CN103588457A

CN103588457A - 低密度保温石膏板及其制备方法

Info

Publication number: CN103588457A
Application number: CN201310606433.7A
Authority: CN
Inventors: 刘凌志; 门永锋
Original assignee: Changchun Institute of Applied Chemistry of CAS
Current assignee: Changchun Institute of Applied Chemistry of CAS
Priority date: 2013-11-26
Filing date: 2013-11-26
Publication date: 2014-02-19
Anticipated expiration: 2033-11-26
Also published as: CN103588457B

Abstract

本发明公开了一种低密度保温石膏板及其制备方法，属于石膏板技术领域，解决了现有技术中石膏板的重量大、稳定性不好、保温性差，且制备过程繁琐、成本高，不利于实际生产的技术问题。本发明的低密度保温石膏板的组分包括100重量份的石膏和1-120重量份的微胶囊，所述微胶囊为非相变储能微胶囊和相变储能微胶囊中的一种或两种。本发明的低密度保温石膏板制备方法简单，成本低，便于大规模生产；制备的低密度保温石膏板密度低，具有较好的保温效果，加入相变储能微胶囊后，保温性能进一步提高，且稳定性好，寿命长。

Description

低密度保温石膏板及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种低密度保温石膏板及其制备方法，属于石膏板技术领域。

背景技术

石膏板是广泛用于住宅、办公楼、商店、旅馆和工业厂房等各种建筑物的内隔墙、墙体覆面板(代替墙面抹灰层)、天花板、吸音板、地面基层板和各种装饰板等的建筑材料；相比于石灰和水泥，具有质量轻，保温强度较高、厚度较薄、加工方便等优点，但虽然石膏板的质量较石灰，水泥轻，但是其仍属于重量较高的材料，这增加了石膏板运送、安装的难度，且原材料消耗高，成本大；而且，石膏板的保温性不好。

现有技术中，降低石膏板的重量并提高其保温性能的制备方法主要有两类，第一类方法是加入轻质填料，但无机轻质填料如膨胀蛙石、膨胀玻化微珠、膨胀珍珠岩等具有吸湿性，不利于石膏板在潮湿环境的应用；有机填料如聚苯乙烯、聚苯颗粒等，成本较高，不利于产品市场化，且易燃，高温会释放有毒气体，安全性差；第二类方法是采用发泡的方法增加石膏的孔隙率，如有机发泡和无机发泡，但是该类方法容易造成发泡剂残留，影响石膏板的性能稳定性。

为了解决这个缺陷，浙江大学硕士学位文献公开了一种防水保温轻质高强石膏板制备技术，以a-半水石膏为原材料，以茶皂素为发泡剂，掺入多种有机添加剂改善保温石膏防水性能和强度的防水保温石膏材料，该石膏材料轻质性和保温性能得到了一定的提高，但是该材料中多种添加剂会对茶皂素的发泡效果会产生影响。

相变材料具有在一定的温度条件下，自身形态发生变化，并在相变过程中吸收或释放潜热的性能。相变材料浸渍到石膏板中形成相变石膏板，可以降低建筑物内部温度、减少建筑能耗。西南交通大学硕士研究生学位论文公开了一种脂肪酸类相变石膏板的制备与传热特性研究，采用物理吸附法(浸泡)将不同质量分数的癸酸一棕搁酸相变材料渗入到石膏材料基体中，从而制得含有相变材料的石膏板。但是这种石膏板容易发生相变材料泄露、稳定性不好、寿命短，不利于长期使用的问题，且其制备过程中需要复杂的装置，制备过程繁琐，成本高，不利于实际生产。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中石膏板的重量大、稳定性不好、保温性差，且制备过程繁琐、成本高，不利于实际生产的技术问题，提供一种低密度保温石膏板及其制备方法。

