CN106083190B - 一种石膏制品的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型石膏制品及其制备方法，所述石膏制品由组合材料制成，所述组合材料由石膏矿及覆盖所述石膏矿表面的覆盖层组成，所述覆盖层的材料的吸水率＜0.05%，所述覆盖层厚度＜5mm。本发明能够将石膏、硬石膏及混合石膏综合利用，能够显著降低能源消耗，能够有效防止石膏在长期应用中风化水解，同时应用与装饰效果良好。

Description

一种石膏制品的制备方法

技术领域

本发明涉及石膏制品的技术领域。

背景技术

天然的石膏矿中既包括在日常生产生活中广泛使用的生石膏，即二水硫酸钙，也包括大量的硬石膏，即无水石膏，以及生石膏和硬石膏共生的混合石膏。我国的天然石膏储量丰富，其中硬石膏占石膏资源总量的42%~60%，储量居世界第一，且品位高、分布广。

因硬石膏结构致密、溶解缓慢、水化活性低，不适于传统的将石膏熟化的工艺，因此在实际应用中，特别是石膏建材的制备中，主要以二水石膏作为原料，其年开采量超过了4000万吨，在二水石膏开采中大量伴生的硬石膏因缺乏利用渠道而废置，给环境和资源利用带来了极大的压力。

在传统的石膏制品的制备中，常见的为通过爆破的方式获得石膏矿石，其后将石膏矿石进行多次破碎，再炒制脱水获得半水石膏粉，即熟石膏粉，最后再将熟石膏粉加水、辅料及胶凝材料制成石膏制品，如石膏板、石膏阴角线等产品。

如在中国专利CN104261863A中公开了一种轻质耐水纸面石膏板的制备方法，其步骤包括将脱硫石膏打散炒制为熟石膏粉，其后与其他成分混合成型为石膏板湿板再经凝固、切断、干燥、锯边后制得石膏板成品；在中国专利CN101172796中公开了一种全干法脱硫石膏建材制品生产工艺，其中需要将脱硫石膏、磷石膏或天然石膏作为原料在150℃~250℃下煅烧20~30分钟，生成高强无水石膏粉和半水石膏粉后，再加入水和防水剂等高压压制成型为石膏制品。

上述将石膏粉先进行炒制/煅烧，再水合的方法加工过程复杂，同时需要消耗大量的能源，其目的一方面在于提高石膏的硬度，更重要的是消除石膏容易风化水解的缺陷。

在实际应用中，石膏制品通常并不作为承重、承压的材料，而更多的是作为隔离、装饰、缓冲的材料，因此对其化学稳定性的要求更高于对其硬度的要求。

为降低石膏制品容易风化水解的问题，目前最常见的方式是对石膏进行表面或内部的化学改性，如在中国期刊《墙材革新与建筑节能》2013.5期中贾兴文等研究了表面处理对石膏砌块耐水性的影响，其中提到了采用不同固含量的聚合物乳液或有机硅防水剂喷涂到石膏砌块表面进行防水处理，在其引言中同时提到了采用在建筑石膏中掺加水泥和矿渣等水硬性原材料的措施也可提高石膏砌块的耐水性。

对石膏进行表面或内部的化学改性处理虽然能够提高其耐水、耐风化性，但在工业化的大量生产中，这些方法并不适用，同时生产成本也较高。

发明内容

本发明的目的在于提出一种能够将石膏、硬石膏及混合石膏综合利用，能够显著降低能源消耗，能够有效防止石膏在长期应用中风化水解，同时应用与装饰效果良好的石膏制品及其制备方法。

本发明的技术方案如下：

新型石膏矿制品，其由组合材料制成，所述组合材料由石膏矿及覆盖所述石膏矿表面的覆盖层组成，所述覆盖层的材料的吸水率＜0.5%，所述覆盖层厚度＜5mm。

在上述技术方案中石膏矿为生石膏、硬石膏和/或两者共生的混合石膏。其可以为直接开采得到的石膏矿，也可以为人工制得的石膏矿。

所述覆盖层优选覆盖所述石膏矿的全部表面，即所述覆盖层将石膏矿完整地包覆于其内，在其它的情形下，覆盖层也可选择性地覆盖石膏矿的一个或多个表面。

当覆盖层未覆盖石膏矿全部表面时，其未覆盖的表面可添加硬化剂。

所述覆盖层与石膏矿优选为一体式结构，即在使用中时覆盖层与石膏矿不能进行轻易地分离。

进一步优选的是：所述覆盖层的热膨胀系数与被其覆盖的石膏矿接近。

在实际制备的过程中，可以通过将两者结合后在加热或低温的环境中放置一定时间，其后观察组合材料是否出现不正常的形变，如石膏矿与覆盖层间产生缝隙、起泡，石膏矿出现新的裸露，覆盖层出现撕裂等来判断。

