CN109206112A - 一种具有保温防水性的改性石膏基建筑用板材 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及新型功能材料技术领域，公开了一种具有保温防水性的改性石膏基建筑用板材，以石膏为基体材料，添加改性填料、植物发泡剂、水性环氧树脂乳液；将制备得到的多孔轻质疏水填料添加到石膏凝胶中，发泡过程中进行结构改性，提高结晶稳定性，从而降低石膏材料的吸水率，提高产品硬度，使用的植物发泡剂发泡细腻稳定，热力学性能稳定，克服了由于石膏保温材料孔隙率增加而出现防水性降低的问题，并且力学强度和保温性能提高，导热系数降低为0.145W/mK，吸水率降低至0.24%，能够适应各种气候变化和潮湿环境，显著延长了石膏基建筑用板材的使用寿命。

Description

一种具有保温防水性的改性石膏基建筑用板材
技术领域
本发明属于新型功能材料技术领域，具体涉及一种具有保温防水性的改性石膏基建筑用板材。
背景技术
石膏是单斜晶系矿物，是主要化学成分为硫酸钙(CaSO4)的水合物。石膏是一种用途广泛的工业材料和建筑材料。可用于水泥缓凝剂、石膏建筑制品、模型制作、医用食品添加剂、硫酸生产、纸张填料、油漆填料等。石膏及其制品的微孔结构和加热脱水性，使之具优良的隔音、隔热和防火性能。石膏板是以建筑石膏为主要原料制成的一种材料。它是一种重量轻、强度较高、厚度较薄、加工方便以及隔音绝热和防火等性能较好的建筑材料，是当前着重发展的新型轻质板材之一。石膏板已广泛用于住宅、办公楼、商店、旅馆和工业厂房等各种建筑物的内隔墙、墙体覆面板(代替墙面抹灰层)、天花板、吸音板、地面基层板和各种装饰板等，用于室内的不宜安装在浴室或者厨房。
石膏类保温材料具有轻质、防火、保温、隔热、可回收等有点，但是石膏的耐水性差限制了其在各个领域的应用范围，尤其是在建筑领域，作为隔热保温材料，防水、保温和强度等性能受环境影响显著，在外墙装饰以及潮湿室内环境下，使用寿命得不到保障。现有的解决方法多是采用在石膏板表面涂覆一层防水涂料，提高防水性，但涂料的透气性、耐磨性和耐久性差，降低了石膏板的使用性能。
发明内容
本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种具有保温防水性的改性石膏基建筑用板材，导热系数降低为0.145W/mK，吸水率降低至0.24%，能够适应各种气候变化和潮湿环境，显著延长了石膏基建筑用板材的使用寿命。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种具有保温防水性的改性石膏基建筑用板材，按照重量份计由以下成分制成：石膏粉120-125份、改性填料4.5-5.0份、植物发泡剂14-16份、氨丙基三乙氧基硅烷1.0-1.2份、三偏磷酸钠0.5-0.6份、硫酸钾0.1-0.2份、碳酸钙1.5-1.8份、水性环氧树脂乳液7.0-8.0份、水16-20份，所述改性填料的制备方法包括以下步骤：
（1）称取15-16克沸石粉和3.9-4.0克玄武岩纤维混合，置于马弗炉中，升温至550-580℃，保温煅烧2.0-2.5小时，随炉自然冷却至室温后研磨至过180-200目筛，与硼酸钠按照质量比为1.8-2.0：0.3-0.4的比例混合，并加入到50-60毫升60-65℃热水中，搅拌得到混合物，向烧杯中加入150-160毫升氢氧化钠溶液，将烧杯置于磁力搅拌器上，开启搅拌，加入上述热水混合物，搅拌混合45-50分钟后，称取4.55-4.60克铬酸镁，加入到烧杯中，量取35-40毫升氨水，边搅拌边加入到烧杯中，持续搅拌30-40分钟；
（2）将步骤（1）所得物料加入到三口烧瓶中，在氮气氛围下加入2.5-2.6克纤维素钠搅拌混合10-15分钟，称取14-15克溴代正丁烷，水浴加热升温至78-80℃，回流反应1.5-2.0小时，反应结束后，趁热进行真空抽滤，得到固体产物置于70-80℃真空干燥箱中干燥6-8小时，研磨成粉即得所述改性填料。
作为对上述方案的进一步描述，所述水性环氧树脂乳液固含量在45-48%之间。
