CN111620577A - 一种具有净化功能的机喷面层抹灰石膏及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开一种具有净化功能的机喷面层抹灰石膏，所述机喷面层抹灰石膏包括预处理的磷石膏粉、固化剂、水、缓凝剂、保水剂、净化剂以及任选地，促进剂。所述预处理的磷石膏、所述固化剂、所述水、所述缓凝剂、所述保水剂、所述净化剂的质量比为100∶(1.5‑5)∶(200‑300)∶(2‑5)∶(5‑25)∶(0.5‑2)。本申请还提供所述具有净化功能的机喷面层抹灰石膏的制备方法。本申请的机喷面层抹灰石膏实现了磷石膏的再利用；消除磷石膏粉中的可溶磷和氟的危害；有效固化磷石膏中的有害杂质离子。

Description

一种具有净化功能的机喷面层抹灰石膏及其制备方法
技术领域
本申请涉及但不限于建筑材料领域，具体地，涉及但不限于一种具有净化功能的机喷面层抹灰石膏及其制备方法。
背景技术
抹灰石膏是近年来发展迅速的新型找平材料，其主要是以石膏为主要胶凝材料，加入掺合料、外加剂等制成的抹灰材料，广泛应用于内墙及顶板的找平及装饰。在建筑工程中，抹灰石膏具有良好的和易性、流动性、保水性、保温隔热性能和适当的防火性能。采用抹灰石膏涂抹后的墙面致密平整，且能够调节室内湿度。因此，抹灰石膏是一种材料性能、施工性能和使用功能良好的墙体抹灰找平材料，广泛应用于工业与民用建筑。
近年来，抹灰石膏代替石灰砂浆和水泥砂浆抹灰是建筑墙面装饰装修的一个发展趋势。机喷面层抹灰石膏成为建筑内墙抹灰材料发展的新亮点。利用机喷面层抹灰石膏进行抹面工程，可有效实现节约工程总造价、节约人工费，加快工程施工进度，成为大型建筑工地的迫切需求。另一方面制备具有净化功能的面层抹灰石膏，利用了墙体的面积大的特点还能起到净化空气的作用。
磷石膏是湿法制取磷酸过程的工业副产品，每生产1吨磷酸约产生5吨的磷石膏，目前我国磷石膏累计堆存量已超3亿吨。特别地，自2018年起，国家将向排污企业征收25元/吨的固废环境保护税，因此磷石膏这种再生石膏资源的利用刻不容缓。
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。
目前的抹灰石膏以脱硫石膏和建筑石膏为石膏来源的较多，但是，采用磷石膏制备抹灰石膏的研究鲜有报道。因为磷石膏酸度大、杂质含量高、使用效果不稳定，直接用来替代天然石膏或脱硫石膏制备抹灰石膏，产品凝结时间快、工作性能不好，粘聚性差、机械喷涂后面层易脱落，施工的整体效果不好。
在对现有技术进行悉心研究的基础上，本申请的发明人发现将磷石膏进行无害化预处理，让其中的有害杂质在磷石膏胶结过程中固化，呈现化学惰性，是一种实现磷石膏再利用的有效方式。本申请对磷石膏进行预处理，利用固化剂在石膏胶结固化过程中使杂质离子固化，不扩散迁移，使得磷石膏满足普通建筑石膏的使用要求。
此外，现阶段机械抹灰石膏产品的制备技术和施工技术并不成熟，利用磷石膏这种工业固废生产适合机械喷涂且具有净化功能的抹灰石膏技术更是空白。本申请在对磷石膏进行预处理的基础上，进一步地，通过缓凝剂与保水剂相互配合，制备得到满足机械喷涂工作性能和产品质量要求抹灰石膏产品，该抹灰石膏流动性、粘聚性、保水性优良，适合机械喷涂，另外该面层抹灰石膏还兼具净化甲醛的能力，是符合国家和行业标准要求的能净化空气的机喷面层抹灰石膏。
