CN111153669B - 一种纸面石膏板及其制备和应用 - Google Patents

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Abstract

一种纸面石膏板，所述石膏板芯板的原料包括石膏、乳液和纳米粒子改性玻璃纤维，优选地，所述石膏板的原料包括石膏、乳液、纳米粒子改性玻璃纤维、发泡剂、减水剂、改性淀粉和水。所述石膏板的制备方法如下：首先，将所述石膏、乳液、纳米粒子改性玻璃纤维、发泡剂、减水剂、改性淀粉和水搅拌均匀，制得石膏料浆；其次，将料浆浇筑在护面纸上，搭接粘牢成型，制成湿板；最后，待湿板凝固后，进入干燥机干燥；本发明提供的纸面石膏板导热性能、力学性能以及耐火性能优良。12mm厚纸面石膏板纵横向强度较普通纸面石膏板分别提升53％、75％，导热系数较普通纸面石膏板提高了300％，在导热建筑材料中具有广泛的应用前景。

Description

一种纸面石膏板及其制备和应用
技术领域
本文涉及建筑材料技术领域，尤指一种纸面石膏板及其制备和应用。
背景技术
纸面石膏板是以石膏为主要原料，掺入适量外加剂，以特制的纸为护面，经加工制成的板材。具有重量轻、防火、绿色环保、施工方便等优点，主要是用于室内的隔墙和吊顶。
冬天室内采暖主要依靠壁炉、暖气片，但壁炉、暖气片安装后裸露在外，破坏屋内整体协调性及美观性。同时纸面石膏板由于石膏原料本身的特性，强度、韧性较差，难以满足新的应用场景，无法基于石膏板开发新的建筑材料产品。因此提高石膏板强度及韧性是石膏行业研究的热点。
发明内容
本申请提供了一种纸面石膏板及其制备和应用，具体为一种高强度、高韧性、高导热性纸面石膏板，该石膏板强度高韧性好，并且具有较高的导热系数，有利于石膏板内部热量的传递，满足对散热有高要求的场所的散热需求，并且此种石膏板制备工艺简单，便于大规模生产。
本发明提供了一种纸面石膏板，所述纸面石膏板芯板原料按重量份计，包括如下组分：100份石膏、0.5-4份乳液和0.3-1重量份纳米粒子改性玻璃纤维。
可选地，所述纸面石膏板芯板原料仅包含上述石膏、乳液和纳米粒子改性玻璃纤维。
在本发明提供的纸面石膏板中，所述纸面石膏板芯板原料按重量份计，包括如下组分：100份石膏、0.5-4份乳液、0.3-1重量份纳米粒子改性玻璃纤维、0.01-0.05份发泡剂、0.5-1份减水剂、0.2-1.2重量份改性淀粉和65-80份水；
可选地，所述纸面石膏板芯板原料按重量份计，包括如下组分：100份石膏、0.5-3份乳液、0.3-0.8重量份纳米粒子改性玻璃纤维、0.01-0.03份发泡剂、0.5-0.8份减水剂、0.6-1.0重量份改性淀粉和65-73份水。
可选地，所述纸面石膏板芯板原料仅包含石膏、乳液、纳米粒子改性玻璃纤维、发泡剂、减水剂、改性淀粉和水。
在本发明提供的纸面石膏板中，所述石膏粉为脱硫石膏熟料、天然石膏熟料和磷石膏熟料中的一种或多种。
在本发明提供的纸面石膏板中，所述石膏的比表面积为100-200m2/kg；
在本发明中，所述比表面积为勃氏比表面积。
在本发明提供的纸面石膏板中，可选地，所述石膏的粒径为20-150μm。
在本发明提供的纸面石膏板中，所述乳液选自丁苯乳液、苯丙乳液、聚醋酸乙烯酯乳液和醋酸乙烯-乙烯共聚物乳液中的一种或多种；
在本发明提供的纸面石膏板中，可选地，所述发泡剂选自十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠和脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠中的一种或多种；
