CN104944882B - 高强耐水型脱硫石膏板及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高强耐水石膏复合板材及其制作工艺，属于石膏板技术领域。解决了现有技术制作的脱硫石膏板微观结构不密实、韧性差、耐水性差的问题。所述脱硫石膏板的主要组分包括：脱硫石膏、膨胀剂、酚醛树脂、碳酸丙烯酯、硅烷偶联剂、固含量为0‑10％的聚合物乳液、水。所述脱硫石膏板的制备方法为：先利用酚醛树脂改性脱硫石膏，然后将改性后的脱硫石膏干粉在压力为5MPa～20MPa、温度为90℃～200℃状态下，热压成型1min～5min。最后，将成型后的脱硫石膏板在聚合物乳液中浸泡10min～120min，浸泡温度25℃～70℃。所述脱硫石膏板抗压强度、抗折强度、抗水性能优异。

Description

高强耐水型脱硫石膏板及其制备方法

技术领域

本发明属于石膏板技术领域，具体涉及一种高强耐水型脱硫石膏板及其制备方法。

背景技术

脱硫石膏来自于燃煤或油的工业企业在治理烟气中的二氧化硫后而得到的固体排放物。脱硫石膏再利用，可以实现固体废弃物资源化，既提高了经济效益，又美化了环境。我国脱硫石膏在建材行业的应用技术，主要集中在水泥的生产、脱硫石膏砌块、保温砂浆、粉刷石膏、以及混凝土改性等方面。在板材制作方面，主要用来制作墙板、地板、天花板等。

脱硫石膏板材具有的较低的力学性能和较差的防水性能，严重制约脱硫石膏板在建材行业应用领域。水蒸发后留下的孔隙是造成脱硫石膏板强度和抗水性能低的主要原因之一。改善脱硫石膏孔隙结构状态，密实微观孔隙结构，可以增加脱硫石膏砌块的力学性能和抗水性能。目前改善脱硫石膏板材孔隙结构的技术手段主要有：第一，在脱硫石膏中添加水泥、粉煤灰等无机胶凝材料，制成脱硫石膏基复合板材；第二，在脱硫石膏中添加有机物乳液，经过共混搅拌直接注模，脱硫石膏硬化制成板材。

除利用技术手段改善孔结构外，也有利用脱硫石膏在聚合物体系内充当填充物的方式制作脱硫石膏板材，即将聚合物与脱硫石膏复合，同时采用压制、挤出等高分子材料制作工艺，制成复合材料。

专利CN104446291A将AM、MBAM配制的混合溶液引入到脱硫石膏基体中，制备出一种脱硫石膏板材。这种方法虽然提高了脱硫石膏板力学性能，但其采用的注模成型的工艺，导致体系内孔隙所占体积百分比依然很大，若能减少体系内孔隙所占体积百分，板材性能将有更大提升空间。

专利CN103172339A将环氧树脂与脱硫石膏复合，通过压制工艺，制成复合板材。这种方法虽然使用了脱硫石膏，但脱硫石膏在体系内仅起到填充作用，脱硫石膏遇水硬化的性质未得到充分利用，所制成的复合材料强度也严重依赖聚合物体系的强度，就其结构而言，脱硫石膏并未通过遇水硬化的方式形成三维网络结构。

现有技术针对脱硫石膏力学性能和抗水性能的处理，无论是使用聚合物乳液共混改性的方法，还是采用直接拌合聚合物胶压塑成型的方式，均未见使用热固性树脂改性脱硫石膏、热压成型和水养护的工艺，制作具有“热固性树脂和二水脱硫石膏晶体三维互穿网络”结构的高致密度、高强度、高防水性脱硫石膏板材。

本发明提出利用酚醛树脂树脂改性脱硫石膏，使脱硫石膏粉具有较好的压塑性，同时采用热压成型工艺使脱硫石膏板材具有高密实性，然后通过水养护方式使脱硫石膏硬化，形成热固性树脂和二水脱硫石膏晶体三维互穿网络结构。

