聚合物硼泥轻烧镁复合材料及其制品制作方法

杨雅光, 杨笑冬, 杨笑秋, 田莉蓉, 田举宽

1991年9月4日

1990年2月20日

1990年2月20日

杨雅光, 杨笑冬, 杨笑秋

C04B28/10GK1054241SQ90105029

硼泥 轻烧 复合材料 聚合物 制品

1.一种由含氧化镁为主的固体粉料及水溶性固化液两组分构成的气硬性胶凝固化复合材料，其特征在于，作为固体粉料中主要成分的氧化镁是轻烧氧化镁，其晶粒比菱镁石径900～1110℃温度煅烧的氧化镁约大3倍，占成分含量为45～80%，且不含有氧化钙成分；作为固化液是聚合物有机硅与可溶性无机铝盐、镁盐、铁盐复合防水增强型的固化液2.如权利要求1所述的复合材料中固体粉料的制备方法，其特征在于原料可用硼泥、菱镁矿石、白云石、蛇纹石中的一种或几种掺配，在温度400～850℃下制得3.按照权利要求2所述的制备方法，其特征在于，原料的最佳烧成温度为650～750℃4.按照权利要求1所述的复合材料，其特征在于作为复合固化液中的聚合物有机硅，可以选用甲基硅醇钠(或钾)，高沸硅酸钠(或钾)，聚甲基三乙氧基硅氧烷、甲基硅树脂或聚氨基中酸酯及环氧树脂乳液，氯乙烯-偏氯乙烯共聚乳液，PN1(聚乙稀醇水玻璃)耐水胶的一种或几种，可溶性盐可选用硫酸铝、硝酸铝、磷酸铝、氧化铝、氯化镁及氯化铁、硫酸亚铁、氯化钙硅溶胶其中的一种或几种制成的有机无机防水增强型的复合固化液;其重量配合比为如有机硅∶铝盐∶镁盐∶水∶铁盐＝1∶0.4～1∶1～8∶6～10∶0.2～1.25.如权利要求1所述的复合材料中复合固化液的制备方法，其特征是先将有机硅、铝盐、水制成PH＝6～7的中和液，其中以铝盐的量调整其PH值，再与镁盐、铁盐粉粒料拌和制成所需波美浓度的复合液，按制品成型工艺条件所需，当环境温度为12℃～35℃时，其波美浓度控制在32°B′e～24°B′e范围6.如权利要求1所述的复合材料用于制品成型的彩色饰面胶凝料，其特征在于，在复合材料中可填加着色料与充填料，制备各种彩色饰面料，各组分的重量配比为固体粉料∶复合固化液∶色料∶充填料＝100∶55～90∶0～8∶0～2007.如权利要求1所述的复合材料用于制品成型的结构发泡轻质保温及隔声吸声，纤维增强、防水防腐的胶结料，其特征在于各组分的重量配比为固体粉料∶复合固化液∶充填料＝100∶80～100∶0～4008.如权利要求1、6、7所述的复合材料作为彩色饰面料、胶结料的制备方法，其特征在于，采用加料口的镀锌铁皮槽上装有小型搅拌器、工作腔机件镀锌的胶体磨进行研磨9.如权利要求1所述的复合材料用于制品的制造方法，其特征在于所采用的轻体模具为硬塑薄片材吸塑成型的型腔表面光滑或有花纹线型的模具;制品养护工艺，最好采用直热式太阳能养护室，并设有蓄热器及可辐射3.7～5.5μm远红外线发生装置在低热(40℃左右)的快速养护固化工艺的方法

