CN108329007A - 一种高强耐水型石膏板及其制备方法 - Google Patents

一种高强耐水型石膏板及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高强耐水型石膏板及其制备方法，由以下重量份数的原料组成：石膏60‑70份、复合增强纤维10‑20份、聚合物乳液5‑10份、环氧树脂2‑6份、粉煤灰15‑25份、轻质碳酸钙3‑8份、分散剂1‑5份、减水剂0.3‑0.8份、铝锆偶联剂0.4‑1.2份和水12‑18份。本发明以石膏为基材，通过聚合物乳液、复合增强纤维、粉煤灰、环氧树脂的复合掺入，增加石膏板强度、防水性能，同时制备方法简单，容易实现，适于大规模工业化生产。

Description

一种高强耐水型石膏板及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种高强耐水型石膏板及其制备方法。
背景技术
石膏用于建筑有许多优良特性，它的硬化体绝热性能和吸音性能良好，防火性能好，硬化时体积略有膨胀，可使硬化体表面光滑饱满，干燥时不开裂，装饰性好，可加工性好等等。由于石膏是一种脆性基体，虽然具有优异的抗压性能，但其抗折抗弯强度低，因而需要通过某种方式改善石膏的抗弯抗折性能。
市场上现有的具有保温、保湿、增强增韧、防火防水等复合性能的石膏板多为多层复合石膏板，成本高、制备工艺复杂，而且这种石膏板在使用过程中易因层与层之间的力学、热学等性质的差异导致石膏板的损坏。此外，现有的石膏板内部大多孔隙率高，石膏板的很难达到理想的抗压强度。
基于此，有必要提供一种高强耐水型石膏板及其制备方法，以解决现有技术中存在的问题。
发明内容
鉴于上述对现有技术的分析，本发明提供一种高强耐水型石膏板，具有高强度、高防水性能，并提供了该石膏板的制备方法。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现的：
一种高强耐水型石膏板，由以下重量份数的原料组成：石膏60-70份、复合增强纤维10-20份、聚合物乳液5-10份、环氧树脂2-6份、粉煤灰15-25份、轻质碳酸钙3-8份、分散剂1-5份、减水剂0.3-0.8份、铝锆偶联剂0.4-1.2份和水12-18份。
优选的，由以下重量份数的原料组成：石膏65份、复合增强纤维15份、聚合物乳液7.5份、环氧树脂4份、粉煤灰20份、轻质碳酸钙5.5份、分散剂3份、减水剂0.6份、铝锆偶联剂0.8份和水15份。
优选的，所述石膏为无水石膏或半水石膏。
优选的，所述复合增强纤维为质量比为3-5:1的聚乙烯醇纤维和碳纤维的混合物。
优选的，所述聚合物乳液为聚酯树脂乳液、苯并乳液或聚丙烯酸酯乳液。
优选的，所述分散剂为十二烷基苯磺酸钠。
优选的，所述减水剂为减水率为40%的聚羧酸减水剂。
本发明还提供了上述高强耐水型石膏板的制备方法，包括以下步骤：
（1）将石膏、粉煤灰、轻质碳酸钙进行球磨，并过100目方孔筛；
（2）将步骤（1）制得混合料加水和减水剂，搅拌3-5min，再加入聚合物乳液、环氧树脂、铝锆偶联剂搅拌10-20min，得到混合浆料；
（3）将上述混合浆料加热至70-80℃并保温20-30min，然后降温至室温后加入复合增强纤和分散剂，继续搅拌直至纤维分散状态良好、无结团，得到含纤维的混合浆体；
（4）将步骤（3）所得混合浆体倒入模具中，热压成型；
（5）将压制成型后的混合浆体块体养护5-10h；
（6）然后在自然环境下养护至龄期，再将块体在50-60℃烘干至恒重，即得高强耐水型石膏板。
优选的，步骤（4）中，热压成型条件为：热压压力8-14MPa，热压温度120-160℃，热压成型时间2-4min。
优选的，步骤（6）中，养护条件为：置于25℃-35℃、湿度90%以上的环境下养护28d。
本发明与现有技术相比，具有如下的有益效果：
（1）本发明以石膏为基材，通过聚合物乳液、复合增强纤维、粉煤灰、环氧树脂的复合掺入，增加石膏板强度、防水性能，以及石膏板开裂后纤维与石膏的粘结强度，从而达到增强石膏板韧性的目的，其中，聚合物乳液弄够改善石膏基体自身韧性，并且聚合物乳液在石膏中脱水硬化成三维的连续膜状结构，交织穿插在石膏内，使制得的石膏板表现出高张力、良好的可塑性、高的冲击强度，同时增加了石膏板的耐水性，并且聚合物乳液能在浆体与复合增强纤维界面处大量聚集，改善该处浆体结构，复合增强纤维与石膏粘结紧密，提高了该石膏板结构更加密实，提高了耐水性能。
