CN105690815A - 一种利用玻璃钢废料制作多功能人造装饰板材的方法以及多功能人造装饰板材和人造石 - Google Patents

一种利用玻璃钢废料制作多功能人造装饰板材的方法以及多功能人造装饰板材和人造石 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用玻璃钢废料制作多功能人造装饰板材的方法，由下而上依次铺设底层浆料、中间层浆料和面层浆料，再经二次固化制得所述人造装饰板材，所述的底层浆料和面层浆料含有玻璃钢废料细粉料，所述的中间层浆料含有玻璃钢针状纤维料。本发明还公开了采用所述方法制备的多功能人造装饰板材，以及利用其中的底层浆料制得的人造石。本发明可高效利用玻璃钢复合材料，且可制得具有保温、隔音等诸多功能的人造装饰材料，处理效益及经济价值高，不易产生短纤维，对生物体及环境伤害小。

Description

一种利用玻璃钢废料制作多功能人造装饰板材的方法以及多功能人造装饰板材和人造石
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种利用退役玻璃钢材料或冗余料生产的多功能人造装饰板材和人造石，以及制备方法。
背景技术
玻璃钢复合材料是一种由玻璃纤维或碳纤维等增强材料增强的塑料，因其强度高，韧性好、耐腐、抗压，在工业设施和民用设施中都使用广泛，甚至可以用作高压气瓶等压力容器。一般，玻璃钢材料的室内使用设计年限是20--30年，而室外的使用设计年限只有10--20年，部分实际使用甚至会小于设计年限。我国使用玻璃钢历史已有五十多年，大量的退役玻璃钢材料以及玻璃钢生产冗余料等材料的利用和处理，将是今后环保、资源利用的重大课题。
一直以来，玻璃钢复合材料(玻璃钢废料)因其中玻璃纤维含量高，且用热固性树脂粘结，回收利用价值小、难度高，成为行业难题。现在有研究机构尝试粉碎后焚烧回收能量；或无氧高温裂解回收树脂原料；或粉碎后作为填料利用。
如，公开号为102432914A中国专利文献公开了一种玻璃钢分解回收方法，包括：高温热处理：在真空条件下采用电热方式将待处理的玻璃钢废料高温分解为固体和烟气混合物，对高温热处理后的固体残留物进行回收；烟气混合物回收处理：将高温热处理过程中产生的烟气混合物处理成能够回收的化学原油和燃料气。该处理方法的玻璃纤维材料无法循环利用，需要填埋处理，利用附加值低。
公开号为101811336A中国专利文献公开了一种玻璃钢废料再利用的生产工艺方法,用粉碎机把5-10cm小块粉碎成25目以下的细小颗粒和将粉碎好的细小颗粒置于针织毡、短切毡、方格布、树脂糊制成的一定厚度的底衬之中,并用树脂浸透完全；或将粉碎好的按细小颗粒和石英砂按1∶4的重量比混合,并加入总重20％的树脂搅拌均匀。
现有玻璃钢复合材料处理方法效益都不大，且复合材料中70％以上的玻璃纤维等增强材料无法有效利用，并且，经现有技术处理或材料自身老化变成的短纤维容易进入人体，对身体造成巨大伤害，同时对社会造成巨大的环境污染和资源浪费。
发明内容
为解决现有玻璃钢废料利用率低、环境污染等问题，本发明提供了一种利用玻璃钢废料制作多功能人造装饰板材及人造石的方法，本发明方法能提高玻璃钢废料的利用率和经济价值，还能制得具有保温、隔音等诸多功能的人造装饰材料表面及人造石层。
一种利用玻璃钢废料制作多功能人造装饰板材的方法，由下而上依次铺设底层浆料、中间层浆料和面层浆料，再经二次固化制得所述人造装饰板材，所述的底层浆料和面层浆料含有玻璃钢废料细粉料，所述的中间层浆料含有玻璃钢针状纤维料。
本发明利用玻璃钢废料的细粉料的增韧性和玻璃针状纤维料的自膨胀性能和力学韧性等性能，通过二次固化法，制得上下两面坚韧、中间蓬松多孔的多功能复合板材(人造装饰板材)，该复合板材具备保温、隔热，隔音等诸多功能。本发明可高效利用玻璃钢复合材料，处理效益及经济价值高，不易产生短纤维，对生物体及环境伤害小。
