廢建築材料的土壤轉化方法

2023-10-08 23:02:24 1

專利名稱：廢建築材料的土壤轉化方法
技術領域：
本發明涉及一種建築材料組合物、一種使用該組合物的建築材料和它們的生產方法。此外，本發明涉及一種塗料組合物和用其塗敷的塗敷製品。另外，本發明涉及一種建築材料的土壤轉化方法。
背景技術：
過去，在建築材料製造過程中，為了各種各樣的目的選擇基材，並且經常把各種各樣的材料混入到每種基材中。
礦物基材料的一個特定實例是蛭石。這種蛭石是一種粘土礦物，其類似於黑雲母，並且在高溫下由於脫水在垂直於巖層的方向明顯膨脹，使其轉變為以水蛭方式延伸的多孔形式。因此，由於其具有優異的隔熱性能和吸音性能，經常用作混入到基材中的材料(填料、增稠劑)，並作為各種建築材料包括隔熱材料和隔音材料的基材，用於減輕重量的額外目的。另一方面，由於蛭石的吸水能力特別強，根本不考慮其作為水分調節劑。因此，在向上述建築材料中混入蛭石的情況下，膨脹蛭石通常用於降低重量等。例如，其用作水泥製品如砂漿和混凝土的輕質骨料。相反，未膨脹蛭石不提供如上所述的降低重量等優點，因此，為了利用其耐酸性、耐鹼性和其它性質，其向基材中引入的用量只有幾個百分數。此外，雖然已經試圖使用主要由未膨脹蛭石製成的板，通過把它固定在內壁背面並且當火災發生時使其膨脹，來防止火焰蔓延，在這種情況下的蛭石用作特殊的基材，這種材料利用蛭石的阻燃性。
另一方面，已經提出為建築材料本身賦予各種功能，以便使其與競爭產品區分。其中，雖然已經對具有水分調節(水分的吸收和釋放)和/或除臭和引人入勝的外觀的建築材料進行了各種研究，但是還沒有發現令人滿意的結果。即雖然通過使用具有大比表面積的建築材料獲得了某些結果，但是，存在許多情況，其中水的保持和水分保持能力特別強，產生水分釋放速度方面的問題。
(A)所以，本發明的發明人進行了各種研究，尋找一種即使更有效地使用作為天然資源的蛭石，也能夠滿足水分調節和/或除臭和吸引人的外觀方面的要求，並且在水分吸收和釋放的量與速度之間提供了特別優異的平衡。
結果，意外地發現，通過向基材(特別是具有吸水性但是水分釋放不足的水硬性(hydraulic)材料)中混入5-70重量％的未膨脹蛭石，明顯改善了水分吸收和釋放能力，並且解決了上述問題，從而導致本發明的完成。
(B)作為這些研究的一部分，本發明的目的是提供一種建築材料組合物，它能生產具有更加改善的設計、吸音性和低重量性的建築材料。
(C)由於為了在使用這些未膨脹蛭石的情況下提高生產率而進行的作為這些研究的一部分的額外研究，意外地發現，除了通過使用特定用量的細粉末在水分吸收和釋放的量與速度之間的優異的平衡以外，在彎曲強度、彈性和生產率方面也獲得了改善，即使未膨脹蛭石的混入量小於5重量％，也能獲得抗彎強度、彈性和生產率的提高，從而完成了本發明。
(D)通過進行作為這些研究的一部分的更多的研究，意外地發現，通過向建築材料等上塗敷含有未膨脹蛭石的塗料組合物能夠解決上述問題，從而完成了本發明。
(E)另外，作為這些研究的一部分，在這些材料被使用並變成廢建築材料的情況下，本發明沒有為回收和處理產生額外的負擔，從而促進了其有效利用。
(F)過去，化合物建築材料如矽酸鈣、石膏板和水鋁英石燒結板廣泛用作內牆材料。但是，由於當這些材料連接時，從連接強度方面考慮，難以使用緊固件，所以，通常使用粘合劑。但是，使用粘合劑使得連接工作特別麻煩。並且由於釋放組成粘合劑的高分子量單體和溶劑，在居住空間中使用粘合劑也不是優選的。而且，由於粘合劑的變質縮短了這些材料的使用壽命。
另一方面，在製造建築材料時，為了各種目的選擇基材，並且各種材料經常混入到這些基材中。
作為上述建築材料研究的一部分，本發明的目的是獲得可以使用緊固件代替粘合劑進行連接的建築材料，並且意外地發現，通過使用含有上述未膨脹蛭石的建築材料，可以達到上述這一目的。

發明內容
I.以下提供解決以上(A)中所述本發明目的的方法的解釋即本發明的要點是一種建築材料組合物，其包括向基材中混入未膨脹蛭石，混入量為總組合物的(固體部分)的5-70重量％，本發明還涉及一種用其形成的建築材料，以及它們的生產方法。
雖然對於本發明中所用的基材沒有特別限制，只要基材不會導致下述蛭石性質的任何明顯降低，但是，從水分調節和/或除臭方面來看，其優選的是親水的。這是因為親水基材本身具有水分調節和/或除臭功能，通過在其表面的未膨脹蛭石可以吸附內部分散的物質。這樣的親水基材的實例包括石膏、水泥、矽酸鈣、礦渣石膏或它們的類似材料。這些也可以適當地組合使用。石膏可以是無水或水化物鹽，並且可以使用各種類型的水泥，包括矽酸鹽水泥。在這種情況下，使用一種骨料和摻和料。此外，雖然對矽酸鈣沒有特別的限制，但是，最常用的是通過使含矽原料與石灰在高壓釜中水熱反應獲得的矽酸鈣(雪矽鈣石或硬矽鈣石)。礦渣石膏通常含有20-40％的水造粒高爐礦渣粉末，並且與60-80％的二水石膏(煙氣脫硫石膏)和1-5％矽酸鹽水泥混合。
