專(zhuān)利名稱(chēng)：水化硅酸鈣工件和組合物及水化硅酸鈣工件的生產(chǎn)方法
水化硅酸鈣工件和組合物及水化硅酸鉤工件的生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水化硅酸鈣工件、以及水化硅酸鈣組合物和水化硅酸 釣工件的生產(chǎn)方法。
人們已熟悉了水化硅酸鈣(英語(yǔ)中水化硅酸鈣通常被命名為CSH) 材質(zhì)的隔熱板。這些產(chǎn)品通過(guò)模塑和壓熱處理基于水、石灰，通常為 生石灰(具有化學(xué)式CaO)、波特蘭水泥的組合物而獲得。
本發(fā)明的目的在于通過(guò)提供同時(shí)為性能良好的容易和/或快速生 產(chǎn)(即使是在工業(yè)規(guī)模上)且不太昂貴的產(chǎn)品，從而進(jìn)一步擴(kuò)大水化 硅酸铞產(chǎn)品的范圍。
為此，本發(fā)明首先提供基于水化硅酸鈣中的抗堿玻璃纖維的擠出 工件，該水化硅酸鉀基本上通過(guò)由參數(shù)D50定義的粒度為小于或等于 100 jLi m的二氧化硅與熟石灰(也被稱(chēng)為氫氧化鋦，其化學(xué)式為Ca (OH) 2) 的反應(yīng)而獲得。
根據(jù)本發(fā)明的工件是擠出的。該擠出使得能夠生產(chǎn)中空或?qū)嵭牡?復(fù)雜工件、以及復(fù)合工件。所述工件可具有伸長(zhǎng)的形式，尤其形成型 材，具有任意形狀的截面(正方形的、長(zhǎng)方形的、卵形的、U形、T 形，其具有一個(gè)或多個(gè)圓形邊緣，等等)。
此外還選擇極力限制并且優(yōu)選消除水泥的使用。因而，該工件可 包括作為含硅源的至少90%，優(yōu)選95%,更優(yōu)選100%的二氧化硅(唯 一的含硅源)，該水化硅酸鉤因而唯一地通過(guò)二氧化硅與熟石灰的反 應(yīng)而獲得。
二氧化硅的使用使得能夠更好地控制所得水化硅酸铞的類(lèi)型，以 尤其增加對(duì)水化硅酸鉤凝膠不利的晶體相，以便更具耐久性。晶體結(jié) 構(gòu)的類(lèi)型與壓熱熱處理有關(guān)。
而且，與利用其配制劑通常所知是差的水泥基組合物相比，二氧 化硅的劑量確定更容易控制。
4另外，二氧化硅是便宜的原料，并且容易獲得。特別是，二氧化 硅可以是工業(yè)化生產(chǎn)的，例如研碎的、微粒化的砂。
除此之外，為了獲得滿(mǎn)意的機(jī)械性能，選擇參數(shù)D50小于或等于 100jum的細(xì)質(zhì)二氧化硅，而不是D50為mm量級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)砂。
從美學(xué)的角度來(lái)講，使用二氧化硅作為主要的甚至唯一的含硅源 使得可獲得白色的、可著色工件，特別適合于裝潢或裝飾用途。這種 工件還可具有一個(gè)或多個(gè)技術(shù)功能。相反，基于水泥或其他白榴火山 灰如熱解法二氧化硅、飛灰的工件通常是灰色的。
根據(jù)本發(fā)明的工件適用于室內(nèi)和室外，因?yàn)樗勾髿馇治g(尤其 是雨、陽(yáng)光、紫外線(xiàn))。該工件還保持了歸因于水化硅酸鈣的耐火和 隔離性能。
由于生產(chǎn)該工件時(shí)使用的礦物基質(zhì)堿性很大，典型地是pH值大于 或等于13，因此選擇抗堿玻璃纖維(稱(chēng)為AR纖維)。AR玻璃絲的例 子是Saint-Gobain Vetrotex公司以CemFIL⑧和ARcoteX 出售的纖維。