本发明的低密度保温石膏板的组分包括100重量份的石膏和1-120重量份的微胶囊，所述微胶囊为非相变储能微胶囊和相变储能微胶囊中的一种或两种。

优选的，所述石膏为无水石膏或半水石膏。

优选的，所述微胶囊的重量份为50-100份。

优选的，所述低密度保温石膏板中还含有添加剂。

本发明还提供低密度保温石膏板的制备方法，包括以下步骤：

(1)将石膏与水混合均匀，得到混合物；

(2)向混合物中加入微胶囊，混合均匀，得到石膏液；

所述微胶囊为非相变储能微胶囊和相变储能微胶囊中的一种或两种，微胶囊与石膏的质量比为(1-120):100；

(3)将石膏液倒入模板中，固化后，加热干燥，待水分完全除去后，即得到低密度保温石膏板。

优选的，所述石膏为无水石膏或半水石膏。

优选的，所述步骤(1)中，石膏与水按质量比100:(20-100)混合均匀。

优选的，所述步骤(3)中，干燥温度为150℃-200℃。

优选的，还包括，所述步骤(2)前，向混合物中加入添加剂。

优选的，还包括，所述步骤(2)后，向石膏液中加入添加剂。

本发明的有益效果：

(1)本发明的低密度保温石膏板制备方法简单、成本低、便于大规模生产；

(2)本发明制备的低密度保温石膏板密度低，具有较好的保温效果，加入相变储能微胶囊后，保温性能进一步提高，且稳定性好，寿命长，能够添加现有技术中任意种类的石膏板添加剂。

附图说明

图1为对比例1的低密度石膏板的截面照片；

图2为本发明实施例6的低密度保温石膏板的截面照片；

图3为本发明实施例7的低密度保温石膏板的截面照片；

图4为本发明实施例8相变储能微胶囊的升温热重分析(TGA)曲线；

图5为本发明实施例8相变储能微胶囊的差式扫描量热(DSC)曲线；

图6为本发明实施例8相变储能微胶囊干燥后的DSC曲线；

图7为本发明实施例8相变储能微胶囊在25℃及100℃的TGA曲线；

图8为本发明实施例8无水石膏和相变储能微胶囊混合后的升温TGA曲线；

图9为本发明实施例8无水石膏和相变储能微胶囊混合后25℃的TGA曲线；

图10为本发明实施例9的非相变储能微胶囊的升温TGA曲线；

图11为本发明实施例9的无水石膏和非相变储能微胶囊的TGA曲线；

图12为本发明对比例1的低密度石膏板，实施例10和实施例11的低密度保温石膏板随加热时间温度的变化曲线；

图13为本发明低密度保温石膏板的保温性能检测方法的示意图；

图13中，1、碘钨灯，2、低密度保温石膏板，3、温度传感器。

具体实施方式

本发明的低密度保温石膏板的组分包括水(后加热除去)，100重量份的石膏和1-120重量份的微胶囊，所述微胶囊为非相变储能微胶囊和相变储能微胶囊中的一种或两种，当微胶囊为两种混合时，混合比例没有限制。

本发明中，所采用石膏没有特殊限制，只要是现有技术中生产石膏板的石膏都可以，常用的为建筑石膏和无水石膏，即不含结晶水的石膏，也可以采用半水石膏等。

本发明的低密度保温石膏板，只要有微胶囊加入，就能起到降低密度，提高保温性能的效果，优选微胶囊的重量份为50-100份；水的重量份按照领域人员公知，一般为20-100重量份，优选20-50重量份。

本发明的低密度保温石膏板可以含有添加剂，只要是领域人员公知的添加剂都可以添加，如防水剂或者耐火剂等。

低密度保温石膏板的制备方法，包括以下步骤：

(1)将100重量份的石膏与水搅拌混合均匀，得到混合物；

(2)向混合物中加入1-120重量份的微胶囊，搅拌混合均匀，得到石膏液；

所述微胶囊为非相变储能微胶囊和相变储能微胶囊中的一种或两种；

本发明的低密度保温石膏板的制备方法中，步骤(1)的石膏与水按领域公知常识的配比加入即可，一般质量比为100:(20-100)，优选100:(20-50)；石膏常用的为建筑石膏和无水石膏，即不含结晶水的石膏，也可以采用半水石膏等；可以在步骤(2)之前或者之后，向体系中加入添加剂，如防水剂或者耐火剂等。

本发明的低密度保温石膏板的制备方法中，对于搅拌速率和时间没有要求，只要是体系混合均匀即可。

本发明的低密度保温石膏板的制备方法中，干燥温度一般为150℃以上，如150-200℃，优选为180℃，时间按石膏板的尺寸不同有所差异，但只要达到完全干燥效果即可。加热干燥能够除去石膏中的水分，水分包括石膏中残留的水分和石膏中的结晶水，石膏失水后吸收微胶囊中的水分，变为结晶水，继续加热，石膏继续失水，失水后继续吸收微胶囊中的水分，微胶囊的尺寸变小，在石膏板中留下孔洞。