所述二次固化中，先固化底层浆料和面层浆料，再固化中间层浆料。
本发明中，各浆料配置、铺设、定型后，经变温变压二次固化制得具有三层结构的多孔人造装饰板材，该人造装饰板材的底层和面层为装饰层，由底层(下层)浆料和面层(上层)浆料定型、并在高压压合时低温固化(第一次固化)制得；所制得的底层和面层的硬度、韧性高、美观、装饰性强。
中间层为功能层，针状纤维料由中间层浆料定型、并在降压下升温固化(第二次固化)制得。中间层为高孔隙率纤维结构，可阻隔热量传导，降低板材整体的导热系数，达到保温、隔热功能；此外，中间层内的纤维振荡可吸收和衰减声音振动能量，削弱共振频率和吻合效应，达到隔声效果。所述人造装饰板材的平均密度低，其重量比相同厚度人造石轻1/4～1/3，有助于增大表观应变和韧性。
底层浆料和面层浆料为同一浆料，人为命名浇筑在底层的浆料为底层浆料。
所述底层浆料和面层浆料的原料按重量份组成为：
所述中间层浆料的原料按重量份组成为：
作为优选，所述底层浆料和面层浆料的原料按重量份组成为：
所述中间层浆料的原料按重量份组成为：
进一步优选，所述底层浆料和面层浆料的原料按重量份组成为：
所述中间层浆料的原料按重量份组成为：
所述玻璃钢针状纤维料长度为2～20mm；玻璃钢废料细粉料的颗粒度为20—800目。
所述玻璃钢废料细粉料和玻璃钢针状纤维料的制备方法如下：
玻璃钢废料(或旧料)用撕裂机粉碎后，进行旋风分离选取2～20mm针状纤维作为玻璃钢针状纤维料，剩余料用气流涡旋微粉机进行粉碎筛选，选取20—800目粉料作为玻璃钢废料细粉料。
作为优选，所述玻璃钢针状纤维料长度为5～15mm；玻璃钢废料细粉料的颗粒度为60—180目。
在配置各浆料前，先将所述玻璃钢废料细粉料和玻璃钢针状纤维料与偶联催化剂混合活化，活化后再投加其他组分，最后投加热固性树脂，搅拌均匀制得各层浆料。
所述的偶联催化剂为辛酸亚锡、三苯基膦、1,5,7-三氮杂二环[4.4.0]癸-5-烯、乙酰丙酮锌、乙烯基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种。
作为优选，所述的偶联催化剂为1,5,7-三氮杂二环[4.4.0]癸-5-烯和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷任意比复配物或辛酸亚锡和乙烯基三乙氧基硅烷的任意比复配物。
所述热固性树脂A和热固性树脂B分别选自不饱和聚酯树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂、聚甲基丙烯酸甲酯树脂中的一种或多种。
作为优选，所述热固性树脂A和热固性树脂B分别为不饱和聚酯树脂或环氧树脂。
所述阻燃剂A和阻燃剂B分别选自氢氧化铝、氢氧化镁、受阻胺阻燃剂、磷氮溴复合阻燃剂和磷氮阻燃剂中的一种或几种。
作为优选，所述阻燃剂A和阻燃剂B为氢氧化铝和磷氮溴复合阻燃剂。
所述中温固化助剂为异佛尔酮二胺、孟烷二胺、过氧化环己酮和环烷酸钴的一种或两种，优选为异佛尔酮二胺或过氧化环己酮和环烷酸钴。所述低温固化助剂为二乙烯三胺、三乙烯四胺、N－氨乙基哌嗪、间苯二甲胺\过氧化甲乙酮、环烷酸钴和DesmodurN3390中的一种或多种，优选为过氧化甲乙酮-环烷酸钴任意比组合物或N－氨乙基哌嗪。
所述石英砂为20～60目，目的为提高板材表面硬度及饰面效果，优选30～50目。所述石英粗砂为2～10目，为选择性加入成分，加入是为多孔层加强支持效果，提高人造装饰板材的压缩强度，优选为4～6目。所述石英细砂为80～800目，作为传统石英石制备的对比料，优选为120～200。
各层浆料配置完成后，在模具内依次布料，一层布料后人工找平并压实，再布下层料。布料完成后，真空压合成型；在外压下低温固化(第一次固化)，形成底层和表层；然后解压膨胀、降压升温进行第二次固化，形成中间层(功能层)，制得上下层(底层和面层)坚韧、中间层多孔的具有保温、隔热、隔音的的多功能、高强度人造装饰板材。