本发明为一种气硬性胶凝固化有机无机复合新型材料及制品，该材料的有效组分为以废料硼泥、菱镁石等原料限温快烧成不含氧化钙的大晶粒轻烧镁无机合成粉料;以聚合物有机硅等与可溶性无机盐(铝、镁、铁、盐)等所制成的防水增强型固化液，本发明提供这种复合材料的制备方法，及用于制品成型的制造工艺方法本发明以前属于气硬性胶凝固化的仅有无机材料的菱镁制品，其粉料是由菱镁矿石，经900～1100℃温度煅烧成含氧化钙的氧化镁粉料，其固化液常用氯化镁(MgCl2·6H2O)水溶液(卤水)成型制品工艺方法，一般将氧化镁粉与卤水按比例拌合并充填骨料人工或机械搅拌成混合料，浇捣成型带模在常温(15～35℃)干燥空气条件下自然养护固化为400～700号强度标号制品，已用于生产如包装箱，建筑用模板，波形瓦片材，予制地砖及简易小型活动板房等但是这类仅以无机材料的氧化镁制品，即使固化后仍含可溶性的复盐，其表面常析出白霜物(主要为Mg(HCO3)2，Ca(HCO3)2、MgCl2、6H2O白色结晶粉沫)其性质极易吸水潮解制品内部的晶体结构呈微细孔隙状，尤如毛细管态，表面吸水同时也导致内部吸水使可溶性盐发生水解吸湿膨胀生翘曲变形尤其制品使用在长期受潮湿或液体浸蚀的条件下，制品耐水抗渗性差及抗碳化、抗风化性、耐候性差、曾发生过制品变形强度降低，膨胀破坏的工程质量事故长期以来，这类材料制品的缺陷造成质量可靠性低，使用可靠性耐久性差，因而限制了这种轻质高强材料制品的大量应用本发明提供一种“聚合物轻烧镁复合材料”及以此材料应用于生产多种制品的制造工艺技术可以有效地克服以往氧化镁制生产品的质量缺陷，并开拓更广泛地应用领域其复合材料组成与制品生产的工艺方法分述如下一、本发明提供的无机合成材料其原料以废料硼泥为主(含MgCO3约60%，SiO2约20%，Fe2O3约10%，CaCO3约5%，Al2O3及其它约5%，细度150目干容重1000kg/m)，菱镁石、白云石、蛇纹石、镁渣其中一种或几种掺配，经400～850℃温度(最佳烧成温度为650～750℃)制成为不含CaO成分，而含大晶粒的轻烧镁成分占45～80%的无机合成粉料例如混合烧成法的原料重量配比硼泥∶菱镁石＝60～70∶40～30二、本发明提供聚合物与无机盐构成的内掺(或外复合)有机无机复合防水型固化液，其原料组分可选用聚合物有机硅防水剂如甲基硅醇钠(或钾)、高沸硅酸钠(或钾)、聚甲基三乙氧基硅氧烷，甲基硅树脂及聚氨基甲酸酯，环氧树脂乳液，氯乙烯-偏氯乙烯共聚乳液，PN1(聚乙烯醇水玻璃)其中的一种或几种，与可溶性无机盐如硫酸铝、硝酸铝、磷酸铝、氧化铝、氯化镁、氯化铁、硫酸亚铁氯化钙、硅溶胶的其中一种或几种水溶液制成与上述粉料拌合使用的复合固化液用于内掺防水成分的固化液，其成分重量配比如有机硅∶铝盐水∶镁盐∶铁盐＝[1∶0.4～0.8∶4～10]∶[5～8∶0.6～1.2]以酸性盐的量调节使固化液的PH＝6～7，波美波度按使用环境温度选定如当温度为12～35℃时，则固化液波美浓度为32°B′e～24°B′e制品外表面复合法的涂层，聚合物材料如聚氨酯PC-1甲∶固化液＝100∶0.1～0.3，重量配合比三、本发明将上述无机合成粉料与复合固化液，按组分重量配比可用于制品成型所需的彩色饰面胶凝材料;充填料的胶结材料，如(1)彩色饰面料∶合成粉料∶固化液∶色料∶充填料＝100∶55～90∶0～8∶0～200，其组分中的色料为耐光耐碱的氧化铁系矿物颜料或其它颜料，其它填料可选如石英石、白云石、花岗石、玉石、理石及彩色瓷粒，彩砂人造骨料等(2)复合胶结料的重量配比为合成粉料∶固化液∶充填料＝100∶80～1000∶0