本发明的非相变储能微胶囊按如下方法制备：

(1)将壳聚糖溶解在酸性水溶液中，得到第一溶液；

(2)将液体石蜡与第一溶液混合，搅拌分散，得到分散体系；

(3)向分散体系中加入戊二醛进行交联反应，得到非相变储能微胶囊。

上述非相变储能微胶囊的制备方法中，壳聚糖的脱乙酞度为70%-95%，优选壳聚糖在第一溶液中的质量浓度为0.5%-5%，更优选为1.5%-3.0%；酸性水溶液为壳聚糖的溶剂，由于所使用的壳聚糖为含有大量氨基的聚合物，存在着分子间氢键和分子内氢键，因此在水中的溶解性很小，只能溶解在酸性水溶液之中，如冰醋酸或乙酸，以乙酸为例，乙酸水溶液中乙酸的质量浓度优选为0.05%-2%，更优选为0.3%-0.6%；液体石蜡与第一溶液的体积比优选为1:(10-30)，更优选为1:(15-20)；将第一溶液和液体石蜡搅拌分散的搅拌速度优选为700-2500转/分钟，更优选为1300-1700转/分钟，搅拌时间优选为2-6小时，更优选为3-5小时；戊二醛和壳聚糖的质量比为1:(0.2-10)，更优选为1:(0.5-2)。

本发明中，在低密度保温石膏板中加入相变储能微胶囊，能够使石膏板的保温效果得到进一步提升，所述相变储能微胶囊为中国专利201010281677.9公开技术，其制备方法为：

(1)将壳聚糖溶解在酸性水溶液中，得到第一溶液；

(2)将所述第一溶液加热，将石蜡滴加到所述第一溶液中乳化后得到初乳液；

(3)将所述初乳液分散在外油相中，得到复乳液，所述外油相为液体石蜡；

(4)向所述复乳液中加入交联剂进行交联反应，得到相变储能微胶囊，所述交联剂为戊二醛。

如图13所示，本发明低密度保温石膏板的保温性能检测方法为：在低密度保温石膏板2的一侧放置碘钨灯1(碘钨灯1与低密度保温石膏板2的距离为23cm)，通过照射对低密度保温石膏板2的一侧进行加热，在低密度保温石膏板2没有碘钨灯1照射的一侧连接温度传感器3，通过温度传感器3测量没有碘钨灯1照射的一侧的低密度保温石膏板2温度，通过没有碘钨灯1照射的一侧的低密度保温石膏板2温度随时间的变化，评价石膏板的保温效果。