作为对上述方案的进一步描述，所述植物发泡剂的制备方法为：称取550-560克苘麻和230-240克芝麻叶混合揉碎，加入1.2-1.3倍体积的质量浓度为0.22-0.24%的双氧水作为溶剂，搅拌混合均匀，加热至55-58℃，进行微波提取，微波功率600-650瓦，提取时间为30-34分钟，提取后进行过滤，过滤得到的固体使用180-200毫升40-45℃温水再次洗涤过滤，得到的滤液合并冷却至常温即可。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）中氢氧化钠溶液摩尔浓度为1.5-1.8摩尔/升。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）所述氨水pH值在11.0-11.2之间。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（2）制备得到的改性填料粒径大小在1-10微米之间。
本发明相比现有技术具有以下优点：为了解决现有石膏板保温材料防水性能差，使用环境受到限制的问题，本发明提供了一种具有保温防水性的改性石膏基建筑用板材，将制备得到的多孔轻质疏水填料添加到石膏凝胶中，发泡过程中进行结构改性，提高结晶稳定性，从而降低石膏材料的吸水率，提高产品硬度，使用的植物发泡剂发泡细腻稳定，热力学性能稳定，克服了由于石膏保温材料孔隙率增加而出现防水性降低的问题，并且力学强度和保温性能提高，导热系数降低为0.145W/mK，吸水率降低至0.24%，能够适应各种气候变化和潮湿环境，显著延长了石膏基建筑用板材的使用寿命，石膏基板材的拉伸强度、抗撕裂强度、抗弯强度等力学性能得到提升，并且改性石膏基建筑用板材的憎水性和物理机械性能得到长时间保障，本发明改性处理制备得到的改性石膏基建筑用板材解决了现有石膏板保温材料防水性能差，使用环境受到限制的问题，保持较高的防水稳定性，兼顾了石膏基建筑用板材在耐水性和保温性能的提升，提高了石膏基建筑用板材的开发利用，能够实现延长石膏基建筑用板材使用寿命以及扩展其适用领域的现实意义，是一种极为值得推广使用的技术方案。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明所提供的技术方案。
实施例1
一种具有保温防水性的改性石膏基建筑用板材，按照重量份计由以下成分制成：石膏粉120份、改性填料4.5份、植物发泡剂14份、氨丙基三乙氧基硅烷1.0份、三偏磷酸钠0.5份、硫酸钾0.1份、碳酸钙1.5份、水性环氧树脂乳液7.0份、水16份，所述改性填料的制备方法包括以下步骤：
（1）称取15克沸石粉和3.9克玄武岩纤维混合，置于马弗炉中，升温至550℃，保温煅烧2.0小时，随炉自然冷却至室温后研磨至过180目筛，与硼酸钠按照质量比为1.8：0.3的比例混合，并加入到50毫升60℃热水中，搅拌得到混合物，向烧杯中加入150毫升氢氧化钠溶液，将烧杯置于磁力搅拌器上，开启搅拌，加入上述热水混合物，搅拌混合45分钟后，称取4.55克铬酸镁，加入到烧杯中，量取35毫升氨水，边搅拌边加入到烧杯中，持续搅拌30分钟；
（2）将步骤（1）所得物料加入到三口烧瓶中，在氮气氛围下加入2.5克纤维素钠搅拌混合10分钟，称取14克溴代正丁烷，水浴加热升温至78℃，回流反应1.5小时，反应结束后，趁热进行真空抽滤，得到固体产物置于70℃真空干燥箱中干燥6小时，研磨成粉即得所述改性填料。
作为对上述方案的进一步描述，所述水性环氧树脂乳液固含量在45-48%之间。
作为对上述方案的进一步描述，所述植物发泡剂的制备方法为：称取550克苘麻和230克芝麻叶混合揉碎，加入1.2倍体积的质量浓度为0.22%的双氧水作为溶剂，搅拌混合均匀，加热至55℃，进行微波提取，微波功率600瓦，提取时间为30分钟，提取后进行过滤，过滤得到的固体使用180毫升40℃温水再次洗涤过滤，得到的滤液合并冷却至常温即可。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）中氢氧化钠溶液摩尔浓度为1.5摩尔/升。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）所述氨水pH值在11.0-11.2之间。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（2）制备得到的改性填料粒径大小在1-10微米之间。
实施例2
