磷酸盐粘结的复合材料和方法

专利名称：磷酸盐粘结的复合材料和方法
技术领域：
本发明一般地涉及无机-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。
背景技术：
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。

发明内容
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，所获得的包含本发明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)、磷酸二氢镁(Mg(H2PO4)2. 2H20)、磷酸二氢钙(Ca(H2PO4)2. 2H20)、磷酸二氢锌(Zn(H2PO4)2)、二聚磷酸三氢铝(AlH3(PO4)2· H2O)、MgCl2、MgSO4及其混合物。与第一实施方式的上述方面中的任一个组合，所述方法还包括将所述无机酸性组分的溶液PH值调节至约O至约6之间，优选地，约3至约5之间，并且最优选地，约3至约4. 5之间。可以通过加入磷酸氢盐来降低pH值。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至少一种氧化物矿物，其包括微溶的硅酸盐、硅酸钙(硅灰石，CaSiO3)、莫来石、滑石、氧化物矿物、粉煤灰、底灰、拜耳工艺废料、在从铜矿提炼铜期间产生的酸性废液或含有硅酸盐和铝酸盐矿物的废液及其混合物。在第一实施方式的另一个方面，所述碱性组分为氧化镁，并且所述无机酸性组分前体选自氯化镁或硫酸镁溶液。与第一实施方式的上述方面中的任一个组合，所述方法还包括在与纤维素接触前，将无机酸性前体组分或碱性前体组分中的至少一种加热至低于水的沸点的温度。在第一实施方式的另一个方面中，所述无机酸性组分为磷酸氢铝，并且所述碱性组分为氧化铝(Al2O3)或氢氧化铝(Al (OH)3)，如(例如)当混合磷酸氢铝和所述碱性组分以形成随后与纤维素混合的糊剂时。所述方法还可以包括将与纤维素混合的糊剂加热约400 以形成复合材料制品的一段时间。与第一实施方式的上述方面中的任一个组合，所述方法还包括将所述有机材料加压和/或应用真空和/或应用声处理。与第一实施方式的上述方面中的任一个组合，所述无机酸性前体和碱性前体的重量比在10 : I至I : 5之间，优选地在约9 : I至I : 3. 5之间，并且更优选地在约8 I至约I : 3. 5之间。所述方法还可以包括在加压之前保留一部分无机粘合剂，然后在接近加压结束时加入剩余部分的无机粘合剂。与第一实施方式的上述方面中的任一个组合，所述方法还包括将所述有机材料与无机粘合剂混合并将加热应用至所述复合材料样品以将所述复合材料的温度提高至< 400 0F。在第二实施方式中，提供了生产纤维强化的陶瓷复合材料的方法。所述方法包括提供包含无机酸性前体和碱性前体的混合物的无机磷酸盐粘合剂，其中所述碱性前体处于溶液中；提供小于约40重量％的纤维质材料；和将所述纤维质材料与无机磷酸盐粘合剂接触。在第二实施方式的第一方面中，所述纤维质材料包括木质饰面板、短和长薄片、木条、锯末屑、木材颗粒、纤维束和/或通过制浆所获得的产品、磨石磨木浆(SGW)、压力磨木浆(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、茎纤维及其混合物中的至少 一种。与第二实施方式的上述方面中的任一个组合，将所述纤维质材料首先与碱性前体溶液接触，然后与无机酸性前体接触，或者将所述纤维质材料与无机酸性前体接触，然后接触碱性前体溶液，或者将所述纤维质材料与无机粘合剂接触。与第二实施方式的上述方面中的任一个结合，所述无机粘合剂是磷酸盐陶瓷、氯氧化物陶瓷、含氧硫酸盐陶瓷及其混合物中的至少一种。与第二实施方式的上述方面中的任一个组合，所述无机磷酸盐粘合剂包括二价或三价金属或它们的硅酸盐。与第二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硅酸钙(硅灰石，CaSiO3)、橄榄石、莫来石、滑石、氧化物矿物、粉煤灰、底灰、拜耳工艺废料、在从铜矿提炼铜期间产生的酸性废液或含有硅酸盐和铝酸盐矿物的废液及其混合物中的至少一种。与第二实施方式的上述方面中的任一个组合，所述方法还包括将无机粘合剂和纤维素材料注塑成型或挤出，所述方法还可以包括应用真空或应用声处理。与第二实施方式的上述方面中的任一个组合，所述方法还包括在与纤维素接触前，将无机酸性前体组分或碱性前体组分中的至少一种加热至低于水的沸点的温度。与第二实施方式的上述方面中的任一个组合，其中所述纤维强化复合材料提供了耐火性、零火焰蔓延、温室气体的最小释放、无挥发性有机化合物的释放和低吸水性。在第三实施方式中，提供了生产不易燃的可吹制绝缘材料的方法。所述方法包括提供可吹制材料，其包括碎纸、锯末屑、刨花、碎塑料、玻璃颗粒或玻璃纤维、石膏、可膨胀粘土及其混合物中的至少一种。提供无机粘合剂，所述无机粘合剂包含(i)无机酸性组分，其包括磷酸、磷酸二氢钠(NaH2PO4)、磷酸二氢钾(KH2PO4)、磷酸二氢铯(CsH2PO4)、磷酸二氢镁(Mg(H2PO4)2. 