CN112408936B - 一种提高石膏基材料力学性能的方法 - Google Patents

一种提高石膏基材料力学性能的方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于建筑材料领域，尤其涉及一种提高石膏基材料力学性能的方法，该方法包括以下步骤：a)将石膏粉、增强剂、增韧剂、增硬剂和水混合，得到石膏浆料；所述增强剂包括丙烯酸类聚合物、多异氰酸酯聚酯、聚醇酸树脂等；所述增韧剂包括玻璃纤维、纸纤维、木质纤维；所述增硬剂包括硅酸钠、石英粉、沙子；b)将所述石膏浆料凝固成型，之后进行干燥，得到高强度石膏基材料。本发明提供的方法通过将特定种类的增强剂、增韧剂和增硬剂掺加到石膏中，大幅度提高了石膏基材料的抗折强度、硬度和抗剪切强度，该方法解决了传统石膏基材料力学性能较差的问题，其制备的石膏基材料的力学强度和握钉力可媲美木工板，且具有比木工板更高的防火等级。

Description

一种提高石膏基材料力学性能的方法
技术领域
本发明属于建筑材料领域，尤其涉及一种提高石膏基材料力学性能的方法。
背景技术
石膏材料作为绿色环保材料，具有重量轻、隔声更热、施工方便等优点，被广泛应用于各式建筑。但由于传统石膏材料存在抗压强度和剪切力较低的问题，无法提供足够的支撑力，因此只能作为隔墙和填充材料，极大的限制了石膏材料的应用领域。
为了提高石膏基材料强度和剪切力，中国专利201710648917.6公布一种高强石膏板制备工艺，采用丙烯酸单体、NN-亚甲基双丙烯酰胺、毛竹纤维提高强度。中国专利201810984640.9公布了用上玻纤网和下玻纤网制备高强度网面石膏材料。中国专利201711465905.6公布了采用陶瓷粉末、水泥和聚氧化乙烯提高石膏硬度。中国专利201610984725.8公布了采用聚丙烯酸酯和聚乙烯醇乳液提高石膏强度。虽然添加各种增强剂后石膏的强度得到提高，但仍然达不到支撑或悬挂重物要求。
由此可见，探究如何提高石膏材料的力学性能，对于推动石膏材料的发展，拓展石膏材料的应用领域，提高石膏材料在建筑材料市场中的份额占比，具有十分重要的意义。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种提高石膏基材料力学性能的方法，本发明提供的方法可以显著提高石膏基材料的力学性能，且该方法工艺过程易于控制，经济性好。
本发明提供了一种提高石膏基材料力学性能的方法，包括以下步骤：
a)将石膏粉、增强剂、增韧剂、增硬剂和水混合，得到石膏浆料；
所述增强剂包括丙烯酸类聚合物、多异氰酸酯聚酯、聚醇酸树脂、聚醋酸乙烯酯类聚合物、聚丙烯酰胺类聚合物、酚醛树脂、脲醛树脂、三聚氰胺树脂和环氧树脂中的一种或多种；所述增韧剂包括玻璃纤维、纸纤维和木质纤维中的一种或多种；所述增硬剂包括硅酸钠、石英粉和沙子中的一种或多种；
b)将所述石膏浆料凝固成型，之后进行干燥，得到高强度石膏基材料。
优选的，以重量份数计，所述石膏浆料包括：
Figure BDA0002760691640000021
优选的，所述石膏粉的半水相含量≥75wt％，无水相含量≤5wt％，二水相含量≤3wt％。
优选的，所述石膏粉的D10粒径为1～1.5μm，D25粒径为6.5～7.5μm，D50粒径为20～25μm，D75粒径为45～50μm，D90粒径为70～80μm。
优选的，所述增强剂包括丙烯酸类聚合物、聚醇酸树脂和聚醋酸乙烯酯类聚合物，所述丙烯酸类聚合物、聚醇酸树脂和聚醋酸乙烯酯类聚合物的质量比为1：(0.5～2)：(0.5～2)；
或，所述增强剂包括丙烯酸类聚合物、聚醋酸乙烯酯类聚合物和酚醛树脂，所述丙烯酸类聚合物、聚醋酸乙烯酯类聚合物和酚醛树脂的质量比为1：(0.5～2)：(1～3)；
或，所述增强剂包括聚醋酸乙烯酯类聚合物、酚醛树脂和环氧树脂，所述聚醋酸乙烯酯类聚合物、酚醛树脂和环氧树脂的质量比为1：(1～3)：(1～3)。
优选的，所述增韧剂的纤维直径为7～30μm；所述增韧剂的纤维长度为5～20mm。
优选的，所述步骤a)具体包括：
a1)将增强剂与部分水混合，得到增强剂溶液；将石膏粉、增韧剂和增硬剂混合，得到混合粉料；
a2)将所述增强剂溶液、混合粉料和余量的水混合，得到石膏浆料。
优选的，所述进行干燥的具体过程包括：
