磷酸盐粘结的复合材料和方法技术

提供了无机-有机复合材料制品以及使用无机酸性/碱性前体组分作为无机粘合剂生产该制品的方法。由此制备的制品具有改善的挠性、零火焰蔓延、无挥发性有机化合物的释放以及低的碳足迹。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般地涉及无机-有机复合材料制品以及它们的制备方法。具体地，所述制品和方法包括作为粘合剂的无机酸性/碱性前体组分，其与有机材料一起加入到无机粘结剂中。
技术介绍
酸-碱粘固剂(ABC)是通过弱酸与适合的碱的反应所形成的。无机酸-碱粘固剂的最常见的实例为磷酸盐粘固剂、氯氧化物和含氧硫酸盐粘固剂。在这些当中，磷酸盐粘固剂的研究最广泛并且已开发出了牙科粘固剂、用于稳定放射性和危险废液的陶瓷、用于油田应用的专用粘固剂、用于油漆和涂料和粘合剂的树脂、道路修补材料等等的若干产品。在这些当中，很少有商业化的。 已尝试使用无机胶结粘结剂来生产天然纤维复合材料。例如，已报道使用波特兰水泥或铝酸钙水泥的稀浆作为粘合剂。然而，这些胶结粘结剂是极碱性的，并且由这些材料制备的糊剂非常粘稠并且不能有效地浸透木材/纤维的纤维结构的细胞和毛细管并且可能在浸透纤维之前固化。因此，这些胶结粘结剂在纤维中的填充量是极低的。因此，纤维含量本质上改善了粘固剂的性能，而不是作为粘合剂使用以填充大量纤维的水泥。其它先前报道的无机复合材料包含磷酸和钙、镁或锆的硅酸盐或铝酸盐的反应产物，并且所述复合材料与多种填料一起使用以产生包裹在再生纸中的石膏板状芯。产生壁板及其它类似产品的这种方法具有几项缺点。即，极低PH的磷酸溶液的使用导致设备腐蚀以及处理问题。当大规模生产产品时，该问题特别显著。该方法还使用了溶解性较差的粉末前体组分。在环境温度下微溶的硅酸钙或其它硅酸盐或铝酸盐不完全反应，从而导致大部分硅酸盐作为颗粒物质在复合材料制品中保持未反应。因此，通过该先前报道的方法生产的壁板主要是纤维素、粘固剂和不同量的未反应前体粉末的复合材料。这种不完全反应产生了性能属性低于预期的复合材料产品。尽管先前所报道的方法可以满足具有低机械性能的石膏状板的生产，但是它不适合于生产高质量并且多用途的纤维强化复合材料。此外，先前报道的方法的无机酸组分限于作为使用硅酸盐前体的反应的唯一有效酸性磷酸盐的磷酸。众所周知，在室温下难以将酸性磷酸盐(如磷酸二氢钠和钾，分别为NaH2PO4和KH2PO4)以及碱性磷酸盐(如磷酸氢二钾，K2HPO4)与硅酸盐和铝酸盐反应并且难以或不可能与碱性磷酸盐一起作用生产粘结剂。因此，先前报道的工艺与除磷酸以外的任何酸性磷酸盐一起作用都将是不可能的。以上先前所公开的工艺提及了使用硅酸盐和铝酸盐的产品(主要是壁板)，然而，它们未提及这些产品具有高纤维素填充量。同样，已报道了使用陶瓷水泥(Ceramicrete)技术生产纤维质复合材料，其中将煅烧的氧化镁与磷酸二氢钾反应以产生基质，其中纤维素形成了增强材料。因此，使用陶瓷水泥技术生产纤维质复合材料与以上先前所公开的方法类似，其中通过纤维素纤维增强了胶结材料，并因此，纤维的填充量低。在一个步骤中将固体煅烧氧化物或煅烧矿物(例如，硅酸钙)与无机酸性组分前体溶液以及纤维一起混合的方法不是有效的，并且提供可再现浆料的现有技术和生产问题影响了制品形成的可复现性。据信由于无机酸性组分和固体或煅烧碱性氧化物组分之间的快速酸碱反应，用于纤维混合和浸透的时间是不够的。
技术实现思路
