CN110606769A - 一种具有电磁屏蔽和吸收效能的轻质高强石膏复合材料 - Google Patents

一种具有电磁屏蔽和吸收效能的轻质高强石膏复合材料 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种具有电磁屏蔽和吸收效能的轻质高强石膏复合材料，按重量份数计包括：半水石膏30‑40份；II型无水石膏20‑25份；石墨烯溶液2‑8份；矿物掺合料5‑10份；羟乙基纤维素醚0.05‑0.2份；十二烷基硫酸钠0.3‑0.7份；稳泡剂0.2‑0.5份；水20‑35份；所述的稳泡剂为聚丙烯酰胺、聚乙烯醇中的一种或两种复合。本发明所得石膏复合材料具有优异的力学强度和电磁屏蔽效能，同时密度小，导热率低，耐水性好，是一种具有优异力学强度和电磁屏蔽效能的轻质石膏复合材料，可以用作普通工业、民用建筑，尤其是具有特殊环境需求的医院及军事基地的非承重墙体材料或装饰材料。

Description

一种具有电磁屏蔽和吸收效能的轻质高强石膏复合材料
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种具有电磁屏蔽和吸收效能的轻质高强石膏复合材料。
背景技术
石膏建筑材料作为室内装饰装修的重要材料，广泛应用于现代家居住宅、办公场所及特殊环境中。随着经济的迅猛发展以及人们生活水平的日益提高，室内装饰性与功能性逐步为人们所重视，人们对室内居住、办公环境和质量提出了更高的要求，追求室内装饰性的绿色化、美观化、功能化以及智能化。
石膏墙体材料是一种新型绿色环保材料，普通石膏墙体材料因其强度较低，耐水性较差，大多用于室内装饰；普通石膏/纸面石膏板材因其脆性大、韧性差、抗拉强度低、受潮易变性等问题，在建筑装饰使用过程中极易产生大量的微裂纹，严重影响装饰材料的美观性与功能性。
现有石膏墙体材料针对特殊的电磁辐射环境进行改性研究的报道较少，本发明旨在提供一种具有电磁屏蔽和吸收效能的轻质高强石膏复合材料，以填补这一领域的空白。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有电磁屏蔽和吸收效能的轻质高强石膏复合材料，利用工业副产石膏，采用纳米石墨烯材料，针对某些特殊场所对电磁屏蔽和吸收的需求，制备出一种工艺简单、轻质、力学性能优异的石膏复合材料。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种具有电磁屏蔽和吸收效能的轻质高强石膏复合材料，其原料组成按照重量份数计包括：
半水石膏30-40份；II型无水石膏20-25份；石墨烯溶液2-8份；矿物掺合料5-10份；羟乙基纤维素醚0.05-0.2份；十二烷基硫酸钠0.3-0.7份；稳泡剂0.2-0.5份；水20-35份；所述的稳泡剂为聚丙烯酰胺、聚乙烯醇中的一种或两种复合。
优选地，半水石膏为脱硫建筑石膏。
优选地，II型无水石膏为磷石膏在还原气氛下经500℃～800℃高温煅烧获得的无水石膏。
优选地，所述的还原性气氛为一氧化碳或氮气等。
优选地，石墨烯溶液的固含量为1％～2％；其制备过程为：将尺寸为100nm的片状石墨烯粉体加入到固含量为40％的聚羧酸溶液中浸泡5～10min，然后采用细胞破碎超声分散仪超声分散30min，获得所述石墨烯溶液。
优选地，矿物掺合料为粉煤灰、矿粉或硅灰；其中，粉煤灰为Ⅱ级或Ⅲ级；矿粉为S95级；硅灰粒径为0.1-0.3μm。