以各层浆料总重量为基准，铺设过程中，底层浆料、中间层浆料和面层浆料的质量分布比例为：20％～30％：50％～70％：10％～20％。
作为优选，以各层浆料总重量为基准，三层结构质量分布比例为：
表层：25％-30％；
中间层：55％-65％；
底层：10％-15％。
作为优选，二次固化过程中，第一次固化的压力为50～500kg/cm2，第一次固化的温度为室温-60℃；第二次固化的压力为-1～10kg/cm2，第二次固化的温度为140-170℃。
也就是说，第一次固化的温度最好低于60℃。
进一步优选，二次固化过程中，第一次固化的压力为60～300kg/cm2，温度为40--60℃；第二次固化的压力为0.5～5kg/cm2，温度为140--160℃。
更为优选，所述的利用玻璃钢废料制作多功能人造装饰板材方法，具体操作如下：
步骤(1)：玻璃钢粉碎料(玻璃钢废料细粉料和玻璃钢针状纤维料)催化活化：将玻璃钢粉碎制得的玻璃钢废料细粉料和玻璃钢针状纤维料在高速塑料混合机中搅拌升温，温度大于85℃时降低搅拌速度，用喷雾法将乙醇稀释的催化活化复合组分(如偶联催化剂的乙醇溶液)加入，加入后继续活化10min冷却出料；
步骤(2)：配方料搅拌：将步骤(1)活化的物料按底层浆料、面层浆料和中间层浆料的配方投料、搅拌，最后加入热固性树脂搅拌时间为5～30min，分别得到各层浆料；
步骤(3)：三层依次布料：在模具中按比例先铺设底层浆料，人工找平，人工压实，然后铺设中间层浆料，找平压实，最后铺设面层浆料，找平；
步骤(4)：真空压合成型：将上述模具中的铺设好的物料用真空振荡压机压实；
步骤(5)：上下层带压固化：当压机压力到达设定值时，保压固化，并保证上下层较充分固化；
步骤(6)：解压膨胀：当上下层固化完成后，解除外加压力，中间层自然膨胀至底层或表层任意层厚度的3倍以上时，保持压力并升温，
步骤(7)：功能层升温调压固化：升温到第二固化温度后，固化中间层，制得所述多功能人造装饰板材。
本发明还提供了一种利用玻璃钢废料制作的多功能人造装饰板材，利用本发明所述的方法制备得到。
本发明还提供了一种利用玻璃钢废料制作的人造石，利用本发明所述的底层浆料浇筑、固化而成。
制备人造石的方法中，固化的压力为60～300kg/cm2，温度为室温-60℃，一般不超过60℃。
本发明利用废、旧玻璃钢粉碎后分类利用，制作多功能人造装饰材料，玻璃钢废料用量大(占制得的人造装饰板材重量的50％以上)，并配合使用相关添加剂，制作出的人造装饰板材及人造石性能优于现有技术中一般方法制作的人造石。
本发明提供的人造装饰板材及人造石应用广泛，此类人造装饰板材可取代天然石材或人造石材，使得内外墙装饰具有更好的保温、隔音效果，又例如，用作室内人造石装饰版图、厨房台板、人造石窗台、人造石外墙装饰板等，具有密度小、质地坚硬、阻燃、耐老化等。
具体实施方式
下面结合实施例和试验数据，对本发明作更详细的说明。
各实施例采用的玻璃钢废料细粉料和玻璃钢针状纤维料的制备方法：
将玻璃钢复合材料用撕裂机粉碎后，进行旋风分离选取2～20mm针状纤维作为玻璃钢针状纤维料，剩余料用气流涡旋微粉机进行粉碎筛选，选取20—800目粉料作为玻璃钢废料细粉料。
各实施例以及对比例中使用的原料或设备厂家列表如表1所示：
表1
实施例1
活化玻璃钢粉料配比如下：
1、玻璃钢废料细粉料：
玻璃钢废料细粉料100Kg；
偶联催化剂1Kg；
乙醇0.5Kg。
2、玻璃钢针状纤维料：
玻璃钢针状纤维料450Kg；
偶联催化剂3.5Kg；
乙醇1.75Kg。
(乙醇为稀释剂，其用量以能够稀释，利于偶联催化剂进行喷雾为准，一般为偶联催化剂投加重量的50％)
