CN110482978B - 一种硅藻基硅酸钙板及其制备方法 - Google Patents

一种硅藻基硅酸钙板及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种硅藻基硅酸钙板及其制备方法，属于建筑材料技术领域。本发明的硅藻基硅酸钙板，主要由如下质量份数的原料制备而成：硅藻土60～70份，消石灰30～40份，具体制备方法如下：(1)按配比称取硅藻土和消石灰，混合均匀后获得干混物料；(2)将干混物料置于模具中，按配比加水混匀后获得半干物料，然后将半干物料压制成型、自然陈化，获得陈化制品；(3)将陈化制品置于蒸压釜中蒸压6～12h，蒸压结束后，自然冷却、出釜；(4)将蒸压后的制品烘干、裁切即可。本发明以天然环保型的硅藻土和消石灰作为主要原料，采用半干法成型工艺，在不添加增强材料的基础上，制得的硅酸钙板强度高且调湿性能良好。

Description

一种硅藻基硅酸钙板及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种硅藻基硅酸钙板及其制备方法。
背景技术
硅酸钙板常以硅质原料(粉煤灰、硅藻土、粉石英等)和钙质原料(石灰、电石泥等)为原料，通过添加增强纤维(如石棉、玻璃纤维等)，经过制浆、成型、预养护、蒸压养护、烘干切割，砂光等工序制成。传统的硅酸钙板虽然具有高强、隔热、防火、防潮等优点，但不具备调湿、除臭、净化室内空气等性能。硅藻土是一种生物成因的天然矿物材料，其质轻、隔音、耐热、耐磨、抑菌除臭、调湿性能良好，吸附室内甲醛等有害气体的优点，使其成为新一代功能型环保装饰材料。相比市面上常用的普通硅酸钙板，以硅藻土为原料制成的硅酸钙板多功能化，是更优良的高档环保型建筑材料。
近几年，市场上新兴的硅藻土硅酸钙板材，通常流浆成型，而后蒸压养护制成。例如，中国专利公开号：CN104446298A公开了一种硅藻土板材制备方法，这种方法先将原料与水混成浆体，采用流浆法工艺，制得的板材抗折强度不高。中国专利公开号：CN105884285A公开了一种硅藻土板及其制作方法，该方法先将原料与水混匀制浆后，采用抄取法工艺，通过添加天然亚麻纤维和羟丙甲纤维素，提高板材强度。论文文献《纤维素纤维与云母鳞片增强硅酸钙板的研究》以硅藻土为硅质原料，先将原料混合均匀，固定水固比3.0，采用模压法制备硅酸钙板，也需添加增强材料纤维素纤维与云母鳞片。这种湿法混浆工艺后，成型压力不能太高，导致板的强度受损，必须依靠额外添加纤维、水泥和预先水热等方法对硅酸钙板强度进行补强，原料成本高；此外，湿法混浆工艺过程较繁琐，生产成本高。
基于上述理由，特提出本申请。
发明内容
针对现有技术存在的问题或缺陷，本发明的目的在于提供一种硅藻基硅酸钙板及其制备方法。本发明以天然环保型的硅藻土作为主要原料，采用半干法成型工艺，只用硅藻土和消石灰，在不添加纤维、水泥等增强材料的基础上，制得的硅酸钙板强度高且调湿性能良好，制造工艺简单，成本低。
为了实现本发明的上述第一个目的，本发明采用的技术方案如下：
一种硅藻基硅酸钙板，主要由如下质量份数的原料制备而成：硅藻土60～70份，消石灰30～40份。
进一步地，上述技术方案，所述消石灰原料中Ca(OH)2的含量为70％～98wt％。
本发明的第二个目的在于提供上述所述硅藻基硅酸钙板的制备方法，所述方法具体包括如下步骤：