前述的一种具有电磁屏蔽和吸收效能的轻质高强石膏复合材料，其制备方法包括：
(1)将30-40份半水石膏、20-25份II型无水石膏、5-10份矿物掺合料进行机械搅拌混合均匀，搅拌1～2min，得到混合粉体；
(2)将2-8份石墨烯溶液、20-35份水、0.05-0.2份羟乙基纤维素醚混合均匀，加入到步骤(1)所制备的混合粉体中，机械搅拌1min，得到搅拌均匀的浆料；
(3)称取0.3-0.7份十二烷基硫酸钠、0.2-0.5份稳泡剂，加入到步骤(2)所制备的浆料中，搅拌30s得到均匀的混合浆体；
(4)将步骤(3)中的混合浆体成型硬化后，即得到具有电磁屏蔽和吸收效能的轻质高强石膏复合材料。
本发明以脱硫半水石膏、II型无水石膏为主要胶凝材料。一方面，半水石膏具有较高的水化活性，硬化后具有较高的力学强度；另一方面，II型无水石膏其自身水化活性较低，半水石膏水化生成的二水石膏晶核能够促进II型无水石膏的水化，从而提高体系的早期强度。此外，II型无水石膏是由磷石膏经高温热处理获得的，杂质含量较少，上述两种石膏材料的配合使用可以提高工业副产石膏的利用率，从而降低石膏复合材料的生产成本。
矿物掺合料的加入不仅提高了石膏浆体拌合时的流动度，有利于施工操作；同时矿物掺合料的水化产物填充在石膏晶体间的孔隙，可以提高石膏复合材料的耐水性。
本发明石墨烯改性方式采用物理改性与化学改性双重改性技术手段，通过聚羧酸溶液对石墨烯表面进行官能团接枝，提高石墨烯的亲水性；通过细胞破碎超声分散仪对石墨烯进行超声分散，保证石墨烯在石膏浆体中的稳定分散。石墨烯的加入，不仅增强了石膏复合材料的力学强度，同时对石膏耐水性能也有一定程度的改善。
十二烷基硫酸钠的掺入，在体系内部形成大量闭合和不闭合的气孔，使制品具有轻质、保温隔热的性能。稳泡剂的掺入可以使气泡水膜形成定向分布，降低水膜的表面张力而增加其稳定性。羟乙基纤维素醚的掺入保证了体系内水分的有效固化，避免泌水现象的产生，改善体系和易性，同时能够弥补由于发泡剂掺入后的强度损失。
本发明所得石膏复合材料具有优异的力学强度和电磁屏蔽效能，同时密度小，导热率低，耐水性好，是一种具有优异力学强度和电磁屏蔽效能的轻质石膏复合材料，可以用作普通工业、民用建筑，尤其是具有特殊环境需求的医院及军事基地的非承重墙体材料或装饰材料。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合较佳实施例，对依据本发明提出的一种具有电磁屏蔽和吸收效能的轻质高强石膏复合材料，其具体实施方式、特征及其功效，详细说明如后。
一种具有电磁屏蔽和吸收效能的轻质高强石膏复合材料，其原料组分按重量份数计为：半水石膏30-40份；II型无水石膏20-25份；石墨烯溶液2-8份；矿物掺合料5-10份；增稠剂0.05-0.2份；发泡剂0.3-0.7份；稳泡剂0.2-0.5份；水20-35份。
优选的，所述半水石膏为脱硫建筑石膏；II型无水石膏为磷石膏在还原性气氛下经500℃～800℃高温煅烧获得的无水石膏。所述的还原性气氛可以是一氧化碳、氮气等。
优选的，所述石墨烯溶液为固含量为1％～2％的水溶液；其制备过程为：将尺寸约为100nm的片状石墨烯粉体加入到固含量为40％的聚羧酸溶液中浸泡5～10min，然后采用细胞破碎超声分散仪对石墨烯超声分散30min，获得所述石墨烯溶液。
