CN113429184B - 一种纸面石膏板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种纸面石膏板及其制备方法，所述纸面石膏板包括板芯和护面纸，所述板芯包括石膏熟料水化得到二水石膏、气凝胶颗粒和粘结剂；所述气凝胶颗粒为气凝胶与粘土造粒形成的气凝胶颗粒。本申请利用二氧化硅气凝胶构成内核，由粘土构成壳层，组成核壳结构颗粒，加入石膏板制备得到一种具有保温性能的纸面石膏板。本申请提供的技术方案充分利用了二氧化硅气凝胶保温隔热、不燃的优势，制备的纸面石膏板保温隔热性能更加优良，同时也克服了二氧化硅气凝胶质轻、易飞离、制备石膏料浆困难、成型石膏板强度下降严重的缺点，具有广泛的应用价值。

Description

一种纸面石膏板及其制备方法
技术领域
本文涉及但不限于一种石膏建筑材料，尤其涉及但不限于一种具有保温性能的纸面石膏板的新型制备方法。
背景技术
气凝胶材料是一种保温性能优越的A级防火隔热材料，导热系数在0.013～0.03W/(m·K)，远低于目前市场上已有的用于建筑保温节能领域的无机类保温材料，具有较好的保温隔热性能和防火性能，是传统保温材料理想替代品，具有良好应用前景。
目前市场上尚无气凝胶材料与纸面石膏板结合用作保温、隔热、耐火的家装材料。气凝胶应用于石膏板存在以下问题难以解决：二氧化硅气凝胶质轻、易飞离、制备石膏料浆困难；气凝胶与石膏基体相容性差，造成石膏板强度下降严重。
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本申请的保护范围。
本申请利用二氧化硅气凝胶构成内核，由粘土构成壳层，组成核壳结构颗粒，加入石膏板制备得到一种具有保温性能的纸面石膏板。采用上述制备方法，充分利用了二氧化硅气凝胶保温隔热、不燃的优势，制备的纸面石膏板保温隔热性能更加优良，同时也克服了二氧化硅气凝胶质轻、易飞离、制备石膏料浆困难、成型石膏板强度下降严重的缺点，具有广泛的应用价值。
本申请提供了一种具有保温性能的纸面石膏板的新型制备方法，一方面解决了气凝胶由于质轻而导致的添加工艺难题，另一方面使得石膏板在不影响力学性能、粘结性能的同时，其保温性能获得较大提升。
本申请提供了一种纸面石膏板，包括板芯和护面纸，所述板芯包括石膏熟料水化得到二水石膏、气凝胶颗粒和粘结剂；
所述气凝胶颗粒为气凝胶与粘土造粒形成的气凝胶颗粒。
在本申请提供的一种实施方式中，所述气凝胶与所述粘土质量比为100:(10至40)。
在本申请提供的一种实施方式中，所述粘土选自硅藻土、膨润土或高岭土中的一种或两种。
在本申请提供的一种实施方式中，气凝胶的粒径范围为20至200μm；
在一种可选地实施方式中，所述气凝胶选自二氧化硅气凝胶。
在本申请提供的一种实施方式中，所述石膏熟料、所述气凝胶粉和所述粘结剂的重量比为100:(0.5至10):(0.2至2)；
在本申请提供的一种实施方式中，所述纸面石膏板中还包括发泡剂，所述发泡剂与所述石膏熟料的重量比为(0至0.2):100；优选地，所述发泡剂与所述石膏熟料的重量比为(0.01至0.2):100。
在本申请提供的一种实施方式中，所述粘结剂选自改性马铃薯淀粉、改性木薯淀粉、改性高粱淀粉和改性玉米淀粉中的一种或多种。
在本申请提供的一种实施方式中，所述发泡剂选自十二烷基硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、a-烯基磺酸钠、过氧化氢中的一种或几种。
又一方面，本申请提供了上述的纸面石膏板的制备方法，包括如下步骤：
(1)将所述气凝胶和所述粘土混合后，送入造粒机制成气凝胶颗粒；
(2)将石膏熟料与步骤(1)得到的气凝胶颗粒、粘结剂、水和发泡剂，混合均匀制成料浆；
(3)将步骤(2)中制备的料浆与上、下护面纸搭接粘牢成型制得石膏板，并干燥至恒重，即得所述纸面石膏板。
在一种可选地实施方式中，步骤(1)具体包括：将所述气凝胶和第一部分所述粘土混合后，送入造粒机制成内核颗粒；再将所述内核颗粒和剩余的粘土混合后，再次送入造粒机，制成气凝胶颗粒；
