CN114890736A - 一种改性玄武岩纤维无机人造石及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改性玄武岩纤维无机人造石及其制备方法，解决了现有技术中掺入纤维增韧后，没有工艺步骤简单且较为适宜保持人造石表面花色良好方法的技术问题。它包括下述重量份的化学组分：35‑65份白色硅酸盐水泥、40‑80份骨料、0.05‑2份乳液、0.5‑3份改性玄武岩纤维、1‑5份水液、0.2‑1份减水剂、1‑5份硅灰、1‑5份超细矿粉、1‑10份石英粉和0.1‑0.5份消泡剂；所述改性玄武岩纤维包括下述重量份的化学组分：0.1‑4份硅烷偶联剂、80‑100份无水乙醇和100份玄武岩短切纤维。本发明的采用对无机人造石整体进行增韧的设计思路，板材的制备成型工艺更容易控制，能够有效防止分层或者花色不均匀的现象，且采取改性玄武岩纤维能够防止纤维外漏的问题，外观更加美观，不改变其花色。
Description
技术领域
本发明涉及建筑装饰材料的技术领域，具体涉及一种改性玄武岩纤维无机人造石及其制备方法。
背景技术
无机人造石是一种建筑装饰材料，使用水泥等无机粘合剂与骨料、矿物掺合料和外加剂等材料混合，无机人造石主要以硅酸盐水泥为主要胶凝材料，其抗压能力强但抗弯能力、变形能力差，受外力和内力作用时容易发生开裂。水泥基人造石产品脆性大这一缺陷，导致其产品在运输、安装过程中易受磕碰而产生崩角、断裂。
专利CN201810929011.6一种纤维混凝土增韧水泥基无机人造石板材及其制备方法，是在现浇法制备无机人造石板材的基础上，将高弯性能材料与无机人造石复合工艺，提高无机人造石装饰板材的弯曲强度。但是，目前用来增韧无机人造石主要是掺入纤维增韧，用其他纤维的方法对于无机人造石板可能有纤维外漏的问题，影响其外观质量。专利CN201810929011.6采用分层布料的方式虽然解决了面层外观问题，但是其工艺复杂繁琐，切割后侧面还是会有纤维外漏的问题，严重影响人造石表面花色。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改性玄武岩纤维无机人造石及其制备方法，以解决现有技术中掺入纤维增韧后，没有工艺步骤简单且较为适宜保持人造石表面花色良好方法的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
本发明提供的一种改性玄武岩纤维无机人造石，包括下述重量份的化学组分：35-65份白色硅酸盐水泥、40-80份骨料、0.05-2份乳液、0.5-3份改性玄武岩纤维、1-5份水液、0.2-1份减水剂、1-5份硅灰、1-5份超细矿粉、1-10份石英粉和0.1-0.5份消泡剂；
所述改性玄武岩纤维包括下述重量份的化学组分：0.1-4份硅烷偶联剂、80-100份无水乙醇和100份玄武岩短切纤维。
可选或优选地，所述骨料为石英砂、碳酸钙、废玻璃和再生骨料中的任意一种或几种，所述骨料的粒径为0.1-20mm。
可选或优选地，所述乳液为聚氨酯和苯丙乳液中的一种或两种。
可选或优选地，所述硅烷偶联剂为γ―氨丙基三乙氧基硅烷、γ―丙基三甲氧基硅烷和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的任意一种或几种。
可选或优选地，所述超细矿粉为硅灰、超细矿渣、超细粉煤灰、超细沸石粉和超细石灰石粉中的任意一种或几种。
可选或优选地，所述玄武岩短切纤维的长度为2-6mm，单丝直径为10-17μm。
本发明提供的一种改性玄武岩纤维无机人造石的制备方法，包括下述的处理步骤：
S1制作改性玄武岩纤维，将硅烷偶联剂和无水乙醇按照比例混合，再将玄武岩短切纤维在其混合溶液中超声2h，再在110-130℃的烘箱中烘干1h，得到改性玄武岩纤维；
