CN107673776B - 一种石墨烯改性发泡石膏吸声材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

噪声污染已成为城市居民投诉的主要环境问題，吸声是改善室内音质和控制噪声的重要措施之一。现有的传统吸声材料不仅浪费大量的原材料，也无法符合低碳材料的要求。本发明提供一种基于工业副产石膏制备的具有更好的强度、韧性、吸声特性并具有高附加值的石墨烯改性发泡石膏吸声材料，其组成包括以下材料：工业副产石膏、缓凝剂、水、发泡剂、催化剂、稳泡剂、氧化石墨烯。通过石墨烯对吸声材料进行改性使其提升材料的附加值，不仅给材料赋予高值利用技术，而且具有变废为宝、绿色低碳的特点，以拓宽未来的产业化应用。

Description

一种石墨烯改性发泡石膏吸声材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料领域，特别涉及一种石墨烯改性发泡石膏吸声材料。
背景技术
目前，噪声污染已成为城市居民投诉的主要环境问题 。吸声是改善室内音质和控制噪声的重要措施之一。按吸声机理的差异，吸声材料分为多孔吸声材料和共振吸声结构(穿孔板) 两大类。目前穿孔板吸声结构一般都是用石膏板、FC板(纤维水泥板)、金属板、木板、聚酯纤维板等材料制成，这些吸声材料不仅浪费大量的原材料，也无法符合低碳材料的要求。因此，开发新型的绿色低碳建筑吸声材料是未来的发展趋势。
鉴于常用的传统建筑吸声材料总是存在这样或那样的不足,许多材料领域科技工作者都在致力于新型建筑吸声材料的研究与开发。在能源和资源相对紧张和全球环境日益恶化的情况下，固体废弃物在水泥基材料中的资源化具有再利用具有重要的现实意义。工业副产石膏便是工业固废的主要品种之一，其中脱硫石膏和磷石膏的产生量约占全部工业副产石膏总量的85％。目前工业副产石膏累积堆存量已超过3亿吨，其中脱硫石膏5000万吨以上，磷石膏 2亿吨以上。目前我国工业副产石膏综合利用率仅为38％左右。通过上述分析可知我国工业副产石膏产量大，综合利用率低，利用工业副产石膏制备吸声材料将是实现城市固废资源化利用的有效途径之一，但对此领域的关注与研究较少并具有很大发展空间。这些工业副产石膏在建筑材料中应用会减少原材料的使用，因此原材料的成本较低，便于研发和推广。
发明内容
为了解决现有技术存在的上述问题，针对目前吸声材料不仅浪费大量的原材料，也无法符合低碳材料的要求，本发明提供一种具有更好的强度、韧性、吸声特性高附加值的石墨烯改性发泡石膏吸声材料。
本发明涉及一种石墨烯改性发泡石膏吸声材料，包括以下质量百分比的材料：
工业副产石膏：58.00％—64.00％，
缓凝剂：0.00％—0.30％，
水：30.57％—36.00％，
发泡剂：3.00％—4.50％，
催化剂：0.01％—0.03％，
稳泡剂：1.20％—2.00％，
氧化石墨烯：0.00％—0.10％。
进一步的，所述吸声材料的容重为350kg/m3～600kg/m3。
进一步的，所述工业副产石膏为磷石膏、脱硫石膏中的一种或两种。
进一步的，所述发泡剂为双氧水。
进一步的，所述催化剂为高锰酸钾。
进一步的，所述稳泡剂为硬脂酸钙。
进一步的，所述缓凝剂为三聚磷酸钠。
进一步的，一种石墨烯改性发泡石膏吸声材料，包括以下质量百分比的材料：
工业副产石膏：58.00％—64.00％，
三聚磷酸钠：0.00％—0.30％，
水：30.57％—36.00％，
双氧水：3.00％—4.50％，
高锰酸钾：0.01％—0.03％，
硬脂酸钙：1.20％—2.00％，
氧化石墨烯：0.00％—0.10％。
一种制备上述石墨烯改性发泡石膏吸声材料的方法，包括以下步骤：
1)将称量后的工业副产石膏、稳泡剂粉料倒入搅拌机中搅拌2～3min得混合粉体；
2)将称量后的氧化石墨烯粉体材料加入水中，搅拌2～3min，然后放入超声波分散器中分散20min,制备出氧化石墨烯分散液；