在一种可选地实施方式中，所述第一部分粘土和剩余的粘土的重量比为1:(2至3)。
本申请还提供了一种制备石膏建材过程中添加气凝胶的方法，包括：将气凝胶与粘土造粒，制备气凝胶颗粒，再将气凝胶颗粒添加进石膏建材的制备过程中。
本申请的积极效果是：
由二氧化硅气凝胶构成内核，由粘土构成壳层，组成核壳结构颗粒，加入石膏板制备得到一种具有保温性能的纸面石膏板，既解决了气凝胶由于质轻而导致的添加工艺难题，又解决了气凝胶直接添加造成纸面石膏板力学性能、粘结性能下降的难题，制备出一种具有良好保温性能的纸面石膏板。
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。本申请的其他优点可通过在说明书中所描述的方案来发明实现和获得。
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。
实施例1
本实施例制备纸面石膏板所需各原料包括，石膏生料、气凝胶粉末、粘土、粘结剂、发泡剂和水。
原料二氧化硅气凝胶粒径范围为：20-200μm；安徽科昂纳米科技有限公司，型号：KNG-20。
本实施例纸面石膏板制备过程如下：
(1)将1吨气凝胶粉末和0.1吨粘土混合配料后，送入圆盘造粒机制成直径2-3毫米的内核颗粒；
(2)将1.1吨步骤(1)中制备的内核球体和0.3吨粘土混合配料后，再次送入圆盘造粒机，制成直径3-4毫米的以粘土为壳层的气凝胶颗粒；
所述粘土购自悦鑫冶铸材料厂，所述粘土为硅藻土；
(3)脱硫石膏放入锤式打散机内，设置温度为900℃进行快速煅烧，当石膏结晶水含量在5wt.％以内，石膏熟料中无水石膏含量在5wt.％以内时，完成快速煅烧，球磨后得到石膏熟料；
(4)使用电子皮带秤精准称取10吨石膏熟料，加入1.4吨步骤(2)得到的气凝胶颗粒、0.02吨改性马铃薯淀粉、5吨水和0.001吨发泡剂，混合均匀制成料浆；
所述改性马铃薯淀粉购自湖北鑫润德化工有限公司；所述发泡剂为十二烷基硫酸钠，购自山东力昂新材料科技有限公司，LA-8Q牌号；
(5)将步骤(4)中制备的料浆与上、下护面纸搭接粘牢成型制得石膏板，使用两步干燥法完成干燥(石膏板首先进入一区，一区进口温度为210℃左右干燥40min，之后进入二区，二区进口温度为130℃左右将石膏板干燥至恒重)，即得一种具有保温性能的纸面石膏板。
得到的纸面石膏板纵向断裂荷载421N，横向断裂荷载179N，护面纸与芯材不剥离，粘结性能达到Ⅰ级，导热系数0.0211W/(m.K)，产品质量符合国标GB/T 9775-2008《纸面石膏板》的性能要求。
本实施例中料浆初凝时间为40至42秒，相较对比例1延长了10至12秒，改善了料浆流动性状态，相同扩展度下用水量更低，在挤压板前段料浆堆积处无明显浮块产生。
实施例2
本实施例制备纸面石膏板所需各原料包括，石膏生料、气凝胶粉末、粘土、粘结剂、发泡剂和水。
原料二氧化硅气凝胶粒径范围为：20-200μm；购自安徽科昂纳米科技有限公司，型号：KNG-20。
本实施例纸面石膏板制备过程如下：
(1)将0.5吨气凝胶粉末和0.035吨粘土混合配料后，送入圆盘造粒机制成直径2-3毫米的内核颗粒；
(2)将0.535吨步骤(1)中制备的内核球体和0.07吨粘土混合配料后，再次送入圆盘造粒机，制成直径3-4毫米的以粘土为壳层的气凝胶颗粒；
所述粘土购自悦鑫冶铸材料厂所述粘土为膨润土；
(3)钛石膏放入锤式打散机内，设置温度为600℃进行快速煅烧，当石膏结晶水含量在5wt.％以内，石膏熟料中无水石膏含量在5wt.％以内时，完成快速煅烧，球磨后得到石膏熟料；
(4)使用电子皮带秤精准称取10吨石膏熟料，加入0.605吨步骤(2)得到的气凝胶颗粒、0.2吨改性木薯淀粉、9吨水和0.02吨发泡剂，混合均匀制成料浆；
所述改性木薯淀粉购自亚欣生物科技(徐州)有限公司；所述发泡剂为过氧化氢，购自济南大魁化工有限公司，DK牌号。
(5)将步骤(4)中制备的料浆与上、下护面纸搭接粘牢成型制得石膏板，使用两步干燥法完成干燥(石膏板首先进入一区，一区进口温度为220℃左右干燥30min，之后进入二区，二区进口温度为120℃左右将石膏板干燥至恒重)，即得具有保温功能纸面石膏板。