AR玻璃通常含有氧化鋯Zr02。這些玻璃絲可選自現(xiàn)有的任何抗堿 玻璃絲(如專(zhuān)利GB1290528, US4345037, US4036654, US4014705, US3859106等中描述的那些)，并且優(yōu)選含有至少5摩爾％的Zr02。根 據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，構(gòu)成這些絲的玻璃含有Si02、 Zr02和至少 一種堿金屬氧化物作為主要成分，所述堿金屬氧化物優(yōu)選Na20。
特別用于獲得本發(fā)明玻璃絲的抗堿玻璃組合物是在專(zhuān)利 GB1290528中所記載的組合物，其主要由以下由摩爾百分比表示的組 分所組成62-75% Si02; 7-11% Zr02; 13-23% R20; 1-10% R，O; 0-4% A 1203; 0-6% B203; 0-5°/。 Fe203; 0-2°/。CaF2; 0-4% Ti02; R20代表一種或 多種堿金屬氧化物，優(yōu)選Na20，并且任選地為L(zhǎng)i20和/或K20 ，而R，0 代表一種或多種選自堿土金屬氧化物、ZnO和MnO的組分。
這些纖維可提高彎曲抗性和壓縮抗性。優(yōu)選地，可選擇可分散性 纖維以盡可能保證最佳的表面狀態(tài)。
另外，根據(jù)本發(fā)明的擠出工件輕于基于水泥的工件。當(dāng)附加在表 面(或支撐物)如墻表面或建筑物的立面上時(shí)，所述工件不構(gòu)成大的附加荷載。
本發(fā)明的擠出工件可優(yōu)選具有可通過(guò)流體靜力學(xué)測(cè)重法測(cè)量的小
于2g/cm3的密度。該工件可優(yōu)選具有小于或等于60%,更優(yōu)選小于50% 的孔隙率，這表示限制在芯部的一些缺陷。
在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，參數(shù)D50小于或等于50Mm，更優(yōu)選 10-20 iam。這對(duì)于機(jī)械性能來(lái)說(shuō)是最佳范圍。
優(yōu)選地，為了更優(yōu)的機(jī)械性能，根據(jù)本發(fā)明的擠出工件可含有少 于25%，更優(yōu)選少于15%的所謂方解石并具有化學(xué)式CaC03的碳酸鈣 (chaux carbonat6e);和/或可含有少于5%，更優(yōu)選少于1%的化學(xué) 式為Ca(0H)2的氬氧鉤石。
根據(jù)本發(fā)明的擠出工件可具有優(yōu)選大于或等于4MPa的楊氏模量， 更優(yōu)選大于或等于6MPa。伸長(zhǎng)率可為大約O. 1%。
根據(jù)本發(fā)明的擠出工件尺寸穩(wěn)定，具有良好的外觀，無(wú)棵眼可見(jiàn) 的氣泡和/或隆起和/或裂縫。根據(jù)本發(fā)明的擠出工件可含有至少l重 量％的玻璃纖維干物質(zhì)。
根據(jù)本發(fā)明的工件可賦予表面特定的輪廓，特別是建筑形式。該 工件構(gòu)成如線(xiàn)腳元素、突飾(corniche)、框飾(門(mén)，窗)、水平層 間腰線(xiàn)、勒腳等。
本發(fā)明還涉及易于使用的水化硅酸鈣組合物，為新的應(yīng)用提供了 可能。
為此，本發(fā)明還提供一種可擠出組合物，含有 -游離水，
-以參數(shù)D50定義的粒度小于或等于100jum的二氧化硅，
-熟石灰5
-抗堿玻璃纖維，
-增塑劑，
-粘結(jié)劑。
熟石灰和二氧化硅之間的質(zhì)量比為0. 7-1。
二氧化硅和熟石灰可在高壓釜中起反應(yīng)，形成水化硅酸鈣。石灰劑量的減少使得可獲得良好的機(jī)械性能，特別是通過(guò)碳酸鈣的減少獲 得。
