一种粉煤灰纤维板材的制备技术

摘要

一种粉煤灰纤维板材的制备技术，其特征在于，先制备抗水剂溶液，其方法为：将水加热到一定的温度，将乙二醇丁醚加入到加热水中，再将有机酸加入到加热水中，搅拌使有机酸完全溶解，得到抗水剂溶液。然后将粉煤灰纤维加热到100－150℃，在其上均匀地喷洒丙烯酸类树脂乳液之后，继续在该温度和一定的压强下进行热压成型，得到粉煤灰纤维板材，再将板材放入100－150℃的烘箱中，在此温度下将抗水剂溶液均匀地喷洒到粉煤灰纤维板材上，干燥后即得到最终的粉煤灰纤维板材。用本技术制备的粉煤灰纤维板材，质量轻、抗水，又有较好阻燃性能，可作建筑材料，用于吊顶、内外墙的保温。

说明书

技术领域

本发明涉及一种粉煤灰纤维板材的制备技术，具体地说，是用乳液作粘接剂来制备粉煤灰纤维板材，再对粉煤灰纤维板材表面进行抗水处理的工艺方法。

背景技术

粉煤灰纤维是近年来发展的一种混杂无机氧化物纤维。粉煤灰是我国最大的工业废渣和排放物，主要来源于燃烧高炉及火力发电的燃烧残余物，每年逾越6亿吨。粉煤灰的主体化学成份为SiO₂、Al₂O₃、CaO、Fe₂O₃以及少量的TiO₂、MgO。其大部分元素与原始矿产物质所含元素相同。随着工业的长期开发和使用，矿产天然资源已日渐枯竭，而煤炭燃烧废弃物粉煤灰却日渐增多，堆积成忧。因此，利用粉煤灰的化学成份及结构特性，将其深加工转化成工业应用原料，代替部分天然矿物资源，是近年研究者兴趣的课题之一。将粉煤灰制备成具有高价值的超细无机纤维，进而利用纤维实现多种用途：制造纸浆用于生产纸板纸品；制造保温隔音隔热材料和节能墙体材料；制造轻质阻燃建筑屋吊顶；制造纤维增强树脂复合材料；用于工业过滤材料；用于改善国产沥青低温开裂、高温软化的劣性等。

粉煤灰可在无机助熔剂(菱镁矿、白云石、石灰石等)以及废碎玻璃的搭配下，通过高温将其熔融，采用离心法、多辊离心法或喷吹法生产成纤维棉，其直径在4μm-9μm之间。

目前国内已实现粉煤灰纤化技术，生产中将粉煤灰或高炉燃烧后的固态残留物添加必要的助剂和水，经搅拌和造粒后在高温下熔化，再经过加压，由多级辊轮离心甩出成丝，通过冷却和表面处理，制得无机粉煤灰纤维。这种纤维已被应用于工业保温材料，和制造无机纤维纸浆部分替代木纤维纸浆应用在造纸工业。进一步合理利用这种从废弃物制备的无机纤维，变废为宝具有重要的战略意义和经济价值。

中国专利CN1457965公开了一种仿生强化板材的方法，它是以农作物秸秆为主要原料生产加工非木质纤维板的技术。其技术要点是采用半干法，根据成品的用途选取不同类别、不同规格及结构的坯料，经雾化法施胶后采用同工位或流水异位铺装，然后压制成型。在铺装过程中，采用不同规格的坯料边雾化喷胶边铺装，并逐层预压。各层的分布为：中间为加筋层，加筋层的两边依次为粗料层，细料层，所述的胶为双醛淀粉、蛋白络合物，或者选择水溶性高分子树脂加工成的聚合粘结剂。

中国专利CN1450017公开了一种环保型无机内外干墙板制造工艺和配方，该发明是一种由氯化镁、氧化镁、长纤维纸浆，防反卤剂，防粘剂、增强增韧剂配方组成。经过物料混合、存化、多次辊压、固化、脱模、养护、修边、水洗、干燥、表面渗防水层、包装、入库等工艺制成一种完全环保的内外墙装饰板材，他的特点是重量轻，可钉、可刨、可粘贴，不含玻璃纤维、石棉、矿棉等有害成份，但能保证板材有足够的强度，运输方便，手感和感观非常好，还可以进行机械化生产及表面压花纹流水线生产。克服了通常氯化镁、氧化镁为基料的内外墙板。玻纤外露，质感像瓦片，表面汽泡多不能大规模机械化生产及板表面压花流水线生产的缺点。