得到的纸面石膏板纵向断裂荷载427N，横向断裂荷载180N，护面纸与芯材不剥离，粘结性能达到Ⅰ级，导热系数0.0252W/(m.K)，产品质量符合国标GB/T 9775-2008《纸面石膏板》的性能要求。
本实施例中料浆初凝时间为35至37秒，相较对比例1延长了5至8秒，改善了料浆流动性状态，相同扩展度下用水量更低，在挤压板前段料浆堆积处无明显浮块产生。
实施例3
本实施例制备纸面石膏板所需各原料包括，石膏生料、气凝胶粉末、粘土、粘结剂、发泡剂和水。
原料二氧化硅气凝胶粒径范围为：20-200μm；购自安徽科昂纳米科技有限公司，型号：KNG-20。
本实施例纸面石膏板制备过程如下：
(1)将0.05吨气凝胶粉末和0.0025吨粘土混合配料后，送入圆盘造粒机制成直径2-3毫米的内核颗粒；
(2)将0.0525吨步骤(1)中制备的内核球体和0.005吨粘土混合配料后，再次送入圆盘造粒机，制成直径3-4毫米的以粘土为壳层的气凝胶颗粒；
所述粘土购自悦鑫冶铸材料厂，所述粘土为高岭土；
(3)磷石膏经过破碎机破碎，220℃慢速煅烧1小时，当石膏结晶水含量在5wt.％以内，石膏熟料中无水石膏含量在5wt.％以内时，完成慢速煅烧，球磨后得到石膏熟料；
(4)使用电子皮带秤精准称取10吨石膏熟料，加入0.0575吨步骤(2)得到的核壳结构颗粒、0.08吨改性高粱淀粉、7吨水和0.01吨发泡剂，混合均匀制成料浆；
所述改性高粱淀粉购自玉锦化工有限公司；所述发泡剂为脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠，购自济南汇锦川化工有限公司。
(5)将步骤(4)中制备的料浆与上、下护面纸搭接粘牢成型制得石膏板，使用两步干燥法完成干燥(石膏板首先进入一区，一区进口温度为210℃左右干燥40min，之后进入二区，二区进口温度为130℃左右将石膏板干燥至恒重)，即得一种具有保温功能纸面石膏板。
得到的纸面石膏板纵向断裂荷载425N，横向断裂荷载183N，护面纸与芯材不剥离，粘结性能达到Ⅰ级，导热系数0.0573W/(m.K)，产品质量符合国标GB/T 9775-2008《纸面石膏板》的性能要求。
本实施例中料浆初凝时间为32至34秒，相较对比例1延长了2至5秒，改善了料浆流动性状态，相同扩展度下用水量更低，在挤压板前段料浆堆积处无明显浮块产生。
对比例1
对比例1与实施例1的区别在于，对比例1中的气凝胶粉末和粘土添加量为0，其余原料及制备方法与实施例1相同。
得到的纸面石膏板纵向断裂荷载423N，横向断裂荷载178N，护面纸与芯材不剥离，粘结性能达到Ⅰ级，导热系数0.239W/(m.K)，产品质量符合国标GB/T 9775-2008《纸面石膏板》的性能要求。
本对比例中料浆初凝时间没有延长，为28至30秒，料浆流动性未得到改善，在挤压板前段料浆堆积处偶有明显浮块产生。
与实施例1、实施例2、实施例3对比，对比例1没有添加气凝胶和粘土，制备得到的纸面石膏板力学性能虽然达到国标GB/T 9775-2008《纸面石膏板》的性能要求，但其保温性能远低于实施例1、实施例2、实施例3得到的纸面石膏板，这说明气凝胶确实对石膏板有提升保温性能的作用。
对比例2
对比例2与实施例1的区别在于，对比例2粘土添加量为0，气凝胶没有经过核壳结构处理，而是将石膏熟料、气凝胶粉末、粘结剂、发泡剂和水直接进行混料，制备得到纸面石膏板。
得到的纸面石膏板纵向断裂荷载355N，横向断裂荷载132N，护面纸与芯材粘结性能达到Ⅲ级，导热系数0.0209W/(m.K)，产品质量不符合国标GB/T9775-2008《纸面石膏板》的性能要求。
本对比例中料浆初凝时间没有延长，为28至30秒，料浆流动性未得到改善，在挤压板前段料浆堆积处偶有明显浮块产生。
与实施例1对比，对比例2没有采用本申请的核壳结构处理工艺，而是简单的将气凝胶粉末直接加入石膏板，导致气凝胶粉末漂浮在料浆表面，引起纸面石膏板力学性能、粘结性能下降。三个实施例均采用了本申请的核壳结构处理工艺，解决了气凝胶由于质轻而导致的添加工艺难题，解决了气凝胶直接添加造成纸面石膏板力学性能、粘结性能下降的难题，并且大幅度提升了石膏板的保温性能。