熟石灰與二氧化硅的質(zhì)量比可優(yōu)選為大約0.8。
所使用的石灰可為干粉、石灰乳或石灰漿的形式。
超增塑劑對(duì)混合物的流體化起作用并有助于擠出。其可優(yōu)選為聚
萘磺酸鹽型或聚羧酸鹽型。優(yōu)選地，其比率為大約2重量％。
粘結(jié)劑使得可保證基質(zhì)的均勻性。其可優(yōu)選地選自非離子且水溶
性的纖維素醚，如甲基羥乙基纖維素或羥基丙基乙基纖維素。優(yōu)選地，
其比率為小于1重量％。
申請(qǐng)人已發(fā)現(xiàn)毫米級(jí)粒度的砂的確是可擠出的，但在壓熱處理
后會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生具有非常差機(jī)械強(qiáng)度的產(chǎn)物。因此選擇參數(shù)D50小于或
等于lOOiam的更細(xì)的二氧化硅。
在一種優(yōu)選的實(shí)施方案中，參數(shù)D50小于或等于50 jam,更優(yōu)選
10-20 m m。
有利地，本發(fā)明的可擠出組合物可主要包括細(xì)二氧化硅作為含硅 材料，其原因已針對(duì)工件進(jìn)行過(guò)說(shuō)明。
除此之外，為了使配制劑不要太堅(jiān)固和不要千燥太快，可以調(diào)節(jié) 水和/或增塑劑的劑量。例如，水的量相對(duì)于干物質(zhì)的量之比優(yōu)選為大 約O. 4，甚至更多，并且/或者增塑劑的比率為2重量％，甚至更多。
熟石灰可含有至少90%的CaO。該石灰越純則越白。優(yōu)選地選擇石 灰粉末。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是生產(chǎn)基于抗堿玻璃纖維和水化硅酸鈣的工 件的方法，該方法包括以下步驟
-擠出以上定義的組合物，以形成所謂新制的工件， -預(yù)干燥該新制的工件，
-在大于150。C，優(yōu)選大于或等于180。C，更優(yōu)選約20(TC的溫度
下對(duì)預(yù)干燥的工件進(jìn)行壓熱處理(autoclavage)。 該預(yù)干燥使得能夠排出使用的游離水以便不干擾水化反應(yīng)，并且 使擠出的組合物尺寸穩(wěn)定。
7直接的壓熱處理可引起外觀缺陷隆起，裂縫，這會(huì)使工件變脆 弱并降低機(jī)械強(qiáng)度。
優(yōu)選地，進(jìn)行充分的預(yù)干燥以排出最多的游離水，優(yōu)選大約15% 的質(zhì)量損失，或者說(shuō)13%-16%。如果質(zhì)量損失更高，如22%左右，則機(jī) 械性能相對(duì)較差，因?yàn)榭赡懿坏坞x水被消耗，而且一部分水合作用 所需的水也可能被除去。22%的質(zhì)量損失例如通過(guò)環(huán)境溫度下干燥96 小時(shí)或60'C干燥24小時(shí)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
在給定的溫度下，也存在最佳的預(yù)千燥持續(xù)時(shí)間?？s短預(yù)干燥時(shí) 間時(shí)，獲得的機(jī)械性能相對(duì)較差，因?yàn)闀?huì)得到存在缺陷的工件(水過(guò) 于劇烈除去)，相反，過(guò)長(zhǎng)的預(yù)干燥時(shí)間導(dǎo)致石灰的碳酸化鹽，損害 工件的耐用性。
在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，該預(yù)千燥在環(huán)境溫度下進(jìn)行，持續(xù)時(shí) 間大約48-72小時(shí)，這導(dǎo)致14%的質(zhì)量損失。