具体地，本申请提供了一种具有净化功能的机喷面层抹灰石膏，所述面层抹灰石膏的原料包括如下组分：预处理的磷石膏粉、固化剂、水、缓凝剂、保水剂和净化剂。
在一些实施方式中，预处理的磷石膏粉、固化剂、水、缓凝剂、保水剂、净化剂的质量比可以为100∶(1.5-5)∶(200-300)∶(2-5)∶(5-25)∶(0.5-2)。
在一些实施方式中，所述预处理的磷石膏粉可以通过调节磷石膏的pH值至中性或弱碱性，并经过煅烧、陈化、粉磨以及过筛处理得到。
在一些实施方式中，可以将磷石膏的pH值调节至6.5-8。
在一些实施方式中，生石灰掺加量可以为磷石膏用量的0.2质量％-1.0质量％。
在一些实施方式中，可以将预处理的磷石膏粉在150-200℃下煅烧。
在一些实施方式中，可以将预处理的磷石膏粉煅烧1.5-4小时。
在一些实施方式中，可以将预处理的磷石膏粉陈化24-72小时。
在一些实施方式中，可以将预处理的磷石膏粉粉磨3-10分钟。
在一些实施方式中，可以将预处理的磷石膏粉过50目-200目筛。
在一些实施方式中，可以将预处理的磷石膏粉在150-200℃下煅烧1.5-4小时，陈化24-72小时后，粉磨3-10分钟，过50目-200目筛。
在一些实施方式中，可以将中和处理的磷石膏粉在160℃煅烧2小时，陈化48小时后粉磨5分钟。
在一些实施方式中，可以将中和处理的磷石膏粉在180℃煅烧2小时，陈化48小时后粉磨5分钟。
在一些实施方式中，可以在过80目筛后得到的磷石膏粉。
在一些实施方式中，能通过200目筛的粉体含量不低于30质量％。
生石灰CaO与磷石膏中的可溶性P2O5、F-发生反应生成惰性物质，可消除可溶磷和氟的危害。
在一些实施方式中，所述固化剂可以为无机固化剂(例如氟硅酸盐类固化剂)以及有机固化剂(例如胺类固化剂)中的任意一种或更多种，当所述固化剂为胺类固化剂时，所述抹灰石膏还可以包括促进剂。
在一些实施方式中，所述胺类固化剂与促进剂的质量比可以为1∶(0.5-1)
在一些实施方式中，所述氟硅酸盐类固化剂可以选自氟硅酸镁、氟硅酸锌、氟硅酸钙和氟硅酸钠中的任意一种或更多种。
在一些实施方式中，所述胺类固化剂可以选自4，4’-二氨基二苯基甲烷、三乙烯四胺，二乙烯三胺、N-羟甲基丙烯酰胺、聚丙稀苯胺、间苯二胺和四乙基溴化胺中的任意一种或更多种。
在一些实施方式中，所述促进剂可以选自水杨酸、甲醛、苯甲醛、甲醇、乙醇、正丙醇、叔丁醇、异丁醇和环己醇中的任意一种或更多种。
本申请的发明人发现，预处理磷石膏工艺过程中煅烧可消除磷石膏中的有机物，生石灰CaO调节PH的同时与磷石膏中的可溶性P2O5、F-发生反应生成惰性物质，可消除可溶磷和氟的危害。
采用上述固化剂作用于磷石膏后，能有效阻止杂质离子对石膏颗粒间双电层结构的破坏和损伤，限制杂质离子的交换活动。经研究，其原因在于，固化剂产生的化学力能封闭杂质离子的扩散路径，使磷石膏颗粒凝聚力增强，在磷石膏遇水凝结硬化的过程中胶结固化，不再渗透扩散出磷石膏。
在一些实施方式中，所述缓凝剂可以选自柠檬酸、柠檬酸钠、六偏磷酸钠、硼砂和蛋白质类缓凝剂中的任意一种或更多种。
