CN114804801A - 一种基于减水剂的纸面石膏板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于减水剂的纸面石膏板及其制备方法。所述石膏浆料包括以下成分：石膏、环氧树脂混合物、发泡剂、减水剂、玉米淀粉、去离子水、有机硅防水剂。其中减水剂采用聚羧酸系减水剂，提高了石膏浆料的流动性。对木质素进行胺化改性，并与木质纤维素纤维和玄武岩纤维复合，提高了纤维在石膏浆料中的耐水性，提升了石膏板的力学性能，同时使用超支化聚酯，超支化聚酯中的端羟基能与环氧树脂发生反应，提高交联密度，生成互穿的网络结构，提高纤维在环氧树脂中的分散性能，提升了石膏板的力学性能。

Description

一种基于减水剂的纸面石膏板及其制备方法
技术领域
本发明涉及石膏板技术领域，具体为一种基于减水剂的纸面石膏板及其制备方法。
背景技术
石膏类板材具有抗震、质轻、保温、防火、隔音、可回收等优点，是一种良好的建筑材料，但是石膏板材的耐水性差的特点限制了他的使用范围。石膏是一种轻质多孔材料，吸水率高，一般石膏制品的吸水率高达40％。石膏的水化产物二水硫酸每晶体的溶解度比较大，遇水易溶蚀，使得石膏板材力学性能下降，石膏硬化体的软化系数为0.2-0.3，这表明石膏的耐水性是较差的。由于石膏的水溶性和在潮湿环境下强度的迅速下降，大大限制了石膏的使用范围，因此如何提高石膏板材的耐水性，使得其可以更好地应用于潮湿或外墙环境变得至关重要。
为了解决上述问题，本申请提供了一种基于减水剂的纸面石膏板及其制备方法，使得制得的石膏板具有良好的耐水性以及力学性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于减水剂的纸面石膏板及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
一种基于减水剂的纸面石膏板的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：取环氧树脂、超支化聚酯、胺化木质素、玄武岩纤维、木质纤维素纤维，搅拌均匀，得到环氧树脂混合物；
步骤二：取石膏熟料、环氧树脂混合物、减水剂、发泡剂、玉米淀粉、去离子水、防水剂，搅拌均匀，得到石膏浆料；
步骤三：控制石膏料浆温度为36-40℃；将石膏浆料浇筑在下护面纸上，并在石膏料浆的上表面铺设上护面纸，成型，制成湿板，凝固，在90-140℃下干燥40-60min，切边、封条、包装，制得一种基于减水剂的纸面石膏板。
较为优化地，超支化聚酯的制备方法为：取季戊四醇、二羟甲基丙酸、对甲苯磺酸，在130-140℃下反应1.5-2.5h，加入正丁酸，在130-140℃下反应1.5-2.5h，等酸值到达28-30，得到超支化聚酯。
较为优化地，胺化木质素的制备方法为：取木质素、氢氧化钠，搅拌均匀，得到木质素溶液，取甲醛、三聚氰胺，搅拌均匀，加入氢氧化钠，加入木质素溶液，搅拌10-20min，在80-90℃下反应3-4h，加入去离子水，滴加冰乙酸使得pH的值为2，静置30-40min，洗涤，冷冻干燥，得到胺化木质素。
较为优化地，步骤一中，木质纤维素纤维和玄武岩纤维的质量比为(1：2-2.2)。
较为优化地，步骤二中，所述发泡剂为十二烷基硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠中的任意一种或多种。
较为优化地，步骤二中，所述减水剂为聚羧酸系减水剂。
较为优化地，步骤二中，所述防水剂为有机硅防水剂。
较为优化地，所述石膏浆料包括以下成分：按照重量计，80-100份石膏、6-10份环氧树脂混合物、0.5-1份发泡剂、0.5-0.8份减水剂、0.5-1份玉米淀粉、65-75份去离子水、0.3-1.6份防水剂。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：
