CN111268997A - 一种氧化石墨烯改性无石棉纤维增强硅酸钙板的制备方法 - Google Patents

一种氧化石墨烯改性无石棉纤维增强硅酸钙板的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种氧化石墨烯改性无石棉纤维增强硅酸钙板的制备方法。包括以下步骤：①制备质量分数为0.65%的氧化石墨烯溶液。②按质量份数：增强纤维10～15份、石英粉40～60份、水泥10～25份、消石灰粉15～20份、氧化石墨烯0.2～0.4份、水玻璃1～2份混合均匀，制成浓度为10～15%的板胚料浆；③通过流浆制板工艺制得板坯；④将板胚在60～70℃下预养护6～8h后进行脱模，再置于180～183℃的蒸压釜中蒸养16～20h，形成半成品板材；⑤将制得的半成品板材烘干至水分含量为5～8％后，经过砂光、磨边倒角的表面处理工序，即制得成品的氧化石墨烯改性无石棉纤维增强硅酸钙板。本发明所制备硅酸钙板具有低吸水率、轻质、高强的优点。

Description

一种氧化石墨烯改性无石棉纤维增强硅酸钙板的制备方法
技术领域
本发明涉及无石棉纤维增强硅酸钙板的制备技术领域，具体涉及一种氧化石墨烯改性无石棉纤维增强硅酸钙板的制备方法。
背景技术
石墨烯是迄今为止发现的强度最高、韧性最好、比表面积最大的无机片状纤维材料。氧化石墨烯（GO）就是石墨的氧化产物超声分散以后的产物。氧化过程使得石墨烯表面有了大量的羟基、羧基等基团，超声使得氧化石墨烯分离为具有一层或者几层氧化石墨的片状纳米纤维材料，能够稳定的分散在水溶液中，除了导电性与光学性能较差外，力学性能与石墨烯没有区别，且环境友好，这使得GO适合于与无机非金属材料、高分子有机材料等制备纳米复合材料。
硅酸钙板是石英和消石灰等材料经过高温水化合成的一种性能优良的建筑材料，具有密度高、握钉力高、强度大、防火性能好和后续加工方便等优点，广泛用于室内隔墙、吊顶装饰等。随着我国城市化进程的加快，硅酸钙板将具有广阔的应用市场。但是，原来的硅酸钙板生产主要采用石棉纤维，易于致癌，危害人体的健康。因此，寻找更好的石棉替代纤维成为硅酸钙板研究的重要课题。近些年硅酸钙板的研究和生产中主要采用有机木质纤维来代替石棉纤维。木质纤维和石棉纤维相比，力学强度和韧性都存在较大的差距，吸水性却显著增加。因此采用木纤维制备的硅酸钙板存在吸水率较大、强度较低的问题，这限制了环保型硅酸钙板的应用范围和市场扩展，也与硅酸钙板走向低吸水率、轻质、高强的发展方向相背离。
发明内容
本发明针对市场现有硅酸钙板存在的不足，提供一种氧化石墨烯改性无石棉纤维增强硅酸钙板的制备方法，包括以下制备步骤：
步骤一：氧化石墨稀溶液的制备
按质量份数：
依次将50份质量分数98%浓硫酸、5份石墨粉和5份硝酸钠加入到反应器中，搅拌并控制体系温度小于10℃，再将18份高锰酸钾分次加入反应器中，1.5小时内加完；
升温到35℃反应9小时，再升温至80℃反应1小时，然后在10分钟内加入600份去离子水；
最后滴加质量分数为30%的过氧化氢至没有气泡产生；
真空过滤，洗涤至 pH值为7，超声波分散2h得到氧化石墨烯溶液，控制其质量分数为0.65%；
步骤二：氧化石墨烯增强增韧粉煤灰制硅酸钙坯板的制备
按质量份数：
增强纤维10～15份、石英粉40～60份、水泥10～25份、消石灰粉15～20份、氧化石墨烯0.2～0.4份、水玻璃1～2份混合均匀，制成浓度为10～15%的板胚料浆；
将板坯料浆经过自然脱水、真空抽吸滤水后，再通过流浆制板机制得板坯；
步骤三：氧化石墨烯增强增韧粉煤灰制硅酸钙成品板的制备
将板坯在60～70℃下预养护6～8h后进行脱模，再置于蒸压釜中，在180～183℃下蒸养16～20h，制成半成品板材；
将半成品板材经过烘干机烘干至板材中水分含量为5～8％后，经过砂光、磨边倒角的表面处理工序，即制得成品硅酸钙板。
进一步限定，增强纤维为废旧牛皮纸或者废报纸经过纤维疏解机中疏解，用打浆机打浆至叩解度为32～35SR以及浓度为3～6％的纤维。
进一步限定，所述石英粉的SiO2 含量大于95％，细度大于400目。
进一步限定，所述水玻璃的模数为3，所述水泥为标号42.5R的普通硅酸盐水泥。
本发明将石墨烯材料应用在硅酸钙板的研究生产中，氧化石墨烯上丰富的羟基、羧基等官能团使得碳纤维与粉料之间的吸附性大大增强，在高温水化反应中，氧化石墨烯片层上的极性基团可以诱导托贝莫来石和硬硅钙石等高温水化晶体在氧化石墨烯片层上生长，并形成规整的晶体结构，从而将氧化石墨烯片层本身的高强度引入到晶体结构中去，使得硅酸钙板结构更加致密，抗折强度大大增加。氧化石墨烯是平面网状结构，水分子无法通过，将氧化石墨烯引入硅酸钙板结构中可以部分的影响和阻止水分子在硅酸钙板中的运动，从而有效的降低硅酸钙板的吸水率。氧化石墨烯本身的不燃性使得板材的防火性能有所提高。在同样木纤维的用量的情况下，少量氧化石墨烯的引入在几乎不影响密度变化的情况下显著的增强了硅酸钙板的抗折强度和其他各项性能，实现了硅酸钙板的轻质、高强化。相比于其他改善硅酸钙板性能的材料，极少量的氧化石墨烯便可以极大的改善硅酸钙板的性能，符合资源的高效利用的发展原则。本发明所制备的硅酸钙板不含石棉、安全、环保，不会对人体的健康造成危害，是一种环保型产品。