（2）本发明选取的复合增强纤维具有高弹性模量和高强度的优势，可提高石膏板的抗裂性、抗渗性和抗冻性，减少干缩变形，同时可明显改善石膏板的力学特性，其中，加入的聚乙烯醇纤维与石膏具有良好的亲和性能，能够防止及抑制裂缝的形成和发展，碳纤维的加入能够提高石膏板的抗弯折强度、抗冲击强度及抗裂强度。
（3）本发明的高强耐水型石膏板的制备方法简单，容易实现，适于大规模工业化生产。
具体实施方式
以下通过实施例形式，对本发明的上述内容再作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下实施例，凡基于本发明上述内容所属实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
一种高强耐水型石膏板，由以下重量份数的原料组成：石膏60份、复合增强纤维10份、聚合物乳液5份、环氧树脂2份、粉煤灰15份、轻质碳酸钙3份、分散剂1份、减水剂0.3份、铝锆偶联剂0.4份和水12份。
其中，所述石膏为无水石膏。
其中，所述复合增强纤维为质量比为3:1的聚乙烯醇纤维和碳纤维的混合物。
其中，所述聚合物乳液为聚丙烯酸酯乳液。
其中，所述分散剂为十二烷基苯磺酸钠。
其中，所述减水剂为减水率为40%的聚羧酸减水剂。
本发明还提供了上述高强耐水型石膏板的制备方法，包括以下步骤：
（1）将石膏、粉煤灰、轻质碳酸钙进行球磨，并过100目方孔筛；
（2）将步骤（1）制得混合料加水和减水剂，搅拌3min，再加入聚合物乳液、环氧树脂、铝锆偶联剂搅拌10min，得到混合浆料；
（3）将上述混合浆料加热至70℃并保温20min，然后降温至室温后加入复合增强纤和分散剂，继续搅拌直至纤维分散状态良好、无结团，得到含纤维的混合浆体；
（4）将步骤（3）所得混合浆体倒入模具中，热压成型；
（5）将压制成型后的混合浆体块体养护5h；
（6）然后在自然环境下养护至龄期，再将块体在50℃烘干至恒重，即得高强耐水型石膏板。
其中，步骤（4）中，热压成型条件为：热压压力8MPa，热压温度120℃，热压成型时间2min。
其中，步骤（6）中，养护条件为：置于25℃、湿度90%以上的环境下养护28d。
实施例2
一种高强耐水型石膏板，由以下重量份数的原料组成：石膏70份、复合增强纤维20份、聚合物乳液10份、环氧树脂6份、粉煤灰25份、轻质碳酸钙8份、分散剂5份、减水剂0.8份、铝锆偶联剂1.2份和水18份。
其中，所述石膏为半水石膏。
其中，所述复合增强纤维为质量比为5:1的聚乙烯醇纤维和碳纤维的混合物。
其中，所述聚合物乳液为聚酯树脂乳液。
其中，所述分散剂为十二烷基苯磺酸钠。
其中，所述减水剂为减水率为40%的聚羧酸减水剂。
本发明还提供了上述高强耐水型石膏板的制备方法，包括以下步骤：
（1）将石膏、粉煤灰、轻质碳酸钙进行球磨，并过100目方孔筛；
（2）将步骤（1）制得混合料加水和减水剂，搅拌5min，再加入聚合物乳液、环氧树脂、铝锆偶联剂搅拌20min，得到混合浆料；
（3）将上述混合浆料加热至80℃并保温30min，然后降温至室温后加入复合增强纤和分散剂，继续搅拌直至纤维分散状态良好、无结团，得到含纤维的混合浆体；
（4）将步骤（3）所得混合浆体倒入模具中，热压成型；
（5）将压制成型后的混合浆体块体养护10h；
（6）然后在自然环境下养护至龄期，再将块体在60℃烘干至恒重，即得高强耐水型石膏板。
其中，步骤（4）中，热压成型条件为：热压压力14MPa，热压温度160℃，热压成型时间4min。
其中，步骤（6）中，养护条件为：置于35℃、湿度90%以上的环境下养护28d。
实施例3
一种高强耐水型石膏板，由以下重量份数的原料组成：石膏65份、复合增强纤维15份、聚合物乳液7.5份、环氧树脂4份、粉煤灰20份、轻质碳酸钙5.5份、分散剂3份、减水剂0.6份、铝锆偶联剂0.8份和水15份。
其中，所述石膏为无水石膏或半水石膏。