对比例3
对比例3与实施例1的区别在于，对比例3中虽然也添加了气凝胶、粘土，但是没有经过核壳结构处理，而是直接将石膏熟料、气凝胶粉末、粘土、粘结剂、发泡剂和水直接进行混料，制备得到纸面石膏板。
得到的纸面石膏板纵向断裂荷载351N，横向断裂荷载135N，护面纸与芯材粘结性能达到Ⅲ级，导热系数0.0212W/(m.K)，产品质量不符合国标GB/T9775-2008《纸面石膏板》的性能要求。
本对比例中料浆初凝时间没有延长，为28至30秒，料浆流动性未得到改善，在挤压板前段料浆堆积处偶有明显浮块产生。
与实施例1对比，对比例3没有采用本申请的核壳结构处理，而是简单的将气凝胶粉末、粘土直接加入石膏板，导致纸面石膏板力学性能、粘结性能下降。
与对比例2对比，对比例3虽然添加了粘土，但是两个对比例都没有采用本申请的核壳结构处理工艺。结果表明，两个对比例得到的纸面石膏板性能相近，产品质量均不符合国标GB/T 9775-2008《纸面石膏板》的性能要求，进一步说明了核壳结构处理工艺的关键性。
对比例4
对比例4与实施例1的区别在于，对比例4中未添加气凝胶，仅使用粘土形成核壳结构颗粒，制备得到纸面石膏板。
得到的纸面石膏板纵向断裂荷载424N，横向断裂荷载177N，护面纸与芯材粘结性能达到Ⅰ级，导热系数0.238W/(m.K)，产品质量符合国标GB/T 9775-2008《纸面石膏板》的性能要求。
本对比例中料浆初凝时间没有延长，为28至30秒，料浆流动性未得到改善，在挤压板前段料浆堆积处偶有明显浮块产生。
与实施例1对比，对比例4虽然也采用本申请的核壳结构处理，但是没添加气凝胶。结果表明，实施例1石膏板的保温性能和料浆流动性远高于对比例4的纸面石膏板，说明气凝胶的添加可以改善保温性能和料浆流动性。
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 (8)

1.一种纸面石膏板，包括板芯和护面纸，所述板芯包括石膏熟料水化得到二水石膏、气凝胶颗粒和粘结剂；
所述气凝胶颗粒为气凝胶与粘土造粒形成的气凝胶颗粒；
所述气凝胶与所述粘土质量比为100:(10至40)；
所述粘土选自硅藻土、膨润土或高岭土中的一种或两种；
气凝胶的粒径范围为20至200μm；所述气凝胶选自二氧化硅气凝胶；
所述石膏熟料、所述气凝胶颗粒和所述粘结剂的重量比为100:(0.5至10):(0.2至2)。
2.根据权利要求1所述的纸面石膏板，其中，所述纸面石膏板中还包括发泡剂，所述发泡剂与所述石膏熟料的重量比为(0至0.2):100。
3.根据权利要求2所述的纸面石膏板，其中，所述发泡剂与所述石膏熟料的重量比为(0.01至0.2):100。
4.根据权利要求1所述的纸面石膏板，其中，所述粘结剂选自改性马铃薯淀粉、改性木薯淀粉、改性高粱淀粉和改性玉米淀粉中的一种或多种。
5.根据权利要求2所述的纸面石膏板，其中，所述发泡剂选自十二烷基硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、a-烯基磺酸钠、过氧化氢中的一种或几种。
6.根据权利要求2所述的纸面石膏板的制备方法，包括如下步骤：
（1）将所述气凝胶和所述粘土混合后，送入造粒机制成气凝胶颗粒；
（2）将石膏熟料与步骤（1）得到的气凝胶颗粒、粘结剂、水和发泡剂，混合均匀制成料浆；
（3）将步骤（2）中制备的料浆与上、下护面纸搭接粘牢成型制得石膏板，并干燥至恒重，即得所述纸面石膏板。
7.根据权利要求6所述的纸面石膏板的制备方法，其中，步骤（1）具体包括：将所述气凝胶和第一部分粘土混合后，送入造粒机制成内核颗粒；再将所述内核颗粒和剩余的粘土混合后，再次送入造粒机，制成气凝胶颗粒。
8.根据权利要求7所述的纸面石膏板的制备方法，其中，所述第一部分粘土和剩余的粘土的重量比为1:(2至3)。
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