中国专利CN1141992公开了一种轻质隔声炉渣混凝土建筑板材，该发明属于一种以炉渣为主要原料的轻质隔声建筑板材，它主要由炉渣混凝土基材和增强材构成，其特征在于所述炉渣混凝土基材的主要组分的份数按其重量份数分别为炉渣100，胶凝材料10-35，防水剂0.1-1，调节剂0.1-1，水15-35，所述增强材为玻璃纤维、钢筋或无纺布。

中国专利CN1162520公开了一种陶粒轻质墙板及其制造工艺，该发明涉及一种建筑材料，特别是墙体材料。它是以水泥为胶凝剂，以陶粒为骨料，以膨胀珍珠岩为填充料，加入特制的建筑胶水，并在面层用抗碱玻璃纤维网增强，经特殊工序制成。

中国专利CN1408671公开了一种耐高温高强高密度硅酸钙板的制法，以结晶硅微粉、非晶硅微粉、钙质原料、矿物添料、纤维材料为原料，以CaO∶SiO₂摩尔比为0.95～1.05配料，然后加入1～8％纤维材料，0～12％的矿物添料，混合后用压型法或浇注法制成板材或块材，将板材或块材送到蒸养釜在190℃～200℃的饱和水蒸汽条件下蒸养6～20小时，在100℃～180℃热风中烘干至含水5％以下，即为成品。

中国专利CN85107095公开了一种竹纤维增强复合材料，该发明提出用竹塑复合材料替代木材和钢材，制做各种类型的板材和型材，并且提出用竹塑复合材料代替玻璃纤维，制造增强的人造大理石、石膏制品、混凝土、沥青防水材料和人造板。

中国专利CN1048003公开了一种多元性复合板材的制造方法，尤指一种兼具有高强度、耐震性、隔热性及隔音性等特性之复板材的制造方法；其主要过程是将人造纤维预制成纤维布，再将该纤维布用预先调制均匀的混合浸料浸渍，再经中和、烘乾、滚压、贴合及再次滚压，而制成一种复合板材。

中国专利CN1393609公开了一种防火板材及其制造方法，其是一种以至少包含由取料步骤、喂料步骤、裁切步骤、定型步骤及烘干步骤而制成一种以聚酯丝为基材，且于基材外部及内部纤维间隙完全填充矿质填充材料，而构成的高结构强度，并具有隔音、隔热等功效的防火板材。

中国专利CN1459431公开了导电纤维增强硅酸钙板，该发明的产品形状是板材，它包括下述重量份的原料：石英粉30-50份、导电碳黑1-10份、消石灰25-45份、增强纤维8-13份。它具有良好的导电性能、防静电、可吸收电磁波及强度高等优点。

本发明的创新点在于：利用工业废弃物粉煤灰制成的纤维，有利于环境保护；粉煤灰制成纤维后用于制造板材，有利于成型，同时也使制成的板材强度大大提高；粉煤灰制成纤维后结构蓬松、堆密度小，所以制成的板材比重小，用于建材可以减小建筑物的负荷；粉煤灰纤维属于无机材料，比有机材料的阻燃性好，有利于安全；本发明对粉煤灰纤维板材进行表面抗水处理，使板材遇水后不会强度降低，同时也使板材遇水后，不会因为吸水而使自重增加，有利于建筑物的安全。

发明内容

一种粉煤灰纤维板材的制备技术，其特征在于，先制备抗水剂溶液，其方法为：将水加热到一定的温度，将乙二醇丁醚加入到加热水中，再将有机酸加入到加热水中，搅拌使有机酸完全溶解，得到抗水剂溶液。然后将粉煤灰纤维加热到100-150℃，在其上均匀地喷洒丙烯酸类树脂乳液之后，继续在该温度和一定的压强下进行热压成型，得到粉煤灰纤维板材，再将板材放入100-150℃的烘箱中，在此温度下将抗水剂溶液均匀地喷洒到粉煤灰纤维板材上，干燥后即得到最终的粉煤灰纤维板材。

所述的热水温度为60--80℃。

所述的有机酸可以是：油酸、硬脂酸、十二烷基苯磺酸、月桂酸中的一种或两种以上。

所述的抗水剂溶液，由乙二醇丁醚、有机酸、水组成；其中乙二醇丁醚的质量含量为1-20％，有机酸的质量含量为1-20％，水的质量含量为60-98％。

所述的丙烯酸类树脂乳液，可以是苯丙乳液、纯丙乳液、醋丙乳液、硅丙乳液中的一种或两种以上。

所述的喷洒丙烯酸类树脂乳液，使用市售45-50％wt含固量的乳液，其用量为干态粉煤灰纤维质量的0.5％～3％。

所述的粉煤灰纤维热压成型压力为0.5-10MPa。

所述的抗水剂溶液在粉煤灰纤维板材上的喷洒用量为30---150g/m²粉煤灰纤维板材。

粉煤灰纤维板材的密度采用ISO 1183-2-2004方法测定。

样品压缩强度制样和测试方法参照GB/T 1964-1996进行，样品冲击强度制样和测试方法参照GB/T 1843-1996进行，样品拉伸强度制样和测试方法参照GB/T 1446-2005进行。