在一些实施方式中，所述蛋白质类缓凝剂可以选自骨胶蛋白质缓凝剂和降解聚酰胺经钙盐化而成的蛋白质类石膏缓凝剂中的任意一种或更多种。
在一些实施方式中，所述保水剂可以选自羟丙基甲基纤维素、聚丙烯酸钠和聚丙烯酰胺中的任意一种或更多种。
在一些实施方式中，所述羟丙基甲基纤维素可以为粘度等级为40000Pa.s～200000Pa.s的缓溶性羟丙基甲基纤维素。
在一些实施方式中，所述羟丙基甲基纤维素可以为粘度等级为60000Pa.s～100000Pa.s的缓溶性羟丙基甲基纤维素。
在一些实施方式中，所述净化剂可以选自纳米二氧化钛(TiO2)；磷酸二氧化钛；氧化锌(ZnO)；氧化锡(SnO2)；二氧化锆(ZrO2)；硫化镉(CdS)中的一种或多种。
本申请还提供了所述机喷面层抹灰石膏的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
将所述预处理的磷石膏、固化剂、缓凝剂、保水剂、净化剂以及任选地促进剂混合均匀，得到抹灰石膏粉；
在施工现场将所述抹灰石膏粉与水混合均匀，得到所述机喷面层抹灰石膏。
在制备方法的一些实施方式中，预处理的磷石膏粉∶固化剂∶水∶缓凝剂∶保水剂的质量比可以为100∶(1.5-5)∶(200-300)∶(2-5)∶(5-25)∶(0.5-2)。
在制备方法的一些实施方式中，所述固化剂可以为无机固化剂(例如氟硅酸盐类固化剂)以及有机固化剂(例如胺类固化剂)中的任意一种或更多种，当所述固化剂为胺类固化剂时，还可以包括促进剂。
在制备方法的一些实施方式中，胺类固化剂与促进剂的质量比可以为1∶(0.5-1)。
在制备方法的一些实施方式中，所述氟硅酸盐类固化剂可以选自选自氟硅酸镁、氟硅酸锌、氟硅酸钙和氟硅酸钠中的任意一种或更多种。
在制备方法的一些实施方式中，所述胺类固化剂可以选自4，4-二氨基二苯基甲烷、三乙烯四胺，二乙烯三胺、N-羟甲基丙烯酰胺、聚丙稀苯胺、间苯二胺和四乙基溴化胺中的任意一种或更多种。
在制备方法的一些实施方式中，所述促进剂可以选自水杨酸、甲醛、苯甲醛、甲醇、乙醇、正丙醇、叔丁醇、异丁醇和环己醇中的任意一种或更多种。
在制备方法的一些实施方式中，所述缓凝剂可以选自柠檬酸、柠檬酸钠、六偏磷酸钠、硼砂和蛋白质类缓凝剂中的任意一种或更多种。
在制备方法的一些实施方式中，所述蛋白质类缓凝剂可以选自骨胶蛋白质缓凝剂和降解聚酰胺经钙盐化而成的蛋白质类石膏缓凝剂中的任意一种或更多种。
在制备方法的一些实施方式中，所述保水剂可以选自羟丙基甲基纤维素、聚丙烯酸钠和聚丙烯酰胺中的任意一种或更多种。
在制备方法的一些实施方式中，所述羟丙基甲基纤维素可以为粘度等级为40000Pa.s～200000Pa.s的缓溶性羟丙基甲基纤维素。
在制备方法的一些实施方式中，所述羟丙基甲基纤维素可以为粘度等级为60000Pa.s～100000Pa.s的缓溶性羟丙基甲基纤维素。
在制备方法的一些实施方式中，所述净化剂可以选自纳米二氧化钛(TiO2)；磷酸二氧化钛；氧化锌(ZnO)；氧化锡(SnO2)；二氧化锆(ZrO2)；硫化镉(CdS)中的一种或多种，优选纳米二氧化钛。
本申请与现有技术相比具有的有益效果在于：
1、采用的磷石膏粉经中和、煅烧、陈化、固化之后，能够达到建筑石膏的国家标准，有害元素不渗透，替代了传统的天然石膏与脱硫石膏，实现固体废弃物的再利用；