(1)按配比称取硅藻土和消石灰，混合均匀后获得干混物料；
(2)将步骤(1)获得的干混物料置于模具中，按配比加水混匀后获得半干物料，然后将所述半干物料压制成型、自然陈化，获得陈化制品；其中：所述半干物料的水分含量为25～75wt％；
(3)将步骤(2)获得的陈化制品置于蒸压釜中蒸压6～12h，蒸压结束后，自然冷却、出釜；
(4)将经步骤(3)蒸压后的制品烘干、裁切，获得本发明所述的硅藻基硅酸钙板。
进一步地，上述技术方案，步骤(1)所述干混物料中钙硅摩尔比为0.54～0.83。
进一步地，上述技术方案，步骤(2)所述压制成型采用的成型压力为1～4MPa。
进一步地，上述技术方案，步骤(2)所述陈化时间为8～16h，优选为12h。
进一步地，上述技术方案，步骤(3)所述蒸压采用的蒸压温度为160～180℃，蒸压压力0.6～1.0MPa。
进一步地，上述技术方案，步骤(4)所述烘干采用的烘烤温度为90～120℃，较优选为105℃；所述烘烤时间为4～8h，较优选为6h。
与现有技术相比，本发明涉及的一种硅藻基硅酸钙板及其制备方法具有如下有益效果：
本发明选用硅藻土作为主要原料，制得的硅酸钙板具有调节湿度、净化空气、防火阻燃，吸附甲醛有害气体等功能，具有环保价值，越来越符合市场需求。本发明以半干法成型工艺，不仅避免浆料分散不均的问题，解决在制板成型处的真空脱水设置及浆料混匀等问题。同时降低水的用量，减少液相反应。相比于传统的湿法制浆工艺，最大程度的降低了对硅藻土孔型结构的破坏，具有技术价值。
本发明不需添加纤维增强材料，制得的硅酸钙板抗折强度优异，可达到D1.1-Ⅳ级标准，本发明采用免制浆工艺及板材脱水设置，制备工艺简便，原料易得、工艺生产成本低，且板材成品率高，具有很好的经济价值。另外，本发明通过控制物料配比，成型压力，成型水分等工艺条件，可制备出不同密度等级、强度等级的硅酸钙板，满足不同建筑领域对于板材的力学性能要求，应用范围广，且调湿性能优异，具有应用价值。
附图说明
图1为本发明的硅藻基硅酸钙板的制备工艺流程图。
具体实施方式
下面通过实施案例对本发明作进一步详细说明。本实施案例在以本发明技术为前提下进行实施，现给出详细的实施方式和具体的操作过程来说明本发明具有创造性，但本发明的保护范围不限于以下的实施案例。
根据本申请包含的信息，对于本领域技术人员来说可以轻而易举地对本发明的精确描述进行各种改变，而不会偏离所附权利要求的精神和范围。应该理解，本发明的范围不局限于所限定的过程、性质或组分，因为这些实施方案以及其他的描述仅仅是为了示意性说明本发明的特定方面。实际上，本领域或相关领域的技术人员明显能够对本发明实施方式作出的各种改变都涵盖在所附权利要求的范围内。
为了更好地理解本发明而不是限制本发明的范围，在本申请中所用的表示用量、百分比的所有数字、以及其他数值，在所有情况下都应理解为以词语“大约”所修饰。因此，除非特别说明，否则在说明书和所附权利要求书中所列出的数字参数都是近似值，其可能会根据试图获得的理想性质的不同而加以改变。各个数字参数至少应被看作是根据所报告的有效数字和通过常规的四舍五入方法而获得的。