可使用基于碳化硅的砂紙?jiān)谒逻M(jìn)行拋光類(lèi)型的表面處理。 通過(guò)閱讀如下的實(shí)施例1-4可以清楚本發(fā)明的其他細(xì)節(jié)和有利特性。
實(shí)施例1
在混合器中，攪拌如下配制的組合物
- 34.3重量％純度高于90%的熟石灰，例如Lhoist公司的名為 Boran的石灰，
—34. 3重量°/。細(xì)二氧化硅干粉末，例如Sifraco公司的二氧化硅 C10，其參數(shù)D50等于17|am， —28. 5重量％的水，
—1. 4重量％聚萘磺酸鹽型的增塑劑，例如Cognis公司的Lomar D，
- 0. 5重量％的逸自非離子且水溶性的纖維素醚的粘結(jié)劑，例如甲 基羥乙基纖維素，如Aqualon公司的Culminal MHEC 15000，
- 0. 9重量y。的抗堿玻璃纖維(也即相對(duì)于干物質(zhì)的量為1. 35%)， 例如，購(gòu)自Saint-Gobain Vetrotex公司的商品名為Cemfil《70/30》 的6、 9或12毫米長(zhǎng)的可分散性纖維，或購(gòu)自Saint-Gobain Vetrotex公司的Cemfil《62/2》型的纖維變種。
優(yōu)選地，首先低速干攪拌石灰、二氧化硅和纖維，之后加入水和 輔助劑并以較大的速度攪拌。
將此組合物擠出，優(yōu)選以較高的速度來(lái)進(jìn)行，以避免缺陷的出現(xiàn)。 選擇不同形狀的擠出模，以便獲得各種幾何形狀的工件片狀，L型
斷面，具有至少一個(gè)圓形邊緣的斷面。
對(duì)新制的擠出工件在35。C進(jìn)行72小時(shí)的預(yù)干燥，以最大限度地 除去游離水。
干燥的工件隨后在204'C在15巴下進(jìn)行壓熱處理。 工件沒(méi)有裂縫、隆起，并且是尺寸穩(wěn)定的。
最后使用基于碳化硅的砂紙?jiān)谒逻M(jìn)行拋光類(lèi)型的表面處理，以 獲得光滑的表面。
通過(guò)工件的X衍射分析可鑒定不同的相，并可將其量化，如表1 所示
表1
相°/。
石英Si026. 4
方解石CaC0310. 1
雪硅鈞石CSH10. 8
氫氧鈣石Ca(0H)2—
無(wú)定形CSH72. 7
結(jié)果石灰和二氧化硅反應(yīng)形成晶體水化硅酸铞(雪硅鉤石)或無(wú)
定形水合硅酸鉀(CSH凝膠)。由于壓熱處理的溫度高于150°C，因此 CSH凝膠傾向于結(jié)晶形成雪硅鈣石晶體。方解石(其可能是脆弱的根 源)的量受到限制，并且檢測(cè)不到氫氧鉤石。
此擠出工件為白色的、輕質(zhì)的。它的密度用流體靜力學(xué)稱(chēng)重法測(cè) 定約為1. 7g/cm3。根據(jù)ASTMC642-90標(biāo)準(zhǔn)，其孔隙率約為47%,說(shuō)明 在基質(zhì)的內(nèi)部不存在缺陷。
根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)EN1170-5,通過(guò)對(duì)擠出試樣進(jìn)行四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)機(jī)
9械性能。所述試驗(yàn)通過(guò)在尺寸為85mm x 350mm且厚20mm的試樣上使用 ZWICK1474壓力機(jī)來(lái)進(jìn)行。通過(guò)移動(dòng)的隨動(dòng)裝置的速度為2mm/min，軸 距大于83mm，小于250mm。楊氏模量為大約6. 5MPa，伸長(zhǎng)率為0. 08%。