在本发明提供的纸面石膏板中，可选地，所述减水剂选自聚羧酸系减水剂。
在本发明提供的纸面石膏板中，所述改性淀粉选自改性玉米淀粉、改性木薯淀粉和改性马铃薯淀粉中的一种或多种；
在本发明提供的纸面石膏板中，可选地，所述改性淀粉的粘度为1000-5000mPa·s。
在本发明提供的纸面石膏板中，所述纳米粒子改性玻璃纤维为通过碳纳米管、纳米氮化硼或石墨烯纳米片中的一种或多种纳米粒子改性的玻璃纤维；
在本发明提供的纸面石膏板中，可选地，纳米粒子的尺寸为2-90nm。
在本发明提供的纸面石膏板中，所述纳米粒子改性玻璃纤维的改性方法为：
(a)将长度为3-8cm的短切玻璃纤维在400-700℃下灼烧1-2小时，冷却后洗去表面杂质；
(b)将步骤(a)中处理后的短切玻璃纤维与所述纳米粒子、放在pH为7.5-9，浓度为2-3.5g/L的邻苯二酚类衍生物水溶液中搅拌18-24小时后离心分离，干燥，即得纳米粒子改性玻璃纤维；
在本发明提供的纸面石膏板中，可选地，所述邻苯二酚类衍生物为多巴胺、3-甲基丙烯酰多巴胺、邻苯二酚、咖啡酸、3,4—二羟基苯乙酸中的一种或多种。
另一方面，本发明提供了一种上述的纸面石膏板的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将所述石膏、乳液、纳米粒子改性玻璃纤维、发泡剂、减水剂、改性淀粉和水搅拌均匀，制得石膏料浆；
(2)将石膏料浆浇筑在护面纸上，搭接粘牢成型，制成湿板；
(3)待湿板凝固后，进入干燥机干燥；
可选地，所述纸面石膏板的制备方法由以上步骤组成。
在本发明提供的纸面石膏板的制备方法中，可选地，湿板依次经过温度为135-150℃、120-130℃、90-100℃烘干，将烘干后的石膏板切边、封条、包装即得到纸面石膏板。
另一方面，本发明提供了上述述的纸面石膏板在导热建筑材料中的应用。
本发明提供的纸面石膏板可以将壁炉、暖气片隐藏在其中并不影响散热，并提升房屋建筑整体美观性。
本发明技术方案的有益效果：
本发明提供的石膏板通过改性后的玻璃纤维、乳液、发泡剂、减水剂和改性淀粉各组分的协同作用，使得各组分与石膏形成更好的界面结合力，提高了玻璃纤维在内各组分与石膏的粘附力，同时玻纤与乳液的协同作用明显提高了纸面石膏板的强度及韧性，使得12mm厚纸面石膏板纵横向强度较普通纸面石膏板分别提升53％、75％。此外，本发明提供的纸面石膏板的导热系数较普通纸面石膏板提高了300％，同时提高了纸面石膏板的防火性能。本发明制得的纸面石膏板各项指标均满足国家标准要求。
此外，本申请的制备方法工艺简单，适合大规模的推广应用。
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实现和获得。
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。
本发明实施例部分提供了一种纸面石膏板，所述纸面石膏板芯板原料按重量份计，包括如下组分：100份石膏、0.5-4份乳液和0.3-1重量份纳米粒子改性玻璃纤维。
可选地，所述纸面石膏板芯板原料仅包含上述石膏、乳液和纳米粒子改性玻璃纤维。
在本发明实施例中，所述纸面石膏板芯板原料按重量份计，包括如下组分：100份石膏、0.5-4份乳液、0.3-1重量份纳米粒子改性玻璃纤维、0.01-0.05份发泡剂、0.5-1份减水剂、0.2-1.2重量份改性淀粉和65-80份水；