本发明制得的硅酸钙板原料之一为硅藻土，其自身拥有的微孔结构能够净化空气，吸附有害气体并调节湿度。本发明对实施例中的硅酸钙板材进行吸放湿测试，发现其调湿性能良好，即吸附性能良好，由此我们有理由认为本发明制得的硅酸钙板具有净化空气、吸附甲醛等有害气体功能。硅藻土具有强大的耐高温的特点，当达到高温1300℃时才开始熔融，但不会自燃、也不会冒烟，更不会释放任何有毒气体。本发明以这种阻燃材料为原料，且未添加木质纤维(传统的硅藻板添加了木质纤维，阻燃性差)，据此有理由认为制得的硅酸钙板具有防火阻燃性能。
本发明采用的硅藻土是一种多孔结构的天然矿物材料，其孔结构排列有序、比表面积大，且表面存在大量的硅羟基(Si-OH)，是它具有吸附性和表面活性的根本原因。当室内空气湿度过大时，硅藻土的细孔就会将空气中的多余水分吸收进来进行存储；当室内空气干燥度过大时，就会将水分释放到空气中进行调节，因此硅藻土被称为会“呼吸”的装饰材料。本发明的硅质原料硅藻土，孔隙度好，比表面积大，以半干法成型工艺，最大程度的减少对孔型结构的破坏。因此，通过本发明提供的技术方案，不需添加增强材料，制得的硅酸钙板具有优异的抗折强度且调湿性能良好。
本发明采用的钙质材料和硅质材料在蒸压过程中发生水热反应生成硅酸钙板的实质是Ca(OH)2和SiO2在高温高压饱和蒸气压下生成水化硅酸钙类产物。各种水化硅酸钙产物的转化方式一般是由：高碱度水化硅酸钙(C2SHn)→低碱水化硅酸钙(C5S4Hn)→C-S-H(Ⅰ)凝胶→托勃莫来石→硬硅钙石(C5S6Hn)。钙硅比、水热温度、水热反应时间都会对水热产物的种类产生影响。当钙硅比过高，即消石灰留存，低强度的高碱水化硅酸钙(C2SHn)不能很好的转化为高强度的低碱水化硅酸钙，且本身水化硅酸钙的产物也少；当钙硅比过低时，不能形成水化硅酸钙类产物，这两种情况都会导致硅酸钙板的强度下降。在一定范围内，增加水热温度和延长反应时间，均有利于高强度的C-S-H(Ⅰ)凝胶和托勃莫来石的生成。生成的针絮状C-S-H(Ⅰ)和薄片状托勃莫来石两者相互交错，也正是板材强度的主要来源。本发明制备的硅酸钙板原料配比最佳，蒸压条件适宜(蒸压压力0.6MPa～1.0MPa、温度160℃～180℃，水热反应6～12h)，促使生成C-S-H(Ⅰ)凝胶和托勃莫来石，其共同作用提高板材的抗折强度。
本发明下述各实施例中采用的原料：硅藻土和消石灰均来自内蒙古东盛硅藻土科技创新产业园有限公司。原料硅藻土中二氧化硅的含量为61.358wt％，消石灰中氢氧化钙的含量为92.5wt％。
本发明对下述各实施例中获得的硅藻基硅酸钙板的抗折强度、吸湿率、放湿率的测试方法分别如下：
抗折强度：将待测样品裁剪成尺寸为100mm×300mm×10mm，采用三点弯曲法测试其抗折强度。
吸放湿性能测试：吸湿性测试，具体是将105℃烘干干燥6h后的待测样品(质量m0)，置于25℃相对湿度75％的恒温恒湿NaCl溶液环境中，24h后称量其质量mt。放湿性测试，将上述达饱和吸湿的试样(mt)置于25℃相对湿度33％的恒温恒湿MgCl溶液环境中，24h后称取质量md。吸放湿率按下述公式计算得出。
吸湿率＝(mt-m0)/m0×100％；
放湿率＝(mt-md)/mt×100％。
实施例1
本实施例的一种硅藻基硅酸钙板，主要由如下质量份数的原料制备而成：硅藻土70份，消石灰30份。
本实施例上述所述硅藻基硅酸钙板采用半干法制得，具体制备方法如下：
1.分别称取上述质量份配比的硅藻土、消石灰，并将其混合均匀，获得干混物料，其中：所述干混物料中钙硅摩尔比为0.54。