先在第一温度下进行初次干燥，之后再在第二温度下进行再次干燥；
所述第一温度为100～200℃；所述第二温度为30～80℃。
优选的，所述初次干燥的环境相对湿度为5～20％；所述初次干燥的时间为0.5～2h。
优选的，所述再次干燥的环境相对湿度为10～30％。
与现有技术相比，本发明提供了一种提高石膏基材料力学性能的方法。本发明提供的方法包括以下步骤：a)将石膏粉、增强剂、增韧剂、增硬剂和水混合，得到石膏浆料；所述增强剂包括丙烯酸类聚合物、多异氰酸酯聚酯、聚醇酸树脂、聚醋酸乙烯酯类聚合物、聚丙烯酰胺类聚合物、酚醛树脂、脲醛树脂、三聚氰胺树脂和环氧树脂中的一种或多种；所述增韧剂包括玻璃纤维、纸纤维和木质纤维中的一种或多种；所述增硬剂包括硅酸钠、石英粉和沙子中的一种或多种；b)将所述石膏浆料凝固成型，之后进行干燥，得到高强度石膏基材料。本发明提供的方法通过将特定种类的增强剂、增韧剂和增硬剂掺加到石膏中，大幅度提高了石膏基材料的抗折强度、硬度和抗剪切强度，该方法解决了传统石膏基材料力学性能较差的问题，其制备的石膏基材料的力学强度和握钉力可媲美木工板，且具有比木工板更高的防火等级，具有广阔的应用前景。实验结果表明：采用本发明方法制备获得的石膏基材料的抗折强度＞5N，硬度＞540N，抗剪切强度＞1000N，单钉荷载≥25kg。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种提高石膏基材料力学性能的方法，包括以下步骤：
a)将石膏粉、增强剂、增韧剂、增硬剂和水混合，得到石膏浆料；
所述增强剂包括丙烯酸类聚合物、多异氰酸酯聚酯、聚醇酸树脂、聚醋酸乙烯酯类聚合物、聚丙烯酰胺类聚合物、酚醛树脂、脲醛树脂、三聚氰胺树脂和环氧树脂中的一种或多种；所述增韧剂包括玻璃纤维、纸纤维和木质纤维中的一种或多种；所述增硬剂包括硅酸钠、石英粉和沙子中的一种或多种；
b)将所述石膏浆料凝固成型，之后进行干燥，得到高强度石膏基材料。
在本发明提供的方法中，首先将石膏粉、增强剂、增韧剂、增硬剂和水混合均匀，得到石膏浆料。其中，所述石膏粉中的半水相(HH)含量优选为≥75wt％，具体可为80wt％；所述石膏粉中的无水相(AIII)含量优选为≤5wt％；所述石膏粉中的二水相(DH)含量优选为≤3wt％，具体可为1.5wt％。在本发明中，所述石膏粉的D10粒径优选为1～1.5μm；所述石膏粉的D25粒径优选为6.5～7.5μm；所述石膏粉的D50粒径优选为20～25μm；所述石膏粉的D75粒径优选为45～50μm；所述石膏粉的D90粒径优选为70～80μm。在本发明中，所述石膏粉的比表面积优选为3000～6000m2/g，具体可为3000m2/g、3500m2/g、4000m2/g、4500m2/g、4502m2/g、5000m2/g、5500m2/g或6000m2/g。在本发明中，所述石膏粉在石膏浆料中的含量为20～30重量份，具体可为20重量份、21重量份、22重量份、23重量份、24重量份、25重量份、26重量份、27重量份、28重量份、29重量份或30重量份。
在本发明提供的方法中，所述增强剂包括丙烯酸类聚合物、多异氰酸酯聚酯、聚醇酸树脂、聚醋酸乙烯酯类聚合物、聚丙烯酰胺类聚合物、酚醛树脂、脲醛树脂、三聚氰胺树脂和环氧树脂中的一种或多种。在本发明中，所述丙烯酸类聚合物优选为聚丙烯酸乳液；所述聚丙烯酸乳液的固含量优选为30～50wt％，具体可为30wt％、35wt％、40wt％、45wt％或50wt％；所述聚丙烯酸乳液在25℃下的粘度优选为10～15pa.s，具体可为10pa.s、11pa.s、12pa.s、13pa.s、14pa.s或15pa.s。在本发明中，所述聚醇酸树脂的牌号优选为389-9A，该牌号的聚醇酸树脂优选由山东奥辉漆业有限公司提供。在本发明中，所述聚醋酸乙烯酯类聚合物优选为聚醋酸乙烯酯和/或聚醋酸乙烯酯-乙烯共聚物乳液；所述聚醋酸乙烯酯的牌号优选为6036，该牌号的聚醋酸乙烯酯优选由长春化工有限公司提供；所述聚醋酸乙烯酯-乙烯共聚物乳液中聚醋酸乙烯酯在共聚物中的含量优选为15～40wt％，具体可为15wt％、20wt％、25wt％、30wt％、35wt％或40wt％；所述聚醋酸乙烯酯-乙烯共聚物乳液的固含量优选为5～20wt％，具体可为5wt％、10wt％、15wt％或20wt％；所述聚醋酸乙烯酯-乙烯共聚物乳液在25℃下的粘度优选为20～50Mpa.s，具体可为20Mpa.s、25Mpa.s、30Mpa.s、35Mpa.s、40Mpa.s、45Mpa.s或50Mpa.s。