在本申请中所讨论的方法、组合物和产品预期用于产生具有高纤维质材料填充量和极低无机粘结剂填充量的产品，并且因此本文所公开和描述的材料、方法和产品明显不同于先前所报道的和以上所讨论的。在本文中公开和描述了用于从与适合于提供具有无机粘结剂的复合材料的无机酸性/碱性粘合剂混合的天然可用纤维材料产生复合材料的产品和方法。因此，在一个方面，可以制备有机-无机复合材料。无机酸性/碱性组分可以替代当前在可商购复合材料产品中使用的常规有机粘合剂。所获得的包含无机粘结剂的复合材料表现出超越有机基粘 合剂的改进的性能，如零火焰蔓延和/或在它们的制造或使用或暴露于加热期间的降低的或零挥发性有机化合物(VOC)散发。与可商购的复合材料相比，所获得的包含本专利技术所公开的无机粘结剂的复合材料可以在较低的温度固化。这些特征在这些产品的产生期间提供了显著的能量消耗节省以及极低的碳足迹。因此，在第一实施方式中，提供了产生复合材料产品的方法。所述方法包括提供有机材料并将所述有机材料与无机粘合剂接触，所述无机粘合剂包含无机酸性前体和碱性前体的混合物。在第一实施方式的第一方面中，所述有机材料与除去水含量的总无机粘合剂的重量比在约99 I至约2 I之间，优选地在约10 I至约5 I之间，并且更优选地为约7 : I。在第一实施方式的第二方面中，所述有机材料包含木质饰面板、短和长薄片、长纤维、短纤维、木条(strand)、锯末屑、木材颗粒、纤维束、磨石磨木楽；(SGW)、压力磨木楽；(PSW)、盘磨机械浆(RMP)、热磨机械浆(TMP)、化学热磨机械浆(CTMP)、硫酸盐浆、亚硫酸盐浆、碱法浆、漂白浆、种子纤维、叶纤维、韧皮纤维、果实纤维、茎纤维、丝、羊毛、蜘蛛丝及其混合物中的至少一种。在第一实施方式的第三方面中，所述无机酸性前体和所述碱性前体独立地处于溶液、悬浮液、凝胶中或者是作为糊剂。在第一实施方式的第四方面中，所述碱性前体存在于溶液中。在第一实施方式的第五方面中，接触步骤包括将所述有机材料首先与碱性前体溶液接触，然后与无机酸性前体溶液接触，或者将所述有机材料与无机酸性前体接触，然后与碱性前体接触；或者将所述有机材料与无机粘合剂接触。在第一实施方式的第六方面中，将无机酸性前体和碱性前体分别单独与所述有机材料混合以独立地形成单独的酸性纤维浆或纤维和单独的碱性浆或纤维。在第一实施方式的第七方面，所述方法还包括混合所述单独的酸性和碱性浆或纤维，与足够量的水混合；和形成固体复合材料产品。在第一实施方式的第八方面中，所述方法还包括干燥所述单独的酸性和碱性浆，混合干燥的酸性和碱性浆或纤维，将混合的干燥的酸性和碱性浆或纤维与水混合；和形成固体复合材料制品。与第一实施方式的上述方面中的任一个组合，所述碱性前体组分包含碱性氧化物、氢氧化物或氧化物矿物中的至少一种。与第一实施方式的上述方面中的任一个组合，所述无机酸性前体组分包含酸性磷酸盐、氯化物或硫酸盐中的至少一种。与第一实施方式的上述方面中的任一个组合，所述碱性前体包含镁、钙、铁、锰、锌、钡、锶、铝、镧系元素的一价、二价或三价金属氧化物或氢氧化物或其混合物中的至少一种的饱和溶液或糊剂。与第一实施方式的上述方面中的任一个组合，所述碱性前体为富含金属氢氧化物的盐水溶液，如，例如，所述盐水为氢氧化镁盐水溶液或者氢氧化招的拜耳工艺母液。与第一实施方式的上述方面中的任一个组合，所述方法还包括加入适当量的高碱性的碱金属氢氧化物溶液以提高碱性前体的水溶液pH值，所述碱性前体如选自氢氧化钠(NaOH)、氢氧化钾(KOH)、氢氧化铵(NH4OH)或氢氧化钙(Ca(OH)2)的碱金属氢氧化物。与第一实施方式的上述方面中的任一个组合，其中所述碱性前体的水溶液pH值·在约8至约14之间，优选地在约9至约12之间，并且最优选地在约10至约11之间。与第一实施方式的上述方面中的任一个组合，其中所述无机酸性组分包含磷酸或酸性磷酸盐的饱和溶液中的至少一种，所述酸性磷酸盐包括磷酸二氢钠(NaH2PO4)、磷酸二氢钾(KH2PO4)、磷酸二氢铯(CsH2PO4)、磷酸本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿伦·什里帕德·沃，萨梅库马尔·瓦桑特拉·帕特尔，阿南德·保罗·曼加拉姆，
申请(专利权)人：一八纬度有限公司，
类型：发明
国别省市：