專利名稱：一種纖維石膏生態(tài)木材及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種建筑材料，具體地說是一種纖維石膏生態(tài)木材及生產(chǎn)方法的制備技術(shù)。
背景技術(shù)：
我國是世界上木材資源相對短缺的國家，據(jù)國家最新統(tǒng)計(jì)資料顯示，我國人均占有森林面積的數(shù)量僅為世界人均水平的21. 3%，人均森林蓄積量僅為世界人均水平的八分之一。另據(jù)資料顯示，我國人均木材消耗量為0. 22m3，世界平均為0. 65m3，發(fā)達(dá)國家平均為 1. 16m3，2010年木材供應(yīng)缺口將達(dá)6000萬m3。面對嚴(yán)峻形勢和我國林業(yè)政策的調(diào)整，隨著國家天然林保護(hù)工程的實(shí)施，木材供應(yīng)不足的局面將繼續(xù)下去，充分利用代木資源，勢在必行。植物纖維諸如秸稈、甘蔗、鋸末等是自然界中最為豐富而且可以再生的生物質(zhì)資源。公知的植物纖維資源化技術(shù)方案中，比較有代表性的技術(shù)有如下幾種人造板(纖維板、刨花板、層板)、造紙，從木材資源的市場缺乏直接導(dǎo)向?yàn)槟静睦檬侵参锢w維資源利用的主要途徑，開發(fā)成本低廉、性能優(yōu)越穩(wěn)定、綠色環(huán)保的生態(tài)仿木材技術(shù)是緩解木材缺乏、植物纖維資源化利用的發(fā)展趨勢。目前國內(nèi)生產(chǎn)的各種人造木材主要有三種類型一是以熱固性聚合物如脲醛樹脂、酚醛樹脂為粘接劑的人造木材；二是以水泥、石膏、菱鎂土為粘接劑的刨花板；三是以熱塑性聚合物如聚乙烯、聚氯乙烯為代表的木塑材料。以熱固性樹脂基人造板以脲醛樹脂、酚醛樹脂為粘接劑而存在游離甲醛與游離酚污染問題；以熱塑性聚合物為基料的木塑材料由于老化、降解以及層析而導(dǎo)致氯氣析出散發(fā)，皆不符合人類健康要求，其制品應(yīng)用領(lǐng)域存在局限性。以無機(jī)材料水泥、石膏、菱鎂土為粘接劑，植物纖維作增強(qiáng)材料，添加適量復(fù)合添加劑制備的無機(jī)一植物纖維刨花板具有輕質(zhì)、隔聲、隔熱、防火的建筑功能以及木材良好的機(jī)械加工性能，可釘、可鋸、可刨等，裝配方便，其中石膏基特有的環(huán)境功能性賦予材料更具競爭力。CN2006100383.5在工藝方面以加壓時(shí)給以適當(dāng)?shù)臏囟葪l件，解決了現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝中生產(chǎn)空心石膏刨花板中縮短其加壓固化時(shí)間、提高物理力學(xué)性能的難題。 CN01130495. 2以蔗渣代替木質(zhì)刨花，石膏基比例達(dá)到75%，蔗渣比例為21%，采用壓制成型， 擴(kuò)展了植物纖維的種類及利用。國內(nèi)外的研究主要包括對工藝參數(shù)、原料、添加劑的調(diào)整以提高石膏刨花板的性能，通過木膏比和水膏比的研究以及溫度對石膏水化和凝固硬化過程影響的研究，主要存在的問題包括兩方面第一，石膏基膠凝組分強(qiáng)度低，通過礦物摻合料改性增強(qiáng)；第二，石膏基膠凝組分與植物纖維界面結(jié)合力差、植物纖維摻量低，產(chǎn)品木質(zhì)化程度不顯著，基于此，目前的技術(shù)都是通過偶聯(lián)劑來實(shí)現(xiàn)無機(jī)填料和有機(jī)高分子之間的“分子橋”，如硅烷、鈦酸酯偶聯(lián)劑的使用增加植物剩余物與石膏基的相容性，降低界面的自由能，但若植物剩余物大多經(jīng)過較長時(shí)間的自然堆放，結(jié)構(gòu)中芳香基、羥基、羰基、羧基甲氧基等共軛雙鍵活性基團(tuán)的鈍化，喪失偶聯(lián)劑作用效果。