鉴于现有技术存在的问题，如何利用热固性酚醛树脂改性脱硫石膏，同时制备一种高强度的脱硫石膏复合材料，是现有技术亟待解决的问题。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明将热固性酚醛树脂引入到脱硫石膏体系中，提供了一种高致密度、高强度、高防水性能脱硫石膏板，并提供了该石膏板的制备方法。

技术方案：本发明提供了一种高强耐水型脱硫石膏板，按质量百分比计，该石膏板原料配方为：脱硫石膏70％～100％、膨胀剂0.5％～10％、酚醛树脂0.5％～10％、碳酸丙烯酯1％～5％、硅烷偶联剂0.05％～2％、固含量为1％～10％的聚合物乳液和水5％～30％。

具体的，原料配方中所述的脱硫石膏为无水脱硫石膏或半水脱硫石膏。所述的膨胀剂为铝酸钙膨胀剂。所述的硅烷偶联剂为KH-550硅烷偶联剂。所述的聚合物乳液为不饱和聚酯树脂乳液。

本发明还提供了上述脱硫石膏板的制备方法：先利用乙醇将酚醛树脂、硅烷偶联剂、碳酸丙烯酯完全溶解，作为改性液，对脱硫石膏进行改性，然后加入膨胀剂，热压成型，先于湿润环境中养护，再于浸泡液中养护，最后自然环境中养护至龄期。

具体的步骤如下：

(1)将脱硫石膏粉、膨胀剂分别球磨，并用80目方孔筛筛分；

(2)将酚醛树脂、硅烷偶联剂、碳酸丙烯酯完全溶解于乙醇中，与步骤(1)中的脱硫石膏粉混合，搅拌均匀后，取出，在70℃～90℃的温度下烘干至恒重，得到改性脱硫石膏；

(3)将步骤(1)得到的膨胀剂与步骤(2)得到的改性脱硫石膏混合，得到混合干粉，倒入模具中，热压成型；

(4)将压制成型后的脱硫石膏-膨胀剂干粉块体养护1～12h；

(5)再置于固含量为1％～10％的聚合物乳液中，浸泡10min～120min；

(6)浸泡完成后，使块体在自然环境下养护至龄期，再将块体在45～55℃烘干至恒重。

更进一步的，当上述步骤(3)中的热压条件为：热压压力5MPa～20MPa、热压温度90℃～200℃，热压成型时间1min～5min。

上述的步骤(4)中养护条件为：置于20℃～40℃或70℃～90℃，相对湿度为90～99％的环境下。

上述的步骤(5)中的浸泡温度为25～70℃。

有益效果：1，本发明所述的改性脱硫石膏板材以脱硫石膏为基材，以环保材料酚醛树脂为辅材，实现了对脱硫石膏的再利用，是绿色环保板材。

2，本发明所述的改性脱硫石膏板同现有石膏板材相比，具有较高的密实度、优异的韧性以及较好的耐水性。同时酚醛树脂和脱硫石膏都是较好的防火材料，故该板用作墙体面板、地板、天花板时，对防火安全有所裨益。

3，本发明所述的改性脱硫石膏板的制备方法，避开了酚醛树脂高温固化过程中脱硫石膏内自由水份蒸发形成气室的问题。同时，采用浸泡的方式使脱硫石膏遇水固化，其过程为先利用块体中未压实的孔隙形成水通道，再利用浸泡液内的聚合物在干燥过程中阻塞未压实孔隙，使块体结构更加密实，提高耐水性能。

