CN113582646A - 一种轻质高强纸面石膏板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种轻质高强纸面石膏板及其制备方法，所述轻质高强纸面石膏板的制备原料包括：100重量份熟石膏、0.05‑1重量份离子阻滞剂、0.1‑2重量份纤维、0.15‑1.5重量份粘结剂、0.01‑0.5重量份发泡剂和50‑90重量份水。本申请提供的轻质高强纸面石膏板可以采用高杂质离子的石膏原料制备得到，而且护面纸与石膏的粘接性能好。

Description

一种轻质高强纸面石膏板及其制备方法
技术领域
本申请涉及但不限于石膏板制备技术，尤指一种轻质高强纸面石膏板及其制备方法。
背景技术
工业副产石膏在中国排放量大，利用率低，主要原因是工业副产石膏品质不稳定，且含有大量的杂质离子。磷肥行业每生产1吨产品排放出5吨磷石膏，大量堆存的副产石膏不仅占用土地而且污染环境，磷石膏中含有H2PO4 -、HPO4 2-、PO4 3-、F-、Mg2+、K+、Na+等杂质离子。火电厂燃煤烟气经过湿法脱硫产生脱硫石膏，除主要成分二水硫酸钙之外，还包括Cl-、Mg2 +、Na+、K+等杂质离子。这些杂质离子不仅影响脱硫石膏脱水煅烧，而且也影响脱硫石膏以及采用脱硫石膏制得的石膏板的性能。其中，氯离子过量会给石膏制品带来粘接不牢、膨胀、强度降低等质量问题；在潮湿条件下，氯离子的水溶性盐吸潮、析晶，会影响纸面石膏板护面纸与板芯的粘接性，进而影响石膏板的产品质量。
去除杂质离子的方法有很多，包括离子交换法、固化法、络合法等。但对于无法形成不溶物质的离子，则很难去除。因此，如何消除工业副产石膏中无法形成不溶物质的离子对石膏制品的影响仍然是需要解决的问题。
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。
本申请提供了一种轻质高强纸面石膏板及其制备方法，该制备方法对石膏原料的要求较低，可以采用高杂质离子含量的石膏原料制备出低密度、高强度的纸面石膏板，而且制得的纸面石膏板的护面纸与板芯的粘接性能较好。
具体地，本申请提供了一种轻质高强纸面石膏板，所述轻质高强纸面石膏板的制备原料包括：
Figure BDA0003124987540000021
在本申请的实施方式中，所述离子阻滞剂可以选自聚乙烯醇、羧甲基纤维素、聚丙烯酰胺、海藻酸钠和醋酸乙烯－乙烯共聚乳液中的任意一种或多种。
在本申请的实施方式中，所述熟石膏可以为工业副产石膏的熟料。
任选地，所述熟石膏为脱硫石膏熟料和磷石膏熟料中的任意一种或两种。
在本申请的实施方式中，所述熟石膏中CaSO4·1/2H2O的含量可以≥60质量％。
任选地，所述熟石膏中CaSO4·1/2H2O的含量≥80质量％。
在本申请的实施方式中，所述纤维可以选自玻璃纤维和聚丙烯纤维中的任意一种或多种。
在本申请的实施方式中，所述纤维的长度可以在3-15mm范围内。
在本申请的实施方式中，所述粘结剂可以为改性淀粉。
任选地，所述粘结剂选自改性玉米淀粉、改性木薯淀粉和预糊化淀粉中的任意一种或多种。
在本申请的实施方式中，所述发泡剂可以选自十二烷基苯磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠和动植物蛋白类发泡剂中的任意一种或多种。
本申请还提供了如上所述的轻质高强纸面石膏板的制备方法，所述制备方法包括：
将所述水分为第一部分水、第二部分水和第三部分水；
将所述粘结剂、所述纤维与所述第一部分水混合，得到混合料；
将所述离子阻滞剂与所述第二部分水混合，得到离子阻滞剂溶液；
将所述发泡剂、压缩空气与所述第三部分水混合后进行发泡，得到发泡溶液；
将所述熟石膏、所述混合料、所述离子阻滞剂溶液和所述发泡溶液混合，得到料浆；
在所述料浆的上、下表面附上护面纸，成型，干燥，得到所述轻质高强纸面石膏板。
在本申请的实施方式中，所述离子阻滞剂与所述第二部分水的重量比例可以为1:5-25。
在本申请的实施方式中，所述发泡剂与所述第三部分水混合的重量比例可以为1:30-100。
在本申请的实施方式中，所述压缩空气的压力可以为0.2-0.5MPa。
