快速地稳定。合适地，减少含水量，直至剩余的水相对于粘结剂或组合物的总重量计少于10重量％。合适地，将粘结剂或组合物干燥，直至存在相对于通过加热至干重所测量的粘结剂或组合物的总重量(适当时)计的少于9重量％、8重量％、7重量％、6重量％、5重量％、4重量％、3重量％、2重量％或1重量％或更少的剩余的水。
在实施例中，将粘结剂加入水中并且混合，以在加入生物骨料中之前提供均匀溶液。替代性地，可以在加入硅酸盐粘结剂(通常为液体硅酸钠)之前将生物骨料用水润湿。不希望受理论的约束，在加入硅酸盐粘结剂之前润湿生物骨料意味着硅酸盐保留在生物骨料的外表面上以促进颗粒间结合。
在实施例中，在步骤(b)之后和步骤(c)之前，可以将组合物或粘结剂转移至用于固化/干燥的模具中。组合物或粘结剂可以在模具内用手或机械压缩，或者可能在完全干燥之前脱模之后压缩，以提高干燥材料的密度并且在完全干燥之前排出多余的水。粘结剂或组合物的压缩适用于任何模塑产品，并且可能特别适用于具有或不具有表面涂层(诸如纸或粗麻布或其他植物纤维网)或聚合物底灰网以增加密度并且让产品更坚固的板或片产品。
在实施例中，干燥在室温进行。替代性地或另外地，可通过迫使空气或其他气体通过含有浆料的模具来加快干燥，其通过蒸发有效地将水从混合物中驱除。干燥气体可被推动和/或吸入通过组合物或粘结剂。另外地或替代性地，可通过使用在升高的温度的干燥气体来加快干燥。例如，可以用加热至约80℃至300℃、合适地100℃至200℃、合适地100℃至150℃的温度的干燥气体进行干燥。
在实施例中，可以将来自模具的废气引导至环境空气或再循环至干燥气流，合适地经由除湿器以去除所有夹带的水。可以在模具上放置排风罩以适当地引导废气。可通过使用加热的空气或气体来进一步加快强制空气干燥。
将二氧化碳作为反应物注入模具中可通过改变干燥期间中实现的硅酸盐的碳酸化程度来影响干燥组合物的材料特性。
二氧化碳或其他合适的碳酸化剂的注入可通过使用富含二氧化碳(或其他合适的碳酸化剂)或仅由其组成的用于强制空气干燥的气体来实现。合适地，将二氧化碳注入用于干燥组合物的空气中。这可以在干燥之前和/或期间连续地或定期地进行。二氧化碳的气体压力、注入时间和温度可根据所需的碳酸化程度而变化，这可以提供影响最终组合物的密度的方式，例如，较高的二氧化碳压力可以在该过程开始时使用，其中需要更大的力来迫使气体通过浆料。替代性地或另外地，用于干燥气体的多个入口可存在于模具中，以使气体更大并且更均匀地灌注通过干燥组合物。
冷却气体(通常为空气和/或二氧化碳)流可以在其温度和流速两方面进行控制，以实现所需的干燥速率和/或组合物内碳酸化的程度或位置。
在实施例中，继续干燥，直至预先确定的水平或直至组合物中无湿气残留的迹象，通常在模具的一个或多个排气位置处或附近看到变暗。目视检查可以确定干燥是否完成，或替代性地对于工业过程，干燥和/或碳酸化的程度可通过合适的监测设备来确定并且可以被操纵以实现材料的所需的特性。
本发明的粘结剂或组合物的一个特别有利的特征是固化和/或干燥粘结剂或组合物所需的时长相对较短。本发明的粘结剂或组合物在环境温度(约20℃)下在4至48小时(通常为4至36小时)内完全凝固和干燥。通过向粘结剂中加入反应物，可进一步缩短凝固时间。添加氧化试剂也趋于缩短凝固时间。这与大麻-石灰相比更有利，大麻-石灰即使采用强制风干也需要几个月才能完全稳定，并且标准大麻-石灰需要长达两年的时间才能完全凝固。
在实施例中，在开始干燥之前可以在高压下迫使二氧化碳通过浆料，这可以促进更均匀或完全的碳酸化。在替代性实施例中，可以在模具中采用两个或更多个气体入口以提供干燥空气和/或二氧化碳在整个浆料中更均匀的分布。
在实施例中，在步骤(c)之后，使干燥的粘结剂或组合物在升高的温度固化。合适地，固化可以在80℃至300℃、合适地100℃至200℃、合适地100℃至150℃的温度进行。这种热处理可能影响材料的化学特性，其目的是提高材料的坚固性、硬度、防水性、耐火性和机加工材料的能力，例如添加连接固定装置诸如舌槽边缘。
在实施例中，该方法可包括在步骤(a)、(b)和/或(c)中加入一种或多种如本文别处所定义的添加物的步骤。添加物可以替代性地为染料或颜料。这些添加物可以为粘结剂或组合物上色。
在另一方面，本发明涉及一种生产如上文所定义的产品的方法。在实施例中，该方法包括如上文中所定义的用于制备组合物或粘结剂的步骤(a)至(b)，以及在步骤(b)与(c)之间的以下步骤：在干燥之前，将混合物成形为产品的形状以生产预浇铸产品。
