CN116177972A - 一种高强度抗裂纸面石膏板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及纸面石膏板领域，具体为一种高强度抗裂纸面石膏板及其制备方法。本发明先对木质素进行改性制备酚醛树脂胶液，在于纳米石墨共混制备纸面石膏板。经过改性木质素制备的酚醛树脂基体的脆性更低，力学强度更强，从而改善纸面石膏板的抗折强度，防裂效果更佳；石墨能够提高纸面石膏板的电磁屏蔽效果。此外，酚醛树脂不仅能够填充石膏的空隙、涂覆相邻石膏颗粒，提高石膏力学性能，同时也可以提高石膏板的耐水性能。通过将纳米石墨与改性酚醛树脂胶液混合，能够实现纳米石墨在石膏板中更均匀地分散，对产品性能的改善作用优于直接共混。
Description
技术领域
本发明涉及纸面石膏板技术领域，具体为一种高强度抗裂纸面石膏板及其制备方法。
背景技术
石膏是一种历史悠久、应用广泛的材料，与石灰、水泥起名，并称为三大支柱材料。石膏主要分为天然石膏和工业副产石膏。其中天然石膏又称为生石膏，主要成分是硫酸钙，经过煅烧后变成熟石膏，又称为建筑石膏；而工业副石膏产量巨大，大约90％来自于发电站脱硫系统产生的脱硫石膏，将脱硫石膏与添加剂如淀粉、减水剂等与纤维材料制成板芯，并以特制的板纸为护面可以加工得到纸面石膏。纸面石膏能实现脱硫石膏的再次利用，是一种节能环保的绿色建材。
根据用途不同，纸面石膏板可以被分为普通石膏板、防火石膏板、装饰石膏板、纤维石膏板等多种，除了功能不同外，不同性能的石膏板均具有质量轻、具有优异的隔声、隔热等优点，但同时也普遍存在一些问题，比如(1)石膏芯与护面纸涂覆不良、(2)板面搓纸、波纹、拉沟、起泡现象、(3)石膏板强度偏低，容易出现断裂现象等。其中前两者会影响纸面与石膏板芯分离，影响材料的美观；而后者则会影响材料的使用性能。因此非常有必要发明一种高强度抗裂纸面石膏板。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高强度抗裂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：一种高强度抗裂纸面石膏板及其制备方法，包括以下步骤：
步骤1：
S1：将木质素、苯酚和去离子水混合均匀，70～75℃下水浴搅拌加热1～2h，过滤、干燥得到改性木质素；
S2：将苯酚、碳酸钠、去离子水混合，110～120℃下加入与苯酚等量的甲醛，随后加入聚乙二醇600和改性木质素并补加剩余甲醛，继续反应120～150min，冷却出料；使用无水乙醇稀释，得到改性酚醛树脂胶液；
S3：将纳米石墨与改性酚醛树脂胶液混合得到混合浆料，在200～300rpm的转速下持续搅拌，备用；
步骤2：将脱硫石膏熟料、淀粉、混合浆料、减水剂、发泡剂、去离子水混合，搅拌制成均匀的石膏板浆料；
步骤3：控制石膏板料浆温度为40～50℃；将石膏板料浆与护面纸内侧涂覆；将涂覆后的石膏板料浆依次经过固化、切割和干燥，形成所述高强度抗裂纸面石膏板。
进一步的，S1中，各组分用量，按重量计，15～20份木质素、22～26份苯酚和40～50份水。
进一步的，S2中，各组分用量，按重量计，70～80份苯酚、1～2份碳酸钠、5～10份去离子水、90～95份甲醛。
进一步的，S2中，所述改性酚醛树脂胶液中，固含量为30～35％。
进一步的，S3中，所述混合浆料中各组分含量，按重量计，5～10份纳米石墨、100～120份改性酚醛树脂胶液。