～400，该胶结复合材料按成型制品构造特征使用条件制品性能选择可制成，轻质保温，结构发泡隔声吸声材料，纤维复合、筋网复合及掺配纤维毡片等构成结构增强材料以及防水防腐、耐酸碱等特种用途胶结料如稻草、麦楷杆、木屑粉、炉渣、矿渣粉料、人造轻骨料、天然轻骨料、膨胀珍珠岩粒、聚苯乙烯泡沫料碎粒，橡胶废物碎粒、矿棉、岩棉玻璃丝棉，镀锌或涂塑的钢筋，丝细、纤维、化学纤维及制品等四、本发明复合材料用于制品的制造工艺技术与以往不同，主要有以下几点(1)采用了特制的胶体岩高效超微细化地加工复合材料的彩色饰面料与充填物料的胶结料物料成分，反应完全充分，加工物料的质量效率大大优于以往的人工拌合与搅拌机与球磨机等设备，有利于实现制品专业化生产线配套使用(二)采用了轻体模具，以硬塑薄片材为基料，按制品形状制成的母模，塑料模具型腔表面光滑或设计制成有花纹图案条纹的型腔表，则与复合彩色饰面料接触，胶凝固化后，制品饰面精美如陶瓷玻璃态饰面有利于制品结构组织致密耐候性良好(三)在制品养护工艺技术方面，优选直热式太阳能，有畜热器的养护室与能辐射远红外线低热(40℃)左右的养护条件，制品内水分子接受远红外辐射能量均匀可使制品水蒸发速本化各部位均衡，因而可防止翘曲变形为废品产生，养护周期由以往的数百小时，可缩短为几十分钟至十几小时利用本发明的复合材料制造制品的方法按下列步骤1、按成型制品构造特征，工艺所需确定饰面料、胶结料、充填料的配合比成分组成，称取定量的粉料，固化液料、色料及充填料其中80目以上细度的粉、液料用特制的胶体岩加工成稠度为8～20cm的胶液态复合材料该种胶体磨的特征为在镀锌铁皮制成的加料斗上装有小型搅拌器，工作腔机件为耐氯化物腐蚀的镀锌机件，造价低被加工物料进入高速旋转的可调齿盘间隙之间进行研磨，分散均质乳化达超微细化(1～5μm)，同时研磨中有约40℃温升，有利于物料充分完全反应对制品快速析出胶凝复合物质量有好处2、将胶液态复合材料，按配合比加入定量的充填物料用水平轴搅拌机抖合均匀，适用于颗粒状大的物料拌合使用3、制品一般采用反饰工艺成型法，一次或分层向模腔内定量控制布料，对于体积小重量轻的制品(如彩色地面装饰制品)可采用平板式振动台，振动密实成型，对于体积较大、重量大的物件制品，(如复合大墙板及屋盖板等)则采用分层布料捣制密实成型4、成型后制品，按下述方法之一进行养护固化(1)常温(15～35℃)干燥空气条件下自然养护;(2)直热式太阳能养护室(罩)设蓄热器控制排湿养护(约40℃);(3)采用远红外线低热养护，(辐射波长3.7～5.5μm，辐射板表面温度约300℃)，辐射线可穿透模板直接均匀作用制品内水分子，热运动气化脱水;维与粒料的保温隔热隔声吸声材料的胶结混合料，以及墙板对饰面的高耐久性的复合聚合物保护膜层料，其容重可控制在400～600kg/M3，抗弯抗拉强度约在10～20Mpa，热阻为1.4～2.89m2K/W，厚度为100～180mm可按开间(3.6M)与层高(2.6～3M)制造，其步骤和方法如下1、模箱板置于太阳能远红外养护室内，清理检验其组合安装精度2、按实例4制备的彩色饰面料浇注于模箱板底部，摊平布均约5mm厚3、将φ4镀锌低碳钢丝与镀锌的细丝网制成的筋网构件，装在模箱内已浇铺的彩色饰面料上，整型到位4、将按实例5方法制备的充填料5～8mm粒径的结构增强硬骨料的胶结混合料，浇布于φ4镀锌钢筋的布置位上，构成钢筋增强筋肋结构，标号为800～1000号，层厚约6mm左右，并用捣制工具均匀捣实，设有吊环5、制作圆孔中空层，将按圆孔径选择的定长硬塑管或铝合金管按墙板设计构造穿在模板立板的予定孔位中6、在已布好的圆管间