(1)本发明使用聚羧酸系减水剂，减水剂吸附可以改变石膏颗粒界面结构与电化学性质，通过空间斥力效应和位阻效应发挥分散作用。聚羧酸系减水剂为聚氧乙烯接枝的多羧酸合物，带有较多支链。大分子链上的羧基产生的阴离子效应和中性聚氧乙烯侧链的空间位阻作用。吸附时,主链通过羧基与钙离子作用“锚固”在石膏表面,而支链则伸展出来，减水剂分子在石膏颗粒界面呈立体分布,对颗粒间聚集产生空间阻碍作用。聚羧酸系减水剂可以降低板材自由水蒸发能耗、提高料浆流动性和加工性，同时减短了板材的凝结时间和提高了板材强度。
(2)控制木质纤维素纤维和玄武岩纤维的质量比为(1：2-2.2)。掺杂两种纤维的效果优于只掺杂一种纤维的效果，提高了石膏板的力学性能。
(3)对木质素进行胺化改性，在木质素里加入胺基，增加了木质素中的活性氢，增加了木质素的反应位点，使胺化木质素的比表面积增多，与环氧树脂复合，一方面增加了交联密度，使化合物的稳定性增强；木质素中含有许多苯环结构，增强了石膏板的抗压强度，其次由于胺化木质素中含有许多酚羟基、醇羟基和胺基基团，吸水性好，与木质纤维素纤维、玄武岩纤维复合在一起，防止体系中的自由水会向着纤维分布位置富集，导致石膏浆料工作性能下降；此时，加入胺化木质素能更好地提高石膏浆料的流动性，增加纤维的耐水性，提高了石膏板的力学性能以及耐水性。
(4)使用超支化聚酯对环氧树脂进行改性，超支化聚酯中的端羟基能与环氧树脂发生反应，提高交联密度，生成互穿的网络结构，提高纤维在环氧树脂中的分散性能，将木质纤维素纤维和玄武岩纤维与超支化聚酯混合，提高了纤维在体系中的分散性以及石膏板的力学性能。
由于改性后的纤维在石膏浆料中的耐水性更好，使得石膏浆料的性能提升，此时可以减少纤维的用量，在石膏浆料中添加6-10份环氧树脂混合物，便可以使石膏板用于同样出色的力学性能。
具体实施方式
下面将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。
实施例1
步骤一：胺化木质素的制备：取10g木质素、1.5ml氢氧化钠，搅拌均匀，得到木质素溶液，取11g甲醛、6g三聚氰胺，搅拌均匀，加入12g氢氧化钠，加入木质素溶液，搅拌15min，在85℃下反应3.5h，加入300ml去离子水，滴加冰乙酸使得pH的值为2，静置35min，洗涤，冷冻干燥，得到胺化木质素。
步骤二：超支化聚酯的制备：取季戊四醇、二羟甲基丙酸、超支化聚酯总质量1.2wt％的对甲苯磺酸，在135℃下反应2h，加入正丁酸，在135℃下反应2h，等酸值为29，得到超支化聚酯；
所述季戊四醇、二羟甲基丙酸的摩尔比为1：4；季戊四醇、正丁酸的摩尔比为1：8。
步骤三：环氧树脂混合物的制备：取120g环氧树脂、30g超支化聚酯、12g胺化木质素、10g玄武岩纤维、20g木质纤维素纤维，搅拌均匀，得到环氧树脂混合物。
所述木质纤维素纤维和玄武岩纤维的质量比为1：2.1。
取石膏熟料、环氧树脂混合物、聚羧酸系减水剂、十二烷基硫酸钠发泡剂、玉米淀粉、去离子水、有机硅防水剂，搅拌均匀，得到石膏浆料；
所述石膏浆料包括以下成分：按照重量计，90份石膏、8份环氧树脂混合物、0.7份发泡剂、0.6份聚羧酸系减水剂、0.7份玉米淀粉和、70份去离子水、1份有机硅防水剂。
控制石膏料浆温度为38℃；将石膏浆料浇筑在下护面纸上，并在石膏料浆的上表面铺设上护面纸，成型，制成湿板，凝固，在120℃下干燥50min，切边、封条、包装，制得一种基于减水剂的纸面石膏板。
实施例2
步骤一：胺化木质素的制备：取10g木质素、1.5ml氢氧化钠，搅拌均匀，得到木质素溶液，取11g甲醛、6g三聚氰胺，搅拌均匀，加入12g氢氧化钠，加入木质素溶液，搅拌10min，在80℃下反应3h，加入300ml去离子水，滴加冰乙酸使得pH的值为2，静置30min，洗涤，冷冻干燥，得到胺化木质素。
步骤二：超支化聚酯的制备：取季戊四醇、二羟甲基丙酸、超支化聚酯总质量1.2wt％的对甲苯磺酸，在130℃下反应1.5h，加入正丁酸，在130℃下反应1.5h，等酸值为28，得到超支化聚酯；
所述季戊四醇、二羟甲基丙酸的摩尔比为1：4；季戊四醇、正丁酸的摩尔比为1：8。