下面结合实施例及附图对本发明做进一步说明。

对比例1

结合图1和图12说明对比例1

石膏板的制备方法：

(1)将100g无水石膏与20g水混合均匀，得到混合物；

(2)将混合物倒入模板中，固化后，干燥，即得到低密度石膏板。

图1为本发明对比例1的石膏板的截面照片，从图中可以看出，石膏板中不存在孔结构，密度很高。

将对比例1的石膏板进行温度测试，结果如图12曲线3所示。

实施例1

非相变储能微胶囊的制备：

(1)将5g壳聚糖(脱乙酞度为70%)溶解在200mL含有0.5wt%的乙酸的水溶液中，得到第一溶液；

(2)将10mL液体石蜡与第一溶液混合，2500转/分钟搅拌2h，得到分散体系；

(3)向分散体系中加入1g戊二醛进行交联反应，得到非相变储能微胶囊。

实施例2

非相变储能微胶囊的制备：

(1)将3g壳聚糖(脱乙酞度为95%)溶解在300mL含有0.5wt%的乙酸的水溶液中，得到第一溶液；

(2)将30mL液体石蜡与第一溶液混合，1300转/分钟搅拌5h，得到分散体系；

实施例3

非相变储能微胶囊的制备：

(1)将6g壳聚糖(脱乙酞度为85%)溶解在300mL含有0.6wt%的乙酸的水溶液中；

(2)将20mL液体石蜡与第一溶液混合，2000转/分钟搅拌3h，得到分散体系；

实施例4

非相变储能微胶囊的制备：

(1)将2g壳聚糖(脱乙酞度为80%)溶解在400mL含有0.4wt%的乙酸的水溶液中，得到第一溶液；

(2)将30mL液体石蜡与第一溶液混合，700转/分钟搅拌6h，得到分散体系；

实施例5

非相变储能微胶囊的制备：

(1)将6g壳聚糖(脱乙酞度为90%)溶解在400mL含有0.5wt%的乙酸的水溶液中，得到第一溶液；

(2)将20mL液体石蜡与第一溶液混合，1700转/分钟搅拌4h，得到分散体系；

实施例6

结合图2说明实施例6

低密度保温石膏板的制备方法：

(1)将100g无水石膏与20g水混合均匀，得到混合物；

(2)向混合物中加入50g实施例5制备的非相变储能微胶囊，混合均匀，得到石膏液；

(3)将石膏液倒入模板中，固化后，180℃干燥完全，即得到低密度保温石膏板。

图2为本发明实施例6的石膏板的截面照片，可以看到石膏板内部有很多小孔，计算知道密度为0.59g/cm³。

实施例7

结合图3说明实施例7

含相变材料的低密度保温石膏板的制备方法：

(1)将100g无水石膏与20g水混合均匀，得到混合物；

(2)向混合物中加入50g相变储能微胶囊(含水量85%)，混合均匀，得到石膏液；

图3为本发明实施例7的石膏板的截面照片，可以看到石膏板内部有很多小孔，计算知道密度为0.61g/cm³。

实施例8

结合图4-9说明实施例8

将中国专利201010281677.9制备的相变储能微胶囊进行升温的TGA和DSC分析，结果分别如图4和图5所示；将所述相变储能微胶囊进行干燥处理后，进行DSC分析，结果如图6所示；从图4-6可以看出，相变储能微胶囊中含有水，相变储能微胶囊的焓值为40焦耳/克，干燥后的相变储能微胶囊的焓值为148焦耳/克，结合TGA曲线，可计算出相变储能微胶囊的含水量为60%以上；图7为相变储能微胶囊在恒温25℃及100℃的TGA曲线；其中，曲线1为25℃的TGA曲线，曲线2为100℃的TGA曲线，可以看出相变储能微胶囊含有水，并且在没有石膏时，相变储能微胶囊存在失水现象；

将无水石膏和相变储能微胶囊混合后，恒温25℃进行TGA分析，结果如图9所示，可以看出体系并没有失水的现象，说明石膏吸收了相变储能微胶囊中的水分，变为石膏的结晶水；

将无水石膏和相变储能微胶囊混合后，石膏很快固化，对固化的石膏进行升温TGA分析，结果如图8所示，可以看出，随着温度的升高石膏很快就会失去一个结晶水，随后失去另外0.5个结晶水。

图4-9说明，石膏能够吸收相变微胶囊中的水分，放入烘箱中干燥时，石膏很快就会失去结晶水，相变储能微胶囊中的水分就会又被失水之后的石膏所吸收，变为结晶水，而胶体颗粒的体积会因失水的收缩变小，在石膏中留下孔洞。

实施例9

结合图10、11说明实施例9

将实施例5制备的非相变储能胶囊进行升温TGA分析，结果如图10所示，可以计算出，非相变储能胶囊的含水量为85%；再将实施例5制备的非相变储能胶囊与无水石膏混合后，进行升温TGA分析，结果如图11所示，可以看出，随着温度的升高，体系的质量不变，说明非相变储能胶囊中的水分被石膏吸收。

实施例10

结合图12说明实施例10

低密度保温石膏板的制备方法：

(1)将100g无水石膏与30g水混合均匀，得到混合物；

(2)向混合物中加入60g实施例5制备的非相变储能微胶囊，混合均匀，得到石膏液；

(3)将石膏液倒入模板中，固化后，200℃干燥完全，即得到低密度保温石膏板。

实施例11

结合图12说明实施例11

含相变材料的低密度保温石膏板的制备方法：

(1)将100g无水石膏与30g水混合均匀，得到混合物；

(2)向混合物中加入60g相变储能微胶囊(含水量80%)，混合均匀，得到石膏液；

图12为本发明对比例1、实施例10和实施例11的石膏板随加热时间温度的变化曲线，其中，曲线3为对比例1的石膏板随加热时间温度的变化曲线，曲线2为实施例10的石膏板随加热时间温度的变化曲线，曲线1为实施例11的石膏板随加热时间温度的变化曲线，从图中可以看出，低密度石膏板(实施例10)的保温性能明显好于普通石膏板(对比例1)，另外，由于相变材料在受热时会吸收一部分热量，含相变材料的低密度石膏板(实施例11)的保温性能要优于没有加相变材料的石膏板(实施例10)。

实施例12

低密度保温石膏板的制备方法：

(1)将100g无水石膏与40g水混合均匀，得到混合物；

(2)向混合物中加入80g实施例3制备的非相变储能微胶囊，混合均匀，得到石膏液；

(3)将石膏液倒入模板中，固化后，150℃干燥完全，即得到低密度保温石膏板。

测得低密度保温石膏板的密度为0.56g/cm³，以1000W碘钨灯照射，起始温度15℃，1h后没有碘钨灯照射的一侧，温度为50℃，说明实施例12的低密度保温石膏板具有很好的保温效果。