将上述玻璃钢粉料分别在高速塑料混合机中搅拌升温，温度大于85℃时降低搅拌速度，用喷雾法将乙醇稀释的催化活化复合组分(乙醇和偶联催化剂)加入，加入时间5min，加入后继续高速活化10min冷却出料，分别的得活化玻璃钢废料细粉料和活化玻璃钢针状纤维料。
上、下层浆料的配比；
以上配比中：
低温固化助剂为：过氧化甲乙酮-环烷酸钴；
中温固化助剂为：过氧化环己酮－环烷酸钴；
石英砂为：40目采砂；
石英粗砂为：4目天然石英砂；
石英细砂为：180目天然石英砂；
热固性树脂A和B为：不饱和聚酯树脂(石英石专业树脂7982)。
阻燃剂为：氢氧化铝与磷氮溴复合阻燃剂混合，比例5:1；
活化催化剂(偶联催化剂)为：辛酸亚锡、乙烯基三乙氧基硅烷复合比例1:1。
将除热固性树脂外各组分分别搅拌器中宏观搅拌均匀，然后加入热固性树脂进行搅拌分散，搅拌时间为5～30min，分别得到上、下层和中间层浆料。
在模具中由下至上按重量百分比为13％：60％：27％(以各层浆料总重量为基准)将各层浆料分三层铺设(即上、下浆料中的33％铺设在下层，剩余的67％铺设为上层)；底层先铺设，人工找平，人工压实，然后铺设功能层，找平压实，最后铺设面层找平。
将上述模具中的物料用真空振荡压机压实；当压机压力到达设定350kg/cm2时，50℃保压固化10min，并保证上、下层较充分地固化。
当上、下层固化后解除压力，使得中间层自然膨胀，压力值设定为-0.2Kg，保持压力并升温。升温到160℃后保温120min，固化功能层。将此板材脱模冷却后得到多功能人造装饰板材。
本实施例制备的人造装饰板材测试性能见表2
实施例2
本实施例与实施例1的不同之处在于：多功能人造装饰板材的上下层原料配比中活化玻璃钢废料细粉料用量为0Kg，石英细砂用量为100Kg。本实施例制备的人造石测试性能见表2。
实施例3
本实施例与实施例1的不同之处在于：多功能人造装饰板材的中间层浆料中，活化玻璃钢针状纤维料用量为373.5Kg，石英粗砂用量为80Kg。本实施例制备的人造石测试性能见表2。
实施例4
本实施例与实施例1的不同之处在于：多功能人造装饰板材的上下层浆料和中间层浆料中，热固性树脂A和B为环氧树脂，中温固化助剂为异佛尔酮二胺，用量为7.29Kg。低温固化助剂为N－氨乙基哌嗪，用量为2.5kg。本实施例制备的人造石测试性能见表2
实施例5
本实施例与实施例1的不同之处在于：多功能人造装饰板材的上、下层浆料中，热固性树脂A为聚氨酯树脂，用量22kg，低温固化助剂为DesmodurN3390，用量为11kg。中间层浆料中，热固性树脂B为IRD-30树脂92kg，粉碎成80目粉料备用，中温固化助剂为0kg。本实施例制备的人造石测试性能见表2。
对比例1
与实施例1的不同之处在于：制备多功能人造装饰板材时，不添加中间层浆料，将上下层浆料配比总量按配比例放大到1000kg。真空振荡压机压合压力250kg/cm2，脱模后160℃固化120min。
本实施例制备的人造石测试性能见表2。
对比例2
与实施例2的不同之处在于：制备多功能人造装饰板材配比中多功能层原料去除，将上下层配比总量按配比例放大到1000kg后，配比中的玻璃刚细粉料用相同目数及重量的细石英石粉末代替。真空振荡压机压合压力250kg/cm2，脱模后160℃固化120min。
本实施例制备的人造石测试性能见表2。
性能表征
实施例1～5以及对比例1-2制备得到的人造多功能装饰板材及人造石的测试性能如表2所示。
表2
表2中的性能测试结果所依据的标准分别为：
力学性能的测试参照JCT908-2013标准中的石英石部分；其中包含以下国家标准：GB/T2567-2008、GB/T9966.1-2001、GB/T3810.4-2006；测试方法完全按照测试标准进行测试。