可选地，所述纸面石膏板芯板原料按重量份计，包括如下组分：100份石膏、0.5-3份乳液、0.3-0.8重量份纳米粒子改性玻璃纤维、0.01-0.03份发泡剂、0.5-0.8份减水剂、0.6-1.0重量份改性淀粉和65-73份水。
可选地，所述纸面石膏板芯板原料仅包含石膏、乳液、纳米粒子改性玻璃纤维、发泡剂、减水剂、改性淀粉和水。
在本发明实施例中，所述石膏粉为脱硫石膏熟料、天然石膏熟料和磷石膏熟料中的一种或多种。
在本发明实施例中，所述石膏的比表面积为100-200m2/kg；
在本发明实施例中，可选地，所述石膏的粒径为20-150μm。
在本发明实施例中，所述乳液选自丁苯乳液、苯丙乳液、聚醋酸乙烯酯乳液和醋酸乙烯-乙烯共聚物乳液中的一种或多种；
在本发明实施例中，可选地，所述发泡剂选自十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠和脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠中的一种或多种；
在本发明实施例中，可选地，所述减水剂选自聚羧酸系减水剂。
在本发明实施例中，所述改性淀粉选自改性玉米淀粉、改性木薯淀粉和改性马铃薯淀粉中的一种或多种；
在本发明实施例中，可选地，所述改性淀粉的粘度为1000-5000mPa·s。
在本发明实施例中，所述纳米粒子改性玻璃纤维为通过碳纳米管、纳米氮化硼或石墨烯纳米片中的一种或多种纳米粒子改性的玻璃纤维；
在本发明实施例中，可选地，纳米粒子的尺寸为2-90nm。
在本发明实施例中，可选地，所述邻苯二酚类衍生物为多巴胺、3-甲基丙烯酰多巴胺、邻苯二酚、咖啡酸、3,4—二羟基苯乙酸中的一种或多种。
另一方面，本发明实施例提供的纸面石膏板可以应用在导热建筑材料中的。
本发明提供的纸面石膏板可以将壁炉、暖气片隐藏在其中并不影响散热，并提升房屋建筑整体美观性。
在本发明实施例中，所述脱硫石膏熟料的比表面积为173m2/kg，所述脱硫石膏熟料的粒径为75μm；
在本发明实施例中，所述丁苯乳液购自南京斯泰宝贸易有限公司L8242牌号；所述聚醋酸乙烯酯乳液购自塞拉尼斯公司，8482牌号；所述醋酸乙烯-乙烯共聚物乳液购自塞拉尼斯公司，1378牌号；
在本发明实施例中，所述聚羧酸系减水剂购自湖北山树风建材科技有限公司公司，SSF-4000牌号；
在本发明实施例中，所述改性玉米淀粉的粘度为4317mPa·s，所述改性马铃薯淀粉的粘度为4265mPa·s；
在本发明实施例中，所述玻璃纤维的长度为6cm的短切玻璃纤维；
在本发明实施例中，所述碳纳米管(尺寸20-30nm)购自百灵威科技有限公司，908870牌号；所述纳米氮化硼(尺寸70-80nm)购自百灵威科技有限公司，1811862牌号；所述石墨烯纳米片(尺寸3-10nm)购自百灵威科技有限公司，XF021牌号；
在本发明实施例中，所述多巴胺购自北京伊诺凯科技有限公司，AK100905牌号；所述3-甲基丙烯酰多巴胺购自北京伊诺凯科技有限公司，I02057牌号；所述邻苯二酚购自北京伊诺凯科技有限公司A87233牌号、咖啡酸购自北京伊诺凯科技有限公司，A65714牌号；3,4—二羟基苯乙酸购自北京伊诺凯科技有限公司，AK-45471。
在本发明实施例中，所述纳米粒子改性玻璃纤维的制备方法如下：
首先，将短切玻璃纤维在600℃马沸炉中灼烧1小时，冷却后洗去表面杂质；