步骤三：环氧树脂混合物的制备：取120g环氧树脂、30g超支化聚酯、12g胺化木质素、10g玄武岩纤维、20g木质纤维素纤维，搅拌均匀，得到环氧树脂混合物。
所述木质纤维素纤维和玄武岩纤维的质量比为1：2。
取石膏熟料、环氧树脂混合物、聚羧酸系减水剂、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠发泡剂、玉米淀粉、去离子水、有机硅防水剂，搅拌均匀，得到石膏浆料；
所述石膏浆料包括以下成分：按照重量计，80份石膏、6份环氧树脂混合物、0.5份发泡剂、0.5份聚羧酸系减水剂、0.5份玉米淀粉、65份去离子水、0.3份有机硅防水剂。
控制石膏料浆温度为36℃；将石膏浆料浇筑在下护面纸上，并在石膏料浆的上表面铺设上护面纸，成型，制成湿板，凝固，在90℃下干燥40min，切边、封条、包装，制得一种基于减水剂的纸面石膏板。
实施例3
步骤一：胺化木质素的制备：取10g木质素、1.5ml氢氧化钠，搅拌均匀，得到木质素溶液，取11g甲醛、6g三聚氰胺，搅拌均匀，加入12g氢氧化钠，加入木质素溶液，搅拌20min，在90℃下反应4h，加入300ml去离子水，滴加冰乙酸使得pH的值为2，静置30-40min，洗涤，冷冻干燥，得到胺化木质素。
步骤二：超支化聚酯的制备：取季戊四醇、二羟甲基丙酸、超支化聚酯总质量1.2wt％的对甲苯磺酸，在140℃下反应2.5h，加入正丁酸，在140℃下反应2.5h，等酸值为30，得到超支化聚酯；
所述季戊四醇、二羟甲基丙酸的摩尔比为1：4；季戊四醇、正丁酸的摩尔比为1：8。
步骤三：环氧树脂混合物的制备：取120g环氧树脂、30g超支化聚酯、12g胺化木质素、10g玄武岩纤维、20g木质纤维素纤维，搅拌均匀，得到环氧树脂混合物。
所述木质纤维素纤维和玄武岩纤维的质量比为1：2.2。
取石膏熟料、环氧树脂混合物、聚羧酸系减水剂、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠发泡剂、玉米淀粉、去离子水、有机硅防水剂，搅拌均匀，得到石膏浆料；
所述石膏浆料包括以下成分：按照重量计，100份石膏、10份环氧树脂混合物、1份发泡剂、0.8份聚羧酸系减水剂、1份玉米淀粉、75份去离子水、1.6份有机硅防水剂。
控制石膏料浆温度为40℃；将石膏浆料浇筑在下护面纸上，并在石膏料浆的上表面铺设上护面纸，成型，制成湿板，凝固，在140℃下干燥60min，切边、封条、包装，制得一种基于减水剂的纸面石膏板。
实施例4：木质纤维素纤维和玄武岩纤维的质量比为1：1.5，其余与实施例1相同。
步骤一：胺化木质素的制备：取10g木质素、1.5ml氢氧化钠，搅拌均匀，得到木质素溶液，取11g甲醛、6g三聚氰胺，搅拌均匀，加入12g氢氧化钠，加入木质素溶液，搅拌15min，在85℃下反应3.5h，加入300ml去离子水，滴加冰乙酸使得pH的值为2，静置35min，洗涤，冷冻干燥，得到胺化木质素。
步骤二：超支化聚酯的制备：取季戊四醇、二羟甲基丙酸、超支化聚酯总质量1.2wt％的对甲苯磺酸，在135℃下反应2h，加入正丁酸，在135℃下反应2h，等酸值为29，得到超支化聚酯；
所述季戊四醇、二羟甲基丙酸的摩尔比为1：4；季戊四醇、正丁酸的摩尔比为1：8。
步骤三：环氧树脂混合物的制备：取120g环氧树脂、30g超支化聚酯、12g胺化木质素、10g玄武岩纤维、20g木质纤维素纤维，搅拌均匀，得到环氧树脂混合物。
所述木质纤维素纤维和玄武岩纤维的质量比为1：1.5。
取石膏熟料、环氧树脂混合物、聚羧酸系减水剂、十二烷基硫酸钠发泡剂、玉米淀粉、去离子水、有机硅防水剂，搅拌均匀，得到石膏浆料；
所述石膏浆料包括以下成分：按照重量计，90份石膏、8份环氧树脂混合物、0.7份发泡剂、0.6份聚羧酸系减水剂、0.7份玉米淀粉和、70份去离子水、1份有机硅防水剂。
控制石膏料浆温度为38℃；将石膏浆料浇筑在下护面纸上，并在石膏料浆的上表面铺设上护面纸，成型，制成湿板，凝固，在120℃下干燥50min，切边、封条、包装，制得一种基于减水剂的纸面石膏板。