2、使用生石灰进行改性处理，可消除磷石膏粉中的可溶磷和氟的危害，工艺简单，成本低廉；
3、采用固化剂，能有效固化磷石膏中的有害杂质离子，增强磷石膏颗粒的凝聚力，使有害杂质离子不再渗透扩散出磷石膏；
4、缓凝剂与保水剂相互配合，制备得到的抹灰石膏流动性、粘聚性、保水性优良，能够适合机械喷涂，机械化抹灰代替人工抹灰，可以大大提高施工效率，缩短工期，简化施工工序；
5、净化剂选自纳米二氧化钛喷涂到物体表面呈现为无机酸非晶体聚合物薄膜，干燥后形成纳米尺寸的微细孔结构，在光的作用下(紫外光与可见光均可)照射发生催化作用，产生具有强氧化作用的氢氧自由基(·OH)，有效降解空气中有毒害气体。
6、净化剂与抹灰石膏结合，大面积、充分接触室内空气，净化效果良好。
7、制备得到的机喷面层抹灰石膏各项力学性能均满足要求，解决了普通抹灰石膏无法机械化施工的难题。
本申请具有净化功能的机喷面层抹灰石膏及其制备方法，为利用磷石膏替代脱硫石膏和建筑石膏生产机喷抹灰石膏开辟了新路子，是磷石膏资源化利用的一条途径。
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、权利要求书所特别指出的结构来实现和获得。
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。
以下实施例中所使用的原料均为普通市售产品。
实施例1
步骤1：以磷石膏用量的0.3质量％的生石灰调节磷石膏粉的pH值至6.8，得到中和处理的磷石膏粉。
步骤2：将中和处理的磷石膏粉在马沸炉中160℃煅烧2小时，陈化48小时后粉磨5分钟，过80目筛，得到预处理的磷石膏粉，其中能通过200目筛的粉体的含量为32质量％。
步骤3：称量各组分：其中预处理的磷石膏粉100重量份、氟硅酸镁固化剂2重量份、水220重量份、骨胶蛋白质缓凝剂2.3重量份、粘度60000Pa.s的羟丙基甲基纤维素(HPMC)保水剂20重量份、纳米二氧化钛0.6重量份。
步骤4：将预处理的磷石膏粉、固化剂、缓凝剂、保水剂、净化剂混合均匀，得到抹灰石膏粉。
步骤5：在施工现场将混合好的抹灰石膏粉与水混合，即可得到可以机械化施工的机喷面层抹灰石膏。
实施例2
步骤1：以磷石膏用量的0.5质量％的生石灰调节磷石膏粉的pH值至7.2，得到中和处理的磷石膏粉。
步骤2：将中和处理的磷石膏粉在马沸炉中180℃煅烧2小时，陈化48小时后粉磨5分钟，过80目筛，得到预处理的磷石膏粉，其中能通过200目筛的粉体的含量为30质量％。
步骤3：称量各组分：其中预处理的磷石膏粉100重量份、氟硅酸钠固化剂4重量份、水250重量份、降解聚酰胺经钙盐化而成的蛋白质类石膏缓凝剂4.6重量份、粘度80000Pa.s的羟丙基甲基纤维素(HPMC)保水剂15重量份、纳米二氧化钛1.0重量份。
步骤4：将预处理的磷石膏粉、固化剂、缓凝剂、保水剂、净化剂混合均匀，得到抹灰石膏粉。
步骤5：在施工现场将混合好的抹灰石膏粉与水混合，即可得到可以机械化施工的机喷面层抹灰石膏。
实施例3
步骤1：以磷石膏用量的0.8质量％的生石灰调节磷石膏粉的pH值至7.8，得到中和处理的磷石膏粉。