與現(xiàn)有專利文件以及研究現(xiàn)狀對比，本專利以半水硫酸鈣的水化反應(yīng)為原材料的組合機(jī)理，借助連續(xù)的輥壓成型方式，以半水硫酸鈣水化理論所需反應(yīng)水為成型水，在微觀結(jié)構(gòu)層面上形成致密的硫酸鈣網(wǎng)絡(luò)晶體，宏觀上表現(xiàn)出良好的物理力學(xué)性能。綜上所述，以半水硫酸鈣為無機(jī)膠凝組分，以植物纖維為增強(qiáng)相制備纖維石膏生態(tài)木材是緩解木材緊缺、植物纖維資源化利用的發(fā)展趨勢。公知專利及技術(shù)存在從微觀結(jié)構(gòu)、水化機(jī)理、成型方式等本質(zhì)層面的空乏。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種纖維石膏生態(tài)木材及制備方法，在微觀結(jié)構(gòu)層面上形成致密的硫酸鈣網(wǎng)絡(luò)晶體，宏觀上表現(xiàn)出良好的物理力學(xué)性能。以替代日漸稀缺的天然木材和非環(huán)保性的人造木材，從而為生態(tài)環(huán)境良性循環(huán)和資源永續(xù)不衰提供技術(shù)支撐。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)其發(fā)明目的，一種纖維石膏生態(tài)木材，其特征在于 采用如下組分的原料和重量比配方制的
半水硫酸鈣可分散植物纖維化學(xué)助劑清水=100 6. 0 20. 0 :2 3. 6 :18. 63
20 ；
1)半水硫酸鈣為天然α型、天然β型、工業(yè)α型、工業(yè)β型中的一種或幾種；
2)可分散植物纖維為蔗渣、鋸末、玉米秸稈中的一種或幾種；
3)化學(xué)助劑組分為乙烯/醋酸乙烯酯共聚物的水溶性可分散粉、防水硅粉、硫鋁酸鈉、檸檬酸鉀按其重量比1: 1 :0. 05 0.08:0. 03 0.05復(fù)配而得；
4)清水以半水硫酸鈣水化所需反應(yīng)水為成型用水，根據(jù)其半水硫酸鈣的含水量微量調(diào)整。如上所述的一種纖維石膏生態(tài)木材，其特征在于所述植物纖維是經(jīng)過經(jīng)無機(jī)鹽及堿液蒸煮浸澤，表面鈍化基團(tuán)瓦解的植物纖維。裸露出活性基團(tuán)，其基體與植物纖維界面存在有機(jī)共軛基團(tuán)的鍵橋，而非單一的物理搭接。通過處理劑的浸泡蒸煮，有效提高了兩者的相容性，界面結(jié)合更為穩(wěn)定。一種纖維石膏生態(tài)木材的制備方法，其特征在于用上述原材料及重量比配方，按如下步驟完成
1)原材料預(yù)處理植物纖維破碎處理或以噴射切斷為長度5 12mm、寬度0. 5 5 mm、厚度0. 1 5 mm的碎屑或短絲形狀，直接使用硅酸鈉、碳酸鈉、石灰、硫酸鋁、硫酸鋁鉀中的一種或幾種處理劑的水溶液浸泡蒸煮2小時(shí)后離心脫水干燥至含水率< 3. 5%。處理劑的用量為植物纖維的0. 5 3%，處理劑水溶液濃度為0. 01 5%，浸煮溫度為室溫至沸騰 (96°C)；
2)計(jì)量攪拌半水硫酸鈣、可分散植物纖維、化學(xué)助劑按上述重量配比分別計(jì)量后預(yù)混合為標(biāo)準(zhǔn)粉料；
3)半濕料攪拌標(biāo)準(zhǔn)粉體、清水精確連續(xù)計(jì)量進(jìn)入連續(xù)混料裝置，在強(qiáng)制連續(xù)螺桿推進(jìn)式攪拌機(jī)內(nèi)混合均勻成半濕狀混合料；
4)輥壓成型以半水硫酸鈣水化反應(yīng)所需的理論用水為成型用水，以半水硫酸鈣水化時(shí)間為成型時(shí)間進(jìn)行輥壓，即以半水硫酸鈣的水化反應(yīng)為成型機(jī)理，輥壓壓強(qiáng)0. 1 3. 0兆帕；