在实施例中，产品可制备成具有包含本发明的粘结剂和/或组合物的层或区段或部分，该粘结剂和/或组合物不同于相同产品的其他层或区段或部分的粘结剂和/或组合物。
类似的方法可应用于生产以下产品，其具有任何数量或任何顺序或根据本发明的不同粘结剂和组合物层的任意组合，或根据本发明的不同粘结剂和组合物层与在本发明的范围之外的不同粘结剂和组合物的层的任意组合。
类似的方法可应用于分段或分隔的产品，其中任何形式的分离均可用于分离产品内根据本发明的不同粘结剂和组合物的层以及在本发明的范围之外的不同粘结剂和组合物的层的块或区域或体积组合。合适的区段或隔室通过在浇铸或以其他方式凝固相邻或邻近材料之前浇铸或以其他方式凝固一种材料到适当位置来创建。
在实施例中，可以选择形成产品的特定层或隔室或区段的粘结剂或组合物以赋予产品所需的特性，例如，可以选择具有细生物骨料的组合物，或者可以选择不具有细生物骨料的粘结剂以为产品提供光滑的外表面。同样，可为给定的层或隔室或区段选择粘结剂的组合物以提供合适的热、材料、保温或声音特性。
在一个示例性实施例中，多层板产品可通过以下步骤形成：
a)用纸衬在模架中；
b)制备根据本发明的硅酸盐粘结剂；
c)将该硅酸盐粘结剂倒入模具中，使其覆盖纸，以在纸上形成硅酸盐粘结剂层；
d)使该硅酸盐粘结剂凝固；
e)制备本发明的组合物，该组合物包含含有硅酸盐的粘结剂以及生物骨料；
f)将该组合物倒入模具中，使其覆盖并且硅酸盐粘结剂层以形成组合物层。
与纸相邻的不包含生物骨料的硅酸盐粘结剂层使板产品具有光滑的表面。
在实施例中，该方法任选地包括以下步骤：
g)制备根据本发明的硅酸盐粘结剂；
h)将其倒入模具中，使其覆盖组合物层，以在组合物层上形成第二硅酸盐粘结剂层；
i)在第二硅酸盐粘结剂层上施加纸层。
在实施例中，可以将通过上述方法所形成的多层板产品压缩，以减小板的厚度并且提高其密度。此类分层板产品可用作石膏板替代产品。
成形步骤可经由适用于大规模制造的任何技术(例如，浇铸、挤塑、压塑、压模、注塑或滚塑)来进行。最合适地，成形步骤为浇铸。本发明的组合物适用于预浇铸大规模或定制场外制造，或可以用于现场或场外的就地浇铸。
在实施例中，组合物或粘结剂可与纸质外覆盖物一起浇铸，并且可成形为具有锥形边缘。在进一步的实施例中，已经发现添加氧化试剂(诸如，过氧化氢)和任选的表面活性剂能够提供发泡的粘结剂。此类发泡粘结剂或组合物提供了改善的表面光滑度，其在一些应用(例如，所有的板)中可能是有利的(图3(h))
在浇铸之后和干燥之前或期间，可以用手或机械压缩组合物或粘结剂，以提高其密度并且使其更易于机加工。可以在衬里(诸如天然纤维或网)之间浇铸或模制组合物或粘结剂，以改善机械性能。同样地，在干燥期间或之后，可出于相同的目的将涂层施加到组合物或粘结剂诸如纸片上。
本发明的组合物或粘结剂的透气性、高蒸汽渗透性和极低的热导率意味着它特别适合用作预浇铸或预制保温块或嵌板的材料。通过使用反应物、加入添加物和/或热处理进一步提高结构刚性，可以使该材料可用作结构、承重块或砖。设想到所有其他合适的用途。
就大麻-石灰形式的混凝土的生物可降解替代品而言，本发明的粘结剂或组合物的性能得到改善，或者至少与当前最佳替代品相当。然而，由于本发明的组合物的碳足迹极低，其提供了一种改善的环境友好替代品用于建筑和其他领域的许多方面。
实例
实例1-用硅酸钠粘结剂制造大麻复合材料
利用East Yorkshire Hemp Ltd提供的“HemBuild”大麻碎片作为骨料。该材料具有相对较宽的粒径分布，并且含有可测量数量的纤维(图1)。用作生物骨料的大麻碎片的典型规格为约10mm至30mm，合适地为20mm至25mm。
所使用的粘结剂是由Chemiphase 提供的40％液体硅酸钠。
浇铸模具的侧面由12mm酚醛树脂层制成，焊接钢网基座由3mm金属丝和22mmx22mm开放式网格制成。
根据表1制造了根据本发明的组合物的四种制剂：
制剂编号 大麻碎片(克) 40％液体硅酸钠(克) 去离子水(克)
1 500 500 1000
2 500 750 750
3 500 1 000 500
4 500 250 1250
表1：大麻-硅酸盐制剂
将硅酸钠加入水中并且充分混合，然后将其加入碎片中。然后将所得混合物在行星式混合器[Eibenstock Elektrowerkzeuge]中混合5分钟。