2.将步骤1获得的干混物料置于15mm×40mm的模具中，均匀洒入一定量水份后混合均匀，获得半干物料，然后采用2MPa压力将所述半干物料压制成型，自然陈化12h，获得陈化制品，其中：所述半干物料的水分含量为35wt％。
3.将步骤2获得的陈化制品置于蒸压釜中在175℃、0.9MPa的蒸气压下，蒸压10h，蒸压结束后，自然冷却、出釜。
4.蒸压结束后，自然冷却降温降压，然后出釜，将制品在105℃的热风中烘烤6h，得到一种硅藻基硅酸钙板。
将本实施例获得的硅藻基硅酸钙板的密度、抗折强度、吸湿、放湿性能分别进行测试，具体测试结果见表1。
实施例2
本实施例的一种硅藻基硅酸钙板，主要由如下质量份数的原料制备而成：硅藻土60份，消石灰40份。
本实施例上述所述硅藻基硅酸钙板采用半干法制得，具体制备方法如下：
1.分别称取上述质量份配比的硅藻土、消石灰，并将其混合均匀，获得干混物料，其中：所述干混物料中钙硅摩尔比为0.83。
2.将步骤1获得的干混物料置于15mm×40mm的模具中，均匀洒入一定量水份后混合均匀，获得半干物料，然后采用2MPa压力将所述半干物料压制成型，自然陈化12h，获得陈化制品，其中：所述半干物料的水分含量为35wt％。
3.将步骤2获得的陈化制品置于蒸压釜中在170℃、0.8MPa的蒸气压下，蒸压8h。
4.蒸压结束后，自然冷却降温降压，然后出釜，将制品在105℃的热风中烘烤6h，得到一种硅藻基硅酸钙板。
将本实施例获得的硅藻基硅酸钙板的密度、抗折强度、吸湿、放湿性能分别进行测试，具体测试结果见表1。
实施例3
本实施例的一种硅藻基硅酸钙板，主要由如下质量份数的原料制备而成：硅藻土70份，消石灰30份。
本实施例上述所述硅藻基硅酸钙板采用半干法制得，具体制备方法如下：
1.分别称取上述质量份配比的硅藻土、消石灰，并将其混合均匀，获得干混物料，其中：所述干混物料中钙硅摩尔比为0.54。
2.将步骤1获得的干混物料置于15mm×40mm的模具中，均匀洒入一定量水份后混合均匀，获得半干物料，然后采用2MPa压力将所述半干物料压制成型，自然陈化12h，获得陈化制品，其中：所述半干物料的水分含量为45wt％。
3.将步骤2获得的陈化制品置于蒸压釜中在175℃、0.9MPa的蒸气压下，蒸压10h。
4.蒸压结束后，自然冷却降温降压，然后出釜，将制品在105℃的热风中烘烤6h，得到一种硅藻基硅酸钙板。
将本实施例获得的硅藻基硅酸钙板的密度、抗折强度、吸湿、放湿性能分别进行测试，具体测试结果见表1。
实施例4
本实施例的一种硅藻基硅酸钙板，主要由如下质量份数的原料制备而成：硅藻土70份，消石灰30份。
本实施例上述所述硅藻基硅酸钙板采用半干法制得，具体制备方法如下：
1.分别称取上述质量份配比的硅藻土、消石灰，并将其混合均匀，获得干混物料，其中：所述干混物料中钙硅摩尔比为0.54。
2.将步骤1获得的干混物料置于15mm×40mm的模具中，均匀洒入一定量水份后混合均匀，获得半干物料，然后采用4MPa压力将所述半干物料压制成型，自然陈化12h，获得陈化制品，其中：所述半干物料的水分含量为45wt％。
3.将步骤2获得的陈化制品置于蒸压釜中在175℃、0.9MPa的蒸气压下，蒸压6h。
4.蒸压结束后，自然冷却降温降压，然后出釜，将制品在105℃的热风中烘烤6h，得到一种硅藻基硅酸钙板。
将本实施例获得的硅藻基硅酸钙板的密度、抗折强度、吸湿、放湿性能分别进行测试，具体测试结果见表1。