另一方面，在本發明中，混入上述基材中的蛭石是含有其主要成分SiO2、MgO和Al2O3的片狀礦物，通常可以是黑雲母或綠泥石系統，並且即使由於來源不同而存在組成等方面的差異也可以使用。比表面積(氮吸附法)通常為10m2/g或更小。雖然對顆粒尺寸沒有特別限制，但是通常為5mm或更小，優選的是3mm或特別是0.5mm或者更小。例如，雖然由於意外地確定在礦石破碎、選礦、乾燥和分級過程中，細顆粒導致蛭石內層水分更少的脫水破壞(其中在層間的雙分子層水變成單分子層)，因為其不適合於膨脹蛭石的用途，尺寸為0.25mm或更小的細顆粒產品由於尾料而被處理成非標準產品，但是本發明相反優選地使用這些細粉。這是因為對於水分調節和除臭性能，雙分子層的層間水是優選的。
在本發明中，這種蛭石以基本未膨脹的狀態使用。即該蛭石通常含有約10-20％的水，在高溫下由於快速加熱產生脫水(從約320-1000℃層間水開始分解)而明顯膨脹(在1000℃大部分在1-2秒內膨脹到其原始厚度的10-30倍)。因此，在本發明中使用基本可以獲得這種膨脹程度的蛭石。
此外，在本發明中優選的是使用在混入基材前已經經過活化處理的蛭石。活化處理的目的是分解粘附到蛭石上的任何有機或無機物，以重組和恢復其固有的水分調節和吸附性能。雖然活化處理的實例包括高壓蒸氣處理和鹽水煮沸處理，但是，優選的是可以在飽和蒸氣壓和105-200℃通過蒸氣處理來進行活化處理。
此外，在其中基材特別是矽酸鈣的情況下，即使在水熱反應之前混入未經活化處理的蛭石，由於其隨後在例如飽和蒸氣壓和150-200℃經過高壓釜處理，所以其最終被活化。
向基材中混入蛭石使得混入量為總組合物(固體部分)5-70重量％，優選的是10-50重量％。雖然根據基材的種類和水分調節程度和目標建築材料的其它方面進行選擇，為了獲得優選的水分吸收和釋放量和速率，對於形成足夠的蛭石通道，至少15重量％通常是特別優選的。
除了上述未膨脹蛭石以外，為了其它目的在各種建築材料基材中獨特使用的各種混合材料也可以適當地混入本發明的結構材料組合物中。這些混入材料的種類和混入量可以根據日常的方法確定。適當選擇的混入材料的實例包括紙漿、纖維素纖維、玻璃纖維、煙塵二氧化矽、泡沫玻璃、shirasu空心球、氧化鋁空心球、珍珠巖、矽灰石、海泡石、礫石、砂和有機粘合劑。
所得的本發明的建築材料可以根據常用方法如薄板成型、擠壓成型、壓製成型和澆注成形成具有希望形狀和尺寸的建築材料如板。一般來說，在板的情況下，在工業上選擇使用所謂薄板成型機的薄板成型。
本發明的建築材料優選的是在水分吸收和釋放試驗中在相對溼度從60到90％的變化中證明水分吸收和釋放速度，如下文所述的參考實施例1中所述，其對於水分吸收在30分鐘內達到平衡值的90％或更大，對於水分釋放，在25分鐘或更短的時間內，優選的是在20分鐘或更短的時間內達到平衡。
雖然用這種方式獲得的建築材料適用於牆壁材料、天花板材料、隔壁材料或其它內牆材料，但是其也可以用作屋簷和屋頂材料或其它外牆材料。本發明的建築材料能夠滿足對於水分調節和/或除臭和美觀的要求。換言之，本發明的建築材料特徵在於1.本發明的建築材料由於具有合適的水分釋放特性而具有優異的水分調節功能。例如，水分吸收和釋放的平衡、量和速度都是優越的。因此，它能防止水分的冷凝、翹曲等，並且還能有效抑制黴菌和蟎蟲等的生長。
2.本發明的建築材料具有優異的除臭功能。例如，本發明的建築材料能吸收揮發性物質或有味氣體如甲醛、甲苯和二甲苯。
3.此外，通過表面拋光等使未膨脹蛭石顆粒浮雕化，可以使本發明的建築材料具有花崗巖狀表面，從而可以容易地提供具有美觀的板等。
4.通過回收本發明的建築材料並使其直接經過在約105-150℃的高壓釜中的蒸氣處理，可以再生生產過程中經過高壓釜處理的產品。這是因為蛭石不與上述基材反應。
5.由於非標準的細顆粒製品可以優選地用於未膨脹蛭石的原料，所以，可以有效地利用資源。
II.下面提供解決上述(B)中所述本發明目的的方法的解釋。
通過一種建築材料組合物和一種用其形成的包含一種建築材料組合物的建築材料可以實現該目的，所述建築材料組合物由向基材中混入量為總組合物(固體部分)的5-70重量％的未膨脹蛭石組成；其中，未膨脹蛭石還混入總組合物(固體部分)的2.5-20重量％的用量的膨脹蛭石。
雖然對本發明中所用的基材沒有特別的限制，只要其基本不會降低蛭石的性能，其方式與在以上I中所述相同，但是從水分調節和/或除臭方面來看，其優選的是親水形式的。
另一方面，在本發明中向上述基材中混入的蛭石與以上I中所解釋的相同。
在本發明中，這種蛭石基本以未膨脹狀態使用。即所述蛭石通常含有10-20重量％的水，並且由於在高溫下快速加熱產生的脫水(從約320-1000℃層間水開始分解)而明顯膨脹(在1000℃在1-2秒內大部分膨脹到其原始厚度的10-30倍)。因此，在本發明中使用基本可以達到這種膨脹程度的蛭石。
進行蛭石向基材中的混入使得混入量為總組合物(固體部分)的5-70重量％，優選的是10-50重量％。雖然根據基材的種類和溼度調節的程度以及目標建築材料的其它性能特徵進行選擇，但是為了獲得優選的水分吸收和釋放的量和速度，至少15重量％通常是特別優選的，以形成足夠的蛭石通道。
除了上述未膨脹蛭石以外，還必須向本發明的建築材料組合物中混入膨脹蛭石，其混入量為總組合物(固體部分)的2.5-20重量％。在混入膨脹蛭石時，根據目標設計和輕質性能來適當選擇混入量。此外，雖然對顆粒尺寸沒有特別限制，但是通常選擇顆粒尺寸約為0.5-30mm。