实施例5：不添加胺化木质素，其余与实施例1相同。
步骤一：超支化聚酯的制备：取季戊四醇、二羟甲基丙酸、超支化聚酯总质量1.2wt％的对甲苯磺酸，在135℃下反应2h，加入正丁酸，在135℃下反应2h，等酸值为29，得到超支化聚酯；
所述季戊四醇、二羟甲基丙酸的摩尔比为1：4；季戊四醇、正丁酸的摩尔比为1：8。
步骤二：环氧树脂混合物的制备：取120g环氧树脂、30g超支化聚酯、10g玄武岩纤维、20g木质纤维素纤维，搅拌均匀，得到环氧树脂混合物。
所述木质纤维素纤维和玄武岩纤维的质量比为1：2.1。
取石膏熟料、环氧树脂混合物、聚羧酸系减水剂、十二烷基硫酸钠发泡剂、玉米淀粉、去离子水、有机硅防水剂，搅拌均匀，得到石膏浆料；
所述石膏浆料包括以下成分：按照重量计，90份石膏、8份环氧树脂混合物、0.7份发泡剂、0.6份聚羧酸系减水剂、0.7份玉米淀粉和、70份去离子水、1份有机硅防水剂。
控制石膏料浆温度为38℃；将石膏浆料浇筑在下护面纸上，并在石膏料浆的上表面铺设上护面纸，成型，制成湿板，凝固，在120℃下干燥50min，切边、封条、包装，制得一种基于减水剂的纸面石膏板。
实施例6：不添加超支化聚酯，其余与实施例1相同。
步骤一：胺化木质素的制备：取10g木质素、1.5ml氢氧化钠，搅拌均匀，得到木质素溶液，取11g甲醛、6g三聚氰胺，搅拌均匀，加入12g氢氧化钠，加入木质素溶液，搅拌15min，在85℃下反应3.5h，加入300ml去离子水，滴加冰乙酸使得pH的值为2，静置35min，洗涤，冷冻干燥，得到胺化木质素。
步骤三：环氧树脂混合物的制备：取120g环氧树脂、12g胺化木质素、10g玄武岩纤维、20g木质纤维素纤维，搅拌均匀，得到环氧树脂混合物。
所述木质纤维素纤维和玄武岩纤维的质量比为1：2.1。
取石膏熟料、环氧树脂混合物、聚羧酸系减水剂、十二烷基硫酸钠发泡剂、玉米淀粉、去离子水、有机硅防水剂，搅拌均匀，得到石膏浆料；
所述石膏浆料包括以下成分：按照重量计，90份石膏、8份环氧树脂混合物、0.7份发泡剂、0.6份聚羧酸系减水剂、0.7份玉米淀粉和、70份去离子水、1份有机硅防水剂。
控制石膏料浆温度为38℃；将石膏浆料浇筑在下护面纸上，并在石膏料浆的上表面铺设上护面纸，成型，制成湿板，凝固，在120℃下干燥50min，切边、封条、包装，制得一种基于减水剂的纸面石膏板。
实施例7：添加12份环氧树脂混合物，其余与实施例1相同。
步骤一：胺化木质素的制备：取10g木质素、1.5ml氢氧化钠，搅拌均匀，得到木质素溶液，取11g甲醛、6g三聚氰胺，搅拌均匀，加入12g氢氧化钠，加入木质素溶液，搅拌15min，在85℃下反应3.5h，加入300ml去离子水，滴加冰乙酸使得pH的值为2，静置35min，洗涤，冷冻干燥，得到胺化木质素。
步骤二：超支化聚酯的制备：取季戊四醇、二羟甲基丙酸、超支化聚酯总质量1.2wt％的对甲苯磺酸，在135℃下反应2h，加入正丁酸，在135℃下反应2h，等酸值为29，得到超支化聚酯；
所述季戊四醇、二羟甲基丙酸的摩尔比为1：4；季戊四醇、正丁酸的摩尔比为1：8。
步骤三：环氧树脂混合物的制备：取120g环氧树脂、30g超支化聚酯、12g胺化木质素、10g玄武岩纤维、20g木质纤维素纤维，搅拌均匀，得到环氧树脂混合物。
所述木质纤维素纤维和玄武岩纤维的质量比为1：2.1。
取石膏熟料、环氧树脂混合物、聚羧酸系减水剂、十二烷基硫酸钠发泡剂、玉米淀粉、去离子水、有机硅防水剂，搅拌均匀，得到石膏浆料；
所述石膏浆料包括以下成分：按照重量计，90份石膏、12份环氧树脂混合物、0.7份发泡剂、0.6份聚羧酸系减水剂、0.7份玉米淀粉和、70份去离子水、1份有机硅防水剂。
控制石膏料浆温度为38℃；将石膏浆料浇筑在下护面纸上，并在石膏料浆的上表面铺设上护面纸，成型，制成湿板，凝固，在120℃下干燥50min，切边、封条、包装，制得一种基于减水剂的纸面石膏板。
实验
