CN112358268B - 复合石膏板及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及复合石膏板及其制造方法。复合石膏板，其是以半水石膏粉和改性密胺树脂为主要原料制备得到的；所述改性密胺树脂由包括以下重量份的原料制成：170份三聚氰胺，400份甲醛溶液，3份椰油酸甲基单乙醇酰胺，20份聚乙烯醇，80份乙醇，30份二乙醇胺。本发明以半水石膏粉和改性密胺树脂为主要原料制备得到的复合石膏板可以显著地提高石膏板的强度。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合石膏板，本发明还提供这种复合石膏板的制造方法。
背景技术
石膏板是一种广泛使用的轻质、防火阻燃的建筑内装饰用无机板材，其抗折强度通常约4-8MPa，5分钟吸水率即可达到15％，存在着耐水性差、强度不高等局限，因此石膏板材通常应用于室内装饰装修，这制约了石膏板在更广泛的应用，诸如室外装饰、贴面等。
为进一步改善石膏板的性能，一种方法是在常规的石膏板基础上进行表面整饰，以制造贴面石膏板，该技术成熟且应用良好，但仍然没有根本解决石膏板自身的耐水性及高强度等性能上的需要。此外，其他方法包括采用不饱和丙烯酸单体对石膏原料(含脱硫石膏)进行改性并采用板材成型技术；通过添加纤维对石膏板进行增强；采用脲醛等树脂进行石膏板的浸渍以改进其性能等。这些方法尽管改善了石膏板的某些局部性能，但同样无法实现石膏板材在关键的技术性能(如抗折、耐压、耐水、冻融性等)上的显著提升。
发明内容
本发明人经大量研究发现，以半水石膏粉和改性密胺树脂为主要原料制备得到的复合石膏板可以显著地提高石膏板的强度。这种改性密胺树脂通过对三聚氰胺-甲醛树脂的分子结构进行改进，使其性能适合用于强化石膏的复合成型过程，并对复合石膏板材的性能具有明显的强化作用。具体地说，这种改性密胺树脂在制备过程中采用了椰油酸甲基单乙醇酰胺匹配聚乙烯醇改性密胺-甲醛树脂预聚物，在促进密胺树脂预聚物固化的同时，还可实现对石膏复合材料的强度的协同改善作用。
本发明实施例提供一种复合石膏板，其是以半水石膏粉和上述改性密胺树脂为主要原料制备得到的；其中，所述改性密胺树脂是由包括以下重量份的原料制成：170份三聚氰胺，400份甲醛溶液，3份椰油酸甲基单乙醇酰胺，20份聚乙烯醇，80份乙醇，30份二乙醇胺。由于使用了这种改性密胺树脂，使制得的石膏板具有优异的抗折强度、抗压强度、耐水性和抗冻融性。
在一些实施例中，所述改性密胺树脂固含量为55±2％左右，粘度等于或大于1600mPa.S；进一步地稳定期不低于3个月。
在一些实施例中，所述改性密胺树脂由新疆雪峰投资控股有限公司研究院提供，符合《Q/XXFKG-MF-2020复合石膏板材专用密胺树脂》标准，为市售产品。
根据本发明的实施例，所述复合石膏板的原料包括半水石膏粉和所述改性密胺树脂，半水石膏粉和所述改性密胺树脂的重量比优选为400:40-60。在该比例范围内，所述改性密胺树脂可以更好地促进半水石膏粉成型过程与密胺树脂预聚物的交联过程，通过这两个过程的协同作用，从而提高石膏板的抗折强度、抗压强度、耐水性和抗冻融性。
在一些实施例中，半水石膏粉和所述改性密胺树脂的重量比优选为400:45-55。
在一些具体实施例中，半水石膏粉和所述改性密胺树脂的重量比为400:40、400:45、400:55或400:60。
在一些实施例中，制备上述石膏板的原料还包括短切纤维。加入短切纤维可进一步提高石膏板的抗折强度。
在一些实施例中，所述短切纤维选自耐碱玻璃纤维、AR玻璃纤维、PP纤维或高强玻璃纤维中的至少一种或几种的组合，优选为耐碱玻璃纤维或AR玻璃纤维。这些短切纤维均为市售产品。