2H20)、磷酸二氢钙(Ca(H2PO4)2. 2H20)、磷酸二氢锌(Zn (H2PO4)2)、MgCl2' MgSO4'二聚磷酸三氢铝(AlH3(PO4)2-H2O)及其混合物的饱和溶液中的至少一种；和(ii)碱性前体，其包括镁、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，和将所述可吹制材料与所述无机粘合剂接触足以将所述无机粘合剂与所述可吹制材料粘结的一段时间。在第四实施方式中，提供了生产零火焰蔓延制品的方法。所述方法包括提供可燃材料并将无机粘合剂涂层引入至所述可燃材料的至少一部分上；所述无机粘合剂包括以下的混合物磷酸盐陶瓷、氯氧化物陶瓷、含氧硫酸盐陶瓷、二价或三价金属氧化物或它们的硅酸盐及其混合物中的至少一种；和硅酸钙(硅灰石，CaSiO3)、橄榄石、莫来石、滑石、氧化物矿物、粉煤灰、底灰、拜耳工艺废料、在从铜矿提炼铜期间产生的酸性废液或含有硅酸盐和铝酸盐矿物的废液及其混合物中的至少一种；和至少一种碱性前体组分，其包括镁、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及其混合物中的至少一种的饱和溶液或糊剂。在第四实施方式的第一方面中，所述可燃制品为壁板或吊顶板材，或者包含纤维质纤维的拉伸的机织片(stretched woven mat)。在上述实施方式的上述方面的任一个中，所述可燃制品包括纤维质纤维的拉伸的机织片或多个堆叠的薄木片，每个木片通过无机粘合剂粘结，借此获得了胶合板产品。在第五实施方式中，提供了生产耐火的纸和纸产品的方法。所述方法包括提供纤维质材料，提供无机粘合剂前体，所述无机粘合剂前体包含(i)无机磷酸盐溶液，其包括 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)、磷酸二氢镁(Mg(H2PO4)2. 2H20)、磷酸二氢钙(Ca(H2PO4)2. 2H20)、磷酸二氢锌(Zn (H2PO4)2)、MgCl2' MgSO4、二聚磷酸三氢招(AlH3 (PO4)2.H2O)及其混合物，和(ii)碱性前体溶液，其包括镁、钙、铁、锰、锌、钡、锶、铝或镧系元素的一价、二价或三价金属氧化物或氢氧化物及其混合物中的至少一种的饱和溶液或糊剂中的至少一种。提供了纤维质材料和无机粘合剂的糊剂。任选地，所述方法包括干燥所述糊剂并提供厚度适合用作纸的纤维片。纤维质材料与无机粘合剂的干重比可以在约I重量％至约20重量％之间，从而使得纸或纸产品表现出耐火性和/或零火焰蔓延。在第五实施方式的第一方面中，所述方法还包括娃酸I丐(娃灰石，CaSiO3)、橄榄石、莫来石、滑石、氧化物矿物、粉煤灰、底灰、含有硅酸盐和铝酸盐矿物的废液及其混合物中的至少一种。所述方法提供了耐燃性纸材料或纸制品和/或不易燃的家用和商业建筑覆盖物或墙纸。在第六实施方式中，提供了处理木材以生产零火焰蔓延的木制品的方法。所述方法包括将木制品与组合物接触，所述组合物包含Q)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)、磷酸二氢镁(Mg(H2PO4)2. 2H20)、磷酸二氢钙(Ca(H2PO4)2. 2H20)、磷酸二氢锌(Zn(H2PO4)2)、MgCl2、MgSO4、二聚磷酸三氢铝(AlH3(PO4)2. H2O)及其混合物；和(ii)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及其混合物中的至少一种的饱和溶液或糊剂中的一种或多种的碱性前体溶液。任选地，加入了硅酸钙(硅灰石，CaSiO3)、橄榄石、莫来石、滑石、氧化物矿物、粉煤灰、底灰、拜耳工艺废料、在从铜矿提炼铜期间产生的酸性废液或含有硅酸盐和铝酸盐矿物的废液及其混合物中的至少一种。将与所述组合物所接触的木制品干燥。提供了通过第六实施方式产生的零火焰蔓延的木制品。还提供了由上述实施方式的上述方面中的任一个所产生的复合材料制品。


图I显示了制备如所公开和所描述的无机纤维复合材料的第一方面。图2显示了制备如所公开和所描述的无机纤维复合材料的第二方面。图3显示了制备如所公开和所描述的无机纤维复合材料的第三方面。图4显示了制备如所公开和所描述的无机纤维复合材料的第四方面。图5显示了制备如所公开和所描述的无机纤维复合材料的第五方面。图6显示了制备如所公开和所描述的无机纤维复合材料的第六方面。图7显示了使用如所公开和所描述的无机纤维复合材料的夹心壁板或砖的ー个方面。

图8显示了通过使用如本文所公开和所描述的酸碱粘合剂生产纸和包装材料的
ー个方面。图9显示了通过使用如本文所公开和所描述的注射塑型技术生产无机纤维复合材料的ー个方面。图10图示地显示了作为如本文所公开和所描述的无机粘结剂的重量％的函数的使无机粘结剂纸制品碳化的时间。
