CN113404175A - 一种纸面石膏板及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种纸面石膏板，包括板芯和护面纸，所述板芯的原料包括石膏熟料、膨胀蛭石、硅灰、相变材料、导热增强材料、增强纤维和聚乙烯醇；所述相变材料和导热增强材料位于所述膨胀蛭石的层间空间内；本申请提供了一种保温性能良好且相变材料不易泄露的石膏板。

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建筑材料技术，尤指一种特别涉及但不限于一种纸面石膏板及其制备方法。

背景技术

众所周知，石膏是一种多孔性的建筑材料，石膏板具有轻质、防火、阻燃等优良的性能，是常用的建筑装饰装修材料和室内隔墙板材。但常规的纸面石膏板(9.5mm、12mm)在保温性能上有一定的局限性。在天气寒冷的北方提高石膏板的保温性能对节能、改善人居环境舒适性具有重要的意义。

相变石膏板因相变材料的掺入会造成基板的力学强度出现一定程度的下降，同时采用相变石膏板板芯中的相变材料的容易泄露，严重限制了相变纸面石膏板的应用。

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。

本申请通过新的工艺解决了上述问题，制备了性能良好的功能型石膏板。石膏板基板厚度为9.5mm至12mm。

本申请提供了一种纸面石膏板，包括板芯和护面纸，所述板芯的原料包括：石膏熟料、膨胀蛭石、硅灰、相变材料、导热增强材料、增强纤维和聚乙烯醇；

所述相变材料和导热增强材料位于所述膨胀蛭石的层间空间内。

在一种实施方式中，所述板芯原料还包括发泡剂、淀粉和减水剂中的一种或更多种。

在一种实施方式中，所述石膏熟料、所述导热增强材料、所述增强纤维、所述膨胀蛭石、所述硅灰、所述相变材料、所述聚乙烯醇、所述减水剂、所述发泡剂和所述淀粉的重量比为(90至100):(0.01至4):(0.1至4):(0.5至7):(0.5至6):(1至15):(0.3至3):(0至0.3):(0至0.05):(0.3至5)；

在一种实施方式中，所述石膏熟料、所述导热增强材料、所述增强纤维、所述膨胀蛭石、所述硅灰、所述相变材料、所述聚乙烯醇、所述减水剂和所述发泡剂和所述淀粉的重量比为(90至100):(0.01至4):(0.1至3):(0.5至5):(0.5至5):(1至15):(0.3至3):(0.01至0.3):(0.01至0.05):(0.3至0.9)。

在一种实施方式中，所述膨胀蛭石为过60目筛的膨胀蛭石；

在一种实施方式中，所述膨胀蛭石孔径分布为0.01μm至50μm；

在一种实施方式中，所述石膏熟料的平均粒度为80目至100目；

在一种实施方式中，所述相变材料的熔点为20℃至50℃；

在一种实施方式中，所述导热增强材料的平均长度为10μm至100μm；所述导热增强材料的平均直径在0.1nm至1000nm，优选平均长度为10μm至50μm，优选平均直径为100nm至600nm；

在一种实施方式中，所述增强纤维的平均长度为1mm至10mm，平均直径为5μm至10μm；更优选地，所述增强纤维的平均长度为1mm至5mm，平均直径为5μm至10μm。

在一种实施方式中，所述相变材料选自乳化石蜡、聚乙二醇和月桂酸中的任意一种或更多种；可选地，所述聚乙二醇的熔点为30℃至50℃，分子量不大于2000；可选地，所述石蜡的熔点为20℃至41℃；

