CN113307593A - 一种轻质抹灰石膏及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本案涉及一种轻质抹灰石膏及其制备方法，是以半水脱硫石膏为主要凝胶材料，加入适量的外加剂和无机轻集料加水混制而成，其中，所述外加剂包括丙烯酸聚合物、无机纳米粒子、改性纤维素、硅烷偶联剂KH570、葡萄糖酸钠和聚醚消泡剂。本发明通过含石墨烯的丙烯酸聚合物、含碳纳米管的改性纤维素以及无机纳米粒子形成多维层状、网状结构，具有众多优异的性能，减少抹灰石膏中外加助剂种类；使制得的轻质抹灰石膏具有良好的分散稳定性、抗裂防冻性，具有较高的抗拉强度，稳定性好，有效解决使用过程中会出现的开裂、起壳等问题。

Description

一种轻质抹灰石膏及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑材料领域，具体为一种轻质抹灰石膏及其制备方法。

背景技术

随着脱硫技术条件的成熟，脱硫石膏成为现代火电厂一种主要固体废弃物。脱硫石膏作为一种工业副产石膏和天然石膏经过煅烧后得到的熟石膏粉和石膏制品在水化动力学、凝结特征、物理性能上无显著差别，并且没有放射性，不污染环境和危害健康，可替代天然石膏用作建材。

脱硫石膏用于生产建筑石膏的工艺简单，制得的抹灰石膏砂浆具有持久耐用、成本低廉等优点，但现有技术中轻质抹灰石膏的强度往往不够，容易出现开裂、起壳甚至剥落等诸多问题。

发明内容

针对现有技术中的不足之处，本发明目的在于通过改善外加剂的性能来提供一种性能优良、能满足建筑行业需求的轻质抹灰石膏，尤其适用于昼夜温差较大的地区顶棚墙面。

一种轻质抹灰石膏，是以半水脱硫石膏为主要凝胶材料，加入适量的外加剂和无机轻集料加水混制而成，其中，所述外加剂包括丙烯酸聚合物、无机纳米粒子、改性纤维素、硅烷偶联剂KH570、葡萄糖酸钠和聚醚消泡剂。

进一步地，所述丙烯酸聚合物制备步骤具体如下：

S1：将1-萘磷酸和2当量的二氯亚砜加入反应瓶中，加入甲苯溶剂以及0.1当量的DMF，于氮气保护下，60℃反应制得氯取代1-萘磷酸；

S2：将氯取代1-萘磷酸加入反应瓶中降温至-5℃，通入氮气，向反应瓶中滴加0.5当量的丙烯酸羟乙酯，滴加完成后继续搅拌反应3h；随后升至室温，加入0.3～0.6wt％的氧化石墨烯，搅拌20h，得到氧化石墨烯接枝1-萘磷酸；

S3：将氧化石墨烯接枝1-萘磷酸加入到反应瓶中，加入丙烯酸和聚乙二醇甲基丙烯酸酯超声分散30min后机械搅拌1h，随后加入过氧化苯甲酰作引发剂，升温至70℃，搅拌反应3h，得到丙烯酸聚合物。

进一步地，所述丙烯酸、聚乙二醇甲基丙烯酸酯和过氧化苯甲酰与氧化石墨烯接枝1-萘磷酸的质量比为0.5～1:1～3:0.02:1。

进一步地，所述改性纤维素的具体制备过程如下：

将羧基化碳纳米管超声分散于水溶液中，加入对氨基苯磺酸重氮盐，冰水浴中搅拌反应3h，反应完成后洗涤烘干得到磺化碳纳米管；随后分散于二甲亚砜中，超声0.5h得到分散液；将羟乙基纤维素溶解于二甲亚砜中，随后滴加至所述分散液中，加热至60℃，逐滴滴加四氯化锡与二甲亚砜的混合溶液，搅拌反应2h，减压蒸馏除去溶剂得到改性纤维素。

进一步地，所述无机轻集料为玻璃微珠、玻化微珠、陶沙中的一种或多种。

本发明进一步提供一种如上所述的轻质抹灰石膏的制备方法，包括如下步骤：

1)称取8-15份丙烯酸聚合物和3-4份改性纤维素备用，将0.5-1份无机纳米粒子、1-2份硅烷偶联剂和50％改性纤维素机械搅拌均匀，加入5份的水，加热至40℃搅拌0.5h，降至室温得到预混液；随后将剩余50％改性纤维素以及丙烯酸聚合物全部加入到所述预混液中，加入8份水搅拌0.5h，得到混合物备用；