具体实施例方式一般说来，公开和描述了使用无机磷酸-碱粘结剂粘结有机材料的方法，所述有机材料如天然可用的纤维材料，如来源于木材和植物的木质纤维质材料。还公开和描述了包含用无机酸碱粘结剂粘结的纤维的复合材料制品。在至少ー个方面中，本文还描述了将无机酸性组分和碱性组分的前体水溶液用作无机磷酸-碱粘合剂以用于提供无机纤维质复合材料制品的粘结剂。本文公开和描述了通过它们各自的酸/碱前体的酸碱反应所产生的无机粘合剂和由此制备的新型纤维质材料复合材料。这些无机粘合剂部分地包括(但不限干)磷酸盐、氯氧化物和含氧硫酸盐前体。所获得的包含本文所公开的无机粘结剂的复合材料产品明显不同于由有机粘结剂所形成的复合材料。无机纤维素复合材料显示出独特的性能，如重量轻、阻燃性和高延展性。酸碱粘合剂是通过作为碱性组分的氧化物或氢氧化物和作为无机酸性组分的酸性磷酸盐或金属氯化物或金属硫酸盐的酸碱反应所形成的。在存在水的情况下的反应产生了能够粘结纤维素和/或填充纤维质材料中的细胞腔并为复合材料提供刚性结构的酸碱粘合剂。一般认为由于细胞腔非常小，因此粘结剂组分需要毛细管作用以进入空隙。所公开的前体组分促进了毛细管作用，原因在于可以提供稀释并且具有低粘度的所述前体组分。作为纤维素的重复单元，纤维ニ糖含有六个羟基。纤维素的聚合度(聚合物单链中重复单位的总数)可以多至约1500。这些纤维素的重复单元通过多个分子内和分子间氢键键合在链内和链间。尽管不受任何理论的束缚，但是据信使用水性酸碱粘合剂增强了这种氢键合并产生了复合材料。通常，设计常规有机粘合剂通过产生醚、酷或新的氢键来与纤维素的羟基相互作用。例如，由于具有形成将微孔木材表面互相连接的聚合物网的能力，因此苯酚甲醛以及其它多元醇基粘合剂主要在木材复合材料中使用。据信当使用水性无机酸/碱前体粘合剂时，类似的粘结机制是有可能的。一般用于木材复合材料的有机粘合剂是甲醛基的，例如，苯酚甲醛、间苯ニ酚甲醛或苯酚-间苯ニ酚甲醛的组合、脲甲醛、混合的脲甲醛或密胺甲醛。其它常用的粘合剂包括氨基甲酸酯基有机聚合物、异氰酸酯类、环氧化物、聚こ烯和こ烯こ酸こ烯酯分散体粘合齐U。所有有机基粘合剂不但产生挥发性有机化合物，而且还具有巨大的碳足迹。每吨聚合物产生约I. 25至I. 5吨温室气体。相反，无机磷酸盐基粘合剂不产生任何挥发性有机化合物并且每吨粘合剂仅产生约0. 2-0. 25吨温室气体，这是有机聚合物粘合剂的约五分之一至六分之一。使用本文所公开和描述的无机粘合剂的另ー个优点是不需要使纤维干燥而制备纤维基复合材料的能力。当使用有机聚合物粘合剂时，必须将木材/纤维充分干燥以便粘合剂在纤维表面上的适当润湿以及避免水分在树脂/纤维界面上的积留 。木材/纤维中水的重量可以与干木材本身的重量差不多，并因此干燥具有能耗。另外，干燥木材/纤维还释放挥发性有机化合物(VOC)，如萜烯。相反，本发明公开的使用无机酸/碱前体粘合剂的エ艺不需要干燥纤维来引起适当的润湿和粘结剂的形成。事实上，本发明公开的无机酸/碱前体粘合剂可以是水溶液。木纤维中存在的游离水将在挤压时被挤出，并因此将导致粘合剂组分(酸性以及碱性组分)最大程度的溶解，这有利于更快速的反应并借此缩短了固化时间。相同的无机粘结剂体系还可以将VOC (如萜烯)封闭在所得的复合材料中。纤维质材料可以将任何纤维质材料用于提供无机酸-碱纤维复合材料或纤维强化的陶瓷以及用于实施本文所公开和描述的方法。可以获得多种形式的木质纤维质材料，其包括(但不限于)得自木材或植物材料的硬木和软木纤維。所述纤维材料可以是木质饰面板、短和长薄片、木条、锯末屑、木材颗粒、纤维束和/或通过不同制浆方法所获得的原料，例如磨石磨木浆(SGW)、压カ磨木浆(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、碱法浆、再生浆和漂白浆。纤维材料还包括不同的植物纤维，如玉米须、种子纤维、叶纤维、韧皮(外皮)纤维、果实纤维和茎纤维。纤维质材料包括薄木片或压合木材形式，例如，饰面板以及类似物。除上述实例之外,纤维质材料还涵盖了非纤维质基材料，例如，其它生物材料，如羊毛、丝和蜘蛛丝。纤维质材料包括长纤维和短纤维。在下文中将原材料的这些示例性实例无任何限制地称为“木质纤维质材料”，或者可互換地称为“纤维质材料”。适合用于开发具有纤维质材料的复合材料的天然可用纤维质材料是由木质素、半纤维素、纤维素和浸出物组成的。本文所公开和描述的方法适用于使用和未使用一些处理以除去全部或部分木质素、半纤维素和浸出物的这些纤维素材料，尽管ー些半纤维素的去除通常提供了更好的产品。木质素和半纤维素的去除包括熟知的硫酸盐制浆或碱法制浆エ艺，即将纤维质材料在碱性溶液中煮沸，其中使用沸腾的碱将提取出一些木质素和半纤维素。在本发明公开的方法的至少ー个方面，在形成复合材料期间除去的木质素和半纤维素材料随后被无机粘合剂所取代。除取代所除去的材料之外，粘合剂还粘结了纤维素和剰余组分并形成了复合材料。无机酸性/碱性粘合剂组合物在至少ー个方面，无机酸性前体和碱性前体组分起到用于复合材料的粘合剂的作用，并且一旦硬化，则成为用于复合材料的无机粘结剂。所述粘结剂前体组合物包括(但不限干)所有不同形式的酸碱组合，如磷酸盐粘合剂、氯氧化物和含氧硫酸盐陶瓷。具体地，本文详细公开了磷酸盐酸性前体/碱性前体组分，但是本文所公开和描述的方法通常适用于其它粘结剂，并因此考虑了所有酸碱粘结剂。