其它的优选如：覆盖层材料为透明材料，以此增强石膏制品的装饰性，得到的石膏制品可产生玉质效果。

另外优选的是：所述石膏矿的开采方法为使用膨胀剂进行分离和/或切割进行分离。

此处采用膨胀剂进行分离的方法为在石膏原矿附近位置打孔后加入膨胀剂，通过膨胀剂的作用使石膏原矿与周围环境进行分离，由此即可得到大型块状石膏原矿，切割进行分离为直接使用切割工具在裸露出的原矿上进行整块切割的方法，这两种方法在不同的情况下，可单独使用，也可联合使用。

常规的石膏矿开采方式主要采用爆破，该开采方式得到的石膏矿多为碎块状，同时得到的石膏矿上有大量的裂纹，不利于该新型石膏制品的成型，对其性能也有明显损害，因此采用膨胀剂进行分离，或/和使用金刚绳锯、圆盘锯等工具进行切割是本发明更优选的实施方式。

另外优选的是：所述覆盖层通过喷涂或镀层的方式与所述石膏矿结合。

该优选方式特别适合于异型材、浮雕类石膏制品。其中镀层是指将石膏矿浸泡于电解液中使其表面沉积膜层的方法。

另外优选的是：所述覆盖层通过粘合的方式与所述石膏矿结合。

此外，所述覆盖层还可以优选通过原位生长/合成的方式与所述石膏矿结合。

此处粘合可以为化学的粘合，如贴膜等通过胶水的作用进行粘合，也可以为物理的粘合，如在高压、抽真空、热熔等作用下，两者表面直接接触通过分子间作用力实现贴合。

在通过喷涂的方式实现覆盖层与石膏矿的结合的方式中，进一步的优选方案是：所述覆盖层为选自环氧树脂及固化剂、环氧-酚醛树脂体系及固化剂、聚氨酯树脂及固化剂、聚甲基丙烯酸甲酯及固化剂中的一种或多种。

优选将覆盖层材料在即将进行喷涂时进行配制，配制完成后加入喷涂装置中对石膏矿表面进行紧密、均匀的喷涂，喷涂时不能在石膏矿表面留有缝隙，喷涂至一定厚度后停止，再将组合材料进行常温固化或低温加热固化。

进一步优选的是，覆盖层材料中还可以包括其它助剂，如交联促进剂，流平剂，消泡剂等。

在通过粘合的方式实现覆盖层与石膏矿的结合的方式中进一步的优选实施方式为：所述覆盖层为选自有机玻璃、无机玻璃、聚四氟乙烯、尼龙、氟化物膜中的一种或多种。

上述材料的形态可为板材，也可为膜材，可通过胶水粘合，也可通过压合、热熔合等方式实现与石膏矿的结合。

在通过粘合的方式实现覆盖层与石膏矿的结合的方式中的另一种进一步的优选实施方式为：所述覆盖层与所述石膏矿贴合时使用了胶水，所述胶水为选自瓜尔胶、聚甲基吡咯烷酮、聚氨酯、丙烯酸酯、环氧树脂、有机硅胶粘剂中的一种或多种。

在通过粘合的方式实现覆盖层与石膏矿的结合的方式中的另一种进一步的优选实施方式为：所述石膏矿表面粗糙度Ra＜0.2μm。

该优选实施方案可进一步强化覆盖层与石膏矿之间的结合效果，同时可实现所得的石膏制品具有玉质的外观。

本发明进一步提出了该新型石膏制品的制备方法，包括以下步骤：

（1）通过膨胀剂分离和/或切割分离石膏矿；

（2）将石膏矿进行表面磨平；

（3）将表面磨平后的石膏矿与覆盖层进行结合；其结合方式为喷涂、镀层、化学粘合、物理粘合中的一种或多种，其中化学粘合中使用辅助物胶水；物理粘合为压合、热熔合中的一种或多种。