2)取15-20份无机轻集料进行粉碎，粉碎后过100目筛，得到轻集料粉末备用；

3)将80-100份半水脱硫石膏、0.5份葡萄糖酸钠、和15-20份步骤2)的轻集料粉末放入搅拌机搅拌均匀；

4)向步骤3)中加入步骤1)所述混合物2-3份、聚醚消泡剂0.5-1份以及50-60份水搅拌均匀，即得轻质抹灰石膏。

本案在选用低分子量的PEGMA与丙烯酸聚合，为聚合物提供亲水基团和相对较长的侧链，增加了一定的空间位阻效应，此时发挥分散作用的仍然是亲水基团的亲水性；随后通过引入的萘环和氧化石墨烯，增加空间位阻，提升分散性，并且萘环和氧化石墨烯进一步提升其刚性和力学性能，使制得的聚合物具有一定的抗收缩和引气性能，对于昼夜温差大的地区能够起到防裂抗冻的作用；磷酸酯进一步起到协同增效的作用，提高与颗粒的吸附性。

羟乙基纤维素作为表面活性剂可以起到较好的增稠、分散和抗沉淀性能，将碳纳米管与纤维素接枝改性有利于碳纳米管在混合体系中的分散，同时该改性纤维素与丙烯酸聚合物以及无机纳米粒子之间起到缔合作用，形成多维层状、网状结构，使各成分之间的复配混溶性得以提升；本案在碳纳米管的表面还设计引入了亲水性的氨基和磺酸基，如若设计在丙烯酸聚合物中，则会由于亲水基团的增多打破其空间位阻效应与颗粒吸附能力之间的平衡；而将其设计在碳纳米管上并与纤维素接枝，使其作为表面活性剂，增加碳纳米管亲水性的同时也能够产生良好的分散和缓凝性能。

本发明的有益效果是：本发明通过含石墨烯的丙烯酸聚合物、含碳纳米管的改性纤维素以及无机纳米粒子形成多维层状、网状结构，具有众多优异的性能，减少抹灰石膏中外加助剂种类；使制得的轻质抹灰石膏具有良好的分散稳定性、抗裂防冻性，具有较高的抗拉强度，稳定性好，有效解决使用过程中会出现的开裂、起壳等问题。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1：

制备丙烯酸聚合物：

S1：将0.1mol 1-萘磷酸和0.2mol的二氯亚砜加入反应瓶中，加入100ml甲苯溶剂以及10μl DMF，于氮气保护下，60℃反应制得氯取代1-萘磷酸；

S2：将氯取代0.1mol 1-萘磷酸加入反应瓶中降温至-5℃，通入氮气，向反应瓶中滴加0.05mol的丙烯酸羟乙酯，滴加完成后继续搅拌反应3h；随后升至室温，加入0.3～0.6wt％的氧化石墨烯，搅拌20h，得到氧化石墨烯接枝1-萘磷酸；

S3：将5g氧化石墨烯接枝1-萘磷酸加入到反应瓶中，加入2g丙烯酸和7g PEGMA-400超声分散30min后机械搅拌1h，随后加入0.1g过氧化苯甲酰作引发剂，升温至70℃，搅拌反应3h，得到丙烯酸聚合物。

制备改性纤维素：

将1g羧基化碳纳米管超声分散于水溶液中，加入对2g氨基苯磺酸重氮盐，冰水浴中搅拌反应3h，反应完成后洗涤烘干得到磺化碳纳米管；随后分散于二甲亚砜中，超声0.5h得到分散液；将10g羟乙基纤维素溶解于二甲亚砜中，随后滴加至所述分散液中，加热至60℃，逐滴滴加四氯化锡与二甲亚砜的混合溶液，搅拌反应2h，减压蒸馏除去溶剂得到改性纤维素。

制备抹灰石膏：

1)将0.5份纳米碳酸钙、1份KH570和1.5份改性纤维素机械搅拌均匀，加入5份的水，加热至40℃搅拌0.5h，降至室温得到预混液；后将剩余改性纤维素以及8份丙烯酸聚合物全部加入到所述预混液中，加入剩余水搅拌0.5h，得到混合物备用。

2)取15份无机轻集料(10份玻化微珠和5份陶沙)进行粉碎，粉碎后过100目筛，得到轻集料粉末备用；

3)将80份半水脱硫石膏、0.5份葡萄糖酸钠、和15份步骤2)的轻集料粉末放入搅拌机搅拌均匀；

4)向步骤3)中加入步骤1)所述混合物2份、聚醚消泡剂0.5份以及50-60份水搅拌均匀，即得轻质抹灰石膏。

实施例2：

丙烯酸聚合物和改性纤维素的制备同实施例1。

制备抹灰石膏：

1)将0.5份纳米碳酸钙、2份KH570和1.5份改性纤维素机械搅拌均匀，加入8份的水，加热至40℃搅拌0.5h，降至室温得到预混液；后将剩余改性纤维素以及15份丙烯酸聚合物全部加入到所述预混液中，加入12份水搅拌0.5h，得到混合物备用。