本文所公开和描述的使用水溶液并产生无机酸-碱粘合剂的方法明显不同于先前所报道的其中微溶的金属氧化物以粉末形式与磷酸溶液反应以产生胶结粘结剂磷酸盐粘结的结构产品。这些先前所报道的方法涉及胶结粘结剂，其含有作为金属氧化物的微溶固体粉末，所述金属氧化物不与磷酸组分前体完全反应或者在制成品中提供了核壳形态，其中在复合材料产品中保留了离散的金属氧化物颗粒。当使用粉末金属氧化物吋，碱性组分的这种不完全反应产生了与本文所公开和描述的溶液中的碱性组分前体相比，质量和性能较差的产品。另外，与先前所报道的无机胶结エ艺相反，先前的エ艺使用了粉末金属氧化物井且通常使用了煅烧氧化物，金属氧化物的煅烧是能耗密集的エ艺并且增加了整个エ艺的碳足迹。先前所报道的エ艺具有使大規模生产存在问题的限制，例如，在胶结粘结纤维复合材料的生产期间，(煅烧)氧化物和磷酸均需要基本同时与纤维混合。由于对于使用粉末金属 氧化物的无机胶结エ艺来说硬化反应是快速的，因此这为纤维与煅烧氧化物的混合和/或反应，纤维的浸透和纤维的有效涂覆留出了极少的时间。通常，相对于本文所公开和描述的エ艺，这导致产生了劣质纤维复合材料。此外，当与无机酸性组分一起使用煅烧金属氧化物时，纤维的填充量降低，从而导致产生了其中纤维质材料加强粘固剂的复合材料，这与本发明所公开的方法和制品相反，其中无机粘结剂加强了纤维质材料。本文公开了使用未煅烧的金属氢氧化物和酸性磷酸盐的适合溶液来开发提供用于纤维质纤维复合材料的无机粘结剂的粘合剂的方法。相对于先前所报道的胶结纤维复合材料形成方法和所得制品，所公开的这些エ艺具有几种优势。例如，与煅烧氧化物或矿物(例如，硅酸钙)相比，未煅烧的金属氢氧化物具有更高的溶解度。因此，使用未煅烧的金属氢氧化物作为粘合剂的无机酸/碱反应产物的得率提高，并相应地需要较少的总的无机酸/碱粘结剂。获取用于碱性组分前体的未煅烧氢氧化物(例如，提取和来源于白云石矿的氢氧化镁盐水)消除了氢氧化镁从溶液中的物理分离，节省了能源并且还降低了碳足迹。使用较少的酸性磷酸盐避免了对强酸的处理以及生产设备的后续腐蚀、强酸废料的处理以及所产生的制品中或制品上存在的残留氧化物。已有利地发现对于无机粘合剂来说使用反应较慢的酸性磷酸盐溶液作为无机酸性组分前体和使用氧化物或氢氧化物或氧化物矿物溶液作为碱性组分提供了改善的纤维质复合材料。本发明所公开的方法提供了接触时纤维质材料纤维则基本完全润湿，并因此，纤维与无机酸/碱粘合剂发生了优良的粘结，产生了与包含胶结粘结剂的纤维质复合材料相比具有优良性能的复合材料制品。上述属性将单独或组合地提供多种产品的生产，这些产品是通过先前所公开的使用固体金属氧化物或煅烧金属氧化物/矿物作为碱性组分前体的方法所不能生产的。例如，并且没有任何限制的含意，通过本发明公开的方法所生产的复合材料制品为产品提供了极高纤维素填充量和最小的粘合剂/粘结剂的量，这是通过先前所报道的胶结方法所不能产生的。此外，可以在不存在研磨颗粒物质的情况下容易地挤出包含纤维素和无机酸/碱组分溶液(例如，含有其的浆料)的混合物的本发明公开的方法和材料。可以在纤维质纤维片之间和单个纤维片的织物之间灌注/注入本文所公开和描述的低粘度无机酸/碱组分溶液，提供高性能的改善的纤维基质复合材料。相反，先前所报道的粘结剂组合物中通常存在的固体颗粒物质将堵塞片层/纤维或织物间的多孔空隙，从而阻碍或不允许灌注/注入加工。本发明所公开的碱性前体的溶液粘度低于先前报道的复合材料形成方法中的溶液粘度。因此，这些溶液的泵送和注入得到了促进并且提供了无机粘结剂组分的更大程度的滲透，从而提供了优良的复合材料制品。在ー个方面，首先将酸性和碱性组分都溶解或提供于水媒介中，优选地，达到它们的最佳溶解度，并且(例如)使用标准复合材料エ艺将它们的液体部分与纤维质材料接触。接触可以包括注入及预期将前体分布于纤维质材料内或在整个纤维素材料中的其它エ艺。在其它方面，在与纤维质材料接触前，加热酸性和碱性组分中的至少ー种或两者。可以将酸性和碱性组分加热至水的沸点或接近水的沸点的温度。在ー个具体的方面，在与纤维质材 料接触前，将酸性和碱性组分中的至少ー种或两者加热至大约水的沸点。在将无机酸性和碱性前体溶液引入至纤维质材料后，一般发生酸碱反应以及前体材料単独或组合地与纤维质材料的多种官能团的反应。这些反应可以在纤维素的湿润表面上发生，从而将纤维质纤维彼此粘结。在将酸性和碱性组分与纤维质材料接触后，可以使用额外的加热，例如，加热高达约400 °F可以用于加快无机粘结剂的固化。可以结合有助于酸性和碱性组分在纤维质材料内分布的其它エ艺(如，压カ、真空和/或超声波)来实施加热。在具体的实施方式中，提供了声波混合器和/或真空室的使用以使得酸性/碱性组分在纤维细胞中浸透，借此仅引入所需的溶液量并因此减少过量粘合剂溶液或水的使用。在某些方面，本文所公开和描述的方法对所使用的前体/碱溶液是特定的，并因此，可以为特定的酸/碱溶液定制ー种或多种加工技术。在多个方面，提供了这些特定的组合物和相应的加工技术。在酸性和碱性组分的混合物中存在的过量的水还可以使纤维良好润湿，这是在先前所公开的方法所得不到的优势。