S2将白色硅酸盐水泥、硅灰、超细矿粉、石英粉、骨料、乳液、改性玄武岩纤维、水液、减水剂和消泡剂按照配比进行混合，通过真空条件下压制成型，真空度为-0.08MPa，压制压力为1MPa，最终制成无机人造石。
基于上述技术方案，本发明实施例至少可以产生如下技术效果：
(1)本发明提供的一种改性玄武岩纤维无机人造石及其制备方法，以改性玄武岩纤维为原料制备高韧性的无机人造石，采用对无机人造石整体进行增韧的设计思路，板材的制备成型工艺更容易控制，能够有效防止分层或者花色不均匀的现象，且采取改性玄武岩纤维能够防止纤维外漏的问题，外观更加美观，不改变其花色。
(2)本发明提供的一种改性玄武岩纤维无机人造石及其制备方法，采用硅烷偶联剂对玄武岩纤维进行改性，物理吸附于纤维表面，填充了纤维表面微裂缝；同时由于硅烷偶联剂水解后携带亲水基团，可与纤维表面H+等极性分子结合，从而使得纤维表面强度上升。同时，单束纤维表面上附着的偶联间相互作用增加了纤维的集束性。硅烷偶联剂水解缩合后使得溶液中含有大量C＝C、C-N、饱和碳等极性基团，使得原本纤维光滑表面的活性升高，有利于纤维与水泥基材料之间的结合，进而形成粘结更强的复合材料界面，带来更高的复合材料力学性能。能够在不改变其现用工艺的情况下，提高其弯曲强度，减少无机人造石在运输及安装过程中的崩边、掉角情况发生。与此同时玄武岩短切纤维单丝直径达到微米级，在人造石体系中，表面光滑，没有类似钢纤维外漏的风险，内部截面也是看不到其纤维。改性玄武岩纤维的掺入既可以提高无机人造石的韧性，减少其崩边、掉角，又不影响其外观花色。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
本发明提供了一种改性玄武岩纤维无机人造石，包括下述重量份的化学组分：35-65 份白色硅酸盐水泥、40-80份骨料、0.05-2份乳液、0.5-3份改性玄武岩纤维、1-5份水液、0.2-1份减水剂、1-5份硅灰、1-5份超细矿粉、1-10份石英粉和0.1-0.5份消泡剂；
所述改性玄武岩纤维包括下述重量份的化学组分：0.1-4份硅烷偶联剂、80-100份无水乙醇和100份玄武岩短切纤维。
所述白色硅酸盐水泥又称白水泥，白水泥是用石灰石(Fe203<0.05％)白泥、瓷石、雪花石膏配制而成，在熟料烧成过程中，采取高温下洒水的办法以提髙其白度，粉磨时采用混入铁质较少的雷蒙磨，生料中不加铁粉。
所述骨料在混凝土中起骨架或填充作用的粒状松散材料。
所述硅灰，加入能够与水泥水化起到协同作用，提高无机人造石材料性能。
所述超细矿粉的加入能够改善孔结构及水泥石集料界面结构，从而提高混凝土材料性能的主要手段。
所述石英粉，加入能够达到最佳级配，改善孔结构，从而提高混凝土材料性能的主要手段。
所述拌合液体为自来水和苯丙乳液或水和聚氨酯乳液中的任意一种。自来水起到溶解无机胶凝材料，是无机胶凝材料水化反应中的主要成分；苯丙或聚氨酯乳液加入到人造石体系中起到保水的作用。
所述硅烷偶联剂，硅烷偶联剂水解缩合后使得溶液中含有大量C＝C、C-N、饱和碳等极性基团，使得原本纤维光滑表面的活性升高，有利于纤维与水泥基材料之间的结合，进而形成粘结更强的复合材料界面，带来更高的复合材料力学性能。提高了无机人造石弯曲强度，减少无机人造石在运输及安装过程中的崩边、掉角情况发生。
所述无水乙醇，起到分散硅烷偶联剂的作用，提高了硅烷偶联剂与玄武岩纤维的相互接触的机会。
作为可选的实施方式，所述骨料为石英砂、碳酸钙、废玻璃和再生骨料中的任意一种或几种，所述骨料的粒径为0.1-20mm。
作为可选的实施方式，所述乳液为聚氨酯和苯丙乳液中的一种或两种。
作为可选的实施方式，所述硅烷偶联剂为γ―氨丙基三乙氧基硅烷、γ―丙基三甲氧基硅烷和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的任意一种或几种。