在本發明中，這種膨脹蛭石的組合使用使其可以賦予由這種建築材料獲得的建築材料輕質性和各種各樣的設計，換言之，使其可以賦予具有透明感的片狀表面。
除了上述未膨脹蛭石以外，為了其它目的在各種建築材料基材中獨特使用的各種混合材料也可以適當地混入本發明的結構材料組合物中。這些混入材料的種類和混入量可以根據日常的方法確定。適當選擇的混入材料的實例包括骨料、加強材料、摻合物和重量減輕材料，特別是紙漿、纖維素纖維、玻璃纖維、煙塵二氧化矽、泡沫玻璃、「shirasu」(沉積的二氧化矽)空心球、氧化鋁空心球、珍珠巖、矽灰石、海泡石、礫石、砂和有機粘合劑。
所得的本發明的建築材料可以根據常用方法如薄板成型、擠壓成型、壓製成型和澆注成形成具有希望形狀和尺寸的建築材料如板。一般來說，在板的情況下，在工業上選擇使用所謂薄板成型機的薄板成型。
本發明的建築材料優選的是在水分吸收和釋放試驗中在相對溼度從60到90％的變化中證明水分吸收和釋放速度，如下文所述的參考實施例1中所述，其對於水分吸收在30分鐘內達到平衡值的90％或更大，對於水分釋放，在25分鐘或更短的時間內，優選的是在20分鐘或更短的時間內達到平衡。
雖然用這種方式獲得的建築材料適用於牆壁材料、天花板材料、隔壁材料或其它內牆材料，但是其也可以用作屋簷和屋頂材料或其它外牆材料。
除了上述輕質和多種設計性能以外，本發明的建築材料能滿足對於前述水分調節和/或除臭和美觀的要求。
III.以下提供解決以上(C)中所述本發明目的的方法的解釋即本發明的要點是一種建築材料組合物，其包含在基材中混入未膨脹蛭石，混入量為總組合物(固體部分)的0.5-70重量％；其中，300微米或更小的未膨脹蛭石部分為總組合物(固體部分)的0.5-15重量％，本發明要點還涉及一種用所述組合物形成的建築材料以及它們的生產方法。
雖然對本發明中所用的基材沒有特別的限制，只要其基本不會降低蛭石的性能，其方式與在以上I中所述相同，但是從水分調節和/或除臭方面來看，其優選的是親水形式的。
另一方面，在本發明中向上述基材中混入的蛭石與以上I中所解釋的相同。
在本發明中，這種蛭石基本以未膨脹狀態使用。即所述蛭石通常含有10-20重量％的水，並且由於在高溫下快速加熱產生的脫水(從約320-1000℃層間水開始分解)而明顯膨脹(在1000℃在1-2秒內大部分膨脹到其原始厚度的10-30倍)。因此，在本發明中使用基本可以達到這種膨脹程度的蛭石。
把未膨脹蛭石混入到基材中，其用量為300微米或更小的未膨脹蛭石部分為建築材料中總組合物(固體部分)的0.5-15重量％，其中，未膨脹蛭石的混入量為總組合物(固體部分)的0.5-70重量％。在這種情況下，雖然通過混入多種類型的具有不同300微米或更小的部分的含量的未膨脹蛭石獲得了各種組合物，例如其90％或更多的300微米或更小的未膨脹蛭石細粉可以混入基材中使得300微米或更小的部分為總組合物(固體部分)的0.5-15重量％、0.5-10重量％或1-5重量％。
如果300微米或更小的未膨脹蛭石細粉的量小於0.5重量％，則不能獲得本發明的效果，而如果該量大於15重量％，則作為本發明主要目的的彎曲強度的提高達到最大值並且隨後降低。
進行蛭石向基材中的混入使得混入量為總組合物(固體部分)的5-70重量％。雖然根據基材的種類和溼度調節的程度以及目標建築材料的其它性能特徵進行選擇，但是為了獲得最優選的水分吸收和釋放的量和速度，5-70重量％，優選的是10-50重量％，且至少15重量％通常是特別優選的，以形成足夠的蛭石通道。
另一方面，在使本發明的主要目的為改善矽酸鈣基建築材料的抗彎強度、彈性和生產率而不是使主要目的為水分調節的情況下，優選的是在基材中混入蛭石的量為0.5-15重量％，優選的是0.5-10重量％，更優選的是1-5重量％。
本發明中，由於未膨脹蛭石的細顆粒混入，在成型槽等中混合過程中蛭石容易均勻分散在水中，所以，可以改善生產效率和產率，可以有效地使用由於不適用於膨脹用途而廢棄的資源，並且即使混入0.5-5重量％，也可以實現對矽酸鈣基建築材料抗彎強度的貢獻。在這種情況下，優選的是使用其90％或更多為300微米或更小的未膨脹蛭石細粉。混入的未膨脹蛭石細粉作為雪矽鈣石外延生長的晶核，促進矽酸鈣水化產物的生長，並且由於降低了未反應原料的含量而改善了抗彎強度和彈性(彈性模量降低)。因此，可以獲得斷裂能大的建築材料。
為了其它目的而在各種建築材料基材中獨特使用的各種混合材料也可以適當地混入本發明的建築材料組合物中。這些混入材料的種類和混入量可以是根據常規方法的。
所得的本發明的建築材料可以根據常用方法如薄板成型、擠壓成型、壓製成型和澆注成形成具有希望形狀和尺寸的建築材料如板。一般來說，在板的情況下，在工業上選擇使用所謂薄板成型機的薄板成型。
在蛭石的混入量為總組合物(固體部分)的5-70重量％的情況下，本發明的建築材料優選的是在前述水分吸收和釋放試驗中在相對溼度從60到90％的變化中證明水分吸收和釋放速度，其對於水分吸收在30分鐘內達到平衡值的90％或更大，對於水分釋放，在25分鐘或更短的時間內，優選的是在20分鐘或更短的時間內達到平衡。
雖然用這種方式獲得的建築材料適用於牆壁材料、天花板材料、隔壁材料或其它內牆材料，但是其也可以用作屋簷和屋頂材料或其它外牆材料。