取实施例1-实施例7制备得到的石膏板进行测试，按照GB/T9775-2008测试石膏板的断裂荷载，得到的结果如下表所示：
横向断裂荷载/N 纵向断裂荷载/N
实施例1 497 915
实施例2 496 914
实施例3 496 915
实施例4 461 907
实施例5 446 861
实施例6 453 873
实施例7 491 911
结论：由表上数据可知，实施例4中，木质纤维素纤维和玄武岩纤维的质量比为1：1.5，石膏板强度下降，由此可知，当木质纤维素纤维和玄武岩纤维的质量比为(1：2-2.2)时，掺杂两种纤维的效果优于只掺杂一种纤维的效果。实施例5中，不添加胺化木质素，石膏浆料中的自由水会向着木质纤维素纤维、玄武岩纤维分布位置富集，导致石膏浆料工作性能下降，使得石膏板的强度下降。实施例6中，不添加超支化聚酯，超支化聚酯中的端羟基能与环氧树脂发生反应，提高交联密度，生成互穿的网络结构，提高纤维在环氧树脂中的分散性能，不添加超支化聚酯使得断裂荷载下降。实施例7中，添加了12份环氧树脂混合物，得到的断裂荷载与实施例1至实施例3的断裂荷载相比，没有太大区别，由此可知仅添加6-10份环氧树脂混合物，就可以使得石膏板具有优异的力学性能。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于减水剂的纸面石膏板的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：取环氧树脂、超支化聚酯、胺化木质素、玄武岩纤维、木质纤维素纤维，搅拌均匀，得到环氧树脂混合物；
步骤二：取石膏熟料、环氧树脂混合物、减水剂、发泡剂、玉米淀粉、去离子水、防水剂，搅拌均匀，得到石膏浆料；
步骤三：控制石膏料浆温度为36-40℃；将石膏浆料浇筑在下护面纸上，并在石膏料浆的上表面铺设上护面纸，成型，制成湿板，凝固，在90-140℃下干燥40-60min，切边、封条、包装，制得一种基于减水剂的纸面石膏板。
2.根据权利要求1所述的一种基于减水剂的纸面石膏板的制备方法，其特征在于：超支化聚酯的制备方法为：取季戊四醇、二羟甲基丙酸、对甲苯磺酸，在130-140℃下反应1.5-2.5h，加入正丁酸，在130-140℃下反应1.5-2.5h，等酸值到达28-30，得到超支化聚酯。
3.根据权利要求1所述的一种基于减水剂的纸面石膏板的制备方法，其特征在于：胺化木质素的制备方法为：取木质素、氢氧化钠，搅拌均匀，得到木质素溶液，取甲醛、三聚氰胺，搅拌均匀，加入氢氧化钠，加入木质素溶液，搅拌10-20min，在80-90℃下反应3-4h，加入去离子水，滴加冰乙酸使得pH的值为2，静置30-40min，洗涤，冷冻干燥，得到胺化木质素。
4.根据权利要求1所述的一种基于减水剂的纸面石膏板的制备方法，其特征在于：步骤一中，木质纤维素纤维和玄武岩纤维的质量比为(1：2-2.2)。
5.根据权利要求1所述的一种基于减水剂的纸面石膏板的制备方法，其特征在于：步骤二中，所述发泡剂为十二烷基硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠中的任意一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种基于减水剂的纸面石膏板的制备方法，其特征在于：步骤二中，所述减水剂为聚羧酸系减水剂。
7.根据权利要求1所述的一种基于减水剂的纸面石膏板的制备方法，其特征在于：步骤二中，所述防水剂为有机硅防水剂。
8.根据权利要求7所述的一种基于减水剂的纸面石膏板的制备方法，其特征在于：所述石膏浆料包括以下成分：按照重量计，80-100份石膏、6-10份环氧树脂混合物、0.5-1份发泡剂、0.5-0.8份减水剂、0.5-1份玉米淀粉、65-75份去离子水、0.3-1.6份有机硅防水剂。
9.根据权利要求1-8中任意一项所述的一种基于减水剂的纸面石膏板的制备方法制备得到的一种基于减水剂的纸面石膏板。
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