具体实施方式：

本发明所提供的高强耐水性脱硫石膏板的原材料为：脱硫石膏、膨胀剂、酚醛树脂、碳酸丙烯酯、硅烷偶联剂、固含量为0～10％的聚合物乳液和水。

下面通过若干典型的实施例对本发明的制备方法进一步说明，并非对本发明保护范围的限制。

实施例1

将酚醛树脂1g、硅烷偶联剂0.1g、碳酸丙烯酯0.02g溶于无水乙醇中，搅拌均匀后制成改性液。将膨胀剂3g与脱硫石膏100g混合，人工搅拌2min，然后将搅拌后的混合干粉过100方孔筛后，置于水泥净浆搅拌机中慢速搅拌5min至均匀，制成固体混合干粉。将改性液和固体混合干粉混合制成浆体，人工搅拌2min，随后将浆体置于水泥净浆搅拌机中自动搅拌，搅拌完成后置于50℃烘干箱内烘干，制成改性脱硫石膏干粉。

将改性脱硫石膏干粉装入模具后，在160℃、5MPa条件下，热压2分钟。待热压成型的砌块冷却后，置于25℃，相对湿度为96％的环境下，养护12h。然后，置于不饱和聚酯树脂乳液中养护2h，取出后，在室温环境下和养护至龄期，最后放入50℃烘干箱烘至绝干后测试其性能。

实施例2

将酚醛树脂0.5g、硅烷偶联剂0.05g、碳酸丙烯酯1g溶于无水乙醇中，搅拌均匀后制成改性液。将膨胀剂0.5g与脱硫石膏70g混合，人工搅拌2min，然后将搅拌后的混合干粉过80方孔筛后，置于水泥净浆搅拌机中慢速搅拌5min至均匀，制成固体混合干粉。将改性液和固体混合干粉混合制成浆体，人工搅拌2min，随后将浆体置于水泥净浆搅拌机中自动搅拌，搅拌完成后置于50℃烘干箱内烘干，制成改性脱硫石膏干粉。

将改性脱硫石膏干粉装入模具后，在90℃、5MPa条件下，热压1分钟。待热压成型的砌块冷却后，置于20℃，相对湿度为90％的环境下，养护2h。然后，置于水中养护10min，取出后，在室温环境下和养护至龄期，最后放入50℃烘干箱烘至绝干后测试其性能。

实施例3

将酚醛树脂10g、硅烷偶联剂2g、碳酸丙烯酯5g溶于无水乙醇中，搅拌均匀后制成改性液。将膨胀剂10g与脱硫石膏100g混合，人工搅拌2min，然后将搅拌后的混合干粉过100方孔筛后，置于水泥净浆搅拌机中慢速搅拌5min至均匀，制成固体混合干粉。将改性液和固体混合干粉混合制成浆体，人工搅拌2min，随后将浆体置于水泥净浆搅拌机中自动搅拌，搅拌完成后置于50℃烘干箱内烘干，制成改性脱硫石膏干粉。

将改性脱硫石膏干粉装入模具后，在200℃、20MPa条件下，热压5分钟。待热压成型的砌块冷却后，置于90℃，相对湿度为99％的环境下，养护12h。然后，置于不饱和聚酯树脂乳液中养护2h，取出后，在室温环境下和养护至龄期，最后放入50℃烘干箱烘至绝干后测试其性能。

性能测试：

抗折强度所用模具制成的试样尺寸为10mm*40mm*120mm，抗压强度所用模具制成的试样尺寸为20mm*20mm*20mm。使用DKZ-5000水泥电动抗折试验机测试脱硫石膏试样的折断时的力值并按照公式R_f＝1.5F_fL/b²h(Ff：试样折断时施加的荷载/N；L＝100mm；b＝40mm)计算抗折强度R_f。使用EHC-1100全自动压力试验机测试改性脱硫石膏抗压强度值，测试时需使试样在20s～40s内被破坏

表1为不同配方及工艺条件下，使用酚醛树脂改性脱硫石膏复合材料的力学性能和吸水率。

试样G₀为空白样，即只使用脱硫石膏在常温下压制成型。热压工艺条件和养护工艺与上述相同。

试样P₀按照实施例1制作，试样P₁按照实施例2制作，试样P₂按照实施例3制作，结果如表1。

表1酚醛树脂改性脱硫石膏复合材料力学性能和吸水率

由上述实例可以看出，试样P₀的抗折强度和抗压强度分别为23.1MPa和49.5MPa，与空白样G₀相比，分别提高了234.8％和38.7％。同时，试样P₀的2h吸水率为0.9％，24h吸水率为1.3％，吸水率低，表明酚醛树脂有效改善了脱硫石膏板材耐水性能，大幅提升了力学强度。