将形成的湿复合材料放入铸模中，用手将材料压入边缘，并且用适度的手压将模具填充到顶部。将顶部用一段木料敲掉。
将四个模具放入干燥/固化外壳中(图2)
将排风罩放在样本的顶部，以便将干燥空气引向外部(图2(b))。
使用风扇对固化机的下腔室加压，目的是迫使空气通过样品以将其强制干燥。空气的流速是可变的，但未测量。将流速设置为可用的最大值，但注意到一些“倒吹气”通过风扇的底部。
根据以下顺序将二氧化碳(CO2)注入下腔室(表2)。监测实验室中的CO2水平以确保安全。
表2：CO2注入时间
24小时后，移除排风罩，并且观察到样本3和4的顶面仍显示出较暗的材料斑块(湿气)。在空气压力下继续干燥另外12小时，直至所有样本的湿气迹象消失。
然后将样本脱模，进行检查并且称重(表3)
表3：结果
得出的结论是，所有样本都提供了良好的结果，并且样本3提供了与大麻-石灰相媲美的适当的坚固性，但碳足迹明显更低，并且在36小时内即可干燥，而大麻-石灰则需要数个月才能干燥。
实例2-用硅酸钠粘结剂制造大麻复合材料
制备了根据本发明的四种组合物(表4)。
将乙酸乙酯和三乙酸甘油酯用作反应物。
表4：大麻-硅酸盐制剂
将硅酸盐和选定的反应物在加入碎片中之前充分混合。然后将合并的混合物在行星式混合器[Eibenstock Elektrowerkzeuge]中进一步混合2至5分钟。粘结剂与生物骨料的比例(按质量计)如表4所示。比例可以在1：1到1∶2.5的范围内，优选比率为1∶1.5。
将形成的湿复合材料放入铸模中，用手将材料轻轻压入边缘，以消除空隙并且用适度的手压将模具填充到顶部。将顶部用一段木料敲掉。
该生物复合材料在8小时内凝固。初始制造后的水分含量为约30％。如实例1所述，通过将空气进一步吹过生物骨料12至24小时，可将水分含量降低至11％(与正常大气条件平衡)。此步骤为任选的，但可以使材料更快速稳定。干燥也可以在90℃的烘箱中进行，直至质量稳定(12小时)
对通过上述方法制备的样本(制剂5至8，表4)进行检查和称重(表5)。
制剂编号 密度(kg/m3) 压缩板密度(kg/m3)
5 200 -
6 21 0 41 5
7 21 0 -
8 230 420
表5：大麻-硅酸盐制剂密度结果
得出的结论是，制剂5至8产生了与大麻-石灰产品相媲美的良好的结果，其密度通常在275至800kg/m3之间，用于非结构用途的密度为约350kg/m3，并且用于预浇铸块的密度为约600kg/m3(Arizzi等人，2015.PLoS ONE 10(5)：e0125520，其内容通过引用并入本文。
与大麻-石灰相比，根据本发明的制剂具有以下优势，包括：与减少的能量需求相关联的大幅缩短的干燥时间以及由于使用非胶结粘结剂而产生的较低的碳足迹。发现制剂8将是最适合生产嵌板的制剂。
实例3：大麻-硅酸盐制剂的热性能和机械性能
评估制剂5-8的热性能和机械性能。
机械性能
根据EN 826：2013对材料机械性能中的压缩行为进行评估。以给定的位移速率垂直于方形切割试样的主面施加压缩力，并且计算由试样支撑的最大应力。当最大应力值对应于小于10％的应变时，将其指定为抗压强度并且报告相应的应变。如果在达到10％应变之前未观察到失效，则计算10％应变时的压应力，并且将其值报告为10％应变时的压应力。
试样的尺寸为150mm x 150mm x 150mm的立方体，并且使用带有50kN负荷传感器的Instron 3369单轴测试框架进行测试。使用10mm/min的位移速率和22mm厚的胶合板台板(图8)。
对各制剂的三个样本进行测试，平均结果和变异系数(在括号中)如表6所示。
测试后，合并各样本的样品，以便计算各制剂在测试时的水分含量(表6)。
表6：大麻-硅酸盐制剂的压缩性能
所有样品的失效模式都类似于破碎，导致样品分裂成单独的大麻碎片(图4)。样品在峰后行为中显示出假塑性。
热性能
根据EN 12939：2001，使用Fox Instrument的F600热流计对材料的热性能进行评估。该仪器的绝对热导率精度为±1％。在三种平均温度(10℃、20℃和30℃)下测量热导率，样本上的垂直梯度为20K。将样本储存在23℃和相对湿度为50％的环境室中，并且在测试前用塑料膜包裹，然后测量其质量以计算密度。
在19.3℃至21.8℃范围内的环境温度和38.4％至43.7％范围内的环境湿度下测量不同制剂的热导率(表7)。
厚度由热流计自动测量。测量质量变化，并且对于制剂8而言，质量变化并不显著，最大质量变化为0.22％。