该制备方法特别适用于外形规整的石膏制品，如石膏砌块、石膏板、石膏条等。

本发明同时提出了该新型石膏制品的另一种制备方法，包括以下步骤：

（1）通过膨胀剂分离和/或切割分离石膏矿；

（2）将石膏矿进行表面磨平并加工为特定的形状；

（3）将加工成形后的石膏矿与覆盖层进行结合；其结合方式为喷涂、镀层、化学粘合、物理粘合中的一种或多种，其中化学粘合中使用辅助物胶水；物理粘合为热熔合。

该制备方法特别适用于外形不规整的石膏制品，如石膏异型材、石膏阴角线、石膏浮雕等。

本发明具备以下有益效果：

（1）可将生石膏、硬石膏、混合石膏综合利用，特别是可对分布广、利用率低、大量被弃置的硬石膏进行高效合理的利用；

（2）制备得到的石膏制品环保耐用，对人体无毒害；

（3）制备过程简单，制备中不需要对石膏进行解离再水合的步骤；

（4）制备中不需要消耗过多的能源，可有效节约能源；

（5）该石膏制品使用天然石膏矿，洁净美观，具有良好的观赏效果，制得的成品具有美玉一样的外观效果，适用于高档装饰中；

（6）该石膏制品的优选方式中，可采用喷涂、贴膜、过塑等工业化方法，可大规模批量生产；

（7）该石膏制品可替代一些传统材料应用在需要一些即需要材料具有一定强度、硬度，又需要较高装饰性的地方，如生活用品、工艺品、配饰、骨灰匣、棺材等。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行进一步的阐释。

实施例1

（1）使用膨胀剂将石膏原矿分离为厚度大于10cm、宽度小于3m的规整的块状；

（2）将块状石膏切割为厚度小于5cm的石膏板，并将其进行逐级打磨，至表面粗糙度Ra小于0.2μm；

（3）将质量比为100:5:180的环氧树脂E-44、改性胺固化剂、丙酮作为覆盖层原料混合均匀，其中改性胺固化剂为将苯酚与乙二胺在60℃混合反应20min后加入甲醛后恒温90℃反应1h后得到的混合溶液，将配制好的覆盖层原料通过喷涂装置，均匀地喷涂于石膏板上表面，喷涂厚度为3mm，在室温下放置24h后覆盖层固化并与石膏板粘合，对覆盖层进行剥离时，石膏矿先开裂，说明覆盖层与石膏矿结合良好；

（4）将所得石膏板未包覆覆盖层的下表面与待贴的墙面粘合，其侧表面在墙角处与其它墙面粘合，或与其它石膏板的侧表面粘合，以此实现该石膏制品作为贴墙石膏板的应用，在室温、潮湿的环境中放置2年，未发现石膏板出现任何水解、风化、分层、剥落、开裂等异常现象。

实施例2

（1）使用圆盘锯将石膏原矿分离为厚度大于10cm、宽度小于3m的规整的块状；

（2）将块状石膏直接加工为花瓶状工艺品，对该工艺品内外表面逐级打磨，至表面粗糙度Ra小于0.2μm；

（3）将粘度为2000mPa/s的瓜尔胶与去离子水按质量比3:100的比例配制为溶液，将该溶液均匀地喷洒于所述工艺品的内外表面，喷洒量为100g/m²；

（4）将厚度为5mm的有机玻璃膜切割为片状后，向其表面均匀涂覆2-氰基丙烯酸酯，涂覆量为200g/m²，其后将有机玻璃片加压贴合于喷涂过瓜尔胶溶液的工艺品内外表面，待其初步粘合后，将该工艺品放置于60~80℃下，至有机玻璃膜片间的缝隙熔合，形成一体；

