CN109133827B

CN109133827B - 一种制备石膏基抹灰材料的方法

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Publication number: CN109133827B
Application number: CN201710507091.1A
Authority: CN
Inventors: 王丽; 王鹏起
Original assignee: Beijing New Building Material Group Co Ltd
Current assignee: Beijing New Building Material Group Co Ltd
Priority date: 2017-06-28
Filing date: 2017-06-28
Publication date: 2020-10-30
Anticipated expiration: 2037-06-28
Also published as: CN109133827A

Abstract

一种制备石膏基抹灰材料的方法，所述方法包括：将低品质脱硫石膏、相变蓄能储热材料和缓凝剂混合均匀，在温度为40±2℃，真空度为‑0.09MPa至0.01MPa的条件下，抽真空10分钟，使得所述相变蓄能储热材料被封装在所述低品质脱硫石膏上，得到预混粉；向所述预混粉中加入水泥、乳胶粉、减水剂、纤维素醚、粉煤灰和砂子，混合均匀，即得。本申请的方法以杂质含量高的低品质脱硫石膏为主体材料，实现了低品质脱硫石膏的资源化利用，而且制备的石膏基抹灰材料具有较好的保温、隔音、防水和抗菌等性能。

Description

一种制备石膏基抹灰材料的方法

技术领域

本申请涉及但不限于新型建筑材料技术领域，具体地涉及但不限于一种制备石膏基抹灰材料的方法。

背景技术

石膏是一种多孔性的建筑材料，对空气湿度和温度比较敏感，具有良好的调节环境湿度和温度的能力，而且多孔结构中可以负载其他的功能材料。然而，某些烟气脱硫石膏中含有一定量的可溶性杂质(如钠离子、镁离子和氯离子)，杂质离子含量高的脱硫石膏对石膏制品的性能有不良的影响，例如，用杂质离子含量高的脱硫石膏制备的纸面石膏板，易出现板芯与纸芯脱离、表面返霜等问题。

近年来，国内有很多科研单位相继开展了利用天然石膏和工业副产石膏(脱硫石膏、磷石膏、氟石膏等)等基材进行功能性石膏基抹灰材料制备及应用等方面的研究工作，但是有关利用杂质离子含量较高的低品质脱硫石膏制备隔热性能优异的保温材料的研究，却鲜有报道。

因此，需要开发杂质离子含量高的低品质脱硫石膏资源化利用的新途径。

发明内容

以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。

本申请提供了一种利用低品质脱硫石膏制备石膏基抹灰材料的方法，该方法不使用水泥或使用较少量的水泥，制备的石膏基抹灰材料具有较好的保温性能。

具体地，本申请提供了一种制备石膏基抹灰材料的方法，所述方法包括：

将低品质脱硫石膏、相变蓄能储热材料和缓凝剂混合均匀，抽真空至一定真空度，在温度、压力不变的条件下维持一段时间，使得所述相变蓄能储热材料被封装在所述低品质脱硫石膏上，得到预混粉；

向所述预混粉中加入其他添加剂，混合均匀，即得。

相变蓄能储热材料是一种热功能材料，能够将能量以相变潜热的形式储藏在其体内，实现能量在不同时空位置之间的转换，因此利用相变蓄能储热材料的相变潜热可以实现能量的储存和利用。

一方面脱硫石膏作为抹灰材料的基材和掺入相变蓄能储热材料时的载体，另一方面杂质离子含量高的脱硫石膏加入拌合水后形成的料浆硬化后会生成含水结晶物(如NaSO₄·10H₂O、NaSO₄·7H₂O，CaCl₂·6H₂O)，该结晶物本身是一种无机相变材料，该材料的形成对掺入的相变蓄能储热材料的蓄能性能起到加强的作用，从而优化石膏基抹灰材料的保温性能。

在本申请的实施方式中，所述真空的真空度为-0.09MPa至0.01MPa，所述恒温的温度为40±2℃，维持5-40分钟。在该条件下，所述相变蓄能储热材料就能自然被封装到所述低品质脱硫石膏上。同时，含水结晶物(如NaSO₄·10H₂O、NaSO₄·7H₂O，CaCl₂·6H₂O)也被封装到所述低品质脱硫石膏上，避免其渗出墙体。

在本申请的实施方式中，所述低品质脱硫石膏中的钠离子含量可以≥0.2％，镁离子含量可以≤0.1％。

在本申请的实施方式中，所述低品质脱硫石膏中的氯离子含量可以≥0.3％。

在本申请的实施方式中，所述低品质脱硫石膏的粒度可以为80-100目。所述低品质脱硫石膏的粒度在上述范围内，能够获得施工性能优良、体积稳定性好、和易性能较好的石膏基抹灰材料。