可以通过对湿润的复合材料施加压カ并随后进行热处理，或者通过同时施加热和压力来除去该过量的水。与如陶瓷水泥的常规酸碱胶结材料相反，如本文所公开的，浓缩水溶液含有化学计量过量的水，并因此可以防止无机粘合剂快速硬化(而所述复合材料不同化)直至基本除去所有化学计量过量的水。这种改善为复合材料制造エ艺提供了使用先前所报道的具有纤维的粘固剂所不可能的优势。纤维强化的陶瓷复合材料一般地，将纤维质纤维強化的陶瓷复合材料理解为用超过纤维质材料的量(例如，小于约35-40重量％纤维)的酸碱前体制备的制品。在这种情况下，将较少量的纤维质材料与酸碱前体粉末/糊剂之ー或两者混合以形成浆，井随后通过加压成形。所得产物是坚硬并且致密的陶瓷，其中纤维质材料起到強化的作用。由于纤维素的低密度和它的纤维性能，所得产物比原来的陶瓷更轻，并且与不含纤维质材料的脆性陶瓷相比，具有优良的断裂韧度和弯曲特性。轻巧以及较高的抗弯强度还为产品赋予了优良的耐冲击性。在至少ー个方面，本文公开和描述了用于这些纤维强化的陶瓷复合材料的制剂以及由此所制备的制品。因此，将纤维质材料用作陶瓷基质中的填料，其中纤维质材料的填充量一般小于无机酸性/碱性前体组分。通过这些方法所制备的陶瓷基质表明了与胶结的无机酸碱粘固剂(如磷酸盐、氯氧化物或含氧硫酸盐粘固剂)相比优良的机械性能、改善的延展性和耐冲击性，并且所述陶瓷基质与通过先前所报道的方法和材料所制备的那些相比是更加均质的。如本文所公开和描述的无机酸性/碱性组分溶液(例如，水溶液)与纤维质纤维一起可以提供改善的強化的陶瓷。无机纤维复合材料一般地，将具有作为无机酸性/碱性粘合剂的粘结剂的纤维质材料理解为用(例如)无机酸性/碱性粘合剂制备的无机纤维复合材料制品，其中纤维质材料以超过无机酸性/碱性粘合剂的量存在于复合材料中。例如，在某些方面，如本发明所公开的无机纤维复合材料包含所述复合材料中超过约35-40重量百分比的纤维。在这种情况下，将较小填充量的无机酸性/碱性粘合剂与纤维质材料纤维混合以形成浆，井随后通过加压、注射塑型和挤出使其成形。所得产品是具有起強化作用的陶瓷的纤维质材料，并因此该复合材料可 以具有高抗弯强度、高耐冲击性、零可燃性和极好的绝缘性能。无论是纤维强化的陶瓷或无机纤维复合材料，所得产品是致密的、防火的并具有极低的孔隙度。与比较性非无机纤维复合材料相比，这些材料显示出类似或更优的机械性能，但它们有利地是阻燃的，完全没有挥发性有机化合物散发并且与有机聚合物复合材料相比具有低得多的碳足迹。无机酸性组分(A)本发明所公开的无机酸性/碱性粘合剂的第一组分(A)是酸性前体组分。在ー个方面，酸性前体组分包括磷酸盐、氯氧化物、含氧硫酸盐或其混合物。表I列出了示例性无机酸性前体组分的溶解度，所述前体组分包括(例如)磷酸盐和氯氧化物和含氧硫酸盐。
无机酸性前体组分]溶解度(克/IOOcc ) [ 溶液pH值
碟酸ニ氢枘
(NaH2P04.2H20 )__71 (O。。)__4.3-4.9_
磚酸ニ氢铵
(NH4)H2PO4__39.5 (25 °C)__4.4-4.8_
磷酸ニ氢钾
(KH2PO4)__25.1 (250C)__^2_
磷酸ニ氢钙
Ca(H7PO4)2-H2O1.8 (30°C)__Z5_
磷酸ニ氢镁
(Mg(H2PO4)2^H2O )__22.3 (25 0C)___
ニ聚磚睃三氢铝
(AlH3(PO4)2-H2O )__50__2_
MgCl,55.5 (25°C)>7 _
MgSO4 [ 37.4 (25°C) [ >7—表I.酸性嶙酸盐和氯化镁和硫酸镁的溶解度以及溶液的pH值。_
表I表明不同的酸性磷酸盐、氯化镁和硫酸镁具有不同的溶解度。使用最大溶解度的酸性盐，有可能引入最大量的酸性组分以形成粘结剂。术语“无机酸性组分”包括路易斯酸MgCl2和MgSO4,并且不受组分的溶液pH值的限制。在ー个方面，作为包含磷酸或酸性磷酸盐的饱和溶液的溶液或糊剂提供了无机酸性前体。所述磷酸或酸性磷酸盐包括ー价碱金属，如钠(磷酸ニ氢钠，NaH2PO4)、钾(磷酸ニ氢钾，KH2PO4)、铯(磷酸ニ氢铯，CsH2PO4)，或者任何ニ价金属或三价金属，如镁(磷酸ニ氢镁，Mg (H2PO4)2. 2H20)或钙(磷酸ニ氢韩，Ca (H2PO4)2. 2H20)或锌(磷酸ニ氢锌，Zn (H2PO4) 2)，或者三价金属，如招(ニ聚磷酸三氢招，AlH3(PO4)2. H2O)。在ー个方面,相对于磷酸ニ氢钾，磷酸ニ氢钠的使用是优选的。在另ー个方面，相对于磷酸ニ氢钾，磷酸ニ氢铝是优选的。阳离子如Na、K或Mg可能会影响粘合剂的质量，并且因此可以调节阳离子的控制以及无机酸性前体溶液的溶解度以优化粘合剂。在ー个方面，提供了通过调节酸性和碱性溶液的pH值来提高酸碱反应程度的方法。在酸性磷酸盐前体中，加入少量磷酸以提高溶液的酸性，其反过来增加了酸性磷酸盐组 分的磷酸盐含量(P2O5含量)。例如，对于本文所公开和描述的方法来说，由于在约4. 2的溶液PH值时的约20g/ml的低溶解度，磷酸ニ氢钾酸性前体的水溶液的使用不是特别有效的。因此，为了将PH值降低至4以下，将预定量的85重量％的饱和磷酸加入至磷酸ニ氢钾前体溶液中。