在一种实施方式中，所述导热增强材料选自炭网络、碳化硅纳米线、金属纳米线、碳纳米管和石墨烯中的任意一种或更多种，优选导热增强材料为碳化硅导热增强材料；

在一种实施方式中，所述增强纤维选自碳纤维、沥青基碳纤维、聚丙烯纤维、玻璃纤维、石墨烯碳纤维和石膏晶须中的任意一种或更多种，优选地，所述增强纤维为碳纤维。

在一种实施方式中，所述聚乙烯醇选自聚乙烯醇PVA2488、聚乙烯醇PVA1788；

在一种实施方式中，所述发泡剂为阴离子表面活性剂；优选地，所述阴离子表面活性剂选自巴斯夫

GYP 3550、

GYP 2680、

SASN 812或3110或十二烷基硫酸钠；

在一种实施方式中，所述减水剂选自聚羧酸系减水剂、嘧胺树脂类、磺酸化缩聚物减水剂中的一种或更多种；

在一种实施方式中，所述淀粉为预糊化淀粉，优选地，所述预糊化淀粉的粘度范围为：50mPa·s至100mPa·s(1#转子)。

又一方面，本申请提供了上述纸面石膏板的制备方法，包括：

a)将所述增强纤维分散在水中，加入所述聚乙烯醇，得到混合物a；

b)将所述膨胀蛭石与所述混合物a、所述发泡剂混合均匀得到混合物b；

c)将所述石膏熟料、所述硅灰、所述减水剂与所述混合物b混合均匀，得到石膏料浆，石膏料浆干燥后得到石膏板芯；

在一种实施方式中，步骤a中，所述水的用量为所述石膏熟料、所述硅灰、所述膨胀蛭石、所述聚乙烯醇和所述减水剂混合均匀后的粉体的标准稠度用水量。

在一种实施方式中，所述膨胀蛭石经过如下处理：

I)将所述膨胀蛭石与过饱和盐水混合均匀，得到混合物c；

II)将混合物c升温至100℃以上，再降温至0℃以下，直至所述膨胀蛭石的粒径d50≤0.45μm；可选地，所述升温和所述降温循环两次以上；

III)将经过步骤II)处理的混合物c用滤纸过滤，并用去离子水水洗，将得到的固体进行干燥得到处理后的膨胀蛭石，将导热增强材料、相变材料和处理后的膨胀蛭石混合均匀，在室温下放置1d至3d得到混合物d；

IV)将混合物d在恒温恒压条件下保存5min至40min；

V)将经过步骤IV)处理的混合物d进行分离，得到经过处理的膨胀蛭石。

在一种实施方式中，步骤I中所述膨胀蛭石与所述过饱和盐水的用量比为每升过饱和盐水中膨胀蛭石2g至50g；所述盐为碱金属盐；优选地，所述碱金属盐包括钠盐或锂盐。

在一种实施方式中，步骤II中所述升温的温度为100-200℃，所述升温时间为4h至12h；可选地，所述降温的温度为0℃至-30℃；

在一种实施方式中，步骤IV中，所述恒温为35℃至45℃，恒压为-0.09MPa至0.01MPa。

本申请拓宽了石膏板的使用范围和功能。具体优势体现在：

有效防止石膏基材中的相变材料的泄露，提高石膏板的耐高温性能，并且力学性能并未因相变材料的加入而降低，是一种力学性能和保温性能优良的石膏板；

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。

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1A、图1B、图1C为本申请实施例1制备的膨胀蛭石片，从图中可以看出，处理后的膨胀蛭石孔径分布约为0.01μm至50μm。

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

本实施例中，减水剂为聚羧酸减水剂，购自巴斯夫公司，

PCE541F.F；聚乙烯醇购自可乐丽国际贸易上海有限公司，PVA2488；发泡剂购自巴斯夫有限公司，为一种阴离子表面活性剂，

GYP 2680。硅灰购自埃肯中国公司，200-1000目；增强纤维为碳纤维，平均长度为3mm，平均直径为7μm；所述相变材料为乳化石蜡，相变温度为20℃至41℃；碳化硅纳米线导热增强材料平均长度为10μm至50μm，平均直径为100nm至600nm；所述膨胀蛭石来自河北灵寿县；所述淀粉为预糊化淀粉，粘度为55mPa.s(1#转子)。

所述膨胀蛭石的处理方法包括如下步骤：

(1)将蛭石破碎后制成高膨胀率膨胀蛭石(过60目筛)，将高膨胀率膨胀蛭石用去离子水清洗后和NaCl过饱和溶液(蛭石重量:NaCl过饱和溶液＝20g/L)混合得到膨胀蛭石和水的混合液；

(2)将步骤(1)制备得的膨胀蛭石和水的混合液置于电热(160℃)上，边加热边搅拌(定期补充去离子水)，8h后，冷却至室温，然后逐渐降温至-10℃，8h后，可选地，再置于电热板上，反复循环多次，直至膨胀蛭石粒径d50≤0.45um；

(3)将步骤(2)制得的蛭石混合物用滤纸进行过滤，并使用去离子水水洗蛭石；

(4)将滤纸上的蛭石置于烘箱干燥，备用，此时膨胀蛭石的孔径分布约为0.01μm至50μm。

以下为石膏板的制备过程：

将1g碳化硅纳米线导热增强材料均匀分散在20g乳化石蜡(相变熔点为20℃至41℃)中，然后将膨胀蛭石纳米片(上述步骤(4)中经过干燥的滤纸上的蛭石)与乳化石蜡充分混合均匀，在室温下放置1d，然后置于在恒温(温度为40±2℃)，恒压(真空度为-0.09MPa至0.01MPa)的条件下，维持20分钟；在毛细管力和表面张力作用下，乳化石蜡被浸入到膨胀蛭石的孔隙中。然后将膨胀蛭石转移到滤纸上，在高于相变材料熔点(60℃)的干燥箱中除去膨胀蛭石表面渗漏的乳化石蜡。持续更换滤纸，直到观察不到渗漏痕迹。