其中，所述复合增强纤维为质量比为4:1的聚乙烯醇纤维和碳纤维的混合物。
其中，所述聚合物乳液为苯并乳液。
其中，所述分散剂为十二烷基苯磺酸钠。
其中，所述减水剂为减水率为40%的聚羧酸减水剂。
本发明还提供了上述高强耐水型石膏板的制备方法，包括以下步骤：
（1）将石膏、粉煤灰、轻质碳酸钙进行球磨，并过100目方孔筛；
（2）将步骤（1）制得混合料加水和减水剂，搅拌4min，再加入聚合物乳液、环氧树脂、铝锆偶联剂搅拌15min，得到混合浆料；
（3）将上述混合浆料加热至75℃并保温25min，然后降温至室温后加入复合增强纤和分散剂，继续搅拌直至纤维分散状态良好、无结团，得到含纤维的混合浆体；
（4）将步骤（3）所得混合浆体倒入模具中，热压成型；
（5）将压制成型后的混合浆体块体养护7.5h；
（6）然后在自然环境下养护至龄期，再将块体在55℃烘干至恒重，即得高强耐水型石膏板。
其中，步骤（4）中，热压成型条件为：热压压力11MPa，热压温度140℃，热压成型时间3min。
其中，步骤（6）中，养护条件为：置于30℃、湿度90%以上的环境下养护28d。
实施例4
一种高强耐水型石膏板，由以下重量份数的原料组成：石膏65份、复合增强纤维18份、聚合物乳液7份、环氧树脂2份、粉煤灰25份、轻质碳酸钙5份、分散剂1份、减水剂0.8份、铝锆偶联剂0.4份和水18份。
其中，所述石膏为无水石膏。
其中，所述复合增强纤维为质量比为3.5:1的聚乙烯醇纤维和碳纤维的混合物。
其中，所述聚合物乳液为聚酯树脂乳液。
其中，所述分散剂为十二烷基苯磺酸钠。
其中，所述减水剂为减水率为40%的聚羧酸减水剂。
本发明还提供了上述高强耐水型石膏板的制备方法，包括以下步骤：
（1）将石膏、粉煤灰、轻质碳酸钙进行球磨，并过100目方孔筛；
（2）将步骤（1）制得混合料加水和减水剂，搅拌3.5min，再加入聚合物乳液、环氧树脂、铝锆偶联剂搅拌18min，得到混合浆料；
（3）将上述混合浆料加热至78℃并保温25min，然后降温至室温后加入复合增强纤和分散剂，继续搅拌直至纤维分散状态良好、无结团，得到含纤维的混合浆体；
（4）将步骤（3）所得混合浆体倒入模具中，热压成型；
（5）将压制成型后的混合浆体块体养护5h；
（6）然后在自然环境下养护至龄期，再将块体在52℃烘干至恒重，即得高强耐水型石膏板。
其中，步骤（4）中，热压成型条件为：热压压力8MPa，热压温度160℃，热压成型时间2min。
其中，步骤（6）中，养护条件为：置于28℃、湿度90%以上的环境下养护28d。
实施例5
一种高强耐水型石膏板，由以下重量份数的原料组成：石膏70份、复合增强纤维10份、聚合物乳液5份、环氧树脂4份、粉煤灰18份、轻质碳酸钙6份、分散剂2份、减水剂0.5份、铝锆偶联剂0.4份和水15份。
其中，所述石膏为半水石膏。
其中，所述复合增强纤维为质量比为4.5:1的聚乙烯醇纤维和碳纤维的混合物。
其中，所述聚合物乳液为苯并乳液。
其中，所述分散剂为十二烷基苯磺酸钠。
其中，所述减水剂为减水率为40%的聚羧酸减水剂。
本发明还提供了上述高强耐水型石膏板的制备方法，包括以下步骤：
（1）将石膏、粉煤灰、轻质碳酸钙进行球磨，并过100目方孔筛；
（2）将步骤（1）制得混合料加水和减水剂，搅拌4.5min，再加入聚合物乳液、环氧树脂、铝锆偶联剂搅拌12min，得到混合浆料；
（3）将上述混合浆料加热至70℃并保温30min，然后降温至室温后加入复合增强纤和分散剂，继续搅拌直至纤维分散状态良好、无结团，得到含纤维的混合浆体；
（4）将步骤（3）所得混合浆体倒入模具中，热压成型；
（5）将压制成型后的混合浆体块体养护10h；
（6）然后在自然环境下养护至龄期，再将块体在60℃烘干至恒重，即得高强耐水型石膏板。
其中，步骤（4）中，热压成型条件为：热压压力14MPa，热压温度120℃，热压成型时间2-4min。
其中，步骤（6）中，养护条件为：置于35℃、湿度90%以上的环境下养护28d。
对比例1
与实施例3的制备工艺基本相同，唯一不同是制备高强耐水型石膏板的原料中缺少聚合物乳液。
对比例2
与实施例3的制备工艺基本相同，唯一不同是制备高强耐水型石膏板的原料中缺少增强复合纤维。
对比例3