隙内，以实例5制备有胶结料浸稻草纤维增强的束把挤入圆管间隙内，布匀捣实7、将已制备按实例5胶结的轻质保温吸声隔声的混合物料，浇(4)将太阳能与远红外线辐射低热养护联合配套使用，各发挥其长处5、养护后制品固化可脱模、清理、整形，得制成品，某些制品需再进行精加，如饰面复合聚合物透明罩光保护膜或贴合面涂涮粘结胶液下面以实例对本发明的复合材料及制品的制造工艺方法详细地说明实例1，复合材料的固体无机合成粉料制备取硼泥∶菱镁石(含MgCO3约85%以上)，＝60～70∶40～30的重量配比，用普通立窑以烧成温度650～750℃煅烧后，冷却料经粉碎筛分150目以上细度其合成的固体粉料成分为大晶粒的MgO占75～80%，Fe2O3占B～8%，CaCO3占2～3%，SiO2占15～18%，Al2O3及其它占2～4%，粉料的容重为900～1100kg/M3，其中有效成分大晶粒的MgO晶粒，比以往如菱镁石料以900～1100℃煅烧的MgO，晶粒约大3倍，且不含有害制品性能的CaO成分实例2、复合材料的内掺聚合物防水液的固化液制备(一)按甲基硅醇钠液∶硫酸铝∶水∶氯化镁粉∶硫酸亚铁粉的重量配比为[1∶0.6∶6]∶[6∶0.8]，秤取各组分物料，先将硫酸铝与50℃左右温水按比例混匀溶解，再向硫酸铝水溶液中，滴入甲基硅酸钠液拌匀，制成PH＝6～7的有机硅防水中和液，以铝盐的量来调整1、将固体粉料、固化液、色料、填料，按100∶80∶3∶150配比重量组分取料2、将固体粉料、固化液、色料(细度80目以上)投入胶体磨的加料槽，开动小型搅拌器拌料，再开动胶体磨，使混合的粉、液、色料、研磨乳化均质分散达超微细化，(1～5μm)制成彩色饰面用胶凝材料3、将彩色饰面胶凝料按配比与充填料(粒度在0.5mm以上的石料等)用水平轴搅拌机拌合均匀，出料即为制成品，立即可供制品成型使用，其粘稠度约为8～20cm呈半流态该色胶料含充填硬骨料，从制成到浇注制品成型模具的时间不超过25分钟，并加盖防止水分蒸发，仃留时间长而凝固，应在25分钟内用完为宜实例5、复合材料作为胶结(结构增强，轻质保温)充填料的制备按成型制品的结构特征及工艺方法，确定所胶结的充填料组成配比，如按固体粉料∶复合固化液∶充填料＝100∶84∶300，比例重量取料，其制备的方法和步骤和实例5，基本相同，先将固体粉料与复合固化液(实例2的)用胶体磨加工成复合的胶结料(本色，不加颜料粉)，再与充填料拌混在水平轴搅拌机内抖匀后即得此料供制品成型使用实例6 复合材料用于制造“彩色装饰制品-地砖”的工艺技PH值将氯化镁与硫酸亚铁粉粒料与有机硅防水液拌合均匀，制得复合材料的固化液，其波美浓度以制品成型时环境温度定标准，其范围控制在当温度为12～35℃时，波美度为32°B′e～24B′e，如环境温度为20～22℃时，固液的波美浓度可为27°B′e该固化液制成后隔绝空气密封于镀锌桶或塑料容器内，一周内用完实例3、复合材料的内掺聚合物防水成分的固化液制备(二)按氯乙烯-偏氯乙烯共聚乳液∶硅溶胶∶氯化镁∶水∶三氯化铁，重量配比为0.2∶0.5∶2∶4∶0.04，称取各组分物料，先将氯化镁粉，三氧化铁，水按比例量拌匀溶解，再将氯偏乳液与硅溶胶拌合，最后将该两种拌合物混合于胶体磨加料槽中，将胶体磨齿盘间隙调到最小值，用胶体磨研磨乳化均质，分散成复合固化液其PH值为(6左右)呈偏酸性，三氯化铁掺配量为其余组分总量的6%以下，其成分主要为氯化铁和氯化亚铁，为材料组分中的无机防水速凝成分所制成的固化液浓度控制，与实例2方法相同，制成固化液贮存要求也同实例2该复合固化液专供于制品彩色饰面胶凝料制备复合材料使用实例4 