在蛭石的混入量為總組合物(固體部分)的5-70重量％的情況下，本發明的建築材料能滿足水分調節和/或除臭以及美觀的要求，如前所述。
而且，即使在蛭石的混入量為總組合物(固體成分)的0.5-5重量％的情況下，也可以改善本發明的建築材料的斷裂能，如前所述。
IV.以下提供解決在以上(D)中所述本發明目的的方法的解釋。
本發明的要點是(1)包含(A)未膨脹蛭石的塗料組合物，(2)包含未膨脹蛭石、(B)有機粘合劑和/或(C)無機粘合劑的塗料組合物，(3)包含(A)未膨脹蛭石、(B)有機粘合劑和/或(C)無機粘合劑和(D)吸溼材料的塗料組合物，其中，由BET測定的比表面積為10m2/g或更大，和(4)包含用這些塗料組合物塗敷待塗敷製品的塗敷體。
以下提供本發明的詳細解釋。雖然本發明是一種包含未膨脹蛭石(A)的塗料組合物，本發明中所用的蛭石與以上I中所述相同。
在本發明中，這種蛭石基本以未膨脹狀態使用。即所述蛭石通常含有10-20重量％的水，並且由於在高溫下快速加熱產生的脫水(從約320-1000℃層間水開始分解)而明顯膨脹(在1000℃在1-2秒內大部分膨脹到其原始厚度的10-30倍)。因此，在本發明中使用基本可以獲得這種膨脹程度的蛭石。
雖然本發明中所用的有機粘合劑的實例包括塗料和/或糊狀料以及通常用於建築材料、建築內牆或室內家具的塗料等。例如，根據目的，所述塗料可以適當地選自樹脂或乳液塗料，如丙烯酸、尿烷、環氧、聚酯、矽氧烷、氯乙烯、醋酸乙烯酯、聚乙烯醇、聚乙烯醇縮丁醛或苯乙烯-丁二烯基塗料。即所述塗料可以適當考慮待塗敷製品的種類、材料等任意選擇。
糊狀料的實例包括基於藻酸鹽如藻酸鈉、澱粉如小麥澱粉、甘露聚糖如konjak糊、由澱粉熱處理獲得的糊精、蛋白質如乾酪素、和甲基纖維素如羧甲基纖維素(CMC)、羥丙基甲基纖維素和羥乙基甲基纖維素的糊狀料，其中，具有天然來源的糊狀料是優選的。
此外，本發明中所用的無機粘合劑的實例包括水泥如矽酸鹽水泥和白水泥、水硬性材料如水造粒爐渣和半水石膏、氣硬性材料如灰槳、石灰巖灰泥粉和氧氯化鎂、以及矽酸鈉，並且可以根據目的適當選擇。
本發明中，在向未膨脹蛭石中混入上述有機粘合劑和/或無機粘合劑的情況下，相對於總組合物固體部分，它們優選的是按5-70重量％未膨脹蛭石(A)和5-40重量％有機粘合劑(B)和/或無機粘合劑(C)混入，更優選的是按0-30重量％有機粘合劑和0-40重量％無機粘合劑混入。
其中向未膨脹蛭石中混入上述有機粘合劑和/或無機粘合劑的塗料組合物在塗敷到待塗敷製品上時，滿足水分調節和/或除臭以及美觀的要求，並且雖然其表明了在水分吸收和釋放的量與速度之間的優異平衡，但是，特別優選的是塗敷建築材料或建築內牆，這種建築材料或建築內牆使用所述建築材料，其包含一種建築材料組合物的形成，在該建築材料組合物中，把上述未膨脹蛭石混入到基材中並且混入量為總組合物(固體部分)的5-70重量％。
此外，為了提高本發明中的塗料組合物本身的水分吸收，可以獲得一種塗料組合物，其中加入比表面積用BET測量為10m2/g的吸水材料(D)。優選使用的這種吸水材料的實例包括矽酸鈣、硅藻土、沸石和水鋁英石。這種吸水材料的混入量使其相對於總組合物固體部分的含量為0-70重量％。關於提高水分吸收性方面，這種塗料組合物與不加入所述吸水材料的塗料組合物相比，能夠拓寬所塗敷製品的優選的應用範圍。
除了上述成分(A)-(D)以外，還可以根據目的向本發明的塗料組合物中混入各種成分。例如，可以適當地使用骨料如矽砂和河沙，無機粉末如矽灰石、碳酸鈣和海泡石，有機或無機纖維如紙漿和玻璃纖維等，並且在不在塗料中混入的情況下，也可以使用某些顏料成分如顏料和顯色劑。此外，還可以混入膨脹蛭石以防流動(running)。
本發明的塗料組合物塗敷在建築材料、建築內牆和室內固定設備或其部件形式的待塗敷製品上。建築材料的優選的實例包括無機建築材料如矽酸鈣、水泥、石膏、硅藻土、沸石、水鋁英石和爐渣石膏，以及木基建築材料如刨花板(particle board)，並且這些通常在工廠中塗敷。此外，建築內表面的實例包括已經構成建築物的內牆、天花板、房間隔壁、門等的一部分的那些建築內表面，它們通常以所謂建築塗層的形式在建築現場塗敷。此外，室內固定設備包括基本沒有固定到建築物上的那些固定設備如家具和私人物品。上述部件是構成上述建築內表面或室內固定設備的一部分的部件。此外，待塗敷的製品可以是連接件或修理部分。
這些可以根據常規方法塗敷，在建築現場塗敷的情況下，其典型的實例包括刷塗、輥刷塗敷和噴塗，或者在工廠塗敷的情況下的鼓風機塗敷(blower coating)和輥塗。
雖然這些塗敷製品的薄膜厚度根據塗敷製品的材料、種類等而變化，但是其通常選自約10微米-5毫米，優選的是約1毫米-3毫米。在塗敷製品是一種建築材料，即包含通過形成其中把未膨脹蛭石混入基材中並且混入量為總組合物(固體部分)的5-70重量％的建築材料組合物的建築材料，或者是使用所述建築材料的建築內表面或者室內固定設備的情況下，存在諸如即使塗敷薄膜厚度相當大也不抑制所述塗敷製品時水分調節的優點。
V.以下提供解決在以上(E)中所述本發明目的的方法的解釋。