优选的，所述矿物掺合料为粉煤灰或矿粉或硅灰；其中，粉煤灰为Ⅱ级或Ⅲ级；矿粉为S95级；硅灰粒径为0.1-0.3μm。
优选的，所述增稠剂可以选用羟乙基纤维素醚；所述发泡剂可以选用十二烷基硫酸钠；所述稳泡剂可以选用聚丙烯酰胺、聚乙烯醇中的一种或两种复合。
本发明具有电磁屏蔽和吸收效能的轻质高强石膏复合材料是按照以下方法制备的：
(1)按照计量的重量份数将30-40份半水石膏、20-25份II型无水石膏、5-10份矿物掺合料进行机械搅拌混合均匀，搅拌1～2min，得到混合粉体；
(2)将2-8份石墨烯溶液、20-35份水、0.05-0.2份增稠剂混合均匀，加入到步骤(1)所制备的混合粉体中，机械搅拌1min，得到搅拌均匀的浆料；
(3)称取0.3-0.7份发泡剂、0.2-0.5份稳泡剂，加入到步骤(2)所制备的浆料中，搅拌30s得到均匀的混合浆体；
(4)将步骤(3)中的混合浆体成型硬化后，即得到具有电磁屏蔽和吸收效能的轻质高强石膏复合材料。
下面以具体实施例对本发明进行详细说明：
实施例1：
一种具有电磁屏蔽和吸收效能的轻质高强石膏复合材料，其原料组成按照重量份数计包括：半水石膏40份；II型无水石膏25份；石墨烯溶液8份；硅灰5份(硅灰粒径为0.1-0.3μm)；羟乙基纤维素醚0.15份；十二烷基硫酸钠0.5份；聚乙烯醇0.35份；水21份。
其制备方法包括以下步骤：
(1)按照重量份数将40份半水石膏粉体、25份II型无水石膏粉体、5份矿物掺合料粉体-硅灰进行机械搅拌混合均匀，搅拌1～2min，得到混合粉体；
(2)将8份石墨烯溶液、21份水、0.15份增稠剂-羟乙基纤维素醚混合均匀，加入到步骤(1)所制备的混合粉体中，机械搅拌1min，得到搅拌均匀的浆料；
(3)称取0.5份发泡剂-十二烷基硫酸钠、0.35份稳泡剂-聚乙烯醇，加入到步骤(2)所制备的浆料中，搅拌30s得到均匀的混合浆体；
(4)将步骤(3)中的混合浆体成型硬化后，即得到具有电磁屏蔽和吸收效能的轻质高强石膏复合材料，所得轻质高强石膏复合材料的性能测试结果如表1所示。
实施例2：
一种具有电磁屏蔽和吸收效能的轻质高强石膏复合材料，其制备方法同实施例1。其原料组成按照重量份数计包括：半水石膏30份；II型无水石膏25份；石墨烯溶液8份；矿粉10份(矿粉为S95级)；羟乙基纤维素醚0.1份；十二烷基硫酸钠0.7份；聚丙烯酰胺0.2份；水26份。
所得轻质高强石膏复合材料的性能测试结果如表1所示。
实施例3：
一种具有电磁屏蔽和吸收效能的轻质高强石膏复合材料，其制备方法同实施例1。其原料组成按照重量份数计包括：半水石膏40份；II型无水石膏25份；石墨烯溶液4.5份；粉煤灰10份(粉煤灰为Ⅱ级或Ⅲ级)；羟乙基纤维素醚0.05份；十二烷基硫酸钠0.25份；聚丙烯酰胺0.2份；水20份。
所得轻质高强石膏复合材料的性能测试结果如表1所示。
实施例4：
一种具有电磁屏蔽和吸收效能的轻质高强石膏复合材料，其制备方法同实施例1。其原料组成按照重量份数计包括：半水石膏30份；II型无水石膏20份；石墨烯溶液8份；矿粉10份(矿粉为S95级)；羟乙基纤维素醚0.2份；十二烷基硫酸钠0.3份；聚乙烯醇0.5份；水31份。
所得轻质高强石膏复合材料的性能测试结果如表1所示。
对比例：
将实施例1中的石墨烯溶液去除，其余原料仍按实施例1的配比且其余原料的重量份数之和为100，按照实施例1的制备方法不添加石墨烯溶液，得到对比例石膏复合材料，其性能测试结果如表1所示。