进一步的，步骤2中，所述石膏板浆料中，各组分含量，按重量计，95～100份脱硫石膏熟料、4～6份淀粉、10～15份混合浆料、4～6份生石膏、1～2份减水剂、1～2份发泡剂、60～80份去离子水。
进一步的，步骤2中，所述减水剂为聚羧酸减水剂；所述发泡剂为十二烷基硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、a-烯基磺酸钠、过氧化氢中的任一种或多种。
进一步的，步骤3中，所述石膏板涂覆厚度为12mm，护面纸的吸水量为20～35g/m2。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明先对木质素进行改性制备酚醛树脂胶液，在于纳米石墨共混制备纸面石膏板。酚醛树脂不仅能够填充石膏的空隙、涂覆相邻石膏颗粒，提高石膏力学性能，同时也可以提高石膏板的耐水性能。改性木质素制备的酚醛树脂基体的脆性更低，力学强度更强，能够纸面石膏板的抗折强度。此外，纳米石墨具有电磁屏蔽作用，与木质素改性酚醛树脂胶液混合后，可以更均匀地分散在石膏板中，对产品性能的提升效果优于直接共混。
具体实施方式
以下实施例中，主要材料来源如下：
| 材料 | CAS号/货号 | 来源 |
| 纳米石墨 | 7782-42-5 | 巷田纳米材料 |
| 木质素 | 8068-03-9 | 利特新科技 |
| 苯酚 | 108-95-2 | 阿拉丁 |
| 碳酸钠 | 497-19-8 | 麦克林 |
| 甲醛 | 50-00-0 | 阿拉丁 |
| 乙醇 | 64-17-5 | 阿拉丁 |
| 聚乙二醇600 | 25322-68-3 | 大茂化学试剂 |
| 酚醛树脂 | 9003-35-4 | 美国瀚森 |
| 脱硫石膏熟料 | — | 火力发电厂 |
| 淀粉 | 9005-25-8 | 彩虹科技 |
| 聚羧酸减水剂 | JP1029 | 景鹏新型建材 |
| 十二烷基硫酸钠 | 151-21-3 | 阿拉丁 |
实施例1：
步骤1：
S1：将15g木质素、22g苯酚和40g去离子水混合均匀，70℃下水浴搅拌加热1h，过滤、干燥得到改性木质素；
S2：将70g苯酚、1g碳酸钠、5g去离子水混合，110℃下加入70g甲醛，随后加入2g聚乙二醇600和35g改性木质素并补加剩余25g甲醛，继续反应120min，冷却出料；使用无水乙醇稀释至固含量30％，得到改性酚醛树脂胶液；
S3：将5g纳米石墨与100g改性酚醛树脂胶液混合得到混合浆料，在200rpm的转速下持续搅拌，备用；
步骤2：将95g脱硫石膏熟料、4g淀粉、10g混合浆料、1g聚羧酸减水剂、1g十二烷基硫酸钠、60g去离子水混合，搅拌制成均匀的石膏板浆料；
步骤3：控制石膏板料浆温度为40℃；将石膏板料浆与护面纸内侧涂覆，涂覆厚度为12mm；将涂覆后的石膏板料浆依次经过固化、切割和干燥，形成所述高强度抗裂纸面石膏板。
实施例2：
步骤1：
S1：将16g木质素、22g苯酚和43g去离子水混合均匀，75℃下水浴搅拌加热1h，过滤、干燥得到改性木质素；
S2：将72g苯酚、1.5g碳酸钠、8g去离子水混合，115℃下加入72g甲醛，随后加入3g聚乙二醇600和38g改性木质素并补加剩余22g甲醛，继续反应125min，冷却出料；使用无水乙醇稀释至固含量33％，得到改性酚醛树脂胶液；