（5）该工艺品表面白皙、光洁，呈现玉质质地，置于闷热（80℃以下）、潮湿的环境中放置2年，未发现其内外表面出现任何水解、风化、分层、剥落、开裂等异常现象。

实施例3

（1）使用膨胀剂将硬石膏矿初步分离，其后使用金刚绳锯将其进一步分离为厚度大于10cm、宽度小于3m的规整的块状；

（2）将块状石膏继续切割为厚度5cm的板状，对其表面进行逐级打磨，至表面粗糙度Ra小于0.2μm；

（3）将粘度为2000mPa/s的瓜尔胶与去离子水按质量比4:100的比例配制为溶液，将该溶液均匀地喷洒于所述工艺品的内外表面，喷洒量为150g/m²；

（4）将厚度为0.5mm的无机玻璃膜切割为与上述板状硬石膏同等大小的薄片，向其表面均匀涂覆2-氰基丙烯酸酯，涂覆量为200g/m²，其后将无机玻璃片加压贴合于喷涂过瓜尔胶溶液的石膏板上表面，在其上加置重物至两者完全粘合；

（5）在石膏板的下表面粘结玻纤网，其后对目标位置进行铺设，该制品表面白皙、洁净、光滑，呈现玉质质地，装饰效果极佳，置于闷热（80℃以下）、潮湿的环境中放置2年，未发现其内外表面出现任何水解、风化、分层、剥落、开裂等异常现象。

实施例4

（1）使用膨胀剂将硬石膏矿初步分离，其后使用金刚绳锯将其进一步分离为厚度大于10cm、宽度小于3m的规整的块状；

（2）将块状石膏直接加工为盖子与盒体分开的盒状，对盒体与盒盖表面均进行逐级打磨，至表面粗糙度Ra小于0.2μm；

（3）将有机硅胶粘剂D-05涂覆于盒体与盒盖全部表面，其后将厚度为2mm的氟碳树脂膜包裹盒体全部表面，其后加压并抽真空，使氟碳树脂膜完全贴合于盒体各表面，将厚度为2mm的氟碳树脂膜与盒盖通过过塑机过塑实现粘合；该石膏制品外观洁净美观，晶莹透亮，可作为礼品盒使用。

实施例5

（1）使用膨胀剂将硬石膏矿初步分离，其后使用金刚绳锯将其进一步分离为厚度大于10cm、宽度小于3m的规整的块状；

（2）将块状石膏基本打磨后加工为石膏线；

（3）将石膏线浸泡于PTMG1400中20min，其后将其取出浸泡于由MDI（4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯）、钛酸四丁酯、丙酮组成的混合溶液，其中钛酸四丁酯的质量为MDI质量的0.5%，待石膏线表面形成厚度均匀的1mm膜层后将其取出，冲洗，并干燥后即得到所述新型石膏制品。

尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。

Claims (5)

1.一种石膏制品的制备方法，其特征在于：所述石膏制品由组合材料制成，所述组合材料由石膏矿及覆盖所述石膏矿表面的覆盖层组成，所述覆盖层的材料的吸水率＜0.05%，所述覆盖层厚度＜5mm；

其包括以下制备过程：

（1）使用膨胀剂将硬石膏矿初步分离，其后使用金刚绳锯将其进一步分离为厚度大于10cm、宽度小于3m的规整的块状；

（2）将块状石膏基本打磨后加工为石膏线；

（3）将石膏线浸泡于PTMG1400中20min，其后将其取出浸泡于由MDI（4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯）、钛酸四丁酯、丙酮组成的混合溶液，其中钛酸四丁酯的质量为MDI质量的0.5%，待石膏线表面形成厚度均匀的1mm膜层后将其取出，冲洗，并干燥后即得到所述石膏制品；

或者，

其包括以下制备过程：

（1）通过膨胀剂分离和/或切割分离石膏矿；

（2）将石膏矿进行表面磨平；

（3）将表面磨平后的石膏矿与覆盖层进行结合；

其中所述覆盖层通过喷涂、镀层、粘合中的一种或多种方式的组合形式的组合形成，所述覆盖层为选自A组试剂中的一种或多种，或选自B组试剂中的一种或多种，其中A组试剂为环氧树脂及固化剂、环氧-酚醛树脂体系及固化剂、聚氨酯树脂及固化剂、聚甲基丙烯酸甲酯及固化剂；B组试剂为有机玻璃、无机玻璃、聚四氟乙烯、尼龙、氟化物膜。