根据标准稠度用水量(将上述1000g脱硫石膏熟料、10g硅灰、20g膨胀蛭石纳米片相变材料、1g聚乙烯醇、6g淀粉、0.5g减水剂、3g碳纤维混合均匀，测试标准稠度用水量)称量拌合水。在水中加入3g碳纤维分散均匀，再加入1g聚乙烯醇和搅拌均匀；然后将上述制备的膨胀蛭石纳米片倒入混合液中，搅拌均匀。然后再加入0.2g发泡剂。最后将1000g脱硫石膏熟料(过80目筛)、10g硅灰、0.5g减水剂、6g淀粉倾倒入上述溶液中，搅拌均匀，制备得到石膏料浆，石膏料浆与护面纸搭接粘牢成型即得纸面石膏板湿板，经干燥(160℃条件下烘0.5h，110℃条件下烘1h，然后45℃条件下烘干至恒重)后即得纸面石膏板。

实施例2

与实施例1区别在于膨胀蛭石纳米片中封装的相变材料为聚乙二醇，所述聚乙二醇的熔点为30℃至50℃，分子量不大于2000；所述聚乙二醇用量与实施例1中相变材料用量相同。

实施例3

与实施例1区别在于配方中硅灰的添加量为20g。

实施例4

与实施例1区别在于配方中碳纤维添加量为1g。

实施例5

与实施例1区别在于配方中膨胀蛭石的添加量不同。在制备石膏板过程中，膨胀蛭石纳米片的加入量为10g。

对比例1

本对比例和实施例1的区别在于纸面石膏板原料中不涉及膨胀蛭石相变材料(具体不涉及：膨胀蛭石经过实施例1步骤(4)处理后在滤纸上留下的膨胀蛭石、乳化石蜡和碳化硅纳米线导热增强材料)。

对比例2

本对比例与实施例1的区别在于，不涉及乳化石蜡和碳化硅纳米线导热增强材料。

对比例3

本对比例与实施例1的区别在于，不涉及碳化硅纳米线导热增强材料。

对比例4

本对比例与实施例1的区别在于，不涉及乳化石蜡。

对比例5

本对比例与实施例1的区别在于，不涉及膨胀蛭石，将碳化硅纳米线和乳化石蜡在制备石膏板的过程中加入。

性能测试

1.板材断裂载荷测试：依据中国国家标准GB/T9775-2008标准方法测试实施例和对比例中制备石膏板的断裂载荷，结果在表1中示出。

表1实施例和对比例中制得产品的力学性能测试

2、耐火稳定性测试：依据中国国家标准GB/T9775-2008《纸面石膏板》方法测试实施例和对比例中制备出的石膏板的遇火稳定性，实施例的遇火稳定性与对比例的基本相同，部分实施例的遇火稳定性甚至优于对比例的遇火稳定性。

3、本申请实施例和对比例1、对比例2、对比例4制备的石膏板均不存在相变材料漏液的情况，但是对比例1、2和4不具备减小室内温度波动的效果(根据本领域常规的测试方法)；对比例3和5虽然一定程度上具备减小室内温度波动的效果，但是相变材料泄露严重，无法长期应用。

4、本申请实施例制备的纸面石膏板与现有普通纸面石膏板相比还具备降低室内噪音的性能。

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，所述板芯的原料包括：石膏熟料、膨胀蛭石、硅灰、相变材料、导热增强材料、增强纤维和聚乙烯醇；

所述相变材料和导热增强材料位于所述膨胀蛭石的层间空间内。

2.根据权利要求1所述的纸面石膏板，其中，所述板芯的原料还包括发泡剂、淀粉和减水剂中的一种或更多种。

3.根据权利要求2所述的纸面石膏板，其中，所述石膏熟料、所述导热增强材料、所述增强纤维、所述膨胀蛭石、所述硅灰、所述相变材料、所述聚乙烯醇、所述减水剂、所述发泡剂和所述淀粉的重量比为(90至100):(0.01至4):(0.1至4):(0.5至7):(0.5至6):(1至15):(0.3至3):(0至0.3):(0至0.05):(0.3至5)；