S3：将7g纳米石墨与105g改性酚醛树脂胶液混合得到混合浆料，在240rpm的转速下持续搅拌，备用；
步骤2：将95g脱硫石膏熟料、5g淀粉、12g混合浆料、1.5g聚羧酸减水剂、1.5g十二烷基硫酸钠、65g去离子水混合，搅拌制成均匀的石膏板浆料；
步骤3：控制石膏板料浆温度为45℃；将石膏板料浆与护面纸内侧涂覆，涂覆厚度为12mm；将涂覆后的石膏板料浆依次经过固化、切割和干燥，形成所述高强度抗裂纸面石膏板。
实施例3：
步骤1：
S1：将18g木质素、23g苯酚和45g去离子水混合均匀，70℃下水浴搅拌加热2h，过滤、干燥得到改性木质素；
S2：将75g苯酚、1.5g碳酸钠、5.5g去离子水混合，115℃下加入75g甲醛，随后加入3.5g聚乙二醇600和35g改性木质素并补加剩余18g甲醛，继续反应135min，冷却出料；使用无水乙醇稀释至固含量30％，得到改性酚醛树脂胶液；
S3：将5g纳米石墨与106g改性酚醛树脂胶液混合得到混合浆料，在210rpm的转速下持续搅拌，备用；
步骤2：将97g脱硫石膏熟料、5.2g淀粉、12g混合浆料、1.5g聚羧酸减水剂、2g十二烷基硫酸钠、70g去离子水混合，搅拌制成均匀的石膏板浆料；
步骤3：控制石膏板料浆温度为45℃；将石膏板料浆与护面纸内侧涂覆，涂覆厚度为12mm；将涂覆后的石膏板料浆依次经过固化、切割和干燥，形成所述高强度抗裂纸面石膏板。
实施例4：
步骤1：
S1：将17g木质素、25g苯酚和43g去离子水混合均匀，75℃下水浴搅拌加热1.5h，过滤、干燥得到改性木质素；
S2：将76g苯酚、1.2g碳酸钠、8g去离子水混合，115℃下加入76g甲醛，随后加入2.4g聚乙二醇600和37g改性木质素并补加剩余20g甲醛，继续反应140min，冷却出料；使用无水乙醇稀释至固含量32％，得到改性酚醛树脂胶液；
S3：将10g纳米石墨与103g改性酚醛树脂胶液混合得到混合浆料，在200rpm的转速下持续搅拌，备用；
步骤2：将97g脱硫石膏熟料、4.4g淀粉、11g混合浆料、1.8g聚羧酸减水剂、1.7g十二烷基硫酸钠、75g去离子水混合，搅拌制成均匀的石膏板浆料；
步骤3：控制石膏板料浆温度为40～50℃；将石膏板料浆与护面纸内侧涂覆，涂覆厚度为12mm；将涂覆后的石膏板料浆依次经过固化、切割和干燥，形成所述高强度抗裂纸面石膏板。
实施例5：
步骤1：
S1：将16.5g木质素、23.8g苯酚和40～50g去离子水混合均匀，70～75℃下水浴搅拌加热1～2h，过滤、干燥得到改性木质素；
S2：将74g苯酚、2g碳酸钠、8.5g去离子水混合，115℃下加入74g甲醛，随后加入4g聚乙二醇600和38g改性木质素并补加剩余21g甲醛，继续反应130min，冷却出料；使用无水乙醇稀释至固含量31％，得到改性酚醛树脂胶液；
S3：将9g纳米石墨与108g改性酚醛树脂胶液混合得到混合浆料，在205rpm的转速下持续搅拌，备用；
步骤2：将98g脱硫石膏熟料、4.8g淀粉、13g混合浆料、1.5g聚羧酸减水剂、1.2g十二烷基硫酸钠、70g去离子水混合，搅拌制成均匀的石膏板浆料；
步骤3：控制石膏板料浆温度为40℃；将石膏板料浆与护面纸内侧涂覆，涂覆厚度为12mm；将涂覆后的石膏板料浆依次经过固化、切割和干燥，形成所述高强度抗裂纸面石膏板。
实施例6：
步骤1：