實(shí)施例2
為了更便于擠出，對(duì)實(shí)施例1的配方進(jìn)行修改。水的用量增加至 29%，增塑劑的用量提高到2%。
通過(guò)擠出工件的X衍射分析可鑒定不同的相并可將其量化，如表2 所示
表2
相%
石英Si029. 7%
方解石CaCO,21. 2%
雪硅4丐石CSH0. 6%
氬氧鉤石Ca(OH)2-
無(wú)定形CSH68, 5%
方解石占了更大比例，而雪硅鈣石比例很小。楊氏模量為大約
4. 3MPa,伸長(zhǎng)率為0.08%。所獲得的機(jī)械性能可接受，然而卻比實(shí)施 例1差。
擠出工件保持白色，輕質(zhì)，沒(méi)有裂縫和隆起，尺寸穩(wěn)定。 密度和孔隙率相對(duì)于實(shí)施例1沒(méi)有變化。
實(shí)施例3
為了進(jìn)一步改善實(shí)施例2中提供的工件的機(jī)械性能，對(duì)預(yù)干燥時(shí) 間進(jìn)行優(yōu)化。通過(guò)在35'C預(yù)干燥48小時(shí)質(zhì)量損失約14%的處理，得到 了最佳的機(jī)械性能。楊氏模量則達(dá)到5. 2MPa，伸長(zhǎng)率為0.06%。
擠出工件保持白色，輕質(zhì)，沒(méi)有裂縫和隆起，尺寸穩(wěn)定。其密度 和孔隙率未變化。實(shí)施例4
對(duì)實(shí)施例1的配方進(jìn)行改變?cè)鏊軇┑挠昧刻岣叩?%以便于擠 出，并調(diào)節(jié)熟石灰與二氧化硅的質(zhì)量比。更確切地，熟石灰劑量減少 到獲得0. 8的比例(30. 3%的熟石灰比37. 9%的二氧化硅)。
通過(guò)擠出工件X的衍射分析可鑒定不同的相并可將其量化，如表 3所示
表3
相%
石英Si0211. 3%
方解石CaC039. 1
雪硅鉀石CSH0.7%
氫氧釣石Ca(0H)2—
無(wú)定形CSH79. 9%
熟石灰量的減少可以顯著地改善機(jī)械性能。方解石(其可能是脆 弱的根源)的比例受到限制。因而更大量的熟石灰與二氧化硅結(jié)合形 成水化硅酸鈣(呈結(jié)晶或無(wú)定形凝膠的形式)。楊氏模量提高到大約
6. 9MPa，伸長(zhǎng)率為0. "/。。
擠出工件保持白色，輕質(zhì)，沒(méi)有裂縫和隆起，尺寸穩(wěn)定。其密度 和孔隙率未變化。
實(shí)施例l-4中描述的擠出工件特別適合作為裝飾工件、裝潢工件 或建筑工件，尤其作為線(xiàn)腳元素、突飾、框飾或勒腳。
ii
權(quán)利要求
1. 基于水化硅酸鈣中的抗堿玻璃纖維的擠出工件，該水化硅酸鈣基本上通過(guò)由參數(shù)D50定義的粒度為小于或等于100μm的二氧化硅與熟石灰進(jìn)行反應(yīng)而獲得。
2. 根據(jù)以上權(quán)利要求的擠出工件，其特征在于水化硅酸鉤唯一地 通過(guò)二氧化硅與熟石灰的反應(yīng)而獲得。
3. 根據(jù)以上權(quán)利要求之一的擠出工件，其特征在于參數(shù)D50小于 或等于50pm，優(yōu)選10-20jnm。
4. 根據(jù)以上權(quán)利要求之一的擠出工件，其特征在于其具有小于 2g/cm3的密度。
5. 根據(jù)以上權(quán)利要求之一的擠出工件，其特征在于其具有小于 60%，優(yōu)選小于或等于50%的孔隙率。
6. 根據(jù)以上權(quán)利要求之一的擠出工件，其特征在于其具有大于或 等于4MPa，優(yōu)選大于或等于6MPa的楊氏模量。
7. 根據(jù)以上權(quán)利要求之一的擠出工件，其特征在于其含有少于25% 的碳酸鉤和/或其含有少于5。/。的氫氧鈣石。