本发明制备的粉煤灰纤维板材，密度350～500kg/m3；压缩强度1.48～1.56MPa；冲击强度0.49～0.60(kJ/m2)；拉伸强度0.10～0.13MPa。

用本技术制备的粉煤灰纤维板材，质量轻、抗水，又有较好阻燃性能，可作建筑材料，用于吊顶、内外墙的保温。

具体实施方式

                       实施例1

在2000ml带搅拌的玻璃烧瓶中加入680g水，开启搅拌，开始加热，当温度升至60℃时，将95g乙二醇丁醚加入到加热水中，再将95g的硬脂酸加入到玻璃烧瓶中，搅拌使硬脂酸完全溶解，即得到抗水剂溶液850g。将150kg粉煤灰纤维加热到150℃，将1kg苯丙乳液(含固量为48％wt)用5kg水进行稀释，然后均匀地喷洒到粉煤灰纤维上，再放入0.5m×0.5m模框中，在150℃、10MPa的压力下热压成型，脱模后得到尺寸为0.5m×0.5m、厚度为0.05m的粉煤灰纤维板材21块，总重量131kg，再将板材放入150℃的烘箱中，将850g抗水剂溶液均匀地喷洒到粉煤灰纤维板材表面。在150℃下烘干，即得到粉煤灰纤维板材。将粉煤灰纤维板材依照ISO1183-2-2004方法测定密度；依照GB/T 1964-1996、GB/T 1843-1996、GB/T1446-2005等制成样条，分别测试压缩强度、冲击强度和拉伸强度，数据列于表1。

              表1粉煤灰纤维板材力学性能

  粉煤灰纤维板材  密度  (kg/m³)  压缩强度  (MPa)  冲击强度  (kJ/m²)  拉伸强度  (MPa)  No.1  500  1.56  0.60  0.13

                       实施例2

在500ml带搅拌的玻璃烧瓶中加入300g水，开启搅拌，开始加热，当温度升至80℃时，将60g乙二醇丁醚加入到加热水中，再将60g的月桂酸加入到玻璃烧瓶中，搅拌使月桂酸完全溶解，即得到抗水剂溶液405g。将150kg粉煤灰纤维加热到100℃，将4.5kg纯丙乳液(含固量为46％)用10kg水进行稀释，然后均匀地喷洒到粉煤灰纤维上，再放入0.5m×0.5m模框中，在100℃、2MPa的压力下热压成型，脱模后得到尺寸为0.5m×0.5m、厚度为0.05m的粉煤灰纤维板材30块，总重量133kg，再将板材放入100℃的烘箱中，将405g抗水剂溶液均匀地喷洒到粉煤灰纤维板材表面。在100℃下烘干，即得到粉煤灰纤维板材。将粉煤灰纤维板材依照ISO1183-2-2004方法测定密度；依照GB/T 1964-1996、GB/T 1843-1996、GB/T1446-2005等制成样条，分别测试压缩强度、冲击强度和拉伸强度，数据列于表2。

               表2粉煤灰纤维板材力学性能

  粉煤灰纤维板材  密度  (kg/m³)  压缩强度  (MPa)  冲击强度  (kJ/m²)  拉伸强度  (MPa)  No.2  357  1.48  0.49  0.10

                      实施例3

在500ml带搅拌的玻璃烧瓶中加入255g水，开启搅拌，开始加热，当温度升至65℃时，将10g乙二醇丁醚加入到加热水中，再将10g的油酸加入到玻璃烧瓶中，搅拌使油酸完全溶解，即得到抗水剂溶液259g。将150kg粉煤灰纤维加热到110℃，将2kg醋丙乳液(含固量为45％)用6kg水进行稀释，然后均匀地喷洒到粉煤灰纤维上，再放入0.5m×0.5m模框中，在110℃、4MPa的压力下热压成型，脱模后得到尺寸为0.5m×0.5m、厚度为0.05m的粉煤灰纤维板材24块，总重量128kg，再将板材放入110℃的烘箱中，将259g抗水剂溶液均匀地喷洒到粉煤灰纤维板材表面。在110℃下烘干，即得到粉煤灰纤维板材。将粉煤灰纤维板材依照ISO1183-2-2004方法测定密度；依照GB/T 1964-1996、GB/T 1843-1996、GB/T1446-2005等制成样条，分别测试压缩强度、冲击强度和拉伸强度，数据列于表3。