本發明的要點是用於廢建築材料的土壤轉化方法，其包括通過把已經從向矽酸鈣基基材中混入未膨脹蛭石構成的建築材料組合物成型的建築材料構成的非建築材料破碎而把非建築材料轉變成土壤。
本發明中的建築材料是一種由一種建築材料組合物成型的建築材料，所述建築材料組合物包括向矽酸鈣基基材中混入未膨脹蛭石。雖然對矽酸鈣基基材沒有特別的限制，但是最常用的是通過使含矽原料與石灰在一個高壓釜中水熱反應獲得的矽酸鈣基基材(雪矽鈣石或硬矽鈣石)。
另一方面，混入本發明的上述基材中的蛭石如下所述。
進行向所述基材中混入蛭石使得混入量為總組合物(固體部分)的5-70重量％，優選的是10-50重量％。雖然根據基材的種類和水分調節的程度以及目標建築材料的其它特徵進行選擇，但是為了獲得優選的水分吸收和釋放的量和速度，至少15重量％通常是特別優選的，以形成足夠的蛭石通道。
除了上述未膨脹蛭石以外，為了其它目的而在建築材料的基材矽酸鈣中獨特使用的各種混入材料也可以適當地混入本發明的建築材料組合物中。例如可以含有膨脹蛭石。這些混入材料的種類和混入量可以根據常規方法確定。
所得的本發明的建築材料可以根據常用方法如薄板成型、擠壓成型、壓製成型和澆注成形成具有希望形狀和尺寸的建築材料如板。一般來說，在板的情況下，在工業上選擇使用所謂薄板成型機的薄板成型。
本發明的建築材料優選的是在前述水分吸收和釋放試驗中在相對溼度從60到90％的變化中證明水分吸收和釋放速度，其對於水分吸收在30分鐘內達到平衡值的90％或更大，對於水分釋放，在25分鐘或更短的時間內，優選的是在20分鐘或更短的時間內達到平衡。
雖然用這種方式獲得的建築材料適用於牆壁材料、天花板材料、隔壁材料或其它內牆材料，但是其也可以用作屋簷和屋頂材料或其它外牆材料。
本發明的建築材料能滿足水分調節和/或除臭以及美觀的要求，如前所述。
本發明的方法在這些建築材料變成廢建築材料而不是在其用過後再生為建築材料的情況下還可以使廢建築材料轉變成土壤。
開始雖然首先破碎廢建築材料，但是這種破碎可以根據典型的破碎方法而進行如使用普通破碎機。在破碎過程中，考慮廢建築材料量、破碎地點等選擇破碎方法。也可以通過在廢料產生地用破碎方法進行破碎處理。
雖然對於破碎程度沒有特別限制，但是應該根據目標土壤用途適當選擇，並且破碎最常見的是進行到例如約5毫米或更小。
此外，在上述破碎前或破碎後，也可以根據需要進行在高壓釜中在約100-200℃的沸騰或蒸汽處理，以便除去在廢建築材料中可能含有的粘附物質等。
用這種方式破碎和處理的廢建築材料可以用作土壤。即在本發明中獲得的具有良好排水性的人工土壤可以用於包括植物種植、土壤改良和基礎改良的目的。雖然這種人工土壤本身滿足矽酸肥料的作用，但是可以根據各自的目的加入其它成分。例如，可以加入選自N、P、K和微量元素等各種肥料成分。
VI.以下提供解決在以上(F)中所述本發明目的的方法的解釋即本發明的要點是一種建築材料，其包含用緊固件連接的由把未膨脹蛭石混入到基材中並且混入量為總組合物(固體部分)的5-70重量％的建築材料組合物成型構成的建築材料。
雖然本發明中所用的基材是如前面在I中所述的，並且不進行任何特別的限制，只要它不導致蛭石性能的明顯降低，但是從水分調節和/或除臭方面來看，其優選的是親水的。
另一方面，在本發明中，混入上述基材中的蛭石是如前所述的。
在本發明中，這種蛭石基本以未膨脹狀態使用。即所述蛭石通常含有10-20重量％的水，並且由於在高溫下快速加熱產生的脫水(從約320-1000℃層間水開始分解)而明顯膨脹(在1000℃在1-2秒內大部分膨脹到其原始厚度的10-30倍)。因此，在本發明中使用基本可以達到這種膨脹程度的蛭石。
進行蛭石向基材中的混入使得混入量為總組合物(固體部分)的5-70重量％，優選的是10-50重量％。雖然根據基材的種類和溼度調節的程度以及目標建築材料的其它性能特徵進行選擇，但是為了獲得優選的水分吸收和釋放的量和速度，至少15重量％通常是特別優選的，以形成足夠的蛭石通道。
除了上述未膨脹蛭石以外，還可以適當地向本發明的建築材料組合物中混入為了其它目的在這種建築材料基材中獨特使用的各種混入材料。
所得的本發明的建築材料可以根據常用方法如薄板成型、擠壓成型、壓製成型和澆注成形成具有希望形狀和尺寸的建築材料如板。一般來說，在板的情況下，在工業上選擇使用所謂薄板成型機的薄板成型。
本發明的建築材料優選的是在水分吸收和釋放試驗中在相對溼度從60到90％的變化中證明水分吸收和釋放速度，如下文所述的參考實施例1中所述，其對於水分吸收在30分鐘內達到平衡值的90％或更大，對於水分釋放，在25分鐘或更短的時間內，優選的是在20分鐘或更短的時間內達到平衡。
雖然用這種方式獲得的建築材料適用於牆壁材料、天花板材料、隔壁材料或其它內牆材料，但是其也可以用作屋簷和屋頂材料或其它外牆材料。
本發明的建築材料能滿足對於前述水分調節和/或除臭和美觀的要求。
在本發明中，用這種方式獲得的建築材料可以用緊固件連接。通常在兩個建築材料之間或者在一種建築材料與另一種部件或結構單元等之間進行連接。優選使用的緊固件的實例包括釘子、機用螺釘、螺栓和螺母、平頭釘、U型釘和銷子。根據連接的目的適當選擇這些緊固件。對這些緊固件的材料沒有特別的限制，可以使用任何材料，其實例包括金屬、木材、竹子、塑料和陶瓷。釘子可以是西方形式的釘子或日本形式的釘子，其實例包括平頂式、平、方和圓頂釘子。機用螺釘的實例包括圓頂、半圓、平頂和十字凹進頂的機用螺釘，而螺栓和螺母通常是六角頂螺栓。銷子的實例包括細窄型、螺脊窄型、平窄型、平和圓銷。