在本申请的实施方式中，以石膏基抹灰材料的干重量为100％计，所述低品质脱硫石膏的含量可以为30-60％，所述相变蓄能储热材料的含量可以为30-50％，所述缓凝剂的含量可以为0.1-0.8％。

在本申请的实施方式中，所述相变蓄能储热材料可以为复合定形相变蓄能储热材料。

可选地，所述复合定形相变蓄能储热材料为固-固类型的复合定形相变蓄能储热材料。

由于固-液相变蓄能储热材料在使用时会发生固态-液态的相互转化，必须使用专门的容器封装，不但增加了经济成本，而且增加了传热介质与相变蓄能储热材料之间的传热热阻、降低了换热效率。因此，本申请选用固-固类型的复合定形相变蓄能储热材料。

在本申请的实施方式中，所述复合定形相变蓄能储热材料可以由一种石蜡类物质作为主贮热剂，高密度聚乙烯、苯乙烯－丁二烯－苯乙烯三嵌段共聚物、膨胀石墨作包封支撑体构成。例如，可以参照中国专利ZL200410101555.1中公开的方法制备。

在本申请的实施方式中，所述复合定形相变蓄能储热材料可以按照下述方法进行改性：将所述复合定形相变蓄能储热材料破碎至当量直径＜2mm的颗粒状材料，粉磨至粒度为80目。

改性前的复合定形相变蓄能储热材料表现为很高的憎水性，与石膏基材料的相容性差，在使用前对其进行改性处理将其转化为亲水性的，可以提高复合定形相变蓄能储热材料在石膏基抹面材料中的热传导性能与工程应用性。

在本申请的实施方式中，所述其他添加剂可以包括水泥、乳胶粉、减水剂、纤维素醚、粉煤灰和砂子，以石膏基抹灰材料的干重量为100％计，所述水泥的含量为0-20％，所述乳胶粉的含量为0-4％，所述减水剂的含量为0.1-0.6％，所述纤维素醚的含量为0.1-0.5％，所述粉煤灰的含量为0-5％，所述砂子的含量为0-30％。

在本申请的实施方式中，所述缓凝剂可以选自硼酸、硼砂、消石灰、六偏磷酸钠、多聚磷酸钠和磷酸铵中的一种或更多种。

可选地，所述缓凝剂包括硼砂。

在石膏基抹灰材料加入拌合水后形成的料浆发生凝结前，硼砂起到缓凝的效果。本申请使用的硼砂作为缓凝剂具有优良的缓凝效果，且对抹灰材料的强度影响较小。而且硼砂在料浆硬化后对脱硫石膏中的含水结晶物(如NaSO₄·10H₂O)起到成核剂的作用，优化了脱硫石膏中的含水结晶物作为无机相变材料的性能。同时，硼砂可以改善石膏基抹灰材料的耐水性能和抗菌性能。

在本申请的实施方式中，所述乳胶粉可以为可再分散性乳胶粉，例如，瓦克、易来泰公司的生产的可再分散性乳胶粉。可再分散性乳胶粉能显著改善材料的内聚性和柔韧性，提高材料粘接性能和抗折强度。

在本申请的实施方式中，所述减水剂可以为对石膏基抹灰材料起缓凝作用的减水剂。

可选地，所述减水剂选自高性能聚羧酸系、密胺型磺酸化缩聚物减水剂中的一种或更多种。

可选地，所述减水剂的含量为0.2-0.5％。

在本申请的实施方式中，所述纤维素醚可以为羟丙基甲基纤维素(HPMC)，HPMC可以提高粘结性能，增强材料的保水性，提高材料的抗拉强度。

在本申请的实施方式中，所述粉煤灰可以为粒度为300-450目的Ⅱ级粉煤灰。

在本申请的实施方式中，所述砂子可以为粒度为70-150目的细河砂。

在本申请的实施方式中，所述方法还可以包括将所述预混粉与粉煤灰、不同粒径的砂子调配，优化混合物的颗粒级配，然后再加入水泥、乳胶粉、减水剂和纤维素醚。

本申请以杂质含量较高的低品质脱硫石膏为抹灰材料的主体材料，不使用水泥或使用较少量的水泥，因此制备的石膏基抹灰材料与传统的石膏水泥混合体系的抹灰材料完全不同。同时，石膏的多孔结构使其可以作为相变材料的载体，对相变蓄能储热材料起封装作用。