3)将称量后的缓凝剂、水和催化剂配制成溶液搅拌均匀，同时将步骤2)中氧化石墨烯分散液加入上述溶液中搅拌10s,然后将最后制得的溶液倒入步骤1)混合粉体中搅拌10s得浆料；
4)将称量后的发泡剂加入至所述浆料中搅拌10s左右，使泡沫与浆料混合均匀，加入发泡剂时间控制在5s以内；
5)将步骤4)中发泡后的浆料浇筑在试模中，成型2h后脱模，养护，所制得的即为发泡石膏吸声材料。
本发明一种石墨烯改性发泡石膏吸声材料及制备方法与现有技术相比具有以下有益技术效果：
1、技术创新性：该新型吸声材料采用先进的发泡技术和配方优化设计，切实解决建筑声学设计问题：通过界面强化、混合增强、石墨烯改性和组成优化等提高声学材料的物理力学耐久与吸声性能；通过外加剂使用技术改善声学材料的孔径分布，提高吸声性能从而解决应用技术问题，保证吸声发泡石膏板具有优异的吸声性能和物理力学性能。
2、技术先进性：采用固废制备的吸声材料结合材料自组装纳米技术，利用石墨烯对吸声材料进行改性使其提升材料的附加值，不仅给材料赋予高值利用技术，而且具有变废为宝、绿色低碳的特点，以拓宽未来的产业化应用。
3、技术稳定性：在产品生产中，生产工艺的简化，配合优化集成的生产设备，精确计量、充分搅拌、混合均匀，保证了产品质量。
4、环境优势：本发泡石膏板采用循环经济理念，使用工业副产石膏等工业废弃物，实现固体废弃物的循环再生利用。具有良好的环保效应。
附图说明
附图1为本发明一种石墨烯改性发泡石膏吸声材料的制备工艺流程图。
下面结合附图和具体实施例对本发明一种石墨烯改性发泡石膏吸声材料及其制备方法作进一步说明。
具体实施方式
一种石墨烯改性发泡石膏吸声材料，包括以下质量百分比的材料：
工业副产石膏：58.00％—64.00％，
缓凝剂：0.00％—0.30％，
水：30.57％—36.00％，
发泡剂：3.00％—4.50％，
催化剂：0.01％—0.03％，
稳泡剂：1.20％—2.00％，
氧化石墨烯：0.00％—0.10％。
一种制备上述石墨烯改性发泡石膏吸声材料的方法，包括以下步骤：
1)将称量后的工业副产石膏、稳泡剂粉料倒入搅拌机中搅拌2～3min得混合粉体；
2)将称量后的氧化石墨烯粉体材料加入水中，搅拌2～3min，然后放入超声波分散器中分散20min,制备出氧化石墨烯分散液；
3)将称量后的缓凝剂、水和催化剂配制成溶液搅拌均匀，同时将步骤2)中氧化石墨烯分散液加入上述溶液中搅拌10s,然后将最后制得的溶液倒入步骤1)混合粉体中搅拌10s得浆料；
4)将称量后的发泡剂加入至所述浆料中搅拌10s左右，使泡沫与浆料混合均匀，加入发泡剂时间控制在5s以内；
5)将步骤4)中发泡后的浆料浇筑在试模中，成型2h后脱模，养护，所制得的即为发泡石膏吸声材料。
实施例一：
一种石墨烯改性发泡石膏吸声材料，包括以下质量百分比的材料：
磷石膏：60.68％，
三聚磷酸钠：0.00％，
水：33.91％，
双氧水：3.94％，
高锰酸钾：0.01％，
硬脂酸钙：1.46％，
氧化石墨烯：0.00％。
其中，吸声材料的容重为455kg/m3。
一种制备上述石墨烯改性发泡石膏吸声材料的方法，包括以下步骤：
1)将称量后的磷石膏、硬脂酸钙粉料倒入搅拌机中搅拌2～3min得混合粉体；
2)将称量后的氧化石墨烯粉体材料加入水中，搅拌2～3min，然后放入超声波分散器中分散20min,制备出氧化石墨烯分散液；
3)将称量后的三聚磷酸钠、水和高锰酸钾配制成溶液搅拌均匀，同时将步骤2)中氧化石墨烯分散液加入上述溶液中搅拌10s,然后将最后制得的溶液倒入步骤1)混合粉体中搅拌 10s得浆料；
4)将称量后的双氧水加入至所述浆料中搅拌10s左右，使泡沫与浆料混合均匀，加入发泡剂时间控制在5s以内；
5)将步骤4)中发泡后的浆料浇筑在试模中，成型2h后脱模，养护，所制得的即为发泡石膏吸声材料。
实施例二：