表7：最佳大麻-硅酸盐制剂的热导率结果
热导率随温度变化的变异如图5所示。
在相似的密度下，制剂的机械强度显著大于现有技术产品(诸如大麻-石灰)，同时保持相似的热导率水平(参见例如以下文献中的表2：Shea等人，2012.Hygrothermalperformance of an experimental hemp-lime building，其内容通过引用并入本文；其中指出密度为220kg.m-3的大麻-石灰的典型热导率为0.06Wm-1K-1)。此外，复合材料的坚固性和耐磨性良好。
粘结剂围绕骨料颗粒而不被吸附的能力优于预期。这使得在形成制剂时无需加入水，从而改善干燥时间。
发现粘结剂和骨料所需的混合量极小。在大多数情况下，只需1至2分钟即可生成均匀的混合物。这比大麻-石灰所需的混合快得多。
实例4：大麻-硅酸盐嵌板产品的热性能和机械性能
板或嵌板产品通过在初始浇铸后将制剂5至8在200kPa至500kPa下持续压缩12小时来制备。
本实例中测试的板产品无任何纸质或其他材料(诸如粗麻布)的外层覆盖物，这些材料预计将进一步加强结构。此类产品被设想并且能够使用如本文所述的制剂通过标准技术轻松制得，参见例如实例5。
机械性能
根据EN 310：1993对嵌板机械性能中的挠曲行为进行评估。材料尺寸为50mm条带，并且使用带有50kN负荷传感器的Instron 3369单轴测试框架进行测试(图9)
对每个样品的三个样本进行弯曲，平均结果和变异系数(在括号中提供)如表8所示。根据EN 31 0，在最大应力的10％与40％之间计算弹性模量。在对嵌板进行测试后，合并各样本的样品，以便计算各嵌板在测试时的水分含量。
*“朝上”是指标准。选择一个假想面为“朝上”，对立面为“朝下”，从样本的不同部分切割两个样品。由浇铸不一致所导致的变异
表8：大麻-硅酸盐制剂嵌板的压缩性能
所有样品的失效模式都相似(图6)，其失效发生在张力侧。
热性能
根据EN 12939：2001，使用Fox Instrument的F600热流计对材料的热性能进行评估。在21.0℃至22.2℃范围内的环境温度和38.5％至39.0％范围内的环境湿度下测量由不同制剂制成的嵌板样品的热导率(表9)。热导率随温度变化的变异如图7所示。厚度由热流计自动测量。未观察到厚度和体积的变化。测量质量变化，并且对于制剂6而言，质量变化并不显著，最大质量变化为0.34％。
表9：最佳大麻-硅酸盐制剂嵌板的热导率结果
该嵌板的热导率远低于密度相似的大麻-石灰嵌板，这使得该产品适合用作保温嵌板。
实例5：板产品的成型
板产品被制造成具有基于如本文所述的硅酸盐-生物骨料芯的芯并且在单个面上衬有纸。
使用的模具尺寸为350mm x 350mm，并且模架成型为锥形。模架衬有用水润湿的1000gsm纸，以使其符合模具的形状。在模架的前部和后部提供3cm悬伸部。
将31 7g硅酸钠、24g三乙酸甘油酯和4gAER5混合30秒。然后加入8g过氧化氢并且进一步混合10秒，然后立即将混合物倒入模架中并且均匀铺展。该混合物在5分钟内凝固并且开始起泡。
然后将480g大麻碎片与840g硅酸钠和42g三乙酸甘油酯混合1至2分钟，直至所有碎片材料均匀地涂覆粘结剂。将混合物铺展到模具中先前固定的发泡粘结剂上，并且使其平滑到合适的位置以保持均匀的厚度。然后将悬伸的纸折回复合材料的顶部。
向板施加400kPa压力持续4小时
然后将板产品脱模并且用流动空气或在90℃的烘箱中干燥。可在板的顶部放置通风的重物，以确保其在干燥期间不发生卷曲。
初始复合材料厚度约25至30mm。最终板厚度为大约15mm
板产品具有光滑的外表面，并且可用作干燥的衬板，用于施涂灰泥或其他墙面砂浆或涂蒸汽可透过的涂料。(图3(g)和(h))。
任选地，板产品可用纸质外覆盖物浇筑，并且可被成形为具有可以在浇筑过程中形成的锥形边缘。
实例6-制造不包含反应物的大麻复合材料
根据表10制造根据本发明的大麻复合材料制剂。
表10：不包含反应物的大麻-硅酸盐制剂
将组合物在行星式混合器[Eibenstock Elektrowerkzeuge]中混合2至3分钟，然后将混合后的复合材料放入铸模中并且用镘刀将表面抹平(图10)。
将含有混合后的组合物的模具在16℃下以开放状态放置过夜，并且使混合后的复合材料凝固。
将样本脱模，观察到它具有带尖锐凸起的牢固装置(图11)。此外，样本的表面上有轻微的光泽。