具体实施方式
氧化石墨稀溶液的制备：
按质量份数，依次将50份质量分数98%浓硫酸、5份石墨粉和5份硝酸钠加入到反应器中，搅拌并控制体系温度小于10℃，再将18份高锰酸钾分次加入反应器中，1.5小时内加完；
升温到35℃反应9小时，再升温至80℃反应1小时，然后在10分钟内加入600份去离子水；
最后滴加质量分数为30%的过氧化氢至没有气泡产生；
真空过滤，洗涤至 pH值为7，超声波分散2h得到氧化石墨烯溶液，控制其质量分数为0.65%；
实例一
氧化石墨烯改性无石棉纤维增强硅酸钙板的的制备
（1）按质量份数：增强纤维10份、石英粉40份、水泥15份、消石灰粉20份、氧化石墨烯溶液0.2份、水玻璃1份混合均匀，制成浓度为10%的板胚料浆；
（2）将板坯料浆经过自然脱水、真空抽吸滤水后，再通过流浆制板机制得板坯；
（3）将板坯在60℃下预养护6h后进行脱模，再置于蒸压釜中，在180℃下蒸养16h，制成半成品板材；
（4）将半成品板材经过烘干机烘干至板材中水分含量为5％后，经过砂光、磨边倒角的表面处理工序，即制得成品硅酸钙板。
所述增强纤维是指将废旧牛皮纸或者废报纸在纤维疏解机中疏解，然后用打浆机打浆至叩解度为32 SR，增强纤维的浓度为3％。
实例二
氧化石墨烯改性无石棉纤维增强硅酸钙板的的制备
（1）按质量份数：增强纤维15份、石英粉50份、水泥15份、消石灰粉20份、氧化石墨烯溶液0.4份、水玻璃2份混合均匀，制成浓度为15%的板胚料浆；
（2）将板坯料浆经过自然脱水、真空抽吸滤水后，再通过流浆制板机制得板坯；
（3）将板坯在70℃下预养护8h后进行脱模，再置于蒸压釜中，在183℃下蒸养20h，制成半成品板材；
（4）将半成品板材经过烘干机烘干至板材中水分含量为8％后，经过砂光、磨边倒角的表面处理工序，即制得成品硅酸钙板。
所述增强纤维是指将废旧牛皮纸或者废报纸在纤维疏解机中疏解，然后用打浆机打浆至叩解度为30SR，增强纤维的浓度为3％。
实例三
氧化石墨烯改性无石棉纤维增强硅酸钙板的的制备
（1）按质量份数：增强纤维12份、石英粉60份、水泥10份、消石灰粉10份、氧化石墨烯溶液0.3份、水玻璃1.2份混合均匀，制成浓度为15%的板胚料浆；
（2）将板坯料浆经过自然脱水、真空抽吸滤水后，再通过流浆制板机制得板坯；
（3）将板坯在65℃下预养护6h后进行脱模，再置于蒸压釜中，在181℃下蒸养18h，制成半成品板材；
（4）将半成品板材经过烘干机烘干至板材中水分含量为6％后，经过砂光、磨边倒角的表面处理工序，即制得成品硅酸钙板。
所述增强纤维是指将废旧牛皮纸或者废报纸在纤维疏解机中疏解，然后用打浆机打浆至叩解度为35 SR，增强纤维的浓度为5％。
实例四
氧化石墨烯改性无石棉纤维增强硅酸钙板的的制备
（1）按质量份数：增强纤维12份、石英粉45份、水泥12份、消石灰粉18份、氧化石墨烯溶液0.3份、水玻璃2份混合均匀，制成浓度为12%的板胚料浆；所用石英粉中的SiO2 粉含量大于95％，细度为大于400目；
（2）将板坯料浆经过自然脱水、真空抽吸滤水后，再通过流浆制板机制得板坯；
（3）将板坯在65℃下预养护7h后进行脱模，再置于蒸压釜中，在180℃下蒸养18h，制成半成品板材；
（4）将半成品板材经过烘干机烘干至板材中水分含量为6％后，经过砂光、磨边倒角的表面处理工序，即制得成品硅酸钙板。
所述增强纤维是指将废旧牛皮纸或者废报纸在纤维疏解机中疏解，然后用打浆机打浆至叩解度为33 SR，增强纤维的浓度为5％。
实例五
氧化石墨烯改性无石棉纤维增强硅酸钙板的的制备
（1）按质量份数：增强纤维12份、石英粉48份、水泥15份、消石灰粉18份、氧化石墨烯溶液0.4份、水玻璃1.5份混合均匀，制成浓度为13%的板胚料浆，所用水玻璃的模数为3；水泥为标号42.5R的普通硅酸盐水泥；
（2）将板坯料浆经过自然脱水、真空抽吸滤水后，再通过流浆制板机制得板坯；
（3）将板坯在70℃下预养护8h后进行脱模，再置于蒸压釜中，在183℃下蒸养19h，制成半成品板材；
（4）将半成品板材经过烘干机烘干至板材中水分含量为6％后，经过砂光、磨边倒角的表面处理工序，即制得成品硅酸钙板。
所述增强纤维是指将废旧牛皮纸或者废报纸在纤维疏解机中疏解，然后用打浆机打浆至叩解度为35 SR，增强纤维的浓度为4％。
实施例1～5产品性能测试结果
检测本发明提供的实施例1～5 所生产的硅酸钙板的抗折强度、可燃性以及密度，并与市售的硅酸钙板（规格为：1220×2440×8）进行对比，检测结果见表1。
表1实施例1-5生产的硅酸钙板与市售硅酸钙的性能对比表
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以上结果表明，本专利产品的主要性能均达到或优于市场应用的要求，符合未来可持续发展对硅酸钙板安全、环保的要求，具有良好的发展前景。