S1：将17.8g木质素、26g苯酚和44.5g去离子水混合均匀，75℃下水浴搅拌加热1h，过滤、干燥得到改性木质素；
S2：将80g苯酚、1.3g碳酸钠、7.9g去离子水混合，110～120℃下加入80g甲醛，随后加入4g聚乙二醇600和35g改性木质素并补加剩余10g甲醛，继续反应140min，冷却出料；使用无水乙醇稀释至固含量34％，得到改性酚醛树脂胶液；
S3：将8g纳米石墨与113g改性酚醛树脂胶液混合得到混合浆料，在300rpm的转速下持续搅拌，备用；
步骤2：将98g脱硫石膏熟料、4.7g淀粉、13.7g混合浆料、1.8g聚羧酸减水剂、1.7g十二烷基硫酸钠、77g去离子水混合，搅拌制成均匀的石膏板浆料；
步骤3：控制石膏板料浆温度为50℃；将石膏板料浆与护面纸内侧涂覆，涂覆厚度为12mm；将涂覆后的石膏板料浆依次经过固化、切割和干燥，形成所述高强度抗裂纸面石膏板。
实施例7：
步骤1：
S1：将20g木质素、23g苯酚和46.5g去离子水混合均匀，70℃下水浴搅拌加热1.5h，过滤、干燥得到改性木质素；
S2：将77.4g苯酚、1.85g碳酸钠、6.8g去离子水混合，115℃下加入77.4g甲醛，随后加入2.4g聚乙二醇600和38.8g改性木质素并补加剩余16g甲醛，继续反应135min，冷却出料；使用无水乙醇稀释至固含量34％，得到改性酚醛树脂胶液；
S3：将9.8g纳米石墨与114g改性酚醛树脂胶液混合得到混合浆料，在255rpm的转速下持续搅拌，备用；
步骤2：将95.5g脱硫石膏熟料、4.7g淀粉、14g混合浆料、2g聚羧酸减水剂、1.8g十二烷基硫酸钠、75.5g去离子水混合，搅拌制成均匀的石膏板浆料；
步骤3：控制石膏板料浆温度为45℃；将石膏板料浆与护面纸内侧涂覆，涂覆厚度为12mm；将涂覆后的石膏板料浆依次经过固化、切割和干燥，形成所述高强度抗裂纸面石膏板。
实施例8：
步骤1：
S1：将18g木质素、25g苯酚和47.6g去离子水混合均匀，70℃下水浴搅拌加热2h，过滤、干燥得到改性木质素；
S2：将73.6g苯酚、1.84g碳酸钠、5.6g去离子水混合，115℃下加入73.6g甲醛，随后加入3g聚乙二醇600和38g改性木质素并补加剩余20g甲醛，继续反应140min，冷却出料；使用无水乙醇稀释至固含量35％，得到改性酚醛树脂胶液；
S3：将8g纳米石墨与116g改性酚醛树脂胶液混合得到混合浆料，在270rpm的转速下持续搅拌，备用；
步骤2：将96.5g脱硫石膏熟料、4.85g淀粉、14.5g混合浆料、1.65g聚羧酸减水剂、1.6g十二烷基硫酸钠、78g去离子水混合，搅拌制成均匀的石膏板浆料；
步骤3：控制石膏板料浆温度为50℃；将石膏板料浆与护面纸内侧涂覆，涂覆厚度为12mm；将涂覆后的石膏板料浆依次经过固化、切割和干燥，形成所述高强度抗裂纸面石膏板。
实施例9：
步骤1：
S1：将20g木质素、26g苯酚和50g去离子水混合均匀，75℃下水浴搅拌加热2h，过滤、干燥得到改性木质素；
S2：将80g苯酚、2g碳酸钠、10g去离子水混合，120℃下加入80g甲醛，随后加入4g聚乙二醇600和40g改性木质素并补加剩余10g甲醛，继续反应150min，冷却出料；使用无水乙醇稀释至固含量35％，得到改性酚醛树脂胶液；
S3：将10g纳米石墨与120g改性酚醛树脂胶液混合得到混合浆料，在300rpm的转速下持续搅拌，备用；