一种石墨烯改性发泡石膏吸声材料，包括以下质量百分比的材料：
脱硫石膏：58％，
三聚磷酸钠：0.1％，
水：36％，
双氧水：4.5％，
高锰酸钾：0.02％，
硬脂酸钙：1.36％，
氧化石墨烯：0.02％。
其中，吸声材料的容重为350kg/m3。
一种制备上述石墨烯改性发泡石膏吸声材料的方法，包括以下步骤：
1)将称量后的脱硫石膏、硬脂酸钙粉料倒入搅拌机中搅拌2～3min得混合粉体；
2)将称量后的氧化石墨烯粉体材料加入水中，搅拌2～3min，然后放入超声波分散器中分散20min,制备出氧化石墨烯分散液；
3)将称量后的三聚磷酸钠、水和高锰酸钾配制成溶液搅拌均匀，同时将步骤2)中氧化石墨烯分散液加入上述溶液中搅拌10s,然后将最后制得的溶液倒入步骤1)混合粉体中搅拌 10s得浆料；
4)将称量后的双氧水加入至所述浆料中搅拌10s左右，使泡沫与浆料混合均匀，加入发泡剂时间控制在5s以内；
5)将步骤4)中发泡后的浆料浇筑在试模中，成型2h后脱模，养护，所制得的即为发泡石膏吸声材料。
实施例三：
一种石墨烯改性发泡石膏吸声材料，包括以下质量百分比的材料：
磷石膏：50.65％，
脱硫石膏：10％，
三聚磷酸钠：0.00％，
水：33.91％，
双氧水：3.94％，
高锰酸钾：0.01％，
硬脂酸钙：1.46％，
氧化石墨烯：0.03％。
其中，吸声材料的容重为455kg/m3。
一种制备上述石墨烯改性发泡石膏吸声材料的方法，包括以下步骤：
1)将称量后的磷石膏、脱硫石膏、硬脂酸钙粉料倒入搅拌机中搅拌2～3min得混合粉体；
2)将称量后的氧化石墨烯粉体材料加入水中，搅拌2～3min，然后放入超声波分散器中分散20min,制备出氧化石墨烯分散液；
3)将称量后的三聚磷酸钠、水和高锰酸钾配制成溶液搅拌均匀，同时将步骤2)中氧化石墨烯分散液加入上述溶液中搅拌10s,然后将最后制得的溶液倒入步骤1)混合粉体中搅拌 10s得浆料；
4)将称量后的双氧水加入至所述浆料中搅拌10s左右，使泡沫与浆料混合均匀，加入发泡剂时间控制在5s以内；
5)将步骤4)中发泡后的浆料浇筑在试模中，成型2h后脱模，养护，所制得的即为发泡石膏吸声材料。
实施例四：
一种石墨烯改性发泡石膏吸声材料，包括以下质量百分比的材料：
磷石膏：22％，
脱硫石膏：40％
三聚磷酸钠：0.29％，
水：32.9％，
双氧水：3.54％，
高锰酸钾：0.01％，
硬脂酸钙：1.2％，
氧化石墨烯：0.06％。
其中，吸声材料的容重为505kg/m3。
一种制备上述石墨烯改性发泡石膏吸声材料的方法，包括以下步骤：
1)将称量后的磷石膏、脱硫石膏、硬脂酸钙粉料倒入搅拌机中搅拌2～3min得混合粉体；
2)将称量后的氧化石墨烯粉体材料加入水中，搅拌2～3min，然后放入超声波分散器中分散20min,制备出氧化石墨烯分散液；
3)将称量后的三聚磷酸钠、水和高锰酸钾配制成溶液搅拌均匀，同时将步骤2)中氧化石墨烯分散液加入上述溶液中搅拌10s,然后将最后制得的溶液倒入步骤1)混合粉体中搅拌 10s得浆料；
4)将称量后的双氧水加入至所述浆料中搅拌10s左右，使泡沫与浆料混合均匀，加入发泡剂时间控制在5s以内；
5)将步骤4)中发泡后的浆料浇筑在试模中，成型2h后脱模，养护，所制得的即为发泡石膏吸声材料。
实施例五：
与实施例二所不同的是，一种石墨烯改性发泡石膏吸声材料，包括以下质量百分比的材料：
脱硫石膏：64％，
三聚磷酸钠：0.3％，
水：30.57％，
双氧水：3％，
高锰酸钾：0.03％，
硬脂酸钙：2％，
氧化石墨烯：0.1％。
其中，吸声材料的容重为600kg/m3。
对上述各实施例中的发泡石膏吸声材料进行性能测试，其主要性能结果如表1所示：
表1各实施例中发泡石膏吸声材料的主要性能
性能指标 材料容重/kg·m<sup>-3</sup> 抗折强度/MPa 抗压强度/MPa 折压比 降噪系数
实施例1 455 0.60 1.34 0.45 0.20