在連接時，由於根據本發明的建築材料具有所謂握力，推測這種握力是由於未膨脹蛭石產生的彈性後效作用產生的，它可以在連接側或被連接側上存在。在連接側上使用的實例包括繪畫、燈、杆和毛巾架。由於用緊固件連接的位置具有足夠的恢復性，即使在螺釘退出後也可以重新固定在相同的位置上。
而且，由於根據本發明的建築材料具有令人滿意的彈性、沒有平面阻力和形狀保持性，即使其表面用刨子(plane)刮，也不損壞表面並且可以形成光滑的表面而不產生細小的刨花。由於根據本發明的建築材料不需要粘附飾面材料如布料和牆紙，從而具有不需要在這種情況下為此目的而使用粘合劑的額外優點。
此外，由於根據本發明的建築材料表面刻制足夠容易並且可以用異型銑刀(router)或刻制機加工，它可以獲得希望的設計，並且能通過賦予其整齊的幾何外形來任意提高建築材料的圖案質量。
本發明中的這些用刨子刨或刻制的建築材料自然也可以用如上所述的緊固件連接。
具體實施例方式
下面所述的實施方案1-5解決了在上述(A)中描述的問題。
其次，雖然以下通過其實施方案提供了本發明更詳細的解釋，但是，本發明不受這些實施方案限制。下文所用的術語「份」表示「重量份」。
實施方案1使用27份石英巖粉末作為含矽原料、27份氫氧化鈣作為含鈣原料、6份紙漿作為增強纖維和40份未膨脹蛭石(來源南非，顆粒尺寸0.25-0.5毫米)，這些成分用作起始原料，向該起始原料中加入水，然後混合形成固體含量約12％的漿料，在使用薄板成型機形成粗製薄板後，把該薄板在高壓釜中加壓固化(160-180℃固化約10小時)，然後在80℃乾燥到預定含水量，獲得矽酸鈣板(30cm×30cm×6cm)。
實施方案2使用42份石英巖粉末、42份氫氧化鈣、6份紙漿和10份未膨脹蛭石用與實施方案1相同的方法獲得矽酸鈣板。
實施方案3向16份爐渣粉末、38份煙氣脫硫石膏粉、6份紙漿和40份未膨脹蛭石中加入水，然後混合形成固體部分約為12％的漿料。然後，在使用薄板成型機形成粗製薄板後，把薄板在約80℃蒸汽固化約12小時，然後在80℃乾燥，以獲得爐渣石膏板(30cm×30cm×6cm)。
實施方案4把60份半水石膏、40份未膨脹蛭石和24份水混合，把所得的混合物在預定的模型中澆注成板形，然後在常溫下固化，並在80℃乾燥，獲得石膏板(30cm×30cm×6cm)。
參考實施例1(水分吸收和釋放試驗)
根據以下描述的測量方法測定本發明的建築材料和市售建築材料的水分吸收係數以及水分吸收和釋放速度。
(1)測量方法和儀器測量儀器「IGA SORP」，Hiden Analytical Ltd.
測量方法把粉末樣品直接放在約1cc的測量籃中，而塊狀樣品在調節到約2-3毫米後放在測量籃中。
測量參數在相對溼度為0-90％的水分吸收係數，相對溼度為60-90％的水分吸收係數，從相對溼度為60％到相對溼度為90％的水分吸收速度，從相對溼度90％到相對溼度為60％的水分釋放速度。
按照30分鐘的循環重複測試水分吸收和釋放速度。
(2)測量樣品本發明使用在實施方案1-4中所獲得的下列板。
實施方案1含有40重量％未膨脹蛭石的矽酸鈣板實施方案2含有10重量％未膨脹蛭石的矽酸鈣板實施方案3含有40重量％未膨脹蛭石的爐渣石膏板實施方案4含有40重量％未膨脹蛭石的石膏板對比製品使用以下A-H的製品。
A水鋁英石燒制板(商品)B水鋁英石(來源Tochigi省，日本)C含有30重量％沸石的爐渣石膏板(商品)D沸石(來源Miyagi省，日本)E含有40重量％硅藻土的矽酸鈣板(商品)F硅藻土(來源Akita省，日本)G含有40重量％膨脹蛭石的矽酸鈣板(除了使用膨脹蛭石以外，用與實施方案1相同的方法獲得)H矽酸鈣板(在實施方案1中使用47份石英巖、47份氫氧化鈣和6份紙漿獲得)
(3)測量結果表示於表1中。
表1


這些結果表明，本發明的建築材料表現出在水分吸收和釋放特性的量和速度之間的優異的平衡。以30分鐘循環測試水分吸收和水分釋放，在本發明的建築材料中，由於在水分吸收和釋放之間的令人滿意的平衡，在水分釋放過程中的基線保持恆定，但是在對比製品中，由於水分釋放不能保持不落後於水分吸收，所以基線往往隨時間在右側向上漂移。從這些發現還可以確定，本發明的建築材料抵抗水分的凝聚。
參考實施例2在180℃高壓釜中處理蛭石，以觀察蒸汽處理對水分吸收和釋放特性的影響。那些結果表示於表2中。
表2

實施方案5
向27份石英巖粉末、33份氫氧化鈣和40份未膨脹蛭石中加入水，然後混合形成固體含量約12％的漿料，然後把這種漿料在高壓釜(190-200°約10分鐘)中加壓固化。然後，把這種產品乾燥到預定的含水量，以獲得硬矽鈣石基矽酸鈣板。
根據按照參考實施例1中所述的方法測量的水分吸收和釋放試驗，與實施方案1的矽酸鈣板相比，水分吸收量略大同時水分釋放速度略大。
下面所述的實施方案6-10解決了在上述(B)中所述的問題。