在一个优选的方面，加入至磷酸ニ氢钾溶液的85重量％的饱和磷酸的量不超过5克/100克磷酸ニ氢钾前体溶液,并且磷酸ニ氢钾前体溶液的pH值目标为约pH 3。对于这种粘合剤，PH值从约4. 2到4以下的调节充分提高了磷酸盐的含量并且提供了用于制备纤维复合材料制品的改善的无机磷酸盐酸/碱粘合剤。这些复合材料制品具有超越使用大于约pH 4.2的磷酸ニ氢钾前体溶液所制备的复合材料制品的改善的性能和特征属性。一般地，无机酸性前体溶液的pH值可以在约0-6之间，优选地在约3-5之间，并且最优选地在约3-4. 5之间。一般地，用于生产所公开的无机粘合剂的pH值范围在3至5的溶液是优选的，这是因为低于该PH值，这些溶液变得腐蚀性极强，而高于该pH范围，它们反应过慢以至于无法形成粘合剤，从而有可能降低复合材料制品的特征属性。生产氯氧化物和含氧硫酸盐粘合剂时，为了调节氯化物和硫酸盐溶液的溶解度可以相似的方式分别使用盐酸和硫酸。碱性组分(B)本发明所公开的无机酸性/碱性粘合剂的第二组分是碱性前体组分(B)。在ー个方面，碱性前体组分是金属氢氧化物溶液。可以使用某些氧化物起始材料，条件是它们形成氢氧化物。碱性组分溶液的实例包括(例如)通过完全或部分溶解微溶氧化物或氢氧化物产生的饱和溶液或糊剂，包括(但不限干)镁、钙、铁、锰、锌、钡、锶的任何ー价或ニ价金属氧化物或氢氧化物，以及三价氧化物，如铝、铁或镧系元素。在ー个方面，碱性组分溶液是得自氧化物或氢氧化物的天然矿石的矿场的富含氢氧化物的盐水，或者是在从天然矿石分离其它脉石材料期间产生的类似溶液。在另ー个方面，碱性组分溶液是在从铝土矿分离氧化铝的拜耳エ艺期间产生的氢氧化铝的拜耳エ艺母液。在优选的方面，碱性组分溶液是通过在镁矿床中的注蒸汽所获得的氢氧化镁盐水。表2提供了不同氢氧化物的水溶液饱和浓度以及它们所得的水溶液pH值。对于碱性组分,一般优选最大溶解度的氢氧化物溶液。[010权利要求
1.一种生产复合材料产品的方法，所述方法包括 提供有机材料；和 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。
2.如权利要求I所述的方法，其中，在不包括水含量时，所述有机材料与总的无机粘合剂的重量比在约99 I至约2 I之间，优选地约10 I至约5 I之间，并且更优选地为约7 I。
3.如权利要求I所述的方法，其中，所述有机材料包括木质饰面板、短薄片和长薄片、长纤维、短纤维、木条、锯末屑、木材颗粒、纤维束、磨石磨木浆(SGW)、压力磨木浆(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。
4.如权利要求I所述的方法，其中，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。
5.如权利要求I所述的方法，其中，所述碱性前体存在于溶液中。
6.如权利要求I所述的方法，其中，所述接触步骤包括 (i)将所述有机材料首先与所述碱性前体溶液接触，并且然后与所述无机酸性前体溶液接触；或 (ii)将所述有机材料与所述无机酸性前体接触，然后与所述碱性前体接触；或者 (iii)将所述有机材料与所述无机粘合剂接触。
7.如权利要求I所述的方法，其中，所述无机酸性前体和所述碱性前体各自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以及单独的碱性浆或纤维。
8.如权利要求7所述的方法，还包括混合所述单独的酸性和碱性浆或纤维，与足量的水混合；以及形成固体复合材料产品。
9.如权利要求7所述的方法，还包括干燥所述单独的酸性和碱性浆，混合经干燥的酸性和碱性浆或纤维，之后将混合的干燥的酸性和碱性浆或纤维与水混合；以及形成固体复合材料产品。
10.如权利要求1-9中任一项所述的方法，其中，所述无机酸性前体组分包含酸性磷酸盐、碱土金属氯化物或碱土金属硫酸盐中的至少一种。
11.如权利要求1-9中任一项所述的方法，其中，所述碱性前体组分包含氧化物、氢氧化物或氧化物矿物中的至少一种。
12.如权利要求1-9中任一项所述的方法，其中，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及其混合物中的至少一种的饱和溶液或糊剂。
13.如权利要求1-9中任一项所述的方法，其中，所述碱性前体为富含金属氢氧化物的盐水溶液。
14.如权利要求13所述的方法，其中，所述富含金属氢氧化物的盐水溶液为氢氧化镁盐水溶液或者氢氧化铝的拜耳工艺母液。
15.如权利要求1-9中任一项所述的方法，还包括加入高碱性的碱金属氢氧化物溶液以提高所述碱性前体的水溶液PH值。
16.如权利要求15所述的方法，其中，所述碱金属氢氧化物为氢氧化钠(NaOH)、氢氧化钾(KOH)、氢氧化铵(NH4OH)和氢氧化钙(Ca(OH)2)中的至少一种。
17.如权利要求1-9中任一项所述的方法，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。