步骤2：将中和处理的磷石膏粉在马沸炉中160℃煅烧2小时，陈化48小时后粉磨5分钟，过80目筛，得到预处理的磷石膏粉，其中能通过200目筛的粉体的含量为33质量％。
步骤3：称量各组分：其中预处理的磷石膏粉100重量份、N-羟甲基丙烯酰胺固化剂4.6重量份、水杨酸促进剂3.0重量份、水280重量份、降解聚酰胺经钙盐化而成的蛋白质类石膏缓凝剂4.0重量份、粘度100000Pa.s的羟丙基甲基纤维素(HPMC)保水剂10重量份、纳米二氧化钛1.8重量份。
步骤4：将预处理的磷石膏粉、固化剂、促进剂、缓凝剂、保水剂、净化剂混合均匀，得到抹灰石膏粉。
步骤5：在施工现场将混合好的抹灰石膏粉与水混合，即可得到可以机械化施工的机喷面层抹灰石膏。
对比例1
步骤1：称量各组分：未预处理的磷石膏粉100重量份、水280重量份、降解聚酰胺经钙盐化而成的蛋白质类石膏缓凝剂4.0重量份、粘度100000Pa.s的羟丙基甲基纤维素(HPMC)的保水剂10重量份。
步骤2：将未预处理的磷石膏粉、缓凝剂、保水剂混合均匀，得到抹灰石膏粉。
步骤3：在施工现场将混合好的抹灰石膏粉与水混合，得到抹灰石膏产品。
对比例2
磷石膏粉使用固化剂处理，不使用净化剂
步骤1：以磷石膏用量的0.3质量％的生石灰调节磷石膏粉的pH值至6.8，得到中和处理的磷石膏粉。
步骤2：将中和处理的磷石膏粉在马沸炉中160℃煅烧2小时，陈化48小时后粉磨5分钟，过80目筛，得到预处理的磷石膏粉，其中能通过200目筛的粉体的含量为32质量％。
步骤3：称量各组分：其中预处理的磷石膏粉100重量份、氟硅酸镁固化剂2重量份、水220重量份、骨胶蛋白质缓凝剂2.3重量份、粘度60000Pa.s的羟丙基甲基纤维素(HPMC)保水剂20重量份。
步骤4：将预处理的磷石膏粉、固化剂、缓凝剂、保水剂混合均匀，得到抹灰石膏粉。
步骤5：在施工现场将混合好的抹灰石膏粉与水混合，即可得到可以机械化施工的机喷面层抹灰石膏。
对比例3
市售普通机喷面层抹灰石膏，购买自芜湖和业建材科技有限公司，由天然石膏制成。
对比例4
市售普通机喷面层抹灰石膏，购买自无锡轩亚建筑材料有限公司，由脱硫石膏制成。
依据GB/T28627-2012《抹灰石膏》，对实施例得到的抹灰石膏基本性能进行检测，结果如表1所示。抹灰石膏属于不具有装饰功能的喷涂材料，因此参照JCT-1074-2008-《室内空气净化功能涂覆材料净化性能》中II类产品标准进行判定其净化性能和净化效果持久性。
表1面层抹灰石膏基本性能
Figure BDA0002017691310000101
表2面层抹灰石膏净化效果
Figure BDA0002017691310000102
从表1可以看出，实施例1、2、3得到的机喷面层抹灰石膏浆，初凝时间大于1小时，终凝时间远远小于8小时，保水率在97％以上，抗折强度、抗压强度、拉伸粘结强度、净化效率均满足国家标准及行业标准要求，且各项指标均高于市售产品。
对比例1与对比例2，实施例1、2、3相比，说明未预处理的磷石膏粉，不使用固化剂、得到的抹灰石膏的指标均不能满足国家标准要求。
实施例1与对比例2对比，说明添加纳米二氧化钛净化剂的抹灰石膏具备净化功能，净化效果良好。