在一些实施例中，所述短切纤维的长度不低于5cm，例如5-15cm，优选5-8cm，这样更有利于增强石膏板的抗压强度与韧性。
在一些实施例中，所述短切纤维的抗拉强度2000MPa以上，弹性模量40000MPa以上。
在一些实施例中，半水石膏粉和所述短切纤维的重量比优选为400:12-18。
在一些实施例中，半水石膏粉和所述短切纤维的重量比优选为400:14-15。
在一些具体实施例中，半水石膏粉和所述短切纤维的重量比为400:12、400:13、400:14、400:15、400:16或400:18。
在一些实施例中，制备上述石膏板的原料还包括功能助剂。所述功能助剂为骨胶与硅氧烷的按重量比1:(2-12)的混合物。实验表明，加入该功能助剂可以调整复合体系的结晶与成型速度，使与改性密胺树脂交联固化协同与均衡，从而进一步提高石膏板的抗折强度、抗压强度、耐水性和抗冻融性。
在一些实施例中，功能助剂为骨胶与硅氧烷的按重量比1:10的混合物。
在一些实施例中，所述骨胶可市售购得。
在一些实施例中，所述硅氧烷选自长链烷基硅氧烷，包括十二至十八烷基三甲氧基(或乙氧基)硅氧烷，优选十六烷基三甲氧基硅氧烷。
在一些实施例中，半水石膏粉和所述功能助剂的重量比优选为400:3-5。
在一些实施例中，半水石膏粉和所述功能助剂的重量比优选为400:3.5-4.5。
在一些具体实施例中，半水石膏粉和所述功能助剂的重量比为400:3、400:3.5、400:4、400:4.2、400:4.5或400:5。
在一些实施例中，制备上述石膏板的原料还包括pH调节剂，具体可选自硫酸、盐酸、磷酸中的至少一种或几种的组合。
在一些实施例中，调整石膏板的原料体系pH至5.0-6.5。
在一些实施例中，调整石膏板的原料体系pH至5.0、5.5、6.0、6.3或6.5。
研究发现，上述制备复合石膏板的混合原料在pH值为5.0-6.5的条件下，半水石膏粉成型过程与密胺树脂预聚物的交联过程之间间具有最佳的均衡性，从而更有利于提高石膏板的抗折强度、抗压强度、耐水性和抗冻融性。
在一些具体实施例中，使用盐酸为pH调节剂。
可以理解，制备本发明石膏板的原料还包括水。
在一些实施例中，石膏板的原料体系中水的含量为15wt％-30wt％。
具体地，本发明实施例提供一种复合石膏板，由包括以下重量份的原料制成：
400份半水石膏粉，
40-60份所述改性密胺树脂，
12-18份短切纤维，
3-5份所述功能助剂，
适量pH调节剂，其用量足以使石膏板的原料体系调整至5.0-6.5。
在一些实施例中，所述复合石膏板由包括以下重量份的原料制成：
400份半水石膏粉，
45-55份所述改性密胺树脂，
14-15份短切纤维，
3.5-4.5份所述功能助剂，
适量pH调节剂，其用量足以使石膏板的原料体系调整至5.5-6.3。
本发明实施例石膏板可采用本领域常规方法制备。
为更好地提高石膏板的性能，本发明实施例还对石膏板的制造方法进行了改进。
具体地，在一些实施例中，在所述石膏板湿胚成型过程中将原料体系(pH为5.0-6.5)在一定的压力(例如20-50MPa)的恒压下湿坯成型，得到半固化湿坯，以促进半水石膏与改性密胺树脂交联的协同固化。
具体地，在一些实施例中，将半固化湿坯在70-90℃干燥4.5-6.5h，使复合板材完全干燥定型，同时实现板材的最优的综合性能与强度。
具体地，在一些实施例中，所述复合石膏板的制造方法包括：
按配比将各原料混合均匀，调整原料体系的pH为5.0-6.5；
将所得原料体系在恒压(例如20-50MPa)下湿坯成型，得到半固化湿坯；
将所得半固化湿坯干燥定型(例如在70-90℃干燥4.5-6.5h)。
基于以上研究，本发明实施例还提供上述改性密胺树脂在制备复合石膏板中的应用。优选地，制备所述复合石膏板的原料还包括半水石膏粉。