18.如权利要求1-9中任一项所述的方法，其中，所述无机酸性组分包含磷酸、磷酸二氢钠(NaH2PO4)、磷酸二氢钾(KH2PO4)、磷酸二氢铯(CsH2PO4)、磷酸二氢镁(Mg(H2PO4)2. 2H20)、磷酸二氢钙(Ca(H2PO4)2. 2H20)、磷酸二氢锌(Zn (H2PO4)2)、二聚磷酸三氢铝(AlH3 (PO4) 2. H2O)、MgCl2^MgSO4及其混合物的饱和溶液中的至少一种。
19.如权利要求1-9中任一项所述的方法，还包括将所述无机酸性组分的溶液pH值调节至约0至约6之间，优选地，调节至约3至约5之间，并且最优选地，调节至约3至约4. 5之间。
20.如权利要求7所述的方法，其中，通过加入磷酸氢盐来降低所述pH值。
21.如权利要求1-9中任一项所述的方法,还包括加入微溶的娃酸盐、娃酸I丐、莫来石、滑石、氧化物矿物、粉煤灰、底灰、拜耳工艺废料、在从铜矿提炼铜期间产生的酸性废液或含有硅酸盐和铝酸盐矿物的废液及其混合物中的至少一种。
22.如权利要求I所述的方法，其中，所述无机酸性组分前体为氯化镁或硫酸镁溶液并且所述碱性组分为氧化镁。
23.如权利要求1-9中任一项所述的方法，还包括在与纤维素接触前，将所述无机酸性前体组分或碱性前体组分中的至少一种加热至低于约水的沸点的温度。
24.如权利要求I所述的方法，其中，所述无机酸性组分为磷酸氢铝并且所述碱性组分为氧化招(Al2O3)或氢氧化招(Al (OH) 3)。
25.如权利要求24所述的方法，其中，混合所述磷酸氢铝和所述碱性组分以形成之后与纤维素混合的糊剂。
26.如权利要求25所述的方法，还包括将与纤维素混合的所述糊剂加热约400T足以形成复合材料制品的一段时间。
27.如权利要求1-9中任一项所述的方法，还包括将所述纤维质材料加压
28.如权利要求27所述的方法，还包括应用真空和/或声处理。
29.如权利要求1-9中任一项所述的方法，其中所述无机酸性前体和碱性前体的重量比在10 : I至I : 5之间，优选地在约9 : I至I : 3. 5之间，并且更优选地在约8 I至约I : 3. 5之间。
30.如权利要求27所述的方法，还包括在加压之前保留所述无机粘合剂的一部分，然后在接近加压结束时加入所述无机粘合剂的剩余部分。
31.如权利要求1-9中任一项所述的方法，还包括将所述有机材料与无机粘合剂混合并对所述复合材料样品加热以将所述复合材料的温度提高但低于400 0F。
32.—种生产纤维强化的陶瓷复合材料的方法，所述方法包括 提供包含下列的混合物的无机磷酸盐粘合剂 (i)磷酸、磷酸二氢钠(NaH2PO4)、磷酸二氢钾(KH2PO4)、磷酸二氢铯(CsH2PO4)、磷酸二氢镁(Mg(H2PO4)2. 2H20)、磷酸二氢钙(Ca(H2PO4)2. 2H20)、磷酸二氢锌(Zn (H2PO4)2)、二聚磷酸三氢铝(AlH3(PO4)2. H2O)、MgCl2, MgSO4及其混合物的饱和溶液中的至少一种的无机酸性前体；和 (ii)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碱性前体，其中所述碱性前体处于溶液中； 提供小于约40重量％的纤维质材料；和 将所述纤维质材料与所述无机磷酸盐粘合剂接触。
33.如权利要求32所述的方法，其中，所述纤维质材料包括木质饰面板、短薄片和长薄片、木条、锯末屑、木材颗粒、纤维束和/或通过制浆所获得的产品、磨石磨木浆(SGW)、压力磨木浆(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、茎纤维及其混合物中的至少一种。
34.如权利要求32-33中任一项所述的方法，其中(i)将所述纤维质材料首先与所述碱性前体溶液接触，然后与所述无机酸性前体接触；或者(ii)将所述纤维质材料与所述无机酸性前体接触，然后接触所述碱性前体溶液；或者(iii)将所述纤维质材料与所述无机粘合剂接触。
35.如权利要求32-33中任一项所述的方法，其中，所述无机粘合剂是磷酸盐陶瓷、氯氧化物陶瓷、含氧硫酸盐陶瓷及其混合物中的至少一种。
36.如权利要求32-33中任一项所述的方法，其中，所述无机磷酸盐粘合剂包括二价或三价金属或它们的硅酸盐。
37.如权利要求32-33中任一项所述的方法，还包括加入硅酸钙、橄榄石、莫来石、滑石、氧化物矿物、粉煤灰、底灰、拜耳工艺废料、在从铜矿提炼铜期间产生的酸性废液或含有硅酸盐和铝酸盐矿物的废液及其混合物中的至少一种。
38.如权利要求32-33中任一项所述的方法，还包括将所述无机粘合剂和所述纤维质材料注塑成型或挤出。
39.如权利要求38所述的方法，还包括应用真空和/或声处理。
40.如权利要求32-33所述的方法，还包括在与纤维素接触前，将所述无机酸性前体组分或所述碱性前体组分中的至少一种加热至低于水的沸点的温度。
41.如权利要求32-33中任一项所述的方法，其中，所述纤维强化的复合材料提供了耐火性、零火焰蔓延、温室气体的最小释放、无挥发性有机化合物的释放和低吸水性。
42.从权利要求I或32中任一项所述方法所生产的复合材料制品。