其次，将清洗后的短切玻璃纤维和纳米粒子放在pH值为8，浓度为2.8g/L中的邻苯二酚类衍生物水溶液中，磁力搅拌24h，反应完全后将玻璃纤维离心分离，干燥；
在本发明实施例中，实施例1为制备碳纳米管改性玻璃纤维，使用的邻苯二酚类衍生物为多巴胺；实施例2为制备纳米氮化硼改性玻璃纤维，使用的邻苯二酚类衍生物为3-甲基丙烯酰多巴胺；实施例3制备石墨烯纳米片改性玻璃纤维，使用的邻苯二酚类衍生物为邻苯二酚。
实施例1
本实施例提供了一种高强度、高韧性、高导热性纸面石膏板，所述纸面石膏板由100重量份脱硫石膏熟料、0.5重量份的丁苯乳液、0.4重量份的碳纳米管改性玻璃纤维、0.02重量份十二烷基硫酸钠发泡剂、0.5重量份减水剂、0.4重量份改性玉米淀粉和67重量份水。本实施例的高强度、高韧性、高导热性纸面石膏板通过以下方法制备得到：
(1)将石膏熟料、乳液、纳米粒子改性玻璃纤维、发泡剂、减水剂、改性淀粉和水搅拌均匀，制得石膏料浆；
(2)将石膏料浆浇筑在护面纸上，搭接粘牢成型，制成湿板；
(3)待湿板凝固后，进入干燥机，依次通过干燥机一区、二区和三区，干燥机一区温度为140℃，烘干时间为15min；，二区温度为122℃，烘干时间为15min；三区温度为96℃，烘干时间为20min；将烘干后的石膏板切边、封条、包装得到高强度、高韧性、高导热性纸面石膏板。
实施例2
本实施例提供了一种高强度、高韧性、高导热性纸面石膏板，所述纸面石膏板由100重量份天然石膏熟料、2重量份的聚醋酸乙烯酯乳液、0.7重量份的纳米氮化硼改性玻璃纤维、0.04重量份十二烷基苯磺酸钠发泡剂、0.7重量份减水剂、0.8重量份改性马铃薯淀粉和72重量份水。
本实施例的高强度、高韧性、高导热性纸面石膏板的制备方法与实施例1相同。
实施例3
本实施例提供了一种高强度、高韧性、高导热性纸面石膏板，所述纸面石膏板由100重量份脱硫石膏熟料、4重量份的醋酸乙烯-乙烯共聚物乳液、1重量份的石墨烯纳米片改性玻璃纤维、0.03重量份十二烷基苯磺酸钠发泡剂、0.8重量份减水剂、1重量份改性玉米淀粉和76重量份水。
本实施例的高强度、高韧性、高导热性纸面石膏板的制备方法与实施例1相同。
对比例1
本对比例与实施例1的不同之处仅在于：纸面石膏板中不添加乳液，其余组分以及制备方法与实施例1相同。
对比例2
本对比例与实施例1的不同之处仅在于：纸面石膏板中不添加纳米粒子改性玻璃纤维，其余组分以及制备方法与实施例1相同。
对比例3
本对比例与实施例1的不同之处仅在于：纸面石膏板中不添加乳液及纳米粒子改性玻璃纤维。其余组分以及制备方法与实施例1相同。
对比例4
本对比例与实施例1的不同之处仅在于：纸面石膏板中使用未经过改性的玻璃纤维替换纳米粒子改性玻璃纤维。其余组分以及制备方法与实施例1相同。
性能测试
根据中国国家标准GB/T 9775-2008规定的方法测试上述实施例1-3和对比例1-3制备的12mm厚纸面石膏板的性能进行测试。测试结果如下表1所示。
表1实施效果
Figure BDA0002359795910000081
测试结果表明，本发明提供的高强度、高韧性、高导热性纸面石膏板与普通纸面石膏板相比断裂载荷、剪切力提高明显，防火及导热性能强。
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 (15)

1.一种纸面石膏板，所述纸面石膏板板芯原料按重量份计，包括如下组分：100份石膏、0.5-4份乳液和0.3-1重量份纳米粒子改性玻璃纤维；