本申请的纸面石膏板制备方法对石膏原料的要求较低，可以采用高杂质离子含量的石膏作为原料，而且制备出的纸面石膏板的面密度低，强度高，护面纸与板芯的粘接性能好；此外，采用湿混添加的方式即可将离子阻滞剂引入纸面石膏板中，并有效抑制杂质离子向纸面石膏板表层迁移，没有增加纸面石膏板的制备流程。
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以及附图中所描述的方案来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本申请技术方案的理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，并不构成对本申请技术方案的限制。
图1为测试试块和空白试块的四个不同层次样品中的氯离子浓度分布图；
图2为测试试块和空白试块的四个不同层次样品和另一段40mm长样品中的氯离子浓度的计算与检测结果对比图。
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，下文中将结合附图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。
本申请实施方式提供了一种轻质高强纸面石膏板，所述轻质高强纸面石膏板的制备原料包括：
Figure BDA0003124987540000041
在本申请的实施方式中，所述离子阻滞剂可以选自聚乙烯醇、羧甲基纤维素、聚丙烯酰胺、海藻酸钠和醋酸乙烯-乙烯共聚乳液中的任意一种或多种。
在本申请的实施方式中，所述熟石膏可以为工业副产石膏的熟料。
任选地，所述熟石膏为脱硫石膏熟料和磷石膏熟料中的任意一种或两种。
在本申请的实施方式中，所述熟石膏中CaSO4·1/2H2O的含量可以≥60质量％。
任选地，所述熟石膏中CaSO4·1/2H2O的含量≥80质量％。
在本申请的实施方式中，所述纤维可以选自玻璃纤维和聚丙烯纤维中的任意一种或多种。
在本申请的实施方式中，所述纤维的长度可以在3-15mm范围内。
在本申请的实施方式中，所述粘结剂可以为改性淀粉。
任选地，所述粘结剂可以选自改性玉米淀粉、改性木薯淀粉和预糊化淀粉中的任意一种或多种。
在本申请的实施方式中，所述发泡剂可以选自十二烷基苯磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠和动植物蛋白类发泡剂中的任意一种或多种。
应理解，除了熟石膏、离子阻滞剂、纤维、粘结剂、发泡剂和水之外，本申请的纸面石膏板的制备原料还可以包括本领域中常用的纸面石膏板添加剂，例如，促凝剂、减水剂等。
所述轻质高强纸面石膏板的厚度可以为9.5mm或12mm等。
本申请实施方式还提供了如上所述的轻质高强纸面石膏板的制备方法，所述制备方法包括：
将所述水分为第一部分水、第二部分水和第三部分水；
将所述粘结剂、所述纤维与所述第一部分水混合，得到混合料；
将所述离子阻滞剂与所述第二部分水混合，得到离子阻滞剂溶液；
将所述发泡剂、压缩空气与所述第三部分水混合后进行发泡，得到发泡溶液；
将所述熟石膏、所述混合料、所述离子阻滞剂溶液和所述发泡溶液混合，得到料浆；
在所述料浆的上、下表面附上护面纸，成型，干燥，得到所述轻质高强纸面石膏板。
在本申请的实施方式中，所述离子阻滞剂与所述第二部分水的重量比例可以为1:5-25。
在本申请的实施方式中，所述发泡剂与所述第三部分水混合的重量比例可以为1:30-100。
在本申请的实施方式中，所述压缩空气的压力可以为0.2-0.5MPa。
本申请实施例的纸面石膏板制备方法对石膏原料的要求较低，可以采用高杂质离子含量的石膏作为原料，而且制备出的纸面石膏板的面密度低，强度高，护面纸与板芯的粘接性能好；此外，采用湿混添加的方式即可将离子阻滞剂引入纸面石膏板中，并有效抑制杂质离子向纸面石膏板表层迁移，没有增加纸面石膏板的制备流程。
实施例和对比例
原料来源为：
熟石膏：脱硫建筑石膏熟料，北新建材(陕西)有限公司；
护面纸：山东博汇纸业股份有限公司，180g/m2；
离子阻滞剂：聚乙烯醇或醋酸乙烯-乙烯共聚乳液，上海臣启化工科技有限公司；
聚丙烯纤维：北京弗特恩科技有限公司，长度为3mm、6mm、9mm、12mm、15mm；