在本发明中，所述酚醛树脂的牌号优选为9021，该牌号的酚醛树脂优选由山东润达新材料有限公司提供。在本发明中，所述环氧树脂的牌号优选为RDP-777，该牌号的环氧树脂优选由山东润达新材料有限公司提供。在本发明提供的一个实施例中，所述增强剂包括丙烯酸类聚合物、聚醇酸树脂和聚醋酸乙烯酯类聚合物，所述丙烯酸类聚合物、聚醇酸树脂和聚醋酸乙烯酯类聚合物的质量比优选为1：(0.5～2)：(0.5～2)，具体可为1:1:1。在本发明提供的另一个实施例中，所述增强剂包括丙烯酸类聚合物、聚醋酸乙烯酯类聚合物和酚醛树脂，所述丙烯酸类聚合物、聚醋酸乙烯酯类聚合物和酚醛树脂的质量比优选为1：(0.5～2)：(1～3)，具体可为1:1:2。在本发明提供的其他实施例中，所述增强剂包括聚醋酸乙烯酯类聚合物、酚醛树脂和环氧树脂，所述聚醋酸乙烯酯类聚合物、酚醛树脂和环氧树脂的质量比优选为1：(1～3)：(1～3)，具体可为1:2:2。在本发明中，所述增强剂在石膏浆料中的含量为0.5～5重量份，具体可为0.5重量份、0.6重量份、0.7重量份、0.8重量份、0.9重量份、1重量份、1.1重量份、1.2重量份、1.3重量份、1.4重量份、1.5重量份、2重量份、2.5重量份、3重量份、3.5重量份、4重量份、4.5重量份或5重量份。
在本发明提供的方法中，所述增韧剂包括玻璃纤维、纸纤维和木质纤维中的一种或多种；所述增韧剂的纤维直径优选为7～30μm，具体可为7μm、8μm、9μm、10μm、11μm、12μm、13μm、14μm、15μm、16μm、17μm、18μm、19μm、20μm、21μm、22μm、23μm、24μm、25μm、26μm、27μm、28μm、29μm或30μm；所述增韧剂的纤维长度优选为5～20mm，具体可为5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm、11mm、12mm、13mm、14mm、15mm、16mm、17mm、18mm、19mm或20mm。在本发明中，所述增韧剂在石膏浆料中的含量为0.2～2重量份，具体可为0.2重量份、0.3重量份、0.4重量份、0.5重量份、0.6重量份、0.7重量份、0.8重量份、0.9重量份、1重量份、1.1重量份、1.2重量份、1.3重量份、1.4重量份、1.5重量份、1.6重量份、1.7重量份、1.8重量份、1.9重量份或2重量份。
在本发明提供的方法中，所述增硬剂包括硅酸钠、石英粉和沙子中的一种或多种。在本发明中，所述增硬剂在石膏浆料中的含量为0～1重量份，具体可为0.1重量份、0.2重量份、0.3重量份、0.4重量份、0.5重量份、0.6重量份、0.7重量份、0.8重量份、0.9重量份或1重量份。
在本发明提供的方法中，所述水在石膏浆料中的含量为15～25重量份，具体可为15重量份、16重量份、17重量份、18重量份、19重量份、20重量份、21重量份、22重量份、23重量份、24重量份或25重量份。在本发明中，石膏浆料中所述水与石膏粉的质量比优选为(60～80):100，具体可为60:100、65:100、70:100、75:100或80:100。
在本发明提供的方法中，所述石膏粉、增强剂、增韧剂、增硬剂和水进行混合的具体过程优选包括：a1)将增强剂与部分水混合，得到增强剂溶液，所述增强剂溶液的浓度优选为30～50wt％；将石膏粉、增韧剂和增硬剂混合，得到混合粉料；a2)将所述增强剂溶液、混合粉料和余量的水混合，得到石膏浆料。