5)切割打磨脈沖輥在成型試樣表面同步滾動，達(dá)到產(chǎn)品設(shè)定規(guī)格時(shí)發(fā)出脈沖訊號進(jìn)行切割處理，切割樣分別進(jìn)入打磨臺進(jìn)行打磨處理；6)干燥拋光進(jìn)入隧道式干燥窯進(jìn)行干燥，要求制品含水率< 3. 0%后進(jìn)入拋光臺進(jìn)行拋光處理。本發(fā)明的纖維石膏生態(tài)木材不以水泥、樹脂或塑料為粘結(jié)劑，充分保留石膏基、植物纖維材料固有的可塑性、環(huán)保功能性，沒有高溫?zé)崛劭量坦に嚭陀卸疚镔|(zhì)存在和釋放，避免植物纖維的高溫?zé)崾?，其連續(xù)輥壓成型的實(shí)芯板材，更具有鋸、釘、刨木感質(zhì)感，具有成本低廉、保護(hù)環(huán)境、節(jié)約天然資源等優(yōu)勢。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例的工藝流程圖2是本發(fā)明實(shí)施例的半水硫酸鈣水化產(chǎn)物的微觀晶體圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對發(fā)明作進(jìn)一步說明。實(shí)施例1
1、重量配方組成
1)半水硫酸鈣β-型脫硫半水石膏80份、α -脫硫半水石膏20份；
2)植物纖維蔗渣20份；
3)化學(xué)助劑水溶性可分散粉1.0份、防水硅粉1. 0份、硫鋁酸鈉0. 05份、檸檬酸鉀 0. 03 份；
4)清水18. 75份。2、生產(chǎn)制備工藝
(1)原材料預(yù)處理蔗渣破碎為長度5 12 mm、寬度0. 5 5 mm、厚度0. 1 5 mm的碎屑或短絲形狀，直接使用硅酸鈉、石灰的水溶液浸泡蒸煮2小時(shí)后離心脫水至濕含量為20 25%。(2)計(jì)量攪拌β -型脫硫半水石膏80份、α -脫硫半水石膏20份、蔗渣20份、化學(xué)助劑2. 08份分別精確計(jì)量后于攪拌機(jī)內(nèi)混合攪拌為標(biāo)準(zhǔn)粉料；
(3)混合強(qiáng)制攪拌由螺旋輸送標(biāo)準(zhǔn)粉料、流量泵連續(xù)計(jì)量清水，螺旋攪拌推送標(biāo)準(zhǔn)半濕混合料，攪拌時(shí)間10 25秒；
(4)壓制成型連續(xù)輥壓成型，壓強(qiáng)0.6 3. 0兆帕；
(5)切割打磨脈沖輥在成型試樣表面同步滾動，達(dá)到產(chǎn)品設(shè)定規(guī)格時(shí)發(fā)出脈沖訊號進(jìn)行切割處理，切割樣分別進(jìn)入打磨臺進(jìn)行打磨處理；
(6)干燥拋光制品采用自然干燥或者干燥窯烘干干燥，自然干燥方式3 5天，干燥窯烘干方式其干燥溫度設(shè)定為50 65°C，干燥10 12小時(shí)，當(dāng)含水率小于3. 5 (重量)% 時(shí)成為半成品進(jìn)入拋光臺進(jìn)行拋光處理。實(shí)施例2: 1、重量配方組成
1)半水硫酸鈣β-型脫硫半水石膏100份；
2)植物纖維蔗渣20份；
3)化學(xué)助劑水溶性可分散粉1.0份、防水硅粉1. 0份、硫鋁酸鈉0. 08份、檸檬酸鉀0. 05 份；
4)清水20份。2、生產(chǎn)制備工藝
(1)原材料預(yù)處理蔗渣破碎為長度5 12 mm、寬度0. 5 5 mm、厚度0. 1 5 mm的碎屑或短絲形狀，直接使用硅酸鈉、石灰的水溶液浸泡蒸煮2小時(shí)后離心脫水至濕含量為20 25%。(2)計(jì)量攪拌β -型脫硫半水石膏100份、蔗渣20份、化學(xué)助劑2. 13份分別精確計(jì)量后于攪拌機(jī)內(nèi)混合攪拌為標(biāo)準(zhǔn)粉料；