本文所述的半水石膏粉，可以采用工业脱硫石膏加工制备的半水石膏粉；也可采用以硫酸钙为主要成分的其他类型的石膏，包括石膏矿开采的石膏来源的半水石膏粉。
在一些实施例中，所述半水石膏粉是由工业脱硫石膏、磷石膏、氟石膏、天然石膏等石膏中一种或者几种经160-180℃焙烧后制得的。
在一些实施例中，所述半水石膏粉，其中的硫酸钙含量不低于85wt％，例如85wt％-90wt％。
在一些实施例中，所制备的复合石膏板达到了如下的性能指标：密度≥1.65g/cm3；抗折强度≥25MPa；抗压强度≥80MPa；弹性模量≥8000MPa；24.0h吸水率≤1.5％；冻融性50次，均未出现裂痕、分层现象，抗折强度保留率达80％以上；其不透水性优越，3d微湿痕，7d不透水。
与已有的其他板材进行比较，本发明所制备的复合石膏板的性能已经超过纤维增强水泥基、纤维石膏板以及纤维硅酸钙板等基础板材，可在石膏建筑材料、无机有机复合材料领域推广使用。
注：1为《建筑石膏及其制品》向才旺编著；2为纤维增强硅酸钙板第1部分：无石棉硅酸钙板(JC/T 564.1—2018)；3为纤维水泥平板第1部分：无石棉纤维水泥平板(JC/T412.1—2018)。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件，或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可通过正规渠道商购买得到的常规产品。本发明所述的原材料，皆可通过一般的市场途径获得。
以下所用常规密胺树脂(即非改性密胺树脂)的原料为：170份三聚氰胺，400份甲醛溶液(37％)，60份甲醇，20份丁醇，20份氢氧化钠，10份盐酸；制备过程先后采用碱性加成与酸性缩合的反应原理，通过两步反应制得。
以下所用改性密胺树脂的原料为：170份三聚氰胺，400份甲醛溶液(37％)，3份椰油酸甲基单乙醇酰胺，20份聚乙烯醇，80份乙醇，30份二乙醇胺；采用加成反应原理反应制得。该改性密胺树脂是按照《Q/XXFKG-MF-2020复合石膏板材专用密胺树脂》标准，由新疆雪峰投资控股有限公司研究院生产的市售产品。
以下所用功能助剂为骨胶与十六烷基三甲氧基硅氧烷的按重量比1:10的混合物。
以下所用短切纤维为长度5-8cm的耐碱玻璃纤维。
以下用盐酸调节pH。
实施例1-5
复合石膏板原料配方见下表1，制造方法是按配比将各原料混合均匀，调整至所需的含水量及pH；将所得原料体系在恒压(40MPa)下湿坯成型，得到半固化湿坯；将所得半固化湿坯干燥定型。具体干燥成型温度及时间见下表1。
表1实施例1-5复合石膏板的物料配比及反应条件(计量单位：重量份)
对实施例1-5复合石膏板进行检测，结果见下表2。
表2实施例1-5复合石膏板的性能参数
对比例1-8
复合石膏板原料配方见下表3，制造方法是按配比将各原料混合均匀，调整至所需的含水量及pH；将所得原料体系在恒压(40MPa)下湿坯成型，得到半固化湿坯；将所得半固化湿坯干燥定型(干燥温度76℃、干燥时间5.5h)。
表3对比例1-8复合石膏板的物料配比及反应条件(计量单位：重量份)
注：“/”表示不添加该原料；其中，对比例1、3、4采用的是改性的密胺树脂，对比例2为不添加任何密胺树脂；对比例5-8采用的是常规密胺树脂(即非改性密胺树脂)。
对对比例1-8复合石膏板进行检测，结果见下表4。
表4对比例1-8复合石膏板的各项性能参数
由表4可见，对比例1改性密胺树脂用量较低，可在一定程度上改善石膏板性能，但透水性不理想；对比例1改性密胺树脂用量太高，无法湿坯成型；对比例2不添加任何密胺树脂，其强度、透水性等性能难以满足使用需要；对比例3不添加短切纤维，其强度、透水性等性能也低于实施例1-5；对比例5-8采用常规密胺树脂，成型不完全或不完全成型，可能是破坏了石膏的晶型结构。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (20)