玻璃纤维：中国巨石股份有限公司，长度为3mm、6mm、9mm、12mm、15mm；
粘结剂：改性玉米淀粉或预糊化淀粉，沈阳雪公胶粘剂科技有限公司；
发泡剂：十二烷基苯磺酸钠，东明俱进化工有限公司；
发泡剂：巴斯夫(中国)有限公司，牌号为812。
脱硫建筑石膏熟料中的水溶性杂质离子的含量如表1所示。
表1脱硫建筑石膏熟料中的水溶性杂质离子的含量
Figure BDA0003124987540000061
实施例和对比例的纸面石膏板的制备原料分别如表2和表3所示。
表2实施例纸面石膏板的制备原料及其添加量
Figure BDA0003124987540000071
表3对比例纸面石膏板的制备原料及其添加量
Figure BDA0003124987540000072
Figure BDA0003124987540000081
注：“/”表示不添加。
纸面石膏板的制备过程包括：
(1)将水分为第一部分水、第二部分水和第三部分水；
(1)按照表2和表3中的原料和添加量，将粘结剂、纤维与第一部分水混合均匀，得到混合料A；
(2)按照表2和表3中的原料和添加量，将离子阻滞剂和第二部分水混合均匀，得到离子阻滞剂溶液；
(3)按照表2和表3中的原料和添加量，将发泡剂与第三部分水、0.2-0.5MPa的压缩空气混合后再进行发泡，得到发泡溶液；
(4)按照表2和表3中的原料和添加量，将脱硫石膏熟料、步骤(2)得到的离子阻滞剂溶液加入到按照步骤(1)得到的混合料A中，得到混合料B；
(5)在所述混合料B中加入步骤(3)得到的发泡溶液，形成含有泡孔的料浆；以及
(6)将上述具有泡孔的料浆倒在下护面纸上，并在上表面附上护面纸，成型，在160℃下干燥30min，在110℃干燥90min，然后在45℃烘干至恒重，得到厚度为9.5mm的纸面石膏板。
性能检测
1、纸面石膏板的性能
依据中国国家标准GB/T 9775-2008《纸面石膏板》检测了上述实施例和对比例制备的石膏板的横向断裂载荷、纵向断裂载荷、石膏板面密度和干粘接性能，以及反映石膏板受潮后粘接性能的湿热粘接性能。湿热粘接性能测试采用蒸气加热后十字刀划纸面石膏板的检测方式，将水浴锅设置100℃，当温度达到98℃时，将石膏板放入水浴锅的支架上，蒸气加热10min，石膏板从水浴锅内拿出后，迅速用壁纸刀在石膏板上交差划两刀，掀起三角顶端向上撕拽，查看护面纸与石膏的粘接情况。检测结果如表4所示。
表4纸面石膏板的力学性能与粘接性能
Figure BDA0003124987540000091
注：粘接性能划分为5类，Ⅰ类：纸板粘接牢固，掀起后不分离；Ⅱ类：小部分分离，大部分完好；Ⅲ类：一半粘牢，一半分离；Ⅳ类：大部分分离，仅小部分粘牢；Ⅴ类：纸板全部分离。
由表4可知，实施例与对比例的纸面石膏板的面密度接近，都属于低密度石膏板。但是，与实施例的纸面石膏板相比，对比例1和对比例3的纸面石膏板中未添加离子阻滞剂，制得的纸面石膏板的粘结性能明显降低，纸面石膏板的强度更是大幅度下降，甚至达不到中国国家标准GB/T 9775-2008《纸面石膏板》的要求。而比较实施例与对比例的纸面石膏板的性能测试数据可知，纸面石膏板中仅添加离子阻滞剂但不添加纤维时，纸面石膏板的粘结性能和强度较差；仅添加纤维但不添加离子阻滞剂时，纸面石膏板的粘结性能和强度明显更差，说明仅添加纤维不能使纸面石膏板的粘结性能和强度明显提高；当同时添加离子阻滞剂与纤维时大幅度提高了纸面石膏板的强度和粘结性能，说明离子阻滞剂与纤维可以产生协同作用。
2、氯离子阻滞效果
虽然不希望受到理论的束缚，但本申请发明人认为添加离子阻滞剂之后纸面石膏板的强度和粘结性能之所以能够提高，是因为离子阻滞剂对脱硫建筑石膏中的杂质离子具有阻滞作用，抑制了杂质离子向外迁移。
为验证离子阻滞剂可抑制氯离子向外迁移，制备长×宽×高＝160mm×40mm×40mm的试块，脱硫建筑石膏熟料1000g，其中的氯离子浓度为600ppm；测试试块的脱硫建筑石膏熟料中添加离子阻滞剂聚乙烯醇5g，空白试块不添加离子阻滞剂。
