CN113429185A - 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水玻璃造粒形成的气凝胶颗粒。本申请采用特殊工艺将气凝胶添加到石膏板中，在不影响力学性能、粘结性能的同时，提高了产品的保温功能，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气凝胶保温功能纸面石膏板的新型制备方法。
背景技术
在建筑物使用期间，暖通设备消耗了大量的能源，其中建筑围护结构能耗占建筑总能耗50％以上，为减少建筑能耗需提高建筑物围护结构的隔热保温性能。因此，研发新型高性能建筑隔热保温材料显得尤为重要。
SiO2气凝胶作为一种新型纳米轻质、耐火、透明、绝热的高效保温隔热材料，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。另一方面，气凝胶材料质轻，易在制备石膏料浆过程中漂浮、飞离，难以融入石膏料浆体系。此外，气凝胶与无机胶凝材料复合成为板材时，其强度及粘结性能下降明显，甚至低于国家标准，影响使用。
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。
本申请提供了一种气凝胶保温功能纸面石膏板及其制备方法，采用特殊工艺将气凝胶添加到石膏板中，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，具有广泛的应用价值。
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水玻璃造粒形成的气凝胶颗粒。
在本申请提供的一种实施方式中，所述气凝胶与所述水玻璃质量比为100:(10至15)。
在本申请提供的一种实施方式中，所述水玻璃由钾水玻璃和钠水玻璃中的一种或两种组成。
在本申请提供的一种实施方式中，当水玻璃由钾水玻璃和钠水玻璃组成时，所述钾水玻璃和钠水玻璃按质量比为(1至3):1混合而成；
在本申请提供的一种实施方式中，所述钾水玻璃波美度为0.44至0.46，模数2.7至2.9，氧化钾含量为14wt.％至17wt.％，二氧化硅含量为28.0wt.％至31.0wt.％，余量为水；
在本申请提供的一种实施方式中，钠水玻璃波美度为0.44至0.46，模数2.2至2.5，氧化钠含量为12.8wt.％至13wt.％其中二氧化硅含量为25.7wt.％至26.0wt.％，余量为水。
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。
在本申请提供的一种实施方式中，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、所述气凝胶颗粒和所述粘结剂的重量比为100:(0.1至5):(0.2至2)；
在本申请提供的一种实施方式中，石膏熟料与用于石膏熟料水化的水的用量的重量比为100:(50至90)；
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)将计量好的气凝胶粉末中加入计量好的水玻璃后，送入造粒机中制成2至3毫米的气凝胶颗粒；
(2)将石膏生料煅烧、球磨后得到石膏熟料；
(3)在石膏熟料中加入步骤(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；
(4)将步骤(3)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，即得气凝胶保温功能纸面石膏板。
可选地，所述纸面石膏板的制备方法仅由上述步骤组成。
在一种可选地实施方式中，石膏熟料可以是脱硫石膏、磷石膏、钛石膏等工业副产石膏的熟料，石膏熟料的煅烧制备有两种方法，一种是快速煅烧，石膏生料经给料机送入快速煅烧炉，同时，由沸腾炉产生的600℃至900℃的热烟气进入快速煅烧炉中，将二水石膏在短时间内干燥脱水转化成半水石膏粉；另一种是慢速煅烧，煅烧温度为140℃至220℃，煅烧时间为1至4小时；
在一种可选地实施方式中，所述石膏熟料的结晶水含量小于5wt.％，石膏熟料中无水石膏含量小于5wt.％；
在一种可选地实施方式中，所述石膏熟料的粒度小于200目，比表面积为3000至4000cm2/g；
在一种可选地实施方式中，步骤(4)中所述干燥至恒重具体为，将石膏板经过两个以上干燥温度递减的干燥阶段；
在一种可选地实施方式中，步骤(4)中所述干燥具体为先在210至220℃干燥30min至40min，之后在120℃至130℃干燥至恒重。
又一方面，本申请提供了一种在制备石膏建材过程中添加气凝胶的方法，包括：将气凝胶与水玻璃混合制备挤出造粒，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：
将气凝胶加入纸面石膏板，通过造粒工艺，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，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、水玻璃、粘结剂、发泡剂和水。
原料二氧化硅气凝胶粒径范围为：20至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0.5吨气凝胶粉末中加入0.075吨水玻璃后，送入造粒机中制成2至3毫米的气凝胶颗粒。
所述水玻璃由钾水玻璃和钠水玻璃按质量比为1:1混合而成；所述钾水玻璃购自济南天顺通元化工有限公司，型号99；所述钠水玻璃购自山东龙晟泽化工科技有限公司，型号LSZ；
所述钾水玻璃的波美度为0.44至0.46，模数2.7至2.9，氧化钾含量为14至17wt.％，二氧化硅含量为28.0至31.0wt.％，余量为水；
所述钠水玻璃的波美度为0.44至0.46，模数2.2至2.5，氧化钠含量为12.8至13wt.％其中二氧化硅含量为25.7至26.0wt.％，余量为水。
(2)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；
(3)使用电子皮带秤精准称取10吨石膏熟料，加入0.5吨步骤(1)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
(4)将步骤(3)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)，即得气凝胶保温功能纸面石膏板。
得到的纸面石膏板纵向断裂荷载415N，横向断裂荷载169N，护面纸与芯材不剥离，粘结性能达到Ⅰ级，导热系数0.0246W/(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38至40秒，相较对比例1延长了8至10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、水玻璃、粘结剂、发泡剂和水。
原料二氧化硅气凝胶粒径范围为：20至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0.2吨气凝胶粉末中加入0.024吨水玻璃后，送入造粒机中制成2-3毫米的气凝胶颗粒。
所述水玻璃由钾水玻璃和钠水玻璃按质量比为2:1混合而成；所述钾水玻璃购自济南天顺通元化工有限公司，型号99；所述钠水玻璃购自山东龙晟泽化工科技有限公司，型号LSZ；
所述钾水玻璃的波美度为0.44至0.46，模数2.7至2.9，氧化钾含量为14至17wt.％，二氧化硅含量为28.0至31.0wt.％，余量为水；
所述钠水玻璃的波美度为0.44至0.46，模数2.2至2.5，氧化钠含量为12.8至13wt.％其中二氧化硅含量为25.7至26.0wt.％，余量为水。
(2)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；
(3)使用电子皮带秤精准称取10吨石膏熟料，加入0.2吨步骤(1)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。