2.根据权利要求1所述的石膏制品的制备方法，其特征在于：当所述覆盖剂为选自A组试剂中的一种或多种时，其包括以下制备过程：

（1）使用膨胀剂将石膏矿分离为厚度大于10cm、宽度小于3m的规整的块状；

（2）将块状石膏切割为厚度小于5cm的石膏板，并将其进行逐级打磨，至表面粗糙度Ra小于0.2μm；

（3）将质量比为100:5:180的环氧树脂E-44、改性胺固化剂、丙酮作为覆盖层原料混合均匀，其中改性胺固化剂为将苯酚与乙二胺在60℃混合反应20min后加入甲醛后恒温90℃反应1h后得到的混合溶液，将配制好的覆盖层原料通过喷涂装置，均匀地喷涂于石膏板上表面，喷涂厚度为3mm，在室温下放置24h后覆盖层固化并与石膏板粘合，即可。

3.根据权利要求1所述的石膏制品的制备方法，其特征在于：当所述覆盖剂为选自B组试剂中的一种或多种时，且所述覆盖层与所述石膏矿贴合时使用了胶水，所述胶水为选自瓜尔胶、聚甲基吡咯烷酮、聚氨酯、丙烯酸酯、环氧树脂、有机硅胶粘剂中的一种或多种；

其包括以下制备过程：

（1）使用圆盘锯将石膏矿分离为厚度大于10cm、宽度小于3m的规整的块状；

（2）将块状石膏直接加工为花瓶状工艺品，对该工艺品内外表面逐级打磨，至表面粗糙度Ra小于0.2μm；

（3）将粘度为2000mPa/s的瓜尔胶与去离子水按质量比3:100的比例配制为溶液，将该溶液均匀地喷洒于所述工艺品的内外表面，喷洒量为100g/m²；

（4）将厚度为5mm的有机玻璃膜切割为片状后，向其表面均匀涂覆2-氰基丙烯酸酯，涂覆量为200g/m²，其后将有机玻璃片加压贴合于喷涂过瓜尔胶溶液的工艺品内外表面，待其初步粘合后，将该工艺品放置于60~80℃下，至有机玻璃膜片间的缝隙熔合，形成一体，即可。

4.根据权利要求1所述的石膏制品的制备方法，其特征在于：当所述覆盖剂为选自B组试剂中的一种或多种时，且所述覆盖层与所述石膏矿贴合时使用了胶水，所述胶水为选自瓜尔胶、聚甲基吡咯烷酮、聚氨酯、丙烯酸酯、环氧树脂、有机硅胶粘剂中的一种或多种；其包括以下制备过程：

（1）使用膨胀剂将硬石膏矿初步分离，其后使用金刚绳锯将其进一步分离为厚度大于10cm、宽度小于3m的规整的块状；

（2）将块状石膏继续切割为厚度5cm的板状，对其表面进行逐级打磨，至表面粗糙度Ra小于0.2μm；

（3）将粘度为2000mPa/s的瓜尔胶与去离子水按质量比4:100的比例配制为溶液，将该溶液均匀地喷洒于石膏板的内外表面，喷洒量为150g/m²；

（4）将厚度为0.5mm的无机玻璃膜切割为与上述板状硬石膏同等大小的薄片，向其表面均匀涂覆2-氰基丙烯酸酯，涂覆量为200g/m²，其后将无机玻璃片加压贴合于喷涂过瓜尔胶溶液的石膏板上表面，在其上加置重物至两者完全粘合；

（5）在石膏板的下表面粘结玻纤网，即可。

5.根据权利要求1所述的石膏制品的制备方法，其特征在于：当所述覆盖剂为选自B组试剂中的一种或多种时，其包括以下制备过程：

（1）使用膨胀剂将硬石膏矿初步分离，其后使用金刚绳锯将其进一步分离为厚度大于10cm、宽度小于3m的规整的块状；

（2）将块状石膏直接加工为盖子与盒体分开的盒状，对盒体与盒盖表面均进行逐级打磨，至表面粗糙度Ra小于0.2μm；

（3）将有机硅胶粘剂D-05涂覆于盒体与盒盖全部表面，其后将厚度为2mm的氟碳树脂膜包裹盒体全部表面，其后加压并抽真空，使氟碳树脂膜完全贴合于盒体各表面，将厚度为2mm的氟碳树脂膜与盒盖通过过塑机过塑实现粘合，即可。