在本发明提供的方法中，得到石膏浆料后，将所述石膏浆料凝固成型，之后进行干燥。其中，所述干燥的具体过程优选包括：先在第一温度下进行初次干燥，之后再在第二温度下进行再次干燥。在本发明中，所述第一温度优选为100～200℃，具体可为100℃、110℃、120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃、180℃、190℃或200℃；所述初次干燥的环境相对湿度优选为5～20％，具体可为5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％或20％；所述初次干燥的时间优选为0.5～2h，具体可为0.5h、0.6h、0.7h、0.8h、0.9h、1h、1.1h、1.2h、1.3h、1.4h、1.5h、1.6h、1.7h、1.8h、1.9h或2h；所述第二温度优选为30～80℃，具体可为30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃或80℃；所述再次干燥的环境相对湿度优选为10～30％，具体可为10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％、20％、23％、25％、27％或30％；所述再次干燥的时间没有特别限定，干燥至材料恒重即可。干燥处理结束后，得到本发明提供的石膏基材料。
本发明提供的方法通过将特定种类的增强剂、增韧剂和增硬剂掺加到石膏中，大幅度提高了石膏基材料的抗折强度、硬度和抗剪切强度。该方法解决了传统石膏基材料力学性能较差的问题，其制备的石膏基材料的力学强度和握钉力可媲美木工板，且具有比木工板更高的防火等级，具有广阔的应用前景。
实验结果表明：采用本发明方法制备获得的石膏基材料的抗折强度＞5N，硬度＞540N，抗剪切强度＞1000N，单钉荷载≥25kg。
为更清楚起见，下面通过以下实施例进行详细说明。
实施例1
按重量份数计，将20份建筑石膏粉(泰山石膏一分厂，三相：AIII 5wt％、HH80wt％、DH 1.5wt％，D10为1.0～1.5μm、D25为6.5～7.5μm、D50为20～25μm、D75为45～50μm、D90为70～80μm，比表面积为4502m2/g)、16份水、1份混合增强剂，所述混合增强剂由聚醇酸树脂(389-9A，山东奥辉漆业有限公司)、聚丙烯酸乳液(25℃粘度12pa·s，固含量40wt％，巴斯夫(中国)有限公司)、聚醋酸乙烯酯-乙烯共聚物乳液(共聚物中醋酸乙烯酯含量25wt％，25℃粘度30Mpa·s，固含量10wt％，长春化工有限公司)按照质量比1:1:1混合而成，0.5份玻璃纤维(直径15μm，长12mm，泰山玻纤有限公司)，经搅拌机混合均匀后，注入40mm×40mm×160mm的模具中，凝固成型，之后在150℃下干燥1h(干燥过程中的环境相对湿度为10％)，再在45℃下干燥至恒重(干燥过程中的环境相对湿度为15％)，得到高强度石膏基材料。
按照GB/T9775-2008和GB/T9776-2008中的检测方法对所述高强度石膏基材料的力学性能进行检查，结果如表1所示：
表1实施例1石膏基材料的参数指标
抗折强度(N) 5.1
硬度(N) 543
剪切力(N) 1008
单钉荷载(Kg) 25
实施例2
按重量份数计，将30份建筑石膏粉(泰山石膏一分厂，三相：AIII 5wt％、HH80wt％、DH 1.5wt％，D10为1.0～1.5μm、D25为6.5～7.5μm、D50为20～25μm、D75为45～50μm、D90为70～80μm，比表面积为4502m2/g)、24份水、1.2份混合增强剂，所述混合增强剂由酚醛树脂(9021，山东润达新材料有限公司)、聚丙烯酸乳液(25℃粘度12pa·s，固含量40wt％，巴斯夫(中国)有限公司)、聚醋酸乙烯酯-乙烯共聚物乳液(共聚物中醋酸乙烯酯含量25wt％，25℃粘度30Mpa·s，固含量10wt％，长春化工有限公司)按照质量比2:1:1混合而成，0.5份玻璃纤维(直径15μm，长12mm，泰山玻纤有限公司)，经搅拌机混合均匀后，注入40mm×40mm×160mm的模具中，凝固成型，之后在150℃下干燥1h(干燥过程中的环境相对湿度为10％)，再在45℃下干燥至恒重(干燥过程中的环境相对湿度为15％)，得到高强度石膏基材料。
按照GB/T9775-2008和GB/T9776-2008中的检测方法对所述高强度石膏基材料的力学性能进行检查，结果如表2所示：
表2实施例2石膏基材料的参数指标
抗折强度(N) 6.0
硬度(N) 652
剪切力(N) 1136
单钉荷载(Kg) 30
实施例3