实验结果表明，利用本申请的方法制备的石膏基抹灰材料的强度高，各项性能符合国家标准GB/T28627-2012《抹灰石膏》中面层抹灰石膏的规定要求，同时导热系数优异，符合保温层抹灰石膏的规定要求，利用其制备的抹面砂浆与基层的粘结力强。

本申请具有以下优点：

1.以杂质(钠离子)含量高的低品质脱硫石膏为主体材料，不但实现了低品质脱硫石膏的资源化利用，而且提高了石膏基抹灰材料的保温性能。

2.制备的石膏基抹灰材料的导热系数(0.05-0.1w/m·K(25℃))较低，具有良好的保温性能，可有效降低建筑围护结构的能耗；同时隔音性能良好。

3.由于石膏为多孔性材料，使得利用所制备的石膏基抹灰材料配制的抹面砂浆内部具有大量毛细孔隙，对空气中的水蒸气具有较强的吸附能力，从而使得抹面砂浆具有良好的呼吸性能。

4.制备的石膏基抹灰材料具有调温功能，可以有效缩小室内温度的波动范围，提高居住舒适性。

5.各种制备原料间的相容性良好，易调节控制。

6.利用石蜡类复合定形相变蓄能储热材料制备石膏基抹灰材料时，可以显著改善石膏基抹灰材料的耐水性能(软化系数为0.5-0.7)，扩大了石膏基抹灰材料的应用范围。

7.利用制备的石膏基抹灰材料配制的抹面砂浆的干燥收缩或硬化收缩率小；

8.当选择的缓凝剂中包括硼砂时，可以改善制备的石膏基抹灰材料的防水效果，提高防潮性能，同时赋予石膏基抹灰材料一定的抗菌功能。

本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本申请技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，并不构成对本申请技术方案的限制。

图1为夏季在北京地区的墙壁上涂刷石膏基抹灰砂浆后的墙面温度随时间的变化曲线。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本申请的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

以下实施例中所用到的脱硫石膏来自华能太仓电厂，钠离子含量为0.27％，氯离子含量0.31％，镁离子含量0.003％，对比例中所用到的脱硫石膏来自铁岭市清河区鑫源发展有限公司，钠离子含量为0.005％，氯离子含量0.003％，复合定形相变蓄能储热材料按照中国专利ZL200410101555.1的实施例1公开的方法制备，减水剂为巴斯夫MELMENT F10，其他原料和试剂均为普通市售产品。

实施例和对比例

1、复合定形相变蓄能储热材料的改性

将复合定形相变蓄能储热材料在破碎装置中进行初步的物理破碎，破碎为当量直径＜2mm颗粒状材料，然后置于粉磨装置粉磨至150目。

2、石膏基抹灰材料的制备

步骤1：按照表1中的质量称量各组分；

步骤2：将脱硫石膏、改性复合定形相变蓄能储热材料、缓凝剂混合均匀，放入恒温恒压真空干燥箱中，温度为40±2℃，真空度为-0.08MPa，抽真空10分钟；

步骤3：将步骤2得到的预混粉与粉煤灰、不同粒径的砂子调配，通过优化混合物的颗粒级配筛选出70-90目的细河砂，混合均匀；

步骤4：将步骤3所得的预混粉与水泥、减水剂、乳胶粉、纤维素醚混合均匀，制得所述石膏基抹灰材料。

3、石膏基抹灰砂浆的制备

将上述制备的石膏基抹灰材料与拌合水混合，配制成石膏基抹灰砂浆。其中，拌合水的用量根据国家标准GB/T28627-2012《抹灰石膏》中的7.4.2.1“标准扩散度用水量的测定”的方法测定。

表1

测试例1

按照GB/T28627-2012《抹灰石膏》规定的方法测试上述制备的石膏基抹灰砂浆的凝结时间、保水率、抗折强度和抗压强度。按照JGJ/70-2009《建筑砂浆基本性能试验方法标准》规定的方法测试上述制备的石膏基抹灰砂浆的拉伸粘结强度。按照GB/T10294-2008《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定》规定的方法测试上述制备的石膏基抹灰砂浆的导热系数。测试结果请见表2。