2)取20份无机轻集料(10份玻化微珠和10份陶沙)进行粉碎，粉碎后过100目筛，得到轻集料粉末备用；

3)将90份半水脱硫石膏、0.5份葡萄糖酸钠、和20份步骤2)的轻集料粉末放入搅拌机搅拌均匀；

4)向步骤3)中加入步骤1)所述混合物3份、聚醚消泡剂0.8份以及60份水搅拌均匀，即得轻质抹灰石膏。

实施例3：

同实施例1，区别在于不加入改性纤维素。

实施例4：

同实施例1，区别在于不使用丙烯酸聚合物。

对上述所得轻质抹灰石膏进行如下试验：按照GB/T 28627-2012相关规定执行，相关数据记录在表1中。

表1

从表1可以看出，本发明的轻质抹灰石膏中各原料组分相互配合，各项性能均在指标内，且性能更优。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。

Claims (6)

1.一种轻质抹灰石膏，其特征在于，是以半水脱硫石膏为主要凝胶材料，加入适量的外加剂和无机轻集料加水混制而成，其中，所述外加剂包括丙烯酸聚合物、无机纳米粒子、改性纤维素、硅烷偶联剂KH570、葡萄糖酸钠和聚醚消泡剂。

2.如权利要求1所述的轻质抹灰石膏，其特征在于，所述丙烯酸聚合物制备步骤具体如下：

S1：将1-萘磷酸和2当量的二氯亚砜加入反应瓶中，加入甲苯溶剂以及0.1当量的DMF，于氮气保护下，60℃反应制得氯取代1-萘磷酸；

S2：将氯取代1-萘磷酸加入反应瓶中降温至-5℃，通入氮气，向反应瓶中滴加0.5当量的丙烯酸羟乙酯，滴加完成后继续搅拌反应3h；随后升至室温，加入0.3～0.6wt％的氧化石墨烯，搅拌20h，得到氧化石墨烯接枝1-萘磷酸；

S3：将氧化石墨烯接枝1-萘磷酸加入到反应瓶中，加入丙烯酸和聚乙二醇甲基丙烯酸酯超声分散30min后机械搅拌1h，随后加入过氧化苯甲酰作引发剂，升温至70℃，搅拌反应3h，得到丙烯酸聚合物。

3.如权利要求2所述的轻质抹灰石膏，其特征在于，所述丙烯酸、聚乙二醇甲基丙烯酸酯和过氧化苯甲酰与氧化石墨烯接枝1-萘磷酸的质量比为0.5～1:1～3:0.02:1。

4.如权利要求1所述的轻质抹灰石膏，其特征在于，所述改性纤维素的具体制备过程如下：

将羧基化碳纳米管超声分散于水溶液中，加入对氨基苯磺酸重氮盐，冰水浴中搅拌反应3h，反应完成后洗涤烘干得到磺化碳纳米管；随后分散于二甲亚砜中，超声0.5h得到分散液；将羟乙基纤维素溶解于二甲亚砜中，随后滴加至所述分散液中，加热至60℃，逐滴滴加四氯化锡与二甲亚砜的混合溶液，搅拌反应2h，减压蒸馏除去溶剂得到改性纤维素。

5.如权利要求1所述的轻质抹灰石膏，其特征在于，所述无机轻集料为玻璃微珠、玻化微珠、陶沙中的一种或多种。

6.一种如权利要求1-5中任一项所述的轻质抹灰石膏的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)称取8-15份丙烯酸聚合物和3-4份改性纤维素备用，将0.5-1份无机纳米粒子、1-2份硅烷偶联剂和50％改性纤维素机械搅拌均匀，加入5份的水，加热至40℃搅拌0.5h，降至室温得到预混液；随后将剩余50％改性纤维素以及丙烯酸聚合物全部加入到所述预混液中，加入8份水搅拌0.5h，得到混合物备用；

2)取15-20份无机轻集料进行粉碎，粉碎后过100目筛，得到轻集料粉末备用；

3)将80-100份半水脱硫石膏、0.5份葡萄糖酸钠、和15-20份步骤2)的轻集料粉末放入搅拌机搅拌均匀；

4)向步骤3)中加入步骤1)所述混合物2-3份、聚醚消泡剂0.5-1份以及50-60份水搅拌均匀，即得轻质抹灰石膏。