按重量份数计，将30份建筑石膏粉(泰山石膏一分厂，三相：AIII 5wt％、HH80wt％、DH 1.5wt％，D10为1.0～1.5μm、D25为6.5～7.5μm、D50为20～25μm、D75为45～50μm、D90为70～80μm，比表面积为4502m2/g)、24份水、1.2份混合增强剂，所述混合增强剂由酚醛树脂(9021，山东润达新材料有限公司)、聚醋酸乙烯酯(6036，长春化工有限公司)、环氧树脂(RDP-777，山东润达新材料有限公司)按照质量比2:1:2混合而成，0.5份玻璃纤维(直径15μm，长12mm，泰山玻纤有限公司)，经搅拌机混合均匀后，注入40mm×40mm×160mm的模具中，凝固成型，之后在150℃下干燥1h(干燥过程中的环境相对湿度为10％)，再在45℃下干燥至恒重(干燥过程中的环境相对湿度为15％)，得到高强度石膏基材料。
按照GB/T9775-2008和GB/T9776-2008中的检测方法对所述高强度石膏基材料的力学性能进行检查，结果如表3所示：
表3实施例3石膏基材料的参数指标
抗折强度(N) 6.2
硬度(N) 613
剪切力(N) 1183
单钉荷载(Kg) 35
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种提高石膏基材料力学性能的方法，包括以下步骤：
a)将石膏粉、增强剂、增韧剂、增硬剂和水混合，得到石膏浆料；
所述增强剂包括丙烯酸类聚合物、聚醇酸树脂和聚醋酸乙烯酯类聚合物，所述丙烯酸类聚合物、聚醇酸树脂和聚醋酸乙烯酯类聚合物的质量比为1：(0.5～2)：(0.5～2)；或，所述增强剂包括丙烯酸类聚合物、聚醋酸乙烯酯类聚合物和酚醛树脂，所述丙烯酸类聚合物、聚醋酸乙烯酯类聚合物和酚醛树脂的质量比为1：(0.5～2)：(1～3)；或，所述增强剂包括聚醋酸乙烯酯类聚合物、酚醛树脂和环氧树脂，所述聚醋酸乙烯酯类聚合物、酚醛树脂和环氧树脂的质量比为1：(1～3)：(1～3)；
所述增韧剂包括玻璃纤维、纸纤维和木质纤维中的一种或多种；
所述增硬剂包括硅酸钠、石英粉和沙子中的一种或多种；
b)将所述石膏浆料凝固成型，之后进行干燥，得到高强度石膏基材料。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，以重量份数计，所述石膏浆料包括：
Figure FDA0003526226110000011
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述石膏粉的半水相含量≥75wt％，无水相含量≤5wt％，二水相含量≤3wt％。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述石膏粉的D10粒径为1～1.5μm，D25粒径为6.5～7.5μm，D50粒径为20～25μm，D75粒径为45～50μm，D90粒径为70～80μm。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述增韧剂的纤维直径为7～30μm；所述增韧剂的纤维长度为5～20mm。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤a)具体包括：
a1)将增强剂与部分水混合，得到增强剂溶液；将石膏粉、增韧剂和增硬剂混合，得到混合粉料；
a2)将所述增强剂溶液、混合粉料和余量的水混合，得到石膏浆料。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述进行干燥的具体过程包括：
先在第一温度下进行初次干燥，之后再在第二温度下进行再次干燥；
所述第一温度为100～200℃；所述第二温度为30～80℃。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述初次干燥的环境相对湿度为5～20％；所述初次干燥的时间为0.5～2h。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述再次干燥的环境相对湿度为10～30％。
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