                 表3粉煤灰纤维板材力学性能

  粉煤灰纤维板材  密度  (kg/m³)  压缩强度  (MPa)  冲击强度  (kJ/m²)  拉伸强度  (MPa)  No.3  428  1.49  0.50  0.11

                       实施例4

在1000ml带搅拌的玻璃烧瓶中加入600g水，开启搅拌，开始加热，当温度升至70℃时，将40g乙二醇丁醚加入到加热水中，再将60g的十二烷基苯磺酸加入到玻璃烧瓶中，搅拌使十二烷基苯磺酸完全溶解，即得到抗水剂溶液682g。将150kg粉煤灰纤维加热到120℃，将3kg硅丙乳液(含固量为49％)用8kg水进行稀释，然后均匀地喷洒到粉煤灰纤维上，再放入0.5m×0.5m模框中，在120℃、7MPa的压力下热压成型，脱模后得到尺寸为0.5m×0.5m、厚度为0.05m的粉煤灰纤维板材23块，总重量130kg，再将板材放入120℃的烘箱中，将682g抗水剂溶液均匀地喷洒到粉煤灰纤维板材表面。在120℃下烘干，即得到粉煤灰纤维板材。将粉煤灰纤维板材依照ISO 1183-2-2004方法测定密度；依照GB/T 1964-1996、GB/T1843-1996、GB/T 1446-2005等制成样条，分别测试压缩强度、冲击强度和拉伸强度，数据列于表4。

              表4粉煤灰纤维板材力学性能

粉煤灰纤维板材密度(kg/m³)压缩强度(MPa)冲击强度(kJ/m²)拉伸强度(MPa)No.44541.510.520.12

                       实施例5

在1000ml带搅拌的玻璃烧瓶中加入450g水，开启搅拌，开始加热，当温度升至68℃时，将42g乙二醇丁醚加入到加热水中，再将68g的硬脂酸加入到玻璃烧瓶中，搅拌使硬脂酸完全溶解，即得到抗水剂溶液549g。将150kg粉煤灰纤维加热到140℃，将2.6kg苯丙乳液(含固量为48％)用7kg水进行稀释，然后均匀地喷洒到粉煤灰纤维上，再放入0.5m×0.5m模框中，在120℃、7MPa的压力下热压成型，脱模后得到尺寸为0.5m×0.5m、厚度为0.05m的粉煤灰纤维板材22块，总重量129kg，再将板材放入140℃的烘箱中，将549g抗水剂溶液均匀地喷洒到粉煤灰纤维板材表面。在140℃下烘干，即得到粉煤灰纤维板材。将粉煤灰纤维板材依照ISO1183-2-2004方法测定密度：依照GB/T 1964-1996、GB/T 1843-1996、GB/T1446-2005等制成样条，分别测试压缩强度、冲击强度和拉伸强度，数据列于表5。

              表5粉煤灰纤维板材力学性能

粉煤灰纤维板材密度(kg/m³)压缩强度(MPa)冲击强度(kJ/m²)拉伸强度(MPa)

  No.5  469  1.52  0.54  0.12

                      实施例6

在500ml带搅拌的玻璃烧瓶中加入300g水，开启搅拌，开始加热，当温度升至75℃时，将33g乙二醇丁醚加入到加热水中，再将42g的十二烷基苯磺酸加入到玻璃烧瓶中，搅拌使十二烷基苯磺酸完全溶解，即得到抗水剂溶液363g。将150kg粉煤灰纤维加热到145℃，将4kg醋丙乳液(含固量为47％)用9kg水进行稀释，然后均匀地喷洒到粉煤灰纤维上，再放入0.5m×0.5m模框中，在120℃、7MPa的压力下热压成型，脱模后得到尺寸为0.5m×0.5m、厚度为0.05m的粉煤灰纤维板材21块，总重量127kg，再将板材放入145℃的烘箱中，将363g抗水剂溶液均匀地喷洒到粉煤灰纤维板材表面。在145℃下烘干，即得到粉煤灰纤维板材。将粉煤灰纤维板材依照ISO 1183-2-2004方法测定密度；依照GB/T 1964-1996、GB/T1843-1996、GB/T 1446-2005等制成样条，分别测试压缩强度、冲击强度和拉伸强度，数据列于表6。

                   表6粉煤灰纤维板材力学性能

  粉煤灰纤维板材  密度  (kg/m³)  压缩强度  (MPa)  冲击强度  (kJ/m²)  拉伸强度  (MPa)  No.6  484  1.55  0.57  0.13