實施例6作為原料，把27份石英巖粉末作為含矽原料、27份氫氧化鈣作為含鈣原料、5份膨脹蛭石、6份紙漿作為增強纖維和40份未膨脹蛭石(來源南非，顆粒尺寸0.25-0.5mm)，向該原料中加入水，然後混合形成固體比例約12％的漿料，在使用薄板成型機形成粗製薄板後，把所述薄板在高壓釜中加壓固化(160-180℃約10小時)，然後在80℃下乾燥到預定的含水量，以獲得矽酸鈣板(30cm×30cm×6mm)。
實施方案7使用40份石英巖粉末、40份氫氧化鈣、6份紙漿、4份膨脹蛭石和10份未膨脹蛭石，用與實施方案6相同的方法獲得矽酸鈣板。
實施方案8向16份爐渣粉末、38份煙氣脫硫石膏粉末、6份紙漿、4份膨脹蛭石和40份未膨脹蛭石，然後混合形成固體部分約12％漿料。然後，在使用薄板成型機形成粗製薄板後，把薄板在約80℃固化蒸汽固化約12小時，然後在80℃乾燥以獲得爐渣石膏板(30cm×30cm×6mm)。
實施方案9把60份半水石膏、36份未膨脹蛭石、4份膨脹蛭石和24份水混合，把所得的混合物在預定的模具中澆注成型成板狀，然後在常溫下固化並在80℃乾燥以獲得石膏板(30cm×30cm×6mm)。
實施方案10向27份石英巖粉末、33份氫氧化鈣、5份膨脹蛭石和40份未膨脹蛭石中加入水，然後混合形成固體含量約12％的漿料，然後把這種漿料在高壓釜(190-200°約10小時)中加壓固化。然後，把這種產品在80℃乾燥到預定的含水量，以獲得硬矽鈣石基矽酸鈣板。
根據水分吸收和釋放試驗，與實施方案6的矽酸鈣板相比，水分吸收量略大而水分釋放速度略高。
根據實施方案6-10獲得的建築材料，都表現出改善的水分調節以及改善的設計質量，吸音性能和加工性能，並且具有透明感覺的片狀表面。
下面所述的實施方案11-14解決了在上述(C)中所述的問題。
實施方案11作為原料，把27份石英巖粉末作為含矽原料、27份氫氧化鈣作為含鈣原料、6份紙漿作為增強纖維和40份未膨脹蛭石(來源南非，顆粒尺寸300微米或更小的部分等於整個組合物(固體部分)的約5.0wt％)，向該原料中加入水，然後混合形成固體比例約12％的漿料，在使用薄板成型機形成粗製薄板後，把所述薄板在高壓釜中加壓固化(160-180℃約10小時)，然後在80℃下乾燥到預定的含水量，以獲得矽酸鈣板(30cm×30cm×6mm)。在本實施方案中，由於混入未膨脹蛭石的細粉，在混合過程中蛭石容易均勻地分散在水中，導致生產效率和產率的提高。
實施方案12使用42份石英巖粉末、42份氫氧化鈣、6份紙漿和10份其90％或更多為300微米或更小的未膨脹蛭石細粉，用與實施方案11相同的方法獲得矽酸鈣板。
實施方案13向16份爐渣粉末、38份煙氣脫硫石膏粉末、6份紙漿和40份未膨脹蛭石(顆粒尺寸300微米或更小的部分等於整個組合物(固體部分)的約5.0wt％)中加入水，然後混合形成固體含量約12％的漿料。然後在使用薄板成型機形成粗製薄板後，把所述薄板在高壓釜中在約80℃蒸汽固化約12小時，然後在80℃下乾燥，以獲得矽酸鈣板(30cm×30cm×6mm)。
實施方案14作為原料，把分別為30份和10份的石英巖粉末和硅藻土作為含矽原料、40份氫氧化鈣作為含鈣原料、6份紙漿作為增強纖維、10份碳酸鈣作為二維穩定劑、和4份其90％或更多為300微米或更小的未膨脹蛭石細粉(來源南非)，向該原料中加入水，然後混合形成固體比例約12％的漿料，在使用薄板成型機形成粗製薄板後，把所述薄板在高壓釜中加壓固化(160-180℃約10小時)，然後在80℃下乾燥到預定的含水量，以獲得矽酸鈣板(30cm×30cm×6mm)。所述板的物理性能如下彎曲強度13.1N/mm2、楊氏模量5.7kN/mm2、體積密度0.75。
對比實施例1用與實施方案14相同的方式獲得矽酸鈣板(30cm×30cm×6mm)，但是不使用未膨脹蛭石。所述板的物理性能如下彎曲強度11.6N/mm2、楊氏模量6.9kN/mm2、體積密度0.75。
下面所述的實施方案15-21解決了在上述(D)中所述的問題。
參考實施例2含有未膨脹蛭石的矽酸鈣板的生產作為原料，把27份石英巖粉末作為含矽原料、27份氫氧化鈣作為含鈣原料、6份紙漿作為增強纖維和40份未膨脹蛭石(來源南非，顆粒尺寸0.25-0.5mm)，向該原料中加入水，然後混合形成固體比例約12％的漿料，在使用薄板成型機形成粗製薄板後，把所述薄板在高壓釜中加壓固化(160-180℃約10小時)，然後在80℃下乾燥到預定的含水量，以獲得含有未膨脹蛭石的矽酸鈣板(30cm×30cm×6mm)。
參考實施例3使用47份石英巖粉末作為含矽原料、47份氫氧化鈣作為含鈣原料和6份紙漿作為增強纖維用與參考實施例2相同的方法獲得矽酸鈣板。
實施方案15製備具有下文表明的組分的塗料組合物。
組成(A)65wt％未膨脹蛭石/(B)35wt％丙烯酸乳液塗料使用Hobart混合機混合獲得塗料組合物，然後使用輥塗機法把這種塗料組合物塗敷到在參考實施例2中獲得的含有未膨脹蛭石的矽酸鈣板上，達到2mm的厚度，以獲得預定的塗敷的矽酸鈣板。這種塗敷的矽酸鈣板具有柔韌的塗敷的薄膜，並且對於在水分吸收和釋放的量和速度之間的平衡表現出優異的特性。