一种具有保温防水性的改性石膏基建筑用板材，按照重量份计由以下成分制成：石膏粉122份、改性填料4.8份、植物发泡剂15份、氨丙基三乙氧基硅烷1.1份、三偏磷酸钠0.55份、硫酸钾0.15份、碳酸钙1.6份、水性环氧树脂乳液7.5份、水18份，所述改性填料的制备方法包括以下步骤：
（1）称取15.5克沸石粉和3.95克玄武岩纤维混合，置于马弗炉中，升温至565℃，保温煅烧2.2小时，随炉自然冷却至室温后研磨至过190目筛，与硼酸钠按照质量比为1.9：0.35的比例混合，并加入到55毫升62℃热水中，搅拌得到混合物，向烧杯中加入155毫升氢氧化钠溶液，将烧杯置于磁力搅拌器上，开启搅拌，加入上述热水混合物，搅拌混合48分钟后，称取4.58克铬酸镁，加入到烧杯中，量取38毫升氨水，边搅拌边加入到烧杯中，持续搅拌35分钟；
（2）将步骤（1）所得物料加入到三口烧瓶中，在氮气氛围下加入2.55克纤维素钠搅拌混合12分钟，称取14.5克溴代正丁烷，水浴加热升温至79℃，回流反应1.8小时，反应结束后，趁热进行真空抽滤，得到固体产物置于75℃真空干燥箱中干燥7小时，研磨成粉即得所述改性填料。
作为对上述方案的进一步描述，所述水性环氧树脂乳液固含量在45-48%之间。
作为对上述方案的进一步描述，所述植物发泡剂的制备方法为：称取555克苘麻和235克芝麻叶混合揉碎，加入1.25倍体积的质量浓度为0.23%的双氧水作为溶剂，搅拌混合均匀，加热至56℃，进行微波提取，微波功率630瓦，提取时间为32分钟，提取后进行过滤，过滤得到的固体使用190毫升42℃温水再次洗涤过滤，得到的滤液合并冷却至常温即可。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）中氢氧化钠溶液摩尔浓度为1.65摩尔/升。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）所述氨水pH值在11.0-11.2之间。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（2）制备得到的改性填料粒径大小在1-10微米之间。
实施例3
一种具有保温防水性的改性石膏基建筑用板材，按照重量份计由以下成分制成：石膏粉125份、改性填料5.0份、植物发泡剂16份、氨丙基三乙氧基硅烷1.2份、三偏磷酸钠0.6份、硫酸钾0.2份、碳酸钙1.8份、水性环氧树脂乳液8.0份、水20份，所述改性填料的制备方法包括以下步骤：
（1）称取16克沸石粉和4.0克玄武岩纤维混合，置于马弗炉中，升温至580℃，保温煅烧2.5小时，随炉自然冷却至室温后研磨至过200目筛，与硼酸钠按照质量比为2.0：0.4的比例混合，并加入到60毫升65℃热水中，搅拌得到混合物，向烧杯中加入160毫升氢氧化钠溶液，将烧杯置于磁力搅拌器上，开启搅拌，加入上述热水混合物，搅拌混合50分钟后，称取4.60克铬酸镁，加入到烧杯中，量取40毫升氨水，边搅拌边加入到烧杯中，持续搅拌40分钟；
（2）将步骤（1）所得物料加入到三口烧瓶中，在氮气氛围下加入2.6克纤维素钠搅拌混合15分钟，称取15克溴代正丁烷，水浴加热升温至80℃，回流反应2.0小时，反应结束后，趁热进行真空抽滤，得到固体产物置于80℃真空干燥箱中干燥8小时，研磨成粉即得所述改性填料。
作为对上述方案的进一步描述，所述水性环氧树脂乳液固含量在45-48%之间。
作为对上述方案的进一步描述，所述植物发泡剂的制备方法为：称取560克苘麻和240克芝麻叶混合揉碎，加入1.3倍体积的质量浓度为0.24%的双氧水作为溶剂，搅拌混合均匀，加热至58℃，进行微波提取，微波功率650瓦，提取时间为34分钟，提取后进行过滤，过滤得到的固体使用200毫升45℃温水再次洗涤过滤，得到的滤液合并冷却至常温即可。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）中氢氧化钠溶液摩尔浓度为1.8摩尔/升。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）所述氨水pH值在11.0-11.2之间。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（2）制备得到的改性填料粒径大小在1-10微米之间。
对比例1
与实施例1的区别仅在于，省略所述改性填料的制备添加，使用等量的膨胀珍珠岩代替，其余保持一致。