与实施例3的制备工艺基本相同，唯一不同是制备高强耐水型石膏板的原料中缺少粉煤灰。
实验例
将实施例1-5制得的高强耐水型石膏板与对比例1-3制得的高强耐水型石膏板进行力学性能和吸水率测试，结果见表1。
表1
样品 抗压强度（MPa） 抗折强度（Mpa） 2h吸水率（%） 24h吸水率（%）
实施例1 23.6 56.8 1.5 2.4
实施例2 25.8 62.8 0.9 1.4
实施例3 27.8 68.2 0.5 0.9
实施例4 24.5 63.6 1.1 2.2
实施例5 25.3 58.3 0.7 1.2
对比例1 23.8 54.8 2.5 4.1
对比例2 20.3 42.6 1.8 3.9
对比例3 18.5 46.8 2.2 4.5
由表1可知，聚合物乳液加入可以增强本发明高强耐水型石膏板耐水性能，而增强纤维复合材料和粉煤灰加入提供本发明的高强耐水型石膏板的力学性能。
综上所述，本发明以石膏为基材，通过聚合物乳液、复合增强纤维、粉煤灰、环氧树脂的复合掺入，增加石膏板强度、防水性能，以及石膏板开裂后纤维与石膏的粘结强度，从而达到增强石膏板韧性的目的，其中，聚合物乳液弄够改善石膏基体自身韧性，并且聚合物乳液在石膏中脱水硬化成三维的连续膜状结构，交织穿插在石膏内，使制得的石膏板表现出高张力、良好的可塑性、高的冲击强度，同时增加了石膏板的耐水性，并且聚合物乳液能在浆体与复合增强纤维界面处大量聚集，改善该处浆体结构，复合增强纤维与石膏粘结紧密，提高了该石膏板结构更加密实，提高了耐水性能。
上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高强耐水型石膏板，其特征在于，由以下重量份数的原料组成：石膏60-70份、复合增强纤维10-20份、聚合物乳液5-10份、环氧树脂2-6份、粉煤灰15-25份、轻质碳酸钙3-8份、分散剂1-5份、减水剂0.3-0.8份、铝锆偶联剂0.4-1.2份和水12-18份。
2.根据权利要求1所述的高强耐水型石膏板，其特征在于，由以下重量份数的原料组成：石膏65份、复合增强纤维15份、聚合物乳液7.5份、环氧树脂4份、粉煤灰20份、轻质碳酸钙5.5份、分散剂3份、减水剂0.6份、铝锆偶联剂0.8份和水15份。
3.根据权利要求1所述的高强耐水型石膏板，其特征在于，所述石膏为无水石膏或半水石膏。
4.根据权利要求1所述的高强耐水型石膏板，其特征在于，所述复合增强纤维为质量比为3-5:1的聚乙烯醇纤维和碳纤维的混合物。
5.根据权利要求1所述的高强耐水型石膏板，其特征在于，所述聚合物乳液为聚酯树脂乳液、苯并乳液或聚丙烯酸酯乳液。
6.根据权利要求1所述的高强耐水型石膏板，其特征在于，所述分散剂为十二烷基苯磺酸钠。
7.根据权利要求1所述的高强耐水型石膏板，其特征在于，所述减水剂为减水率为40%的聚羧酸减水剂。
8.一种根据权利要求1-7任一项所述的高强耐水型石膏板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将石膏、粉煤灰、轻质碳酸钙进行球磨，并过100目方孔筛；
（2）将步骤（1）制得混合料加水和减水剂，搅拌3-5min，再加入聚合物乳液、环氧树脂、铝锆偶联剂搅拌10-20min，得到混合浆料；
（3）将上述混合浆料加热至70-80℃并保温20-30min，然后降温至室温后加入复合增强纤和分散剂，继续搅拌直至纤维分散状态良好、无结团，得到含纤维的混合浆体；
（4）将步骤（3）所得混合浆体倒入模具中，热压成型；
（5）将压制成型后的混合浆体块体养护5-10h；
（6）然后在自然环境下养护至龄期，再将块体在50-60℃烘干至恒重，即得高强耐水型石膏板。
9.根据权利要求8所述的高强耐水型石膏板的制备方法，其特征在于，步骤（4）中，热压成型条件为：热压压力8-14MPa，热压温度120-160℃，热压成型时间2-4min。
10.根据权利要求8所述的高强耐水型石膏板的制备方法，其特征在于，步骤（6）中，养护条件为：置于25℃-35℃、湿度90%以上的环境下养护28d。
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