Claims (4)

1.一种氧化石墨烯改性无石棉纤维增强硅酸钙板的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一：氧化石墨稀溶液的制备
按质量份数：
依次将50份质量分数98%浓硫酸、5份石墨粉和5份硝酸钠加入到反应器中，搅拌并控制体系温度小于10℃，再将18份高锰酸钾分次加入反应器中，1.5小时内加完；
升温到35℃反应9小时，再升温至80℃反应1小时，然后在10分钟内加入600份去离子水；
最后滴加质量分数为30%的过氧化氢至没有气泡产生；
真空过滤，洗涤至 pH值为7，超声波分散2h得到氧化石墨烯溶液，控制其质量分数为0.65%；
步骤二：氧化石墨烯增强增韧粉煤灰制硅酸钙坯板的制备
按质量份数：
增强纤维10～15份、石英粉40～60份、水泥10～25份、消石灰粉15～20份、氧化石墨烯0.2～0.4份、水玻璃1～2份混合均匀，制成浓度为10～15%的板胚料浆；
将板坯料浆经过自然脱水、真空抽吸滤水后，再通过流浆制板机制得板坯；
步骤三：氧化石墨烯增强增韧粉煤灰制硅酸钙成品板的制备
将板坯在60～70℃下预养护6～8h后进行脱模，再置于蒸压釜中，在180～183℃下蒸养16～20h，制成半成品板材；
将半成品板材经过烘干机烘干至板材中水分含量为5～8％后，经过砂光、磨边倒角的表面处理工序，即制得成品硅酸钙板。
2.根据权利要求1 所述的氧化石墨烯改性无石棉纤维增强硅酸钙板的制备方法，其特征在于，所述增强纤维为废旧牛皮纸或者废报纸经过纤维疏解机中疏解，用打浆机打浆至叩解度为32～35SR以及浓度为3～6％的纤维。
3.根据权利要求1 所述的氧化石墨烯改性无石棉纤维增强硅酸钙板的制备方法，其特征在于，所述石英粉的SiO2 含量大于95％，细度大于400目。
4.根据权利要求1 所述的一种氧化石墨烯改性无石棉纤维增强硅酸钙板的制备方法，其特征在于所述水玻璃的模数为3，所述水泥为标号42.5R的普通硅酸盐水泥。
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