优选地，所述石膏熟料、所述导热增强材料、所述增强纤维、所述膨胀蛭石、所述硅灰、所述相变材料、所述聚乙烯醇、所述减水剂和所述发泡剂和所述淀粉的重量比为(90至100):(0.01至4):(0.1至3):(0.5至5):(0.5至5):(1至15):(0.3至3):(0.01至0.3):(0.01至0.05):(0.3至0.9)。

4.根据权利要求3所述的纸面石膏板，其中，所述膨胀蛭石为过60目筛的膨胀蛭石；

可选地，所述膨胀蛭石孔径分布为0.01μm至50μm；

可选地，所述石膏熟料的平均粒度为80目至100目；

可选地，所述相变材料的熔点为20℃至50℃；

可选地，所述导热增强材料的平均长度为10μm至100μm；所述导热增强材料的平均直径在0.1nm至1000nm，优选平均长度为10μm至50μm，优选平均直径为100nm至600nm；

可选地，所述增强纤维的平均长度为1mm至10mm，平均直径为5μm至10μm；更优选地，所述增强纤维的平均长度为1mm至5mm，平均直径为5μm至10μm。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的纸面石膏板，其中，

所述相变材料选自乳化石蜡、聚乙二醇和月桂酸中的任意一种或更多种；可选地，所述聚乙二醇的熔点为30℃至50℃，分子量不大于2000；可选地，所述石蜡的熔点为20℃至41℃；

可选地，所述导热增强材料选自炭网络、碳化硅纳米线、金属纳米线、碳纳米管和石墨烯中的任意一种或更多种，优选导热增强材料为碳化硅导热增强材料；

可选地，所述增强纤维选自碳纤维、沥青基碳纤维、聚丙烯纤维、玻璃纤维、石墨烯碳纤维和石膏晶须中的任意一种或更多种，优选地，所述增强纤维为碳纤维。

6.根据权利要求2至4中任一项所述的纸面石膏板，其中，所述聚乙烯醇选自聚乙烯醇PVA2488、聚乙烯醇PVA1788；

可选地，所述发泡剂为阴离子表面活性剂；优选地，所述阴离子表面活性剂选自巴斯夫

GYP 3550、

GYP 2680、

SASN812或3110或十二烷基硫酸钠；

可选地，所述减水剂选自聚羧酸系减水剂、嘧胺树脂类、磺酸化缩聚物减水剂中的一种或更多种；

可选地，所述淀粉为预糊化淀粉，优选地，所述预糊化淀粉的粘度范围为：50mPa·s至100mPa·s。

7.根据权利要求2至6中任一项所述的纸面石膏板的制备方法，包括：

a)将所述增强纤维分散在水中，加入所述聚乙烯醇，得到混合物a；

b)将所述膨胀蛭石与所述混合物a、所述发泡剂混合均匀得到混合物b；

c)将所述石膏熟料、所述硅灰、所述减水剂与所述混合物b混合均匀，得到石膏料浆，石膏料浆干燥后得到石膏板芯；

可选地，步骤a中，所述水的用量为所述石膏熟料、所述硅灰、所述膨胀蛭石、所述聚乙烯醇和所述减水剂混合均匀后的粉体的标准稠度用水量。

8.根据权利要求7所述的纸面石膏板的制备方法，其中，所述膨胀蛭石经过如下处理：

I)将所述膨胀蛭石与过饱和盐水混合均匀，得到混合物c；

II)将混合物c升温至100℃以上，再降温至0℃以下，直至所述膨胀蛭石的粒径d50≤0.45μm；可选地，所述升温和所述降温循环两次以上；

III)将经过步骤II)处理的混合物c用滤纸过滤，并用去离子水水洗，将得到的固体进行干燥得到处理后的膨胀蛭石，将导热增强材料、相变材料和处理后的膨胀蛭石混合均匀，在室温下放置1d至3d得到混合物d；

IV)将混合物d在恒温恒压条件下保存5min至40min；

V)将经过步骤IV)处理的混合物d进行分离，得到经过处理的膨胀蛭石。

9.根据权利要求8所述的纸面石膏板的制备方法，其中，步骤I中所述膨胀蛭石与所述过饱和盐水的用量比为每升过饱和盐水中膨胀蛭石2g至50g；所述盐为碱金属盐；优选地，所述碱金属盐包括钠盐或锂盐。

10.根据权利要求8或9所述的纸面石膏板的制备方法，其中，步骤II中所述升温的温度为100-200℃，所述升温时间为4h至12h；可选地，所述降温的温度为0℃至-30℃；

可选地，步骤IV中，所述恒温为35℃至45℃，恒压为-0.09MPa至0.01MPa。

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