(3)混合強(qiáng)制攪拌由螺旋輸送標(biāo)準(zhǔn)粉料、流量泵連續(xù)計(jì)量清水，螺旋攪拌推送標(biāo)準(zhǔn)半濕混合料，攪拌時(shí)間10 25秒；
(4)壓制成型連續(xù)輥壓成型，壓強(qiáng)2.0 3. 0兆帕；
(5)切割打磨脈沖輥在成型試樣表面同步滾動，達(dá)到產(chǎn)品設(shè)定規(guī)格時(shí)發(fā)出脈沖訊號進(jìn)行切割處理，切割樣分別進(jìn)入打磨臺進(jìn)行打磨處理；
(6)干燥拋光制品采用自然干燥或者干燥窯烘干干燥，自然干燥方式3 5天，干燥窯烘干方式其干燥溫度設(shè)定為50 65°C，干燥10 12小時(shí)，當(dāng)含水率小于3. 5 (重量)% 時(shí)成為半成品進(jìn)入拋光臺進(jìn)行拋光處理。實(shí)施例3: 1、重量配方組成
1)半水硫酸鈣α-型脫硫半水石膏100份；
2)植物纖維蔗渣12份、鋸末8份；
3)化學(xué)助劑水溶性可分散粉0.8份、防水硅粉0. 8份、硫鋁酸鈉0. 05份、檸檬酸鉀 0. 03 份；
4)清水19. 17份。2、生產(chǎn)制備工藝
(1)原材料預(yù)處理蔗渣破碎為長度5 12 mm、寬度0. 5 5 mm、厚度0. 1 5 mm的碎屑或短絲形狀，鋸末直接使用，兩者按配比計(jì)量完畢后，直接使用硅酸鈉、石灰的水溶液浸泡蒸煮2小時(shí)后離心脫水至濕含量為20 25%。(2)計(jì)量攪拌α -型脫硫半水石膏100份、蔗渣12份、鋸末8份、化學(xué)助劑1. 68 份分別精確計(jì)量后于攪拌機(jī)內(nèi)混合攪拌為標(biāo)準(zhǔn)粉料；
(3)混合強(qiáng)制攪拌由螺旋輸送標(biāo)準(zhǔn)粉料、流量泵連續(xù)計(jì)量清水，螺旋攪拌推送標(biāo)準(zhǔn)半濕混合料，攪拌時(shí)間10 25秒；
(4)壓制成型連續(xù)輥壓成型，壓強(qiáng)2.0 3. 0兆帕；
(5)切割打磨脈沖輥在成型試樣表面同步滾動，達(dá)到產(chǎn)品設(shè)定規(guī)格時(shí)發(fā)出脈沖訊號進(jìn)行切割處理，切割樣分別進(jìn)入打磨臺進(jìn)行打磨處理；
(6)干燥拋光制品采用自然干燥或者干燥窯烘干干燥，自然干燥方式3 5天，干燥窯烘干方式其干燥溫度設(shè)定為50 65°C，干燥10 12小時(shí)，當(dāng)含水率小于3. 5 (重量)% 時(shí)成為半成品進(jìn)入拋光臺進(jìn)行拋光處理。本實(shí)施例的半水硫酸鈣水化產(chǎn)物的微觀晶體圖如圖2所示，其顯微倍數(shù)是5000 倍，從圖中可以看出，硫酸鈣水化晶體的外觀形貌由纖維柱狀轉(zhuǎn)晶為板狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其晶體大小約為30X30 μ m，長徑比為0. 8 1. 2，晶體與晶體之間不是簡單的物理堆砌搭接，而是呈相互連生、相互咬合，形成“近程分散、遠(yuǎn)程連續(xù)”的致密網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)的半水硫酸鈣水化產(chǎn)物微觀晶體結(jié)構(gòu)相比，晶體形貌更為粗狀、長徑比小而更為穩(wěn)定、晶體分布更為緊密；與硅酸鈣水化產(chǎn)物的微觀晶體結(jié)構(gòu)相比，其致密板狀的網(wǎng)絡(luò)晶體結(jié)構(gòu)比雪融狀的 C-S-H(水化硅酸鈣)晶體結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)定、致密，從而在宏觀上表現(xiàn)出優(yōu)異的物理力學(xué)性能。
