[发明专利]钙‑纤维素有机‑矿物络合物，制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种有机-矿物络合物，其能够通过纤维素的化学降解来获得，涉及生产这样的络合物的方法和后者的应用，特别是用于建筑领域。

纤维素，其是生物圈中最丰富的有机聚合物，是一种由通过β(1-4)键来键合在一起的葡萄糖单元构成的多糖，并且其的数目可以高到数千。它是一种线性聚合物，它的序列为其提供了次级结构，该结构可以类似于通过在螺旋体的每个拐弯处的纤维二糖二聚单元构成的螺旋体，并且它的三级结构是彼此平行布置的多糖链的束，并且处于从非减小端朝着减小端的相同方向上，由此形成微纤维。在这种结构中，包括了相当大数目的分子内和分子间氢键，由此获得了显著的纤维素机械强度。

考虑到纤维素的天然丰富性，很长时间以来在不同的工业领域中已经利用了纤维素，以及它处于不同阶段的降解产物。

作为例子，根据文献US5538553A，已知的是一种制造用于建筑的材料的方法，其包含纤维素的含水悬浮液，石灰的含水悬浮液和硫酸盐水溶液，优选硫酸铁水溶液的混合物。反应的石灰处于水合态，并且在硫酸盐存在下，它与纤维素反应，导致形成一种糊，该糊直接用于连接到火山灰和水力胶合剂例如水泥上，来获得具有良好机械性能的材料。

文献FR2700163A1描述了一种制造建筑材料的方法，其是通过这样的反应混合物获得的，该混合物包含处于化学计量比量的来自于纸和纸板废物的纤维素纤维的悬浮液，石灰和单价或者三价金属硫酸盐例如硫酸铝。这样的条件导致形成了糊形式的木质素-磺酸-铝酸钙，将其压缩，然后干燥，或者模制，然后用于制造具有令人关注的机械和声学和热绝缘性能的建筑元件。

本申请人已经开发了一种用于纤维素化学降解的方法，其包括生石灰，而非熟石灰，这产生了不同于已知的那些的有机-矿物络合物。此外，申请人已经注意到这种络合物具有优异的机械和理化性能，这使得它是一种令人关注的基材，特别是用于建筑领域，以及其他领域。

具体的，与上述现有技术的材料相比，本发明的材料能够获得这样的建筑元件，其表现得更好，这是通过这样的元件的下文所列的几个性能来支持的：

-高机械强度，

-高的绝热能力，并且热导率λ是0.1-0.7W/m℃(取决于元件厚度)，和高的隔音能力，并且声衰减范围是30-80dBa(取决于元件厚度)，

-高刚度，并且弹性模量是0.9-4.3MPa(取决于元件厚度)。

此外，它是一种非常轻的材料，特别是比木材或者美斯奈纤维板，它可以吸收它本身重量的水，而不变形，它还可以涂液染色，并且它是防腐的。

从环境的观点，它获自无穷无尽的自然材料，它是完全可再循环的，它的制造方法不产生任何有毒产物，并且制造废物可以重新引入工业制造方法中。

因此，本发明涉及一种钙-纤维素有机-矿物络合物，其能够通过在含水悬浮液中，生石灰在纤维素上反应来制备。

根据本发明，生石灰与纤维素的反应速度远高于生石灰在含水介质中的水合速度，虽然两种反应(具有不同的动力学)是共存的。

根据本发明形成了一种络合物，其是通过连接到方解石CaCO₃上多糖链构成的，该多糖链是通过纤维素的分子间氢键的断裂和纤维素的葡萄糖单元的碳5所携带的CH₂OH基团(碳6)的脱羧化来形成的。后者是通过在反应介质中，所述的脱羧化释放的二氧化碳在来自于生石灰水合的Ca(OH)₂上反应来形成的。分子间氢键的断裂和葡萄糖单元的碳5所携带的CH₂OH基团的脱羧化可以是伴随的。

有利的，在这个络合物中，纤维素的至少50％的非减小端部是根据上文所述的脱羧化来脱羧化的，优选至少75％，或者至少90％或者甚至全部。有利的，和与前述特征结合或者不结合，纤维素的至少50％的分子间氢键断开，优选至少75％，或者至少90％或者甚至全部。

葡萄糖单元的碳5所携带的CH₂OH基团的脱羧化需要脱羧化所涉及的葡萄糖单元的C6羟基的氢原子，和接下来的葡萄糖单元的吡喃环的氧原子之间的分子内氢键的断裂。在该络合物形成过程中，其他分子内氢键也会断裂，而无任何随后的脱羧化。

本发明的络合物的结构是通过所进行的分析来支持的，它们的一些显示在实施例2中。

本发明还涉及一种制备钙-纤维素络合物的方法，根据该方法，生石灰是在含水悬浮液中在纤维素上反应的，并且络合物是以糊形式获得的。