(4)将步骤(3)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)，即得气凝胶保温功能纸面石膏板。
得到的纸面石膏板纵向断裂荷载418N，横向断裂荷载176N，护面纸与芯材不剥离，粘结性能达到Ⅰ级，导热系数0.0355W/(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34至36秒，相较对比例1延长了5至7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、水玻璃、粘结剂、发泡剂和水。
原料二氧化硅气凝胶粒径范围为：20至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0.01吨气凝胶粉末中加入0.001吨水玻璃后，送入造粒机中制成2至3毫米的气凝胶颗粒。
所述水玻璃由钾水玻璃和钠水玻璃按质量比为3:1混合而成；所述钾水玻璃购自济南天顺通元化工有限公司，型号99；所述钠水玻璃购自山东龙晟泽化工科技有限公司，型号LSZ。
所述钾水玻璃的波美度为0.44至0.46，模数2.7至2.9，氧化钾含量为14至17wt.％，二氧化硅含量为28.0至31.0wt.％，余量为水；
所述钠水玻璃的波美度为0.44至0.46，模数2.2至2.5，氧化钠含量为12.8至13wt.％其中二氧化硅含量为25.7至26.0wt.％，余量为水。
(2)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；
(3)使用电子皮带秤精准称取10吨石膏熟料，加入0.01吨步骤(1)得到的气凝胶颗粒、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。
(4)将步骤(3)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)，即得气凝胶保温功能纸面石膏板。
得到的纸面石膏板纵向断裂荷载422N，横向断裂荷载181N，护面纸与芯材不剥离，粘结性能达到Ⅰ级，导热系数0.0683W/(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30至32秒，相较对比例1延长了2至3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中的气凝胶粉末和水玻璃添加量为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0.238W/(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、实施例2、实施例3对比，对比例1没有添加气凝胶和水玻璃，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水玻璃添加量为0，气凝胶没有经过造粒处理，而是直接将石膏熟料、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374N，横向断裂荷载143N，护面纸与芯材粘结性能达到Ⅲ级，导热系数0.0254W/(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没有采用本申请的造粒工艺，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造粒工艺，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中气凝胶没有经过造粒处理，而是直接将石膏熟料、气凝胶粉末、水玻璃、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375N，横向断裂荷载141N，护面纸与芯材粘结性能达到Ⅲ级，导热系数0.0258W/(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没有采用本申请的造粒工艺，而是简单的将气凝胶粉末、水玻璃直接加入石膏板，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虽然添加了水玻璃，但是两个对比例都没有采用本申请的造粒工艺。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，进一步说明了造粒工艺的关键性。
对比例4
对比例4与实施例1的区别在于，对比例4中采用粘土代替气凝胶粉末进行造粒，制备得到纸面石膏板。
得到的纸面石膏板纵向断裂荷载422N，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0.241W/(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虽然也采用了造粒工艺，但是粘土代替气凝胶颗粒进行造粒。结果表明，对比例4的保温性能和料浆流动性均低于实施例1，说明气凝胶改善了石膏板的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 (10)

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水玻璃造粒形成的气凝胶颗粒。
2.根据权利要求1所述的纸面石膏板，其中，所述气凝胶与所述水玻璃质量比为100:(10至15)。
3.根据权利要求2所述的纸面石膏板，其中，所述水玻璃由钾水玻璃和钠水玻璃中的一种或两种组成。
4.根据权利要求3所述的纸面石膏板，其中，当水玻璃由钾水玻璃和钠水玻璃组成时，所述钾水玻璃和钠水玻璃按质量比为(1至3):1混合而成；
可选地，所述钾水玻璃波美度为0.44至0.46，模数2.7至2.9，氧化钾含量为14wt.％至17wt.％，二氧化硅含量为28.0wt.％至31.0wt.％，余量为水；
可选地，钠水玻璃波美度为0.44至0.46，模数2.2至2.5，氧化钠含量为12.8wt.％至13wt.％其中二氧化硅含量为25.7wt.％至26.0wt.％，余量为水。
5.根据权利要求2所述的纸面石膏板，其中，气凝胶的粒径范围为20至200μm。
6.根据权利要求5所述的纸面石膏板，其中，所述气凝胶选自二氧化硅气凝胶。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的纸面石膏板，其中，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:(0.1至5):(0.2至2)；
可选地，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。
8.根据权利要求7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；
可选地，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。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的纸面石膏板的制备方法，包括如下步骤：
(1)将计量好的气凝胶粉末中加入计量好的水玻璃后，送入造粒机中制成2至3毫米的气凝胶颗粒；
(2)将石膏生料煅烧、球磨后得到石膏熟料；
(3)在石膏熟料中加入步骤(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；
(4)将步骤(3)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，即得气凝胶保温功能纸面石膏板。
10.一种在制备石膏建材过程中添加气凝胶的方法，包括：将气凝胶与水玻璃混合制备挤出造粒，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。
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