隔音性能测试参照：GB/T19889声学建筑和建筑构件隔声测量；隔音性能评价标准参照：GB/T50121-2005建筑隔声评价标准(建筑物空气声隔声性能分级中的“建筑物内部空间与外部空间之间”)；测试时将以上实施例25mm厚度样板干挂于80kg/m2的240mm厚加气硅酸盐切块墙体两面，对采用现场法测量的交通噪声隔声量得出的计权交通噪声隔声量进行分级。
保温性能测试参照：GB/T10294-2008绝热材料稳态热阻及有关特性的测定防护热板法，采用DRH-300导热系数测试仪(双护热平板法)测定。
阻燃性能测试参照：GB/T2406-93塑料燃烧性能试验方法氧指数法，采用JF-3氧指数测定仪测定。
由表2可以看出，实施例1～5利用玻璃钢废料制备的人造多功能装饰板材与现有人造石技术相比具有优良保温、隔声性能，除压缩强度外，同时具有人造石英石的各种性能特点；玻璃钢废料细粉料制备的人造石板材，具有远高于普通人造石英石的抗落球冲击性能。
以上实施例对本发明进行具体描述，这些实施例仅用于对本发明作进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的内容作出一些非实质性改变，均属本发明保护范围。

Claims (10)

1.一种利用玻璃钢废料制作多功能人造装饰板材的方法，其特征在于：由下而上依次铺设底层浆料、中间层浆料和面层浆料，再经二次固化制得所述人造装饰板材，所述的底层浆料和面层浆料含有玻璃钢废料细粉料，所述的中间层浆料含有玻璃钢针状纤维料。
2.如权利要求1所述的利用玻璃钢废料制作多功能人造装饰板材的方法，其特征在于，以各层总浆料重量为基准，铺设过程中，底层浆料、中间层浆料和面层浆料的质量分布比例为：20％～30％：50％～70％：10％～20％。
3.如权利要求2所述的利用玻璃钢废料制作多功能人造装饰板材的方法，其特征在于，所述底层浆料和面层浆料的原料按重量份组成为：
所述中间层浆料的原料按重量份组成为：
4.如权利要求3所述的利用玻璃钢废料制作多功能人造装饰板材的方法，其特征在于，所述玻璃钢针状纤维料长度为2～20mm；玻璃钢废料细粉料的颗粒度为20—800目。
5.如权利要求3所述的利用玻璃钢废料制作多功能人造装饰板材的方法，其特征在于，所述的偶联催化剂为辛酸亚锡、三苯基膦、1,5,7-三氮杂二环[4.4.0]癸-5-烯、乙酰丙酮锌、乙烯基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种。
6.如权利要求3所述的利用玻璃钢废料制作多功能人造装饰板材的方法，其特征在于，所述热固性树脂A和热固性树脂B分别选自不饱和聚酯树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂、聚甲基丙烯酸甲酯树脂中的一种或多种；
所述中温固化助剂为异佛尔酮二胺、孟烷二胺、过氧化环己酮和环烷酸钴的一种或两种；所述低温固化助剂为二乙烯三胺、三乙烯四胺、N－氨乙基哌嗪、间苯二甲胺\过氧化甲乙酮、环烷酸钴和DesmodurN3390中的一种或多种。
7.如权利要求3所述的利用玻璃钢废料制作多功能人造装饰板材的方法，其特征在于，所述石英砂为20～60目；所述石英粗砂为2～10目；所述石英细砂为80～800目。
8.如权利要求2所述的利用玻璃钢废料制作多功能人造装饰板材的方法，其特征在于，二次固化过程中，第一次固化的压力为50～500kg/cm2，第一次固化的温度为室温-60℃；第二次固化的压力为-1～10kg/cm2，第二次固化的温度为140-170℃。
9.一种利用玻璃钢废料制作的多功能人造装饰板材，其特征在于，利用权利要求1-8任一项所述的方法制备得到。
10.一种利用玻璃钢废料制作的人造石，其特征在于，利用权利要求1-8任一项中所述的底层浆料浇筑、固化而成。
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