實施方案16組成(A)40wt％未膨脹蛭石/(B)25wt％丙烯酸乳液塗料/(C)35wt％矽酸鈣使用Hobart混合機混合獲得塗料組合物，然後使用輥塗機法把這種塗料組合物塗敷到在參考實施例3中獲得的含有未膨脹蛭石的矽酸鈣板上，達到2mm的厚度，以獲得預定的塗敷的矽酸鈣板。這種塗敷的矽酸鈣板具有柔韌的塗敷薄膜，並且對於在水分吸收和釋放的量和速度之間的平衡表現出優異的特性。
實施方案17組成(A)65wt％未膨脹蛭石/(C)35wt％水泥(灰漿)使用Hobart混合機混合獲得塗料組合物，然後使用輥塗機法把這種塗料組合物塗敷到在參考實施例2中獲得的含有未膨脹蛭石的矽酸鈣板上，達到2mm的厚度，以獲得預定的塗敷的矽酸鈣板。這種塗敷的矽酸鈣板具有堅硬的、吸溼的塗層，並且對於在水分吸收和釋放的量和速度之間的平衡表現出優異的特性。
實施方案18組成(A)35wt％未膨脹蛭石/(C)30wt％水泥(灰漿)/(D)35wt％矽酸鈣使用Hobart混合機混合獲得塗料組合物，然後使用輥塗機法把這種塗料組合物塗敷到在參考實施例2中獲得的含有未膨脹蛭石的矽酸鈣板上，達到2mm的厚度，以獲得預定的塗敷的矽酸鈣板。這種塗敷的矽酸鈣板具有堅硬的、吸溼的塗層，並且對於在水分吸收和釋放的量和速度之間的平衡表現出優異的特性。
實施方案19組成(A)65wt％未膨脹蛭石/(C)35wt％海藻酸鈉使用Hobart混合機混合獲得塗料組合物，然後使用輥塗機法把這種塗料組合物塗敷到在參考實施例3中獲得的含有未膨脹蛭石的矽酸鈣板上，達到2mm的厚度，以獲得預定的塗敷的矽酸鈣板。這種塗敷的矽酸鈣板對於在水分吸收和釋放的量和速度之間的平衡表現出優異的特性。
實施方案20組成(A)40wt％未膨脹蛭石/(B)20wt％海藻酸鈉/(D)40wt％水鋁英石使用Hobart混合機混合獲得塗料組合物，然後使用輥塗機法把這種塗料組合物塗敷到在參考實施例3中獲得的含有未膨脹蛭石的矽酸鈣板上，達到2mm的厚度，以獲得預定的塗敷的矽酸鈣板。這種塗敷的矽酸鈣板對於在水分吸收和釋放的量和速度之間的平衡表現出優異的特性。
實施方案21組成(A)35wt％未膨脹蛭石/(B)5wt％海藻酸鈉/(C)20wt％灰漿/(D)40wt％硅藻土使用Hobart混合機混合獲得塗料組合物，然後使用輥塗機法把這種塗料組合物塗敷到在參考實施例3中獲得的矽酸鈣板上，達到2mm的厚度，以獲得預定的塗敷的矽酸鈣板。這種塗敷的矽酸鈣板具有光滑的表面並且對於在水分吸收和釋放的量和速度之間的平衡表現出優異的特性。
下文所述的實施方案22-27解決在上述(E)中的問題實施方案22-24把實施方案1、2和5中獲得的矽酸鈣建築材料在室外放置6個月後，把它們分別破碎，獲得粒徑約3-5毫米的顆粒產物A-C。然後這些產物用作人工含矽肥料，並且表現出生長植物的令人滿意的排水作用。
實施方案25-27用相同的方法加工實施方案22-24中所得的顆粒產物A-C，但是另外在約150℃進行約1小時的蒸汽處理，獲得人工土壤D-F。
下述實施方案28-30解決在上述(F)中所述的問題。
實施方案28(連接扶杆的連接)當用木螺釘(厚度3.8毫米，長32毫米)把扶杆連接到用在實施方案1中所獲得的矽酸鈣板作為內牆材料的牆表面上時，不存在固定方面的任何問題，並且獲得了足夠的連接。
此外，根據建築研究所(Building Research Institute)的標準，使用拉伸強度測試儀測量拉伸強度。
試件尺寸10mm×300mm×300mm螺釘插入位置中心和離試件邊緣10cm試驗結果木螺釘-中心47kgf邊緣47kgf實施方案29(刨削planing))當在實施方案2-4中獲得的矽酸鈣板、爐渣石膏板、石膏板用平刨刨削時，刨花與刨削木頭的情況相同，沒有產生細粉末並且獲得了光滑的刨削表面。
實施方案30(刻制)在實施方案5中獲得的矽酸鈣板的表面使用刻紋機刻製成格子圖案。沒有觀察到缺失部分(deletions)。
權利要求
1.一種廢建築材料的土壤轉化方法，其包括通過破碎由一種建築材料組合物成型的建築材料構成的廢建築材料把廢建築材料轉換成土壤，所述建築材料組合物通過向矽酸鈣基建築材料混入未膨脹蛭石構成。
2.一種廢建築材料的土壤轉化方法，其包括通過破碎由一種建築材料組合物成型的建築材料構成的廢建築材料，然後進行蒸汽處理把廢建築材料轉換成土壤，所述建築材料組合物通過向矽酸鈣基建築材料混入未膨脹蛭石構成。
3.一種廢建築材料的土壤轉化方法，其包括通過對由一種建築材料組合物成型的建築材料構成的廢建築材料進行蒸汽處理，然後破碎把廢建築材料轉換成土壤，所述建築材料組合物通過向矽酸鈣基建築材料混入未膨脹蛭石構成。
4.根據權利要求1的廢建築材料土壤轉化方法，其中，未膨脹蛭石的混入量為所述建築材料組合物固體部分的5-70重量％。
5.根據權利要求2-3的建築材料土壤轉化方法，其中，蒸汽處理在100-200℃下進行。
全文摘要
一種廢建築材料的土壤轉化方法，其中通過破碎或蒸汽處理等方法將由一種建築材料組合物成型的建築材料構成的廢建築材料把廢建築材料轉換成土壤，所述建築材料組合物通過向矽酸鈣基建築材料混入未膨脹蛭石構成。
文檔編號B09B3/00GK1736935SQ200510084298
公開日2006年2月22日 申請日期2001年11月9日 優先權日2000年11月10日
發明者福田恭彬, 塩地博文, 大久保元正, 矢萩文行, 三田利彥, 石原和雄 申請人:三菱商事建材株式會社