步骤2：将100g脱硫石膏熟料、6g淀粉、15g混合浆料、2g聚羧酸减水剂、2g十二烷基硫酸钠、80g去离子水混合，搅拌制成均匀的石膏板浆料；
步骤3：控制石膏板料浆温度为50℃；将石膏板料浆与护面纸内侧涂覆，涂覆厚度为12mm；将涂覆后的石膏板料浆依次经过固化、切割和干燥，形成所述高强度抗裂纸面石膏板。
对比例1：
步骤1：将95g脱硫石膏熟料、4g淀粉、1g聚羧酸减水剂、1g十二烷基硫酸钠、60g去离子水混合，搅拌制成均匀的石膏板浆料；
步骤2：控制石膏板料浆温度为40℃；将石膏板料浆与护面纸内侧涂覆，涂覆厚度为12mm；将涂覆后的石膏板料浆依次经过固化、切割和干燥，形成所述高强度抗裂纸面石膏板。
对比例2：
步骤1：
S1：将16g木质素、22g苯酚和43g去离子水混合均匀，75℃下水浴搅拌加热1h，过滤、干燥得到改性木质素；
S2：将72g苯酚、1.5g碳酸钠、8g去离子水混合，115℃下加入72g甲醛，随后加入3g聚乙二醇600和38g改性木质素并补加剩余22g甲醛，继续反应125min，冷却出料；使用无水乙醇稀释至固含量33％，得到改性酚醛树脂胶液；
步骤2：将95g脱硫石膏熟料、5g淀粉、12g混合浆料、1.5g聚羧酸减水剂、1.5g十二烷基硫酸钠、65g去离子水混合，搅拌制成均匀的石膏板浆料；
步骤3：控制石膏板料浆温度为45℃；将石膏板料浆与护面纸内侧涂覆，涂覆厚度为12mm；将涂覆后的石膏板料浆依次经过固化、切割和干燥，形成所述高强度抗裂纸面石膏板。
对比例3：
步骤1：
S2：将5g纳米石墨与106g酚醛树脂胶液混合得到混合浆料，在210rpm的转速下持续搅拌，备用；
步骤2：将97g脱硫石膏熟料、5.2g淀粉、12g混合浆料、1.5g聚羧酸减水剂、2g十二烷基硫酸钠、70g去离子水混合，搅拌制成均匀的石膏板浆料；
步骤3：控制石膏板料浆温度为45℃；将石膏板料浆与护面纸内侧涂覆，涂覆厚度为12mm；将涂覆后的石膏板料浆依次经过固化、切割和干燥，形成所述高强度抗裂纸面石膏板。
对比例4：
步骤1：将97g脱硫石膏熟料、4.4g淀粉、6g纳米石墨、1.8g聚羧酸减水剂、1.7g十二烷基硫酸钠、75g去离子水混合，搅拌制成均匀的石膏板浆料；
步骤2：控制石膏板料浆温度为40～50℃；将石膏板料浆与护面纸内侧涂覆，涂覆厚度为12mm；将涂覆后的石膏板料浆依次经过固化、切割和干燥，形成所述高强度抗裂纸面石膏板。
实验：对实施例1～9和对比例1～3进行测试，是研究过如下表所示。其中：
将纸质石膏板浸泡在水中，进行2h吸水试验，测试2h吸水率；
参照GB/T9775-2008吸水膨胀率；
参照GB/T9775-2008测试遇火稳定性时间；
参照GB/T9775-2008测试抗折强度；
将产品粉末样品与石蜡按重量1：2混合，在石蜡融化状态下混合均匀并压制成厚度为2mm，内径为3mm、外径为7mm的同轴试样，在矢量网络分析仪上测试2-18GHz频率下小于-5dB的有效吸波带宽。
结论：实施例1～9数据表明，使用木质素制备改性酚醛树脂并与纳米石墨混合能够提高纸面石膏板的耐水性、抗折强度和电磁屏蔽性能，同时对纸面石膏板的耐火性能并未造成影响。以实施例1为参照组，对比例1数据表明，不加入混合浆料的情况下，纸面石膏板性能较差，吸水率和吸水膨胀率较大且抗折强度较低；以实施例2为参照组，对比例2数据表明，掺杂纳米石墨有利于提高纸面石膏板的电磁屏蔽效果；以实施例3位参照组，对比例3数据表明，改性后的木质素能够降低酚醛树脂基体的脆性，从而提高纸基石膏板的抗折强度；以实施例4为参照，对比例4数据表明，加入改性木质素制备的酚醛树脂能够填充石膏的空隙、涂覆相邻石膏颗粒，从而提高石膏力学性能；同时也能够提高耐水性能。此外，相比于直接混合使用，纳米石墨能够随酚醛树脂在石膏板中均匀分散，有利于材料性能的提高。