实施例5
本实施例的一种硅藻基硅酸钙板，主要由如下质量份数的原料制备而成：硅藻土65份，消石灰35份。
本实施例上述所述硅藻基硅酸钙板采用半干法制得，具体制备方法如下：
1.分别称取上述质量份配比的硅藻土、消石灰，并将其混合均匀，获得干混物料，其中：所述干混物料中钙硅摩尔比为0.66。
2.将步骤1获得的干混物料置于15mm×40mm的模具中，均匀洒入一定量水份后混合均匀，获得半干物料，然后采用1MPa压力将所述半干物料压制成型，自然陈化8h，获得陈化制品，其中：所述半干物料的水分含量为25wt％。
3.将步骤2获得的陈化制品置于蒸压釜中在180℃、1.0MPa的蒸气压下，蒸压12h。
4.蒸压结束后，自然冷却降温降压，然后出釜，将制品在90℃的热风中烘烤8h，得到一种硅藻基硅酸钙板。
将本实施例获得的硅藻基硅酸钙板的密度、抗折强度、吸湿、放湿性能分别进行测试，具体测试结果见表1。
实施例6
本实施例的一种硅藻基硅酸钙板，主要由如下质量份数的原料制备而成：硅藻土65份，消石灰35份。
本实施例上述所述硅藻基硅酸钙板采用半干法制得，具体制备方法如下：
1.分别称取上述质量份配比的硅藻土、消石灰，并将其混合均匀，获得干混物料，其中：所述干混物料中钙硅摩尔比为0.66。
2.将步骤1获得的干混物料置于15mm×40mm的模具中，均匀洒入一定量水份后混合均匀，获得半干物料，然后采用3MPa压力将所述半干物料压制成型，自然陈化16h，获得陈化制品，其中：所述半干物料的水分含量为75wt％。
3.将步骤2获得的陈化制品置于蒸压釜中在160℃、0.6MPa的蒸气压下，蒸压12h。
4.蒸压结束后，自然冷却降温降压，然后出釜，将制品在120℃的热风中烘烤4h，得到一种硅藻基硅酸钙板。
将本实施例获得的硅藻基硅酸钙板的密度、抗折强度、吸湿、放湿性能分别进行测试，具体测试结果见表1。
表1实施例1～6制备的硅藻基硅酸钙板的技术指标测试结果表
Figure BDA0002209444480000071

Claims (4)

1.一种硅藻基硅酸钙板，其特征在于：由如下质量份数的原料制备而成：硅藻土60~70份，消石灰30~40份；其中：所述硅藻基硅酸钙板采用下述方法制得：所述方法具体包括如下步骤：
（1）按配比称取硅藻土和消石灰，混合均匀后获得干混物料；所述干混物料中钙硅摩尔比为0.54~0.83；
（2）将步骤（1）获得的干混物料置于模具中，按配比加水混匀后获得半干物料，然后将所述半干物料压制成型、自然陈化，获得陈化制品；其中：所述半干物料的水分含量为25~75wt%；
（3）将步骤（2）获得的陈化制品置于蒸压釜中蒸压6~12h，蒸压结束后，自然冷却、出釜；所述蒸压采用的蒸压温度为160~180℃，蒸压压力0.6~1.0MPa；
（4）将经步骤（3）蒸压后的制品烘干、裁切，获得所述的硅藻基硅酸钙板。
2.根据权利要求1所述的硅藻基硅酸钙板，其特征在于：所述消石灰原料中Ca(OH)2的含量为70%~98wt%。
3.根据权利要求1所述的硅藻基硅酸钙板，其特征在于：步骤（2）所述压制成型采用的成型压力为1~4MPa。
4.根据权利要求1所述的硅藻基硅酸钙板，其特征在于：步骤（2）所述陈化时间为8~16h。
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