1.一种复合石膏板，其是以半水石膏粉和改性密胺树脂为主要原料制备得到的；其中，所述改性密胺树脂由包括以下重量份的原料制成：170份三聚氰胺，400份甲醛溶液，3份椰油酸甲基单乙醇酰胺，20份聚乙烯醇，80份乙醇，30份二乙醇胺。
2.根据权利要求1所述的复合石膏板，其中，所述改性密胺树脂固含量为55±2％，粘度等于或大于1600mPa.S。
3.根据权利要求1或2所述的复合石膏板，其中，所述半水石膏粉和所述改性密胺树脂的重量比为400:40-60。
4.根据权利要求1或2所述的复合石膏板，其中，所述半水石膏粉和所述改性密胺树脂的重量比为400:45-55。
5.根据权利要求1或2所述的复合石膏板，其中，制备所述石膏板的原料还包括短切纤维。
6.根据权利要求5所述的复合石膏板，其中，所述短切纤维选自耐碱玻璃纤维、AR玻璃纤维、PP纤维或高强玻璃纤维中的至少一种或几种的组合。
7.根据权利要求5所述的复合石膏板，其中，所述半水石膏粉和所述短切纤维的重量比为400:12-18。
8.根据权利要求7所述的复合石膏板，其中，所述半水石膏粉和所述短切纤维的重量比为400:14-15。
9.根据权利要求1、2、6-8任一项所述的复合石膏板，其中，制备所述石膏板的原料还包括功能助剂；所述功能助剂为骨胶与硅氧烷的按重量比1:(2-12)的混合物。
10.根据权利要求9所述的复合石膏板，其中，所述功能助剂为骨胶与硅氧烷的按重量比1:10的混合物。
11.根据权利要求9所述的复合石膏板，其中，所述硅氧烷选自长链烷基硅氧烷，包括十二至十八烷基三甲氧基硅氧烷、十二至十八烷基乙氧基硅氧烷。
12.根据权利要求9所述的复合石膏板，其中，所述硅氧烷为十六烷基三甲氧基硅氧烷。
13.根据权利要求9所述的复合石膏板，其中，所述半水石膏粉和所述功能助剂的重量比为400:3-5。
14.根据权利要求1、2、6-8、10-13任一项所述的复合石膏板，其中，制备所述石膏板的原料还包括pH调节剂，调整石膏板的原料体系pH至5.0-6.5。
15.根据权利要求1、2、6-8、10-13任一项所述的复合石膏板，由包括以下重量份的原料制成：
400份半水石膏粉，
40-60份所述改性密胺树脂，
12-18份短切纤维，
3-5份功能助剂，
所述功能助剂与权利要求9-12中任一项所述功能助剂相同；
适量pH调节剂，其用量足以使石膏板的原料体系调整至5.0-6.5。
16.根据权利要求1、2、6-8、10-13任一项所述的复合石膏板，由包括以下重量份的原料制成：
400份半水石膏粉，
45-55份所述改性密胺树脂，
14-15份短切纤维，
3.5-4.5份功能助剂，
所述功能助剂与权利要求9-12中任一项所述功能助剂相同；
适量pH调节剂，其用量足以使石膏板的原料体系调整至5.5-6.3。
17.权利要求1-16任一项所述复合石膏板的制备方法，包括：
按配比将各原料混合均匀，调整原料体系的pH为5.0-6.5；
将所得原料体系在恒压下湿坯成型，得到半固化湿坯；
将所得半固化湿坯干燥定型。
18.根据权利要求17所述的制备方法，其中，所述恒压为20-50MPa。
19.根据权利要求17所述的制备方法，其中，所述干燥定型的条件为在70-90℃干燥4.5-6.5h。
20.改性密胺树脂在制备复合石膏板中的应用；其中，改性密胺树脂与权利要求1或2所述改性密胺树脂相同。
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