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。
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)
1.一种高强度抗裂纸面石膏板的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：
S1：将木质素、苯酚和去离子水混合均匀，70～75℃下水浴搅拌加热1～2h，过滤、干燥得到改性木质素；
S2：将苯酚、碳酸钠、去离子水混合，110～120℃下加入与苯酚等量的甲醛，随后加入聚乙二醇600和改性木质素并补加剩余甲醛，继续反应120～150min，冷却出料；使用无水乙醇稀释，得到改性酚醛树脂胶液；
S3：将纳米石墨与改性酚醛树脂胶液混合得到混合浆料，在200～300rpm的转速下持续搅拌，备用；
步骤2：将脱硫石膏熟料、淀粉、混合浆料、减水剂、发泡剂、去离子水混合，搅拌制成均匀的石膏板浆料；
步骤3：控制石膏板料浆温度为40～50℃；将石膏板料浆与护面纸内侧涂覆；将涂覆后的石膏板料浆依次经过固化、切割和干燥，形成所述高强度抗裂纸面石膏板。
2.根据权利要求1所述的一种高强度抗裂纸面石膏板的制备方法，其特征在于：S1中，各组分用量，按重量计，15～20份木质素、22～26份苯酚和40～50份去离子水。
3.根据权利要求1所述的一种高强度抗裂纸面石膏板的制备方法，其特征在于：S2中，各组分用量，按重量计，70～80份苯酚、1～2份碳酸钠、5～10份去离子水、90～95份甲醛。
4.根据权利要求1所述的一种高强度抗裂纸面石膏板的制备方法，其特征在于：S2中，所述改性酚醛树脂胶液中固含量为30～35％。
5.根据权利要求1所述的一种高强度抗裂纸面石膏板的制备方法，其特征在于：S3中，所述混合浆料中各组分含量，按重量计，5～10份纳米石墨、100～120份改性酚醛树脂胶液。
6.根据权利要求1所述的一种高强度抗裂纸面石膏板的制备方法，其特征在于：步骤2中，所述石膏板浆料中，各组分含量，按重量计，95～100份脱硫石膏熟料、4～6份淀粉、10～15份混合浆料、4～6份生石膏、1～2份减水剂、1～2份发泡剂、60～80份去离子水。
7.根据权利要求1所述的一种高强度抗裂纸面石膏板的制备方法，其特征在于：步骤2中，所述减水剂为聚羧酸减水剂；所述发泡剂为十二烷基硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、a-烯基磺酸钠、过氧化氢中的任一种或多种。
8.根据权利要求1所述的一种高强度抗裂纸面石膏板的制备方法，其特征在于：步骤3中，所述石膏板涂覆厚度为12mm，护面纸的吸水量为20～35g/m2。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的一种高强度抗裂纸面石膏板的制备方法制备得到的高强度抗裂纸面石膏板。
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