对上述各实施例及对比例所得石膏复合材料进行性能测试，其主要性能测试结果如表1所示：
表1.实施例1-实施例4及对比例所得石膏复合材料的性能测试结果
通过表1可知，相比对比例，实施例1-实施例4添加石墨烯溶液后其3d绝干抗压强度、3d绝干抗折强度、电磁屏蔽效能和耐水性(软化系数)均有显著提高，电磁屏蔽效能从10dB提高到72dB，3d绝干抗压强度从22.5MPa提高到38.2MPa，3d绝干抗折强度从4.68MPa提高到9.5Mpa，软化系数从0.4提高到1.0。容重、导热系数、孔隙率均较实施例没有大的变化。说明本发明的原料配比及制备方法所得到的石膏复合材料在保证容重、导热系数、孔隙率的前提下同时具有优异的电磁屏蔽效能、力学性能及良好的耐水性，可以用于普通工业、民用建筑，尤其是具有特殊环境需求的医院及军事基地的非承重墙体材料或装饰材料。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述公开的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种具有电磁屏蔽和吸收效能的轻质高强石膏复合材料，其特征在于其原料组成按照重量份数计包括：
半水石膏30-40份；II型无水石膏20-25份；石墨烯溶液2-8份；矿物掺合料5-10份；羟乙基纤维素醚0.05-0.2份；十二烷基硫酸钠0.3-0.7份；稳泡剂0.2-0.5份；水20-35份；所述的稳泡剂为聚丙烯酰胺、聚乙烯醇中的一种或两种复合。
2.如权利要求1所述的一种具有电磁屏蔽和吸收效能的轻质高强石膏复合材料，其特征在于所述的半水石膏为脱硫建筑石膏。
3.如权利要求1所述的一种具有电磁屏蔽和吸收效能的轻质高强石膏复合材料，其特征在于所述的II型无水石膏为磷石膏在还原气氛下经500℃～800℃高温煅烧获得的无水石膏。
4.如权利要求3所述的一种具有电磁屏蔽和吸收效能的轻质高强石膏复合材料，其特征在于所述的还原性气氛为一氧化碳或氮气。
5.如权利要求1所述的一种具有电磁屏蔽和吸收效能的轻质高强石膏复合材料，其特征在于所述石墨烯溶液的固含量为1％～2％；其制备过程为：将尺寸为100nm的片状石墨烯粉体加入到固含量为40％的聚羧酸溶液中浸泡5～10min，然后采用细胞破碎超声分散仪超声分散30min，获得所述石墨烯溶液。
6.如权利要求1所述的一种具有电磁屏蔽和吸收效能的轻质高强石膏复合材料，其特征在于所述的矿物掺合料为粉煤灰、矿粉或硅灰；其中，粉煤灰为Ⅱ级或Ⅲ级；矿粉为S95级；硅灰粒径为0.1-0.3μm。
7.如权利要求1所述的一种具有电磁屏蔽和吸收效能的轻质高强石膏复合材料，其特征在于按照以下方法制备：
(1)将30-40份半水石膏、20-25份II型无水石膏、5-10份矿物掺合料进行机械搅拌混合均匀，搅拌1～2min，得到混合粉体；
(2)将2-8份石墨烯溶液、20-35份水、0.05-0.2份羟乙基纤维素醚混合均匀，加入到步骤(1)所制备的混合粉体中，机械搅拌1min，得到搅拌均匀的浆料；
(3)称取0.3-0.7份十二烷基硫酸钠、0.2-0.5份稳泡剂，加入到步骤(2)所制备的浆料中，搅拌30s得到均匀的混合浆体；
(4)将步骤(3)中的混合浆体成型硬化后，即得到具有电磁屏蔽和吸收效能的轻质高强石膏复合材料。
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