8. 根據(jù)以上權(quán)利要求之一的擠出工件，其特征在于其形成型材。
9. 根據(jù)以上權(quán)利要求之一的擠出工件，其特征在于其是裝飾工件、 裝潢工件或建筑工件，尤其是以下工件中的至少一種線(xiàn)腳元素、突飾、 框飾、勒腳。
10. 可擠出組合物，含有 -游離水，—以參數(shù)D50定義的粒度小于或等于100jam的二氧化硅，-熟石灰5-抗堿玻璃纖維，-增塑劑，-粘結(jié)劑，熟石灰與二氧化硅之間的質(zhì)量比為0. 7-1。
11. 根據(jù)上一個(gè)權(quán)利要求的可擠出組合物，其特征在于熟石灰與二氧化硅之間的質(zhì)量比為約0.8。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10或11之一的可擠出組合物，其特征在于參 數(shù)D50小于或等于50jum，優(yōu)選IO-20jum。
13. 根據(jù)權(quán)利要求10-12之一的可擠出組合物，其特征在于該組 合物主要包含所述二氧化硅作為含硅材料。
14. 根據(jù)權(quán)利要求10-13之一的可擠出組合物，其特征在于熟石 灰含有至少90%的CaO。
15. 根據(jù)權(quán)利要求10-14之一的可擠出組合物，其特征在于增塑 劑是聚萘磺酸鹽型或聚羧酸鹽型的，優(yōu)選增塑劑的比率為約2重量％。
16. 根據(jù)權(quán)利要求10-15之一的可擠出組合物，其特征在于粘結(jié) 劑選自非離子且水溶性的纖維素醚，如甲基羥乙基纖維素或羥基丙基乙 基纖維素，優(yōu)選地，其比率為小于1重量％。
17.基于抗堿玻璃纖維和水化硅酸鉀的工件的生產(chǎn)方法，該方法包 括以下步驟-擠出根據(jù)權(quán)利要求10-16之一的組合物，以形成新制的工件， -預(yù)千燥該新制的工件，-在大于15(TC的溫度下對(duì)預(yù)干燥的工件進(jìn)行壓熱處理。
18. 根據(jù)上一個(gè)權(quán)利要求的生產(chǎn)方法，其特征在于該預(yù)干燥使得 質(zhì)量損失為大約15%。
19. 根據(jù)權(quán)利要求17或18之一的生產(chǎn)方法，其特征在于該預(yù)干燥 在環(huán)境氣氛下進(jìn)行大約48-72小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明涉及基于水化硅酸鈣中的抗堿玻璃纖維的擠出工件，該水化硅酸鈣基本上通過(guò)由參數(shù)D50定義的粒度為小于或等于100μm的二氧化硅與熟石灰進(jìn)行反應(yīng)而獲得。本發(fā)明還涉及含有游離水、以參數(shù)D<sub>50</sub>定義的粒度小于或等于100μm的二氧化硅、熟石灰、抗堿玻璃纖維、增塑劑和粘結(jié)劑的可擠出組合物。本發(fā)明還涉及基于抗堿玻璃纖維和水化硅酸鈣的工件的生產(chǎn)方法，包括擠出該組合物，預(yù)干燥新制的工件，在大于150℃的溫度下對(duì)預(yù)干燥的工件進(jìn)行壓熱處理。
文檔編號(hào)C04B28/18GK101484402SQ200780025691
公開(kāi)日2009年7月15日 申請(qǐng)日期2007年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月6日
發(fā)明者A·德拉韋爾納, A-L·博多內(nèi), P·I·科米諾阿爾梅納拉 申請(qǐng)人:Ocv智識(shí)資本有限責(zé)任公司