对比例2
与实施例2的区别仅在于，省略所述植物发泡剂的制备添加，使用市售天然茶皂素代替，其余保持一致。
对比例3
与实施例3的区别仅在于，所述改性填料的制备中，省略步骤（1）中硼酸钠的添加，其余保持一致。
对比例4
与实施例3的区别仅在于，所述改性填料的制备中，省略步骤（1）中铬酸镁的添加，其余保持一致。
对比例5
与实施例3的区别仅在于，所述改性填料的制备中，步骤（2）所述水浴加热升温至70℃，回流反应2.5小时，其余保持一致。
对比实验
分别使用实施例1-3和对比例1-5的方法制备具有保温防水性的改性石膏基建筑用板材，以专利公开号为CN107793112A公开的一种建筑装饰用吸波防水石膏板的制备方法制备得到的防水石膏板作为对照组，按照各组方法加工制备防水石膏板，进行防水等性能测试，其中，吸水率测试中将完全干燥后的试样使用天平准确称量，然后放入20℃的水中浸泡，浸泡时间为3小时，浸泡后使用干布擦去试样表面水分，再次称重，计算前后质量差占干燥试样的重量比，然后进行力学性能测试，保持试验中无关变量一致，统计有效平均值，结果如下表所示：
（抗压强度的测定参照GB/T 17669.3-1999，容量测定参照GB/T 3810.3-2006，导热系数测定采用热流计法进行）
本发明改性处理制备得到的改性石膏基建筑用板材解决了现有石膏板保温材料防水性能差，使用环境受到限制的问题，保持较高的防水稳定性，兼顾了石膏基建筑用板材在耐水性和保温性能的提升，提高了石膏基建筑用板材的开发利用，能够实现延长石膏基建筑用板材使用寿命以及扩展其适用领域的现实意义，是一种极为值得推广使用的技术方案。

Claims (6)

1.一种具有保温防水性的改性石膏基建筑用板材，其特征在于，按照重量份计由以下成分制成：石膏粉120-125份、改性填料4.5-5.0份、植物发泡剂14-16份、氨丙基三乙氧基硅烷1.0-1.2份、三偏磷酸钠0.5-0.6份、硫酸钾0.1-0.2份、碳酸钙1.5-1.8份、水性环氧树脂乳液7.0-8.0份、水16-20份，所述改性填料的制备方法包括以下步骤：
（1）称取15-16克沸石粉和3.9-4.0克玄武岩纤维混合，置于马弗炉中，升温至550-580℃，保温煅烧2.0-2.5小时，随炉自然冷却至室温后研磨至过180-200目筛，与硼酸钠按照质量比为1.8-2.0：0.3-0.4的比例混合，并加入到50-60毫升60-65℃热水中，搅拌得到混合物，向烧杯中加入150-160毫升氢氧化钠溶液，将烧杯置于磁力搅拌器上，开启搅拌，加入上述热水混合物，搅拌混合45-50分钟后，称取4.55-4.60克铬酸镁，加入到烧杯中，量取35-40毫升氨水，边搅拌边加入到烧杯中，持续搅拌30-40分钟；
（2）将步骤（1）所得物料加入到三口烧瓶中，在氮气氛围下加入2.5-2.6克纤维素钠搅拌混合10-15分钟，称取14-15克溴代正丁烷，水浴加热升温至78-80℃，回流反应1.5-2.0小时，反应结束后，趁热进行真空抽滤，得到固体产物置于70-80℃真空干燥箱中干燥6-8小时，研磨成粉即得所述改性填料。
2.如权利要求1所述一种具有保温防水性的改性石膏基建筑用板材，其特征在于，所述水性环氧树脂乳液固含量在45-48%之间。
3.如权利要求1所述一种具有保温防水性的改性石膏基建筑用板材，其特征在于，所述植物发泡剂的制备方法为：称取550-560克苘麻和230-240克芝麻叶混合揉碎，加入1.2-1.3倍体积的质量浓度为0.22-0.24%的双氧水作为溶剂，搅拌混合均匀，加热至55-58℃，进行微波提取，微波功率600-650瓦，提取时间为30-34分钟，提取后进行过滤，过滤得到的固体使用180-200毫升40-45℃温水再次洗涤过滤，得到的滤液合并冷却至常温即可。
4.如权利要求1所述一种具有保温防水性的改性石膏基建筑用板材，其特征在于，步骤（1）中氢氧化钠溶液摩尔浓度为1.5-1.8摩尔/升。
5.如权利要求1所述一种具有保温防水性的改性石膏基建筑用板材，其特征在于，步骤（1）所述氨水pH值在11.0-11.2之间。
6.如权利要求1所述一种具有保温防水性的改性石膏基建筑用板材，其特征在于，步骤（2）制备得到的改性填料粒径大小在1-10微米之间。
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