将样本在脱模后称重，并且在接下来两天的另外两个时间点称重(表11；和图12)。脱模后，将样本底部朝上放置并且用流动空气干燥。此外，在样本的顶部放置通风的重物，以确保其在干燥期间不发生卷曲。
表11：不包含反应物的大麻-硅酸盐制剂在干燥过程期间的质量、水分和密度结果。
发现样本在脱模后24小时内完全平衡。
由于不使用反应物，该样本从制造成本低于其他制剂中获益。
该制剂的一个好处是它可逆。凝固的硅酸钠(水玻璃)可以从组合物中溶出并且进行回收；类似地，剩余的大麻碎片可经由干燥进行回收。
其他制剂在确保在高湿度或水暴露期间保持结构完整性方面可能更可取。
基于上述制剂5至8的另外的实例
1.根据本发明的低密度组合物通过在模塑时使用最小压实或不压实或压缩来制备。这导致保温材料的干密度范围为150kg/m3至300kg/m3，通常为195kg/m3。热导率在0.065至0.085wm-1K-1的范围内。抗压强度在0.1至0.2MPa的范围内。
2.根据本发明的较高密度的组合物通过用在100与200kPa之间的载荷压缩来制备，以形成厚度范围为15mm至50mm(通常为25mm)的刚性底灰载体板。干密度范围为400至500kg/m3，通常为450kg/m3。热导率在0.085至0.095Wm-1K-1的范围内。抗弯强度在0.5至1.1MPa的范围内
3.根据本发明的高密度复合组合物通过用高达400kPa的载荷压缩并且用纸作衬里来制备，以形成厚度范围为8mm至20mm(通常为12.5mm)的石膏板。通常使用细(＜3mm)大麻碎片。为改善表面光滑度，复合材料可包含1至3mm的粘结剂表面层(在纸与碎片之间)，其中添加2.5％过氧化氢(0.5％至5％)，允许其在加入生物复合材料之前固化5分钟。这样形成光滑的耐火层，该耐火层在压缩后抗生物复合材料渗透。
4.根据本发明的中等密度组合物通过用高达400kPa的载荷压缩来制备，以产生抗压强度高达1MPa(通常为0.4MPa)并且干密度为300至500kg/m3的复合建筑砌块。(通常为350kg/m3)。脱模之前的压缩时间预计短至1分钟。
5.根据本发明的组合物包含90％至100％的用底灰网增强的粘结剂，其中添加有0.5％至5％、合适地2.5％的过氧化氢。将其铺在纸上并使其凝固和膨胀长达3小时，以形成防火轻质保温板。
在所有情况下，添加过氧化氢都将加快凝固时间，并且可用于更快速地脱模，从而加快生产速度。
尽管本文已经详细公开了本发明的特定实施例，但是其仅以举例的方式并且仅出于说明的目的公开。上述实施例并非旨在限制本发明的范围。本发明人设想到，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明进行各种替换、更改和修改。

Claims (99)

1.一种组合物，其包含：
a.包含硅酸盐的粘结剂；和
b.生物骨料；
其中所述粘结剂包含基于所述粘结剂的总重量计的至少50重量％的所述硅酸盐。
2.根据权利要求1所述的组合物，其中所述硅酸盐选自由以下项组成的组：硅酸钠；硅酸钾；以及它们的组合。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的组合物，其中所述硅酸盐为硅酸钠。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的组合物，其中所述生物骨料选自由以下项组成的组：大麻碎片；亚麻碎片；切碎的向日葵茎秆；切碎的谷类秸秆；软木颗粒；玉米芯颗粒；木片；以及它们的混合物。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的组合物，其中所述生物骨料为大麻碎片。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的组合物，其中所述粘结剂以基于所述组合物的总重量计的5重量％至95重量％的量存在，并且所述生物骨料以基于所述组合物的总重量计的95重量％至5重量％的量存在。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的组合物，其中所述粘结剂包含基于所述粘结剂的总重量计的至少70重量％的所述硅酸盐。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的组合物，其中所述粘结剂包含基于所述粘结剂的总重量计的至少85重量％的所述硅酸盐。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的组合物，其中所述粘结剂进一步包含与所述硅酸盐发生化学反应的反应物。