所述纳米粒子改性玻璃纤维为通过碳纳米管、纳米氮化硼或石墨烯纳米片中的一种或多种纳米粒子改性的玻璃纤维；
所述乳液选自丁苯乳液、苯丙乳液、聚醋酸乙烯酯乳液和醋酸乙烯-乙烯共聚物乳液中的一种或多种；
所述纳米粒子改性玻璃纤维的改性方法为：
（a）将长度为3-8 cm的短切玻璃纤维在400-700℃下灼烧1-2小时，冷却后洗去表面杂质；
（b）将步骤（a）中处理后的短切玻璃纤维与所述纳米粒子、放在pH为7.5-9，浓度为2-3.5 g/L的邻苯二酚类衍生物水溶液中搅拌18-24小时后离心分离，干燥，即得纳米粒子改性玻璃纤维。
2.根据权利要求1所述的纸面石膏板，其中，所述纸面石膏板板芯原料按重量份计，包括如下组分：100份石膏、0.5-4份乳液、0.3-1重量份纳米粒子改性玻璃纤维、0.01-0.05份发泡剂、0.5-1份减水剂、0.2-1.2重量份改性淀粉和65-80份水。
3.根据权利要求2所述的纸面石膏板，其中，所述纸面石膏板板芯原料按重量份计，包括如下组分：100份石膏、0.5-3份乳液、0.3-0.8重量份纳米粒子改性玻璃纤维、0.01-0.03份发泡剂、0.5-0.8份减水剂、0.6-1.0重量份改性淀粉和65-73份水。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的纸面石膏板，其中，所述石膏为脱硫石膏熟料、天然石膏熟料和磷石膏熟料中的一种或多种。
5. 根据权利要求1至3中任一项所述的纸面石膏板，其中，所述石膏的比表面积为100-200 m2/kg。
6.根据权利要求5所述的纸面石膏板，其中，所述石膏的粒径为20-150μm。
7.根据权利要求2或3所述的纸面石膏板，其中，所述发泡剂选自十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠和脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠中的一种或多种。
8.根据权利要求7所述的纸面石膏板，其中，所述减水剂选自聚羧酸系减水剂。
9.根据权利要求2或3所述的纸面石膏板，其中，所述改性淀粉选自改性玉米淀粉、改性木薯淀粉和改性马铃薯淀粉中的一种或多种。
10. 根据权利要求9所述的纸面石膏板，其中，所述改性淀粉的粘度为1000-5000mPa·s。
11. 根据权利要求1至3中任一项所述的纸面石膏板，其中，纳米粒子的尺寸为2-90nm。
12.根据权利要求1所述的纸面石膏板，其中，所述邻苯二酚类衍生物为多巴胺、3-甲基丙烯酰多巴胺、邻苯二酚、咖啡酸、3,4—二羟基苯乙酸中的一种或多种。
13.一种权利要求2至12中任一项所述的纸面石膏板的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
（1）将所述石膏、乳液、纳米粒子改性玻璃纤维、发泡剂、减水剂、改性淀粉和水搅拌均匀，制得石膏料浆；
（2）将石膏料浆浇筑在护面纸上，搭接粘牢成型，制成湿板；
（3）待湿板凝固后，进入干燥机干燥。
14.根据权利要求13中所述的纸面石膏板的制备方法，其中，湿板依次经过温度为135-150℃、120-130℃、90-100℃烘干，将烘干后的石膏板切边、封条、包装即得到纸面石膏板。
15.权利要求2至12中任一项所述的纸面石膏板在导热建筑材料中的应用。
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