实施例2 350 0.52 1.07 0.49 0.25
实施例3 455 0.86 1.28 0.67 0.30
实施例4 505 1.02 1.43 0.71 0.55
实施例5 600 1.21 1.68 0.72 0.50
通过表1可知，相较于未掺入氧化石墨烯得实施例1，氧化石墨烯的掺入对发泡石膏的抗压强度影响不大，但大幅度提高了材料的抗折强度，并显著提高了材料的折压比，说明氧化石墨烯的掺入显著提高了材料的韧性。同时，氧化石墨烯可以明显改善发泡石膏材料的吸声性能，从而增加材料的附加值。
需要说明的是，本发明中材料的力学性能试验按照GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》进行，材料的吸声系数测试依据《GB/T18696.2—2002声学阻抗管中吸声系数和声阻抗的测量第二部分：传递函数法》测定，降噪系数取125Hz、250Hz、500Hz、1000Hz、2000Hz频率下的吸声系数平均值。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种石墨烯改性发泡石膏吸声材料，其特征在于：包括以下质量百分比的材料：
工业副产石膏：58.00％—64.00％，
缓凝剂：0.00％—0.30％，
水：30.57％—36.00％，
发泡剂：3.00％—4.50％，
催化剂：0.01％—0.03％，
稳泡剂：1.20％—2.00％，
氧化石墨烯：0.02％—0.10％；
其中，所述工业副产石膏为磷石膏、脱硫石膏中的一种或两种。
2.如权利要求1所述一种石墨烯改性发泡石膏吸声材料，其特征在于：所述吸声材料的容重为350kg/m3～600kg/m3。
3.如权利要求1所述一种石墨烯改性发泡石膏吸声材料，其特征在于：所述发泡剂为双氧水。
4.如权利要求1所述一种石墨烯改性发泡石膏吸声材料，其特征在于：所述催化剂为高锰酸钾。
5.如权利要求1所述一种石墨烯改性发泡石膏吸声材料，其特征在于：所述稳泡剂为硬脂酸钙。
6.如权利要求1所述一种石墨烯改性发泡石膏吸声材料，其特征在于：所述缓凝剂为三聚磷酸钠。
7.如权利要求1所述一种石墨烯改性发泡石膏吸声材料，其特征在于：一种石墨烯改性发泡石膏吸声材料，包括以下质量百分比的材料：
工业副产石膏：58.00％—64.00％，
三聚磷酸钠：0.00％—0.30％，
水：30.57％—36.00％，
双氧水：3.00％—4.50％，
高锰酸钾：0.01％—0.03％，
硬脂酸钙：1.20％—2.00％，
氧化石墨烯：0.02％—0.10％。
8.一种制备权利要求1所述石墨烯改性发泡石膏吸声材料的方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)将称量后的工业副产石膏、稳泡剂粉料倒入搅拌机中搅拌2～3min得混合粉体；
2)将称量后的氧化石墨烯粉体材料加入水中，搅拌2～3min，然后放入超声波分散器中分散20min,制备出氧化石墨烯分散液；
3)将称量后的缓凝剂、水和催化剂配制成溶液搅拌均匀，同时将步骤2)中氧化石墨烯分散液加入上述溶液中搅拌10s,然后将最后制得的溶液倒入步骤1)混合粉体中搅拌10s得浆料；
4)将称量后的发泡剂加入至所述浆料中搅拌10s左右，使泡沫与浆料混合均匀，加入发泡剂时间控制在5s以内；
5)将步骤4)中发泡后的浆料浇筑在试模中，成型2h后脱模，养护，所制得的即为发泡石膏吸声材料。
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JP2002070201A (ja) * 2000-08-30 2002-03-08 Clion Co Ltd 吸音性建材

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