43.一种生产不易燃的可吹制绝缘材料的方法，所述方法包括 提供可吹制材料，其包括碎纸、锯末屑、刨花、碎塑料、玻璃颗粒或玻璃纤维；石膏、可膨胀粘土及其混合物中的至少一种； 提供无机粘合剂，所述无机粘合剂包含 (i)无机酸性组分，其包含磷酸、磷酸二氢钠(NaH2PO4)、磷酸二氢钾(KH2PO4)、磷酸二氢铯(CsH2PO4)、磷酸二氢镁(Mg(H2PO4)2. 2H20)、磷酸二氢钙(Ca(H2PO4)2. 2H20)、磷酸二氢锌(Zn(H2PO4)2)、MgCl2, MgSO4、二聚磷酸三氢铝(AlH3(PO4)2. H2O)及其混合物的饱和溶液中的至少一种；和 (ii)碱性前体，其包含镁、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； 将所述材料与所述无机粘合剂接触足以将所述无机粘合剂与所述可吹制材料粘结的一段时间；和 提供不易燃、可吹制的绝缘材料。
44.一种生产零火焰蔓延的制品的方法，所述方法包括 提供可燃的制品；和 将无机粘合剂的涂层引入至所述可燃制品的至少一部分上；所述无机粘合剂包含下列的混合物 (i)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)、磷酸二氢镁(Mg (H2PO4) 2. 2H20)、磷酸二氢钙(Ca(H2PO4)2. 2H20)、磷酸二氢锌(Zn(H2PO4)2)、MgCl2, MgSO4、二聚磷酸三氢铝(AlH3(PO4)2-H2O)及其混合物； (ii)硅酸钙、橄榄石、莫来石、滑石、氧化物矿物、粉煤灰、底灰、拜耳工艺废料、在从铜矿提炼铜期间产生的酸性废液或含有硅酸盐和铝酸盐矿物的废液及其混合物中的至少一种；和 (iii)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及其混合物中的至少一种的饱和溶液或糊剂的至少一种碱性前体溶液。
45.如权利要求44所述的方法，其中，所述可燃制品是壁板或吊顶板材。
46.如权利要求44所述的方法，其中，所述可燃制品包含纤维质纤维的拉伸的机织片。
47.如权利要求1_9、32或44中任一项所述的方法，其中，所述可燃制品包含多个堆叠的薄木片，每个木片通过所述无机粘合剂粘结，借此获得了胶合板产品。
48.一种提供了生产耐火的纸和纸产品的方法。所述方法包括 提供纤维质材料； 提供无机粘合剂，所述无机粘合剂包含组分 (i)无机磷酸盐溶液，其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)、磷酸二氢镁(Mg(H2PO4)2. 2H20)、磷酸二氢钙(Ca(H2PO4)2. 2H20)、磷酸二氢锌(Zn (H2PO4)2)、MgCl2' MgSO4'二聚磷酸三氢铝(A1H3(P04)2.H20)及其混合物；和 (ii)碱性前体溶液，其包含镁、韩、铁、猛、锌、钡、银、招或镧系元素的一价、二价或三价金属氧化物或氢氧化物及其混合物中的至少一种的饱和溶液或糊剂； 将所述纤维质材料和所述无机粘合剂混合；并且 形成适于纸成型的、包含所述纤维质材料和所述无机粘合剂的糊剂。
49.如权利要求48所述的方法，其中，纤维质材料与无机粘合剂的干重比在约I重量％至约20重量％之间。
50.如权利要求48所述的方法，其中，所述无机粘合剂还包含硅酸钙、橄榄石、莫来石、滑石、氧化物矿物、粉煤灰、底灰、含有硅酸盐和铝酸盐矿物的废液及其混合物中的至少一种。
51.如权利要求48所述的方法所生产的耐燃的纸或耐燃的纸制品。
52.如权利要求48所述的方法所生产的不易燃的家用和商业建筑覆盖物或墙纸。
53.一种处理木材以生产零火焰蔓延的木制品的方法，所述方法包括 将木制品与组合物接触，所述组合物包含 (i)磷酸或酸性磷酸盐的饱和溶液，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)、磷酸二氢镁(Mg(H2PO4)2. 2H20)、磷酸二氢钙(Ca(H2PO4)2. 2H20)、磷酸二氢锌(Zn (H2PO4)2)、MgCl2' MgSO4、二聚磷酸三氢招(AlH3 (PO4)2.H2O)或其混合物； (ii)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及其混合物中的至少一种的饱和溶液或糊剂中的一种或多种的碱性前体溶液； (iii)任选地，硅酸钙、橄榄石、莫来石、滑石、氧化物矿物、粉煤灰、底灰、拜耳工艺废料、在从铜矿提炼铜期间产生的酸性废液或含有硅酸盐和铝酸盐矿物的废液及其混合物中的至少一种； 将与所述组合物接触的木制品干燥。
54.如权利要求53所述的方法生产的零火焰蔓延的木制品。
全文摘要
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。
文档编号C04B28/00GK102803177SQ201180008967
公开日2012年11月28日 申请日期2011年2月9日 优先权日2010年2月9日
发明者阿伦·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 申请人:18纬度有限公司