检测各个样品中氯离子的含量：将试块在45℃下烘干，然后在试块中间段取两段40mm长的样品，其中一段样品用刀先刮去表层四周2mm厚，从中取样10g，记为外样品，再刮去表层四周3mm厚，从中取样10g，记为次外样品，再刮去表层四周5mm厚，从中取样10g，记为次内样品，再从剩下的试块芯中取样10g，记为芯样品。依据中国建材行业标准JC/T2074-2011《烟气脱硫石膏》，检测测试试块和空白试块的四个不同层次样品中的氯离子含量以及另一段40mm长样品中的总氯含量。
图1为测试试块和空白试块的四个不同层次样品中的氯离子浓度分布图；其中，“空白”代表空白试块，“离子阻滞剂”代表添加了离子阻滞剂的测试试块。
石膏烘干时，水分蒸发，氯离子向外迁移，使得表层氯离子浓度最高，与空白试块的四个不同层次样品中的氯离子浓度的变化趋势一致。但因测试试块中有聚乙烯醇的掺加，样品表层(外样品)氯离子的含量明显降低，第二层(次外样品)、第三层(次内样品)、以及块芯内部(芯样品)氯离子浓度偏高，也说明了这种外加剂能有效地抑制氯离子向外层迁移，对氯离子具有阻滞作用。
图2为测试试块和空白试块的四个不同层次样品和另一段40mm长样品中的氯离子浓度的计算与检测结果对比图；其中，“计算”代表试块四个不同层次样品中氯离子浓度经计算得到的平均值，“检测”代表试块另一段40mm长样品中的氯离子浓度的检测值，“空白”代表空白试块，“离子阻滞剂”代表添加了离子阻滞剂的测试试块。
从图2可以看出，无论是空白试块还是添加了离子阻滞剂的测试试块，其四个不同层次样品中氯离子浓度的平均值与另一段40mm长样品中的氯离子浓度的检测值很接近，说明离子阻滞剂聚乙烯醇可以抑制氯离子向外迁移，但并没有固化氯离子。
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)

1.一种轻质高强纸面石膏板，所述轻质高强纸面石膏板的制备原料包括：
Figure FDA0003124987530000011
2.根据权利要求1所述的轻质高强纸面石膏板，其中，所述离子阻滞剂选自聚乙烯醇、羧甲基纤维素、聚丙烯酰胺、海藻酸钠和醋酸乙烯-乙烯共聚乳液中的任意一种或多种。
3.根据权利要求1所述的轻质高强纸面石膏板，其中，所述熟石膏为工业副产石膏的熟料；任选地，所述熟石膏为脱硫石膏熟料和磷石膏熟料中的任意一种或两种。
4.根据权利要求3所述的轻质高强纸面石膏板，其中，所述熟石膏中CaSO4·1/2H2O的含量≥60质量％；任选地，所述熟石膏中CaSO4·1/2H2O的含量≥80质量％。
5.根据权利要求1所述的轻质高强纸面石膏板，其中，所述纤维选自玻璃纤维和聚丙烯纤维中的任意一种或多种；任选地，所述纤维的长度在3-15mm范围内。
6.根据权利要求1所述的轻质高强纸面石膏板，其中，所述粘结剂为改性淀粉；任选地，所述粘结剂选自改性玉米淀粉、改性木薯淀粉和预糊化淀粉中的任意一种或多种。
7.根据权利要求1所述的轻质高强纸面石膏板，其中，所述发泡剂选自十二烷基苯磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠和动植物蛋白类发泡剂中的任意一种或多种。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的轻质高强纸面石膏板的制备方法，所述制备方法包括：
将所述水分为第一部分水、第二部分水和第三部分水；
将所述粘结剂、所述纤维与所述第一部分水混合，得到混合料；
将所述离子阻滞剂与所述第二部分水混合，得到离子阻滞剂溶液；
将所述发泡剂、压缩空气与所述第三部分水混合后进行发泡，得到发泡溶液；
将所述熟石膏、所述混合料、所述离子阻滞剂溶液和所述发泡溶液混合，得到料浆；
在所述料浆的上、下表面附上护面纸，成型，干燥，得到所述轻质高强纸面石膏板。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其中，所述离子阻滞剂与所述第二部分水的重量比例为1:5-25；
任选地，所述发泡剂与所述第三部分水混合的重量比例为1:30-100。
10.根据权利要求8或9所述的制备方法，其中，所述压缩空气的压力为0.2-0.5MPa。
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