本發(fā)明的多個實(shí)施例重量組分如下
權(quán)利要求
1.一種纖維石膏生態(tài)木材，其特征在于采用如下組分的原料和重量比配方制的半水硫酸鈣可分散植物纖維化學(xué)助劑清水=100 6. 0 20. 0 :2 3. 6 :18. 63 20 ；半水硫酸鈣天然α型、天然β型、工業(yè)α型、工業(yè)β型中的一種或幾種； 可分散植物纖維蔗渣、鋸末、玉米秸稈中的一種或幾種；化學(xué)助劑組分為乙烯/醋酸乙烯酯共聚物的水溶性可分散粉、防水硅粉、硫鋁酸鈉、 檸檬酸鉀按其重量比1: 1 :0. 05 0. 08:0. 03 0. 05復(fù)配而得；清水以半水硫酸鈣水化所需反應(yīng)水為成型用水，根據(jù)其半水硫酸鈣的含水量微量調(diào)整
2.如權(quán)利要求1所述的纖維石膏生態(tài)木材，其特征在于所述植物纖維是經(jīng)過經(jīng)無機(jī)鹽及堿液蒸煮浸澤，表面鈍化基團(tuán)瓦解的植物纖維。
3.，其特征在于按如下步驟完成1)原材料預(yù)處理植物纖維破碎處理或以噴射切斷為長度5 12mm、寬度0. 5 5 mm、 厚度0. 1 5 mm的碎屑或短絲形狀，直接使用硅酸鈉、碳酸鈉、石灰、硫酸鋁、硫酸鋁鉀中的一種或幾種處理劑的水溶液浸泡蒸煮2小時(shí)后離心脫水干燥至含水率< 3. 5% ；處理劑的用量為植物纖維的0. 5 3%，處理劑水溶液濃度為0. 01 5%，浸煮溫度為室溫至沸騰；2)計(jì)量攪拌半水硫酸鈣、可分散植物纖維、化學(xué)助劑按上述重量配比分別計(jì)量后預(yù)混合為標(biāo)準(zhǔn)粉料；3)半濕料攪拌標(biāo)準(zhǔn)粉體、清水精確連續(xù)計(jì)量進(jìn)入連續(xù)混料裝置，在強(qiáng)制連續(xù)螺桿推進(jìn)式攪拌機(jī)內(nèi)混合均勻成半濕狀混合料；4)輥壓成型以半水硫酸鈣水化反應(yīng)所需的理論用水為成型用水，以半水硫酸鈣水化時(shí)間為成型時(shí)間進(jìn)行輥壓，即以半水硫酸鈣的水化反應(yīng)為成型機(jī)理，輥壓壓強(qiáng)0. 1 3. 0兆帕；5)切割打磨脈沖輥在成型試樣表面同步滾動，達(dá)到產(chǎn)品設(shè)定規(guī)格時(shí)發(fā)出脈沖訊號進(jìn)行切割處理，切割樣分別進(jìn)入打磨臺進(jìn)行打磨處理；6)干燥拋光進(jìn)入隧道式干燥窯進(jìn)行干燥，要求制品含水率<3. 0%后進(jìn)入拋光臺進(jìn)行拋光處理。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種纖維石膏生態(tài)木材及其制備方法，其特征在于采用如下組分的原料和重量比配方制的半水硫酸鈣可分散植物纖維化學(xué)助劑清水=1006.0～20.02～3.618.63～20。所述清水為半水硫酸鈣水化所需反應(yīng)水，所述植物纖維是經(jīng)過經(jīng)無機(jī)鹽及堿液蒸煮浸澤，表面鈍化基團(tuán)瓦解的植物纖維。不以水泥、樹脂或塑料為粘結(jié)劑，充分保留石膏基、植物纖維材料固有的可塑性、環(huán)保功能性，沒有高溫?zé)崛劭量坦に嚭陀卸疚镔|(zhì)存在和釋放，避免植物纖維的高溫?zé)崾?，其連續(xù)輥壓成型的實(shí)芯板材，更具有鋸、釘、刨木感質(zhì)感，具有成本低廉、保護(hù)環(huán)境、節(jié)約天然資源等優(yōu)勢。
文檔編號C04B28/14GK102503335SQ20111033836
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月1日
發(fā)明者戴一軍, 童軍, 韋華 申請人:湖北格林森新型建材科技有限公司