表2

	标准	实施例1	实施例2	实施例3	对比例1	对比例2
							保水率，％	≥90	91	95	95	92	92
初凝时间，h	≥1	1.5	2	2.5	1	1.3
							终凝时间，h	≤8	8	6	5.5	4	6
抗折强度，MPa	≥3	3.8	3.5	4.3	5.9	4.2
							抗压强度，MPa	≥6	7	6.8	7.9	9.1	7.4
拉伸粘结强度，MPa	≥0.5	0.6	0.7	0.7	0.65	0.55
							导热系数，w/m·K(25℃)	≤0.1	0.08	0.05	0.07	0.21	0.1
软化系数		0.5	0.6	0.55	0.42	0.5

从表2可以看出，本申请的制备方法大大减少了水泥的用量和增加了脱硫石膏、尤其是低品质的脱硫石膏的用量，利用所制备的石膏基抹灰材料配制的抹灰砂浆的各项性能都能满足国家标准。对比实施例1-3与对比例1可以看出，相变蓄能储热材料的加入可以明显降低石膏基抹灰材料的导热系数较低，提高耐水性能。对比实施1与对比例2可以看出，本申请采用低品质的脱硫石膏制备的抹灰材料的导热系数小于采用普通脱硫石膏制备的抹灰材料的导热系数，其他性能相当，说明低品质脱硫石膏中的杂质离子对抹灰材料的性能没有不良影响，还可以在一定程度上改善抹灰材料的保温性能。

测试例2

根据GB50176-1993《民用建筑热工设计规范》中的隔热设计要求，房间在自然通风条件下，房屋东、西外墙的内表面最高温度应低于夏季室外计算温度的最高值。因此，将利用本申请的石膏基抹灰材料制备的抹灰砂浆涂抹在西墙内侧以增加墙体的隔热性能，防止墙体在夏季西晒时内表面温度过高。

在北京地区室内西墙面上分别涂抹10mm实施例1、对比例1、对比例2制备的石膏基抹灰砂浆，在夏季不同时刻分别测试西墙内表面温度，测试结果见图1。

从图1可以看出，北京地区夏季在墙壁涂刷利用本申请实施例1制备的石膏基抹灰材料配制的抹面砂浆后，可实现将室内温度的波动控制在较窄的范围内，说明本申请实施例1制备的石膏基抹灰材料具有良好的保温性能。

虽然本申请所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本申请而采用的实施方式，并非用以限定本申请。任何本申请所属领域内的技术人员，在不脱离本申请所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本申请的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims

1.一种制备石膏基抹灰材料的方法，所述方法包括：

向所述预混粉中加入其他添加剂，混合均匀，即得；所述真空的真空度为-0.09MPa至0.01MPa，恒温的温度为40±2℃，维持5-40分钟；

所述其他添加剂包括水泥、乳胶粉、减水剂、纤维素醚、粉煤灰和砂子，以石膏基抹灰材料的干重量为100％计，所述水泥的含量为0-20％，所述乳胶粉的含量为0-4％，所述减水剂的含量为0.1-0.6％，所述纤维素醚的含量为0.1-0.5％，所述粉煤灰的含量为0-5％，所述砂子的含量为0-30％；

所述低品质脱硫石膏中的钠离子含量≥0.2％，镁离子含量≤0.1％；

以石膏基抹灰材料的干重量为100％计，所述低品质脱硫石膏的含量为30-60％，所述相变蓄能储热材料的含量为30-50％，所述缓凝剂的含量为0.1-0.8％。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述相变蓄能储热材料为复合定形相变蓄能储热材料。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述复合定形相变蓄能储热材料由一种石蜡类物质作为主贮热剂，高密度聚乙烯、苯乙烯－丁二烯－苯乙烯三嵌段共聚物、膨胀石墨作包封支撑体构成。

4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述复合定形相变蓄能储热材料按照下述方法进行改性：将所述复合定形相变蓄能储热材料破碎至当量直径＜2mm的颗粒状材料，粉磨至粒度为80-400目。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，

所述缓凝剂选自硼酸、硼砂、消石灰、六偏磷酸钠、多聚磷酸钠和磷酸铵中的一种或更多种；

所述乳胶粉为可再分散性乳胶粉；

所述减水剂选自聚羧酸类、密胺型磺酸化缩聚物减水剂中的一种或更多种；

所述纤维素醚为羟丙基甲基纤维素；

所述粉煤灰为粒度为300-450目的Ⅱ级粉煤灰；

所述砂子为粒度为70-150目的细河砂。

6.根据权利要求1所述的方法，还包括将所述预混粉与粉煤灰、不同粒径的砂子调配，优化混合物的颗粒级配，然后再加入水泥、乳胶粉、减水剂和纤维素醚。