实施例13

含相变材料的低密度保温石膏板的制备方法：

(1)将100g无水石膏与50g水混合均匀，得到混合物；

(2)向混合物中加入100g相变储能微胶囊(含水量85%)，混合均匀，得到石膏液；

测得低密度保温石膏板的密度为0.5g/cm³，以1000W碘钨灯照射，起始温度15℃，1h后没有碘钨灯照射的一侧，温度为35℃，说明实施例13的低密度保温石膏板具有很好的保温效果。

实施例14

含相变材料的低密度保温石膏板的制备方法：

(1)将100g无水石膏与40g水混合均匀，得到混合物；

(2)向混合物中加入20g相变储能微胶囊(含水量80%)，混合均匀，得到石膏液；

测得低密度保温石膏板的密度为0.6g/cm³，以1000W碘钨灯照射，起始温度15℃，1h后没有碘钨灯照射的一侧，温度为52℃，说明实施例14的低密度保温石膏板具有很好的保温效果。

实施例15

含相变材料的低密度保温石膏板的制备方法：

(1)将100g无水石膏与30g水混合均匀，得到混合物；

(2)向混合物中加入20g相变储能微胶囊(含水量85%)和20g实施例2制备的非相变储能微胶囊，混合均匀，得到石膏液；

(3)将石膏液倒入模板中，固化后，170℃干燥完全，即得到低密度保温石膏板。

测得低密度保温石膏板的密度为0.63g/cm³，以1000W碘钨灯照射，起始温度15℃，1h后没有碘钨灯照射的一侧，温度为48℃，说明实施例15的低密度保温石膏板具有很好的保温效果。

实施例16

含相变材料的低密度保温石膏板的制备方法：

(1)将100g无水石膏与30g水混合均匀，得到混合物；

(2)向混合物中加入40g相变储能微胶囊(含水量85%)和35g实施例4制备的非相变储能微胶囊，混合均匀，得到石膏液；

(3)将石膏液倒入模板中，固化后，185℃干燥完全，即得到低密度保温石膏板。

测得低密度保温石膏板的密度为0.57g/cm³，以1000W碘钨灯照射，起始温度15℃，1h后没有碘钨灯照射的一侧，温度为43℃，说明实施例16的低密度保温石膏板具有很好的保温效果。

实施例17

含相变材料的低密度保温石膏板的制备方法：

(1)将100g无水石膏与30g水混合均匀，得到混合物；

(2)向混合物中加入60g相变储能微胶囊(含水量85%)和60g实施例1制备的非相变储能微胶囊，混合均匀，得到石膏液；

测得低密度保温石膏板的密度为0.5g/cm³，以1000W碘钨灯照射，起始温度15℃，1h后没有碘钨灯照射的一侧，温度为45℃，说明实施例17的低密度保温石膏板具有很好的保温效果。

显然，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于所述技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims

1.低密度保温石膏板，其特征在于，该低密度保温石膏板的组分包括100重量份的石膏和1-120重量份的微胶囊；

所述微胶囊为非相变储能微胶囊和相变储能微胶囊中的一种或两种。

2.根据权利要求1所述的低密度保温石膏板，其特征在于，所述石膏为无水石膏或半水石膏。

3.根据权利要求1所述的低密度保温石膏板，其特征在于，所述微胶囊的重量份为50-100份。

4.根据权利要求1所述的低密度保温石膏板，其特征在于，所述低密度保温石膏板中还含有添加剂。

5.低密度保温石膏板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将石膏与水混合均匀，得到混合物；

(2)向混合物中加入微胶囊，混合均匀，得到石膏液；

6.根据权利要求5所述的低密度保温石膏板的制备方法，其特征在于，所述石膏为无水石膏或半水石膏。

7.根据权利要求5所述的低密度保温石膏板的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，石膏与水按质量比100:(20-100)混合均匀。

8.根据权利要求5所述的低密度保温石膏板的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，干燥温度为150-200℃。

9.根据权利要求5所述的低密度保温石膏板的制备方法，其特征在于，还包括，所述步骤(2)前，向混合物中加入添加剂。

10.根据权利要求5所述的低密度保温石膏板的制备方法，其特征在于，还包括，所述步骤(2)后，向石膏液中加入添加剂。