实施例1、2、3的稠度明显高于对比例3、4的市售产品，则抹灰石膏浆体的流动性大。工作性好，适合机械喷涂。另外浆体保水率高、几乎无泌水，拉伸粘结强度大、浆体粘聚性好，则抹灰石膏的施工效果好于市售产品。
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 (10)

1.一种具有净化功能的机喷面层抹灰石膏，所述机喷面层抹灰石膏包括预处理的磷石膏粉、固化剂、水、缓凝剂、保水剂、净化剂以及任选地，促进剂。
2.根据权利要求1所述的具有净化功能的机喷面层抹灰石膏，其中，所述预处理的磷石膏、所述固化剂、所述水、所述缓凝剂、所述保水剂、所述净化剂的质量比为100∶(1.5-5)∶(200-300)∶(2-5)∶(5-25)∶(0.5-2)。
3.根据权利要求1或2所述的具有净化功能的机喷面层抹灰石膏，其中，所述预处理的磷石膏通过以下方法来制备：
调节磷石膏的pH，煅烧，陈化，粉磨以及过筛。
4.根据权利要求3所述的具有净化功能的机喷面层抹灰石膏，其中，
用生石灰将所述磷石膏的pH调节至6.5-8，
生石灰掺加量为所述磷石膏用量的0.2质量％-1.0质量％，
将磷石膏在150℃-200℃下煅烧1.5-4小时，陈化24-72小时，粉磨3-10分钟，过50目-200目筛。
5.根据权利要求1或2所述的具有净化功能的机喷面层抹灰石膏，其中，所述固化剂为无机固化剂例如氟硅酸盐类固化剂；或有机固化剂例如胺类固化剂，
当所述固化剂为胺类固化剂时，所述机喷面层抹灰石膏还包括促进剂，所述胺类固化剂与所述促进剂的质量比为1∶(0.5-1)。
6.根据权利要求5所述的具有净化功能的机喷面层抹灰石膏，其中，所述氟硅酸盐类固化剂选自氟硅酸镁、氟硅酸锌、氟硅酸钙和氟硅酸钠中的任意一种或更多种，
所述胺类固化剂选自4，4’-二氨基二苯基甲烷、三乙烯四胺，二乙烯三胺、N-羟甲基丙烯酰胺、聚丙稀苯胺、间苯二胺和四乙基溴化胺中的任意一种或更多种。
7.根据权利要求5所述的具有净化功能的机喷面层抹灰石膏，其中，所述促进剂选自水杨酸、甲醛、苯甲醛、甲醇、乙醇、正丙醇、叔丁醇、异丁醇和环己醇中的任意一种或更多种。
8.根据权利要求1或2所述的具有净化功能的机喷面层抹灰石膏，其中，所述缓凝剂选自柠檬酸、柠檬酸钠、六偏磷酸钠、硼砂和蛋白质类缓凝剂中的任意一种或更多种，
所述保水剂选自羟丙基甲基纤维素、聚丙烯酸钠和聚丙烯酰胺中的任意一种或更多种，其中所述羟丙基甲基纤维素为粘度等级为40000Pa.s～200000Pa.s的缓溶性羟丙基甲基纤维素，
所述净化剂选自纳米二氧化钛(TiO2)、磷酸二氧化钛、氧化锌(ZnO)、氧化锡(SnO2)、二氧化锆(ZrO2)、硫化镉(CdS)中的任一种或更多种。
9.根据权利要求8所述的具有净化功能的机喷面层抹灰石膏，其中，所述缓凝剂选自骨胶蛋白质缓凝剂和降解聚酰胺经钙盐化而成的蛋白质类石膏缓凝剂。
10.权利要求1-9中任一项所述的具有净化功能的机喷面层抹灰石膏的制备方法，所述制备方法包括：
将所述预处理的磷石膏、固化剂、缓凝剂、保水剂、净化剂以及任选地促进剂混合均匀，得到抹灰石膏粉；
在施工现场将所述抹灰石膏粉与水混合均匀，得到所述机喷面层抹灰石膏。
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