表2为加入碳酸丙烯酯对复合材料热压温度的影响。

试样配方为酚醛树脂1g、硅烷偶联剂KH-550 0.1g、AEA膨胀剂3g、碳酸丙烯酯0.02g、脱硫石膏100g，其热压工艺参数为：热压温度如表2所示、热压强度为5MPa，热压时间为2min。养护工艺与上述相同。

表2碳酸丙烯酯对复合材料热压温度的影响

由上述实例可以看出，热压温度分别为120℃、100℃时的试样，其力学性能和吸水率与试样P₀相当。说明碳酸丙烯酯降低了生产能耗。

表3为不饱和聚酯树脂乳液浸泡液对复合材料力学性能和吸水率的影响。不饱和聚酯树脂乳液为采用885型不饱和聚酯树脂乳化制成，乳液胶粒粒径为0.5-2.0μm。试样配方为酚醛树脂1g、硅烷偶联剂KH-550 0.1g、铝酸钙膨胀剂3g、碳酸丙烯酯0.02g、脱硫石膏100g。其热压工艺条件为：在120℃、5MPa条件下，热压2分钟。养护工艺为：将热压成型的冷却砌块，置于25℃，相对湿度为96％的环境下，养护12h。然后，置于2％和5％不饱和聚酯树脂乳液浸泡液中浸泡2h，取出后，在室温环境下和养护至龄期，最后放入50℃烘干箱烘至绝干后测试其性能。

表3不饱和聚酯树脂乳液浸泡液对复合材料力学性能和吸水率的影响

由上述实例可以看出，使用不饱和聚酯树脂乳液作为浸泡液的试样，其力学性能均优于用水作为浸泡液的试样，2h吸水率和24h吸水率低于用水作为浸泡液的试样。同时，该酚醛树脂-脱硫石膏板，原材料易得且制作工艺简单，可适用于大规模生产。

Claims (5)

1.一种脱硫石膏板的制备方法，其特征在于该石膏板原料包括：脱硫石膏70％～100％、膨胀剂0.5％～10％、酚醛树脂0.5％～10％、碳酸丙烯酯1％～5％、硅烷偶联剂0.05％～2％、固含量为1％～10％的聚合物乳液5％～30％，上述各组分之和为100％；

利用乙醇将酚醛树脂、硅烷偶联剂、碳酸丙烯酯完全溶解，作为改性液，对脱硫石膏进行改性，然后加入膨胀剂，热压成型，先于湿润环境中养护，再于浸泡液中养护，最后自然环境中养护至龄期。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)将脱硫石膏粉、膨胀剂分别球磨，并用80目方孔筛筛分；

(2)将酚醛树脂、硅烷偶联剂、碳酸丙烯酯溶于乙醇中，与步骤(1)中的脱硫石膏粉混合，搅拌均匀后，取出，在70℃～90℃下烘干至恒重，得到改性脱硫石膏；

(3)将步骤(1)得到的膨胀剂与步骤(2)得到的改性脱硫石膏混合，得到混合干粉，倒入模具中，热压成型；

(4)将压制成型后的脱硫石膏-膨胀剂干粉块体养护1～12h；

(5)再置于固含量为1％～10％的聚合物乳液中，浸泡10min～120min；

(6)然后在自然环境下养护至龄期，再将块体在45～55℃烘干至恒重。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的热压条件为：热压压力5MPa～20MPa、热压温度90℃～200℃，热压成型时间1min～5min。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的步骤(4)中养护条件为：置于20℃～40℃或70℃～90℃，相对湿度为90～99％的环境下。

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的步骤(5)中的浸泡温度为25～70℃。