10.根据权利要求9所述的组合物，其中所述反应物选自由以下项组成的组：二氧化碳；碳酸；氯化钙；氯化镁；碳酸镁；硫酸镁；硫酸铝；甲酰胺(2％至10％)；碳酸氢钠；铝酸钠；乙二醛；乙酸乙酯；和三乙酸甘油酯。
11.根据权利要求10所述的组合物，其中所述反应物为乙酸乙酯或三乙酸甘油酯。
12.根据权利要求9至11所述的组合物，其中所述粘结剂包含基于所述粘结剂的总重量计的在0.5重量％至20重量％之间的所述反应物。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的组合物，其中所述粘结剂包含基于所述粘结剂的总重量计的至少70重量％的所述硅酸盐和所述反应物。
14.根据权利要求9至12中任一项所述的组合物，其中所述粘结剂包含基于所述粘结剂的总重量计的至少85重量％的所述硅酸盐和所述反应物。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的组合物，其中所述粘结剂进一步包含氧化剂。
16.根据权利要求15所述的组合物，其中所述氧化剂为过氧化氢。
17.根据权利要求15或权利要求16所述的组合物，其中所述粘结剂包含基于所述粘结剂的总重量计的在0.5重量％至15重量％之间的所述氧化剂。
18.根据权利要求1至17中任一项所述的组合物，其中所述粘结剂进一步包含表面活性剂。
19.根据权利要求18所述的组合物，其中所述表面活性剂选自由以下项组成的组：AER5和烷基磺酸盐。
20.根据权利要求18或权利要求19所述的组合物，其中所述粘结剂包含基于所述粘结剂的总重量计的在1重量％至10重量％之间的所述表面活性剂中的一种或多种。
21.根据权利要求1至20中任一项所述的组合物，其中所述组合物包含基于所述组合物的总重量计的在0.1重量％至20重量％之间的一种或多种添加物。
22.根据权利要求1至21中任一项所述的组合物，其中所述组合物是生物可降解的。
23.根据权利要求1至22中任一项所述的组合物，其中所述粘结剂具有每立方米组合物小于20kg CO2e的碳足迹。
24.一种组合物，其包含：
a.粘结剂，其包含硅酸钠以及选自由乙酸乙酯和三乙酸甘油酯组成的组的反应物；以及
b.生物骨料；
其中所述粘结剂包含基于所述粘结剂的总重量计的至少50重量％的所述硅酸盐。
25.根据权利要求24所述的组合物，其中所述反应物为三乙酸甘油酯。
26.一种组合物，其包含：
a.粘结剂，其包含：
i.硅酸盐；
ii.反应物；
iii.氧化剂；
iv.表面活性剂；和
b.生物骨料；
其中所述粘结剂包含基于所述粘结剂的总重量计的至少50重量％的所述硅酸盐。
27.根据权利要求26所述的组合物，其中所述硅酸盐、所述反应物、所述氧化剂和所述表面活性剂的重量比为大约100∶7.5∶2.5∶4。
28.根据权利要求26或权利要求27所述的组合物，其中：
a.所述硅酸盐为硅酸钠；
b.所述反应物为乙酸乙酯或三乙酸甘油酯；
c.所述氧化剂为过氧化氢；并且/或者
d.所述表面活性剂为AER5或烷基磺酸盐。
29.一种在根据权利要求1至28所述的组合物中使用的硅酸盐粘结剂，其中所述粘结剂包含基于所述粘结剂的总重量计的至少50重量％的硅酸盐。
30.根据权利要求29所述的硅酸盐粘结剂，其中所述粘结剂包含基于所述粘结剂的总重量计的至少70重量％的所述硅酸盐。
31.根据权利要求29所述的硅酸盐粘结剂，其中所述粘结剂包含基于所述粘结剂的总重量计的至少85重量％的所述硅酸盐。
32.根据权利要求29至31中任一项所述的硅酸盐粘结剂，其进一步包含：
a.反应物；
b.氧化剂；和/或
c.表面活性剂
33.根据权利要求32所述的硅酸盐粘结剂，其中：
a.所述硅酸盐为硅酸钠；
b.所述反应物为乙酸乙酯或三乙酸甘油酯；
c.所述氧化剂为过氧化氢；并且/或者
d.所述表面活性剂为AER5或烷基磺酸盐。
34.一种产品，其包含：
a.根据权利要求29至33中任一项所述的粘结剂；
b.增强组分。
35.根据权利要求34所述的产品，其中所述产品为轻质保温板产品。
36.根据权利要求34或权利要求35所述的产品，其中所述增强组分选自由以下项组成的组：织造纤维；非织造纤维；网格片材；和杆。
37.根据权利要求36所述的产品，其中所述增强组分为网格增强片材。