复合材料作为制品“彩色饰面胶凝料”的制备按实例1制取的固体粉料及实例2或实例3制取的固化液组成的复合材料，再加入彩色料与充填料可制成供多种新型建材与装饰制品，工艺美术制品的彩色饰面胶凝材料，其制备方法与步骤为术方法1、选定所成型制品的轻体硬塑膜模具，型腔内清洁无尘，置平于工作台上;2、按制品构造特征决定是一次全染色充填料，还是分层彩色饰面与胶结充填料的作法，对于薄型6～8mm厚的有纤维结构增强时，可一次全颜色布料;对于厚型12mm以上则采用彩色饰面与结构增强充填胶结料分层作法;3、以人工或振动平台，使浇模后料轻振密实成型，达标准厚度移置养护架;4、以干燥空气，环境温度在15～35℃范围条件下自然养护，养护期内不准移劝，为使制品在养护后不发生趟曲变形，优质快速可采用直热式太阳能与远红外线低热(约40℃)辐射波长为3.7～5.5μm的养护工艺，养护期为2～8小时;5、制品脱模后清理整形、得成品实例7、复合材料用于制造“薄壁结构增强轻体保温复合外墙板”该复合外墙板为中空圆孔结构，以模箱板衬硬塑光亮腔膜采用反饰成型工艺，墙外饰面于模箱底部，因此为综合使用本发明复合材料的彩色饰面胶凝料，钢筋镀锌丝结构增强胶结料，间层充填纤布均匀捣实(一般厚度为15～20mm)布平，并埋入墙板内侧钢筋网层，整理定型并在钢筋肋布置位按本实例步骤4制作同样的增强筋肋结构8、该墙板的内饰面(涂料或装饰贴面)可在予制阶段或房屋安装完制作9、采用直热式太阳能养护室内的远红外线辐射养护工艺约8～12小时可固化10、脱去模箱模框及穿孔圆管后继续达完全固化得制成品，外饰面如陶瓷实例8、复合材料用于制造”复合高强化纤维牵伸管“的工艺技术方法按下列步骤方法1、准备模具2、充填胶凝复合材料由粉、液料组成，分别制备后掺配使用1)液料组分配比按重量为磷酸液、磷酸铝水溶液∶甲基硅树脂＝60∶35∶5，其中磷酸铝水溶液重量配比为，磷酸∶氧化铝粉∶水＝5∶1∶1.4聚合物甲基硅树脂为常温固化需加其重量的0.3%乙醇胺液制备，先制取磷酸铝水溶液，再加入磷酸中与甲硅树脂混合，其过程为(1)按重量配比取磷酸液(含量为85%工业品级)放在搪瓷铁制容器内，并加热达60～75℃(2)按氧化铝与水配比，取料相混合，拌匀后，徐徐地加入到已加温后的磷酸液中并搅拌至清晰态，待用(3)将制备好的磷酸铝水溶液按比例与磷酸液混合均匀(4)最后甲基硅树脂混合制成2)粉料由实例1的固体粉料∶石墨粉∶石屑(或石英砂)粒＝60∶26∶14重量配比，混合拌匀3)将制备的合成粉料∶制备的固化液＝1.5∶0.6～0.8重量比，用胶体磨研磨成胶料态，稠度8～12cm，装于加料装置料合内3、用加料装置的加料管及伐门控制，以压力3kg/cm向牵伸管模腔内充填胶凝料，充填满腔后，稍震密实排气，加模盖封口，胶凝料于25分钟内用完4、充足料的整架牵伸管模以垂直位在远红外线辐射3.7～5.5μm波长下养护约60分钟，可固化、脱模后，管皮带成型管体为制成品本发明复合材料用于制造牵伸管一次浇料固化成型，可代替高精度薄壁无缝合金管材及塑料管件，成本低，整体成型精度高比较例6复合彩色地砖与予制的以往相似地水泥水磨石板，聚酯树脂装饰板(人造大理石)、天然大理石、菱土地板砖、陶瓷地砖等相比较，结果如下表1 由表中可看出，本发明的复合材料制品，充分利用了聚合物有机高分子材性，与无机材性的两种成分的有效复合的综合性能，不仅克服了以往菱镁制品的缺陷，而且原料利废成本低，有利于环境保护，非烧工艺节能，气硬性胶凝固化生产周期短，聚合物复合制品饰面精美如陶瓷釉面，综合性能优异，是一种可用于取代多种材料制品并具有广阔应用发展前景的新型复合材料