38.根据权利要求34至37中任一项所述的产品，其中所述增强组分嵌入在所述产品内和/或在所述产品的表面上。
39.根据权利要求34至38中任一项所述的产品，其进一步包含：
c.在所述产品的至少一个面上的衬里。
40.根据权利要求34至39中任一项所述的产品，其中所述衬里由纸形成。
41.根据权利要求34至40中任一项所述的产品，其中所述板产品包含一层或多层粘结剂。
42.根据权利要求34至41中任一项所述的产品，其中所述板产品进一步包含基于所述产品的总重量计的至多10重量％的生物骨料。
43.根据权利要求34至42中任一项所述的产品，其中所述氧化剂以基于所述粘结剂的总重量计的大约0.5重量％至大约5重量％的量存在。
44.一种制备根据权利要求1至28中任一项所述的组合物的方法，所述方法包括以下步骤：
a.合并包含硅酸盐的粘结剂、生物骨料，以提供浆料；
b.混合所述浆料，以提供混合物；
c.使所述混合物凝固，以提供所述组合物。
其中所述粘结剂包含基于所述粘结剂的总重量计的至少50重量％的所述硅酸盐。
45.根据权利要求44所述的方法，其中所述硅酸盐选自由以下项组成的组：硅酸钠；硅酸钾；以及它们的组合。
46.根据权利要求44或权利要求45所述的方法，其中所述硅酸盐为硅酸钠。
47.根据权利要求44至46中任一项所述的方法，其中所述生物骨料选自由以下项组成的组：大麻碎片亚麻碎片；切碎的向日葵茎秆；切碎的谷类秸秆；软木颗粒；玉米芯颗粒；木片；以及它们的混合物。
48.根据权利要求44到47中任一项所述的方法，其中所述生物骨料为大麻碎片。
49.根据权利要求44至48中任一项所述的方法，其中所述粘结剂以基于所述组合物的总重量计的5重量％至95重量％的量存在，并且所述生物骨料以基于所述组合物的总重量计的95重量％至5重量％的量存在。
50.根据权利要求44至49中任一项所述的方法，其中所述粘结剂包含基于所述粘结剂的总重量计的至少70重量％的所述硅酸盐。
51.根据权利要求44至50中任一项所述的方法，其中所述粘结剂包含基于所述粘结剂的总重量计的至少85重量％的所述硅酸盐。
52.根据权利要求44至51中任一项所述的方法，其中所述粘结剂进一步包含与所述硅酸盐发生化学反应的反应物。
53.根据权利要求52所述的方法，其中所述反应物选自由以下项组成的组：二氧化碳；碳酸；氯化钙；氯化镁；碳酸镁；硫酸镁；硫酸铝；甲酰胺(2％至10％)；碳酸氢钠；铝酸钠；乙二醛；乙酸乙酯；和三乙酸甘油酯。
54.根据权利要求53所述的方法，其中所述反应物为乙酸乙酯或三乙酸甘油酯。
55.根据权利要求44至54中任一项所述的方法，其中所述粘结剂包含基于所述粘结剂的总重量计的在0.5重量％至20重量％之间的所述反应物。
56.根据权利要求52至55中任一项所述的方法，其中所述粘结剂包含基于所述粘结剂的总重量计的至少70重量％的所述硅酸盐和所述反应物。
57.根据权利要求52至56中任一项所述的方法，其中所述粘结剂包含基于所述粘结剂的总重量计的至少85重量％的所述硅酸盐和所述反应物。
58.根据权利要求44至57中任一项所述的方法，其中所述粘结剂进一步包含氧化剂。
59.根据权利要求58所述的方法，其中所述氧化剂为过氧化氢。
60.根据权利要求58或权利要求59所述的方法，其中所述粘结剂包含基于所述粘结剂的总重量计的在0.5重量％至15重量％之间的所述氧化剂中的一种或多种。
61.根据权利要求58至60中任一项所述的方法，其中所述粘结剂进一步包含表面活性剂。
62.根据权利要求61所述的方法，其中所述表面活性剂选自由以下项组成的组：AER5和烷基磺酸盐。
63.根据权利要求61或权利要求62所述的方法，其中所述粘结剂包含基于所述粘结剂的总重量计的在1重量％至10重量％之间的所述表面活性剂中的一种或多种。
64.根据权利要求44至63中任一项所述的方法，其中在步骤(c)之后，所述方法包括：
d.使所述组合物脱水。
65.根据权利要求64所述的方法，其中步骤(d)中的所述脱水通过迫使空气通过所述组合物来进行。
66.根据权利要求64或权利要求65所述的方法，其中所述脱水在12小时至48小时内完成。
67.根据权利要求64至66中任一项所述的方法，其中在干燥期间将二氧化碳送入所述组合物中。
68.根据权利要求64至67中任一项所述的方法，其中在脱水后，使所述组合物在升高的温度固化。
69.根据权利要求68所述的方法，其中所述升高的温度在80℃至200℃之间。
70.根据权利要求64至69中任一项所述的方法，其中将所述混合物在步骤(c)中的凝固之前或期间压缩。
71.根据权利要求70所述的方法，其中将所述混合物在200kPa至500kPa之间的压力下压缩。
72.根据权利要求70或权利要求71所述的方法，其中将所述组合物压缩介于1分钟与8小时之间。
73.一种制备根据权利要求29至33中任一项所述的硅酸盐粘结剂的方法，所述方法包括以下步骤：
a.提供包含硅酸盐的粘结剂作为浆料；
b.混合所述浆料，以提供混合物；
c.使所述混合物凝固，以提供所述硅酸盐粘结剂。
其中所述粘结剂包含基于所述粘结剂的总重量计的至少50重量％的所述硅酸盐。
74.根据权利要求73所述的方法，其中所述硅酸盐选自由以下项组成的组：硅酸钠、硅酸钾以及它们的组合。
75.根据权利要求73或权利要求74所述的方法，其中所述硅酸盐为硅酸钠。
76.根据权利要求73至75中任一项所述的方法，其中所述粘结剂包含基于所述粘结剂的总重量计的至少70重量％的所述硅酸盐。
77.根据权利要求73至76中任一项所述的方法，其中所述粘结剂包含基于所述粘结剂的总重量计的至少85重量％的所述硅酸盐。
78.根据权利要求73至75中任一项所述的方法，其中所述粘结剂进一步包含与所述硅酸盐发生化学反应的反应物。
79.根据权利要求73至78中任一项所述的方法，其中所述反应物选自由以下项组成的组：二氧化碳；碳酸；氯化钙；氯化镁；碳酸镁；硫酸镁；硫酸铝；甲酰胺(2％至10％)；碳酸氢钠；铝酸钠；乙二醛；乙酸乙酯；和三乙酸甘油酯。
80.根据权利要求79所述的方法，其中所述反应物为乙酸乙酯或三乙酸甘油酯。
81.根据权利要求76至80中任一项所述的方法，其中所述粘结剂包含基于所述粘结剂的总重量计的在0.5重量％至20重量％之间的所述反应物。
82.根据权利要求73至81中任一项所述的方法，其中所述粘结剂包含基于所述粘结剂的总重量计的至少70重量％的所述硅酸盐和所述反应物。
83.根据权利要求73至82中任一项所述的方法，其中所述粘结剂包含基于所述粘结剂的总重量计的至少85重量％的所述硅酸盐和所述反应物。
84.根据权利要求73至83中任一项所述的方法，其中所述粘结剂进一步包含氧化剂。
85.根据权利要求84所述的方法，其中所述氧化剂为过氧化氢。
86.根据权利要求84或权利要求85所述的方法，其中所述粘结剂包含基于所述粘结剂的总重量计的在0.5重量％至15重量％之间的所述氧化剂中的一种或多种。
87.根据权利要求78至86中任一项所述的方法，其中所述粘结剂进一步包含表面活性剂。
88.根据权利要求87所述的方法，其中所述表面活性剂选自由以下项组成的组：AER5和烷基磺酸盐。
89.根据权利要求87或权利要求88所述的方法，其中所述粘结剂包含基于所述粘结剂的总重量计的在1重量％至10重量％之间的所述表面活性剂中的一种或多种。
90.根据权利要求73至89中任一项所述的方法，其中在步骤(c)之后，所述方法包括：
d.使所述硅酸盐粘结剂脱水。
91.一种由根据权利要求1至28所述的组合物、根据权利要求29至33所述的硅酸盐粘结剂或通过根据权利要求40至90所述的方法形成的产品。
92.根据权利要求91所述的产品，其中所述产品选自由以下项组成的组：保温块；保温嵌板；片材；板；和骨架外墙。
93.根据权利要求91或权利要求92所述的产品，其中所述产品在至少一个表面上具有片材外层。
94.根据权利要求93所述的产品，其中所述片材选自由以下项组成的组：纸；粗麻布；布；织造织物；非织造织物；和生物基网。
95.根据权利要求1至28所述的组合物、根据权利要求29至33所述的硅酸盐粘结剂或根据权利要求91至94所述的产品在建筑中的用途。
96.根据权利要求1至28所述的组合物、根据权利要求29至33所述的硅酸盐粘结剂或根据权利要求91至94所述的产品作为保温材料的用途。
97.根据权利要求1至28所述的组合物、根据权利要求29至33所述的硅酸盐粘结剂或根据权利要求91至94所述的产品作为保温块的用途。
98.根据权利要求1至28所述的组合物、根据权利要求29至33所述的硅酸盐粘结剂或根据权利要求91至94所述的产品作为墙板的用途。
99.根据权利要求98所述的用途，其中所述墙板选自由以下项组成的组：底灰载体；和石膏板。
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