作为可选的实施方式，所述超细矿粉为硅灰、超细矿渣、超细粉煤灰、超细沸石粉和超细石灰石粉中的任意一种或几种。
作为可选的实施方式，所述玄武岩短切纤维的长度为2-6mm，单丝直径为10-17μm。
本发明提供了一种改性玄武岩纤维无机人造石的制备方法，包括下述的处理步骤：
S1制作改性玄武岩纤维，将硅烷偶联剂和无水乙醇按照比例混合，再将玄武岩短切纤维在其混合溶液中超声2h，再在110-130℃的烘箱中烘干1h，得到改性玄武岩纤维；
S2将白色硅酸盐水泥、硅灰、超细矿粉、石英粉、骨料、乳液、改性玄武岩纤维、水液、减水剂和消泡剂按照配比进行混合，通过真空条件下压制成型，真空度为-0.08MPa，压制压力为1MPa，最终制成无机人造石。
(1)本发明提供的一种改性玄武岩纤维无机人造石及其制备方法，以改性玄武岩纤维为原料制备高韧性的无机人造石，采用对无机人造石整体进行增韧的设计思路，板材的制备成型工艺更容易控制，能够有效防止分层或者花色不均匀的现象，且采取改性玄武岩纤维能够防止纤维外漏的问题，外观更加美观，不改变其花色；
(2)本发明提供的一种改性玄武岩纤维无机人造石及其制备方法，采用硅烷偶联剂对玄武岩纤维进行改性，物理吸附于纤维表面，填充了纤维表面微裂缝；同时由于硅烷偶联剂水解后携带亲水基团，可与纤维表面H+等极性分子结合，从而使得纤维表面强度上升。同时，单束纤维表面上附着的偶联间相互作用增加了纤维的集束性。硅烷偶联剂水解缩合后使得溶液中含有大量C＝C、C-N、饱和碳等极性基团，使得原本纤维光滑表面的活性升高，有利于纤维与水泥基材料之间的结合，进而形成粘结更强的复合材料界面，带来更高的复合材料力学性能。能够在不改变其现用工艺的情况下，提高其弯曲强度，减少无机人造石在运输及安装过程中的崩边、掉角情况发生。与此同时玄武岩短切纤维单丝直径达到微米级，在人造石体系中，表面光滑，没有类似钢纤维外漏的风险，内部截面也是看不到其纤维。改性玄武岩纤维的掺入既可以提高无机人造石的韧性，减少其崩边、掉角，又不影响其外观花色。
实施例1
1.1原料配比
实施例1制备的改性玄武岩纤维包括下述重量份的化学组分：1份硅烷偶联剂、100份无水乙醇和100份玄武岩短切纤维。
作为可选的实施方式，所述硅烷偶联剂为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷。
作为可选的实施方式，所述玄武岩短切纤维的长度为3mm，单丝直径为17μm。
1.2制备方法
实施例1制备的制作改性玄武岩纤维，包括下述步骤：将硅烷偶联剂和无水乙醇按照比例混合，再将玄武岩短切纤维在其混合溶液中超声2h，再在120℃的烘箱中烘干1h，得到改性玄武岩纤维。
实施例2
2.1原料配比
实施例2制备的所述改性玄武岩纤维包括下述重量份的化学组分：2份硅烷偶联剂、100 份无水乙醇和100份玄武岩短切纤维。
作为可选的实施方式，所述硅烷偶联剂为γ―丙基三甲氧基硅烷。
作为可选的实施方式，所述玄武岩短切纤维的长度为3mm，单丝直径为17μm。
2.2制备方法
实施例2制备的制作改性玄武岩纤维，包括下述步骤：将硅烷偶联剂和无水乙醇按照比例混合，再将玄武岩短切纤维在其混合溶液中超声2h，再在110-130℃的烘箱中烘干1h，得到改性玄武岩纤维。
实施例3
3.1原料配比
实施例3制备的所述改性玄武岩纤维包括下述重量份的化学组分：2份硅烷偶联剂、100 份无水乙醇和100份玄武岩短切纤维。
作为可选的实施方式，所述硅烷偶联剂为γ―氨丙基三乙氧基硅烷。
作为可选的实施方式，所述玄武岩短切纤维的长度为3mm，单丝直径为17μm。
3.2制备方法
实施例3制备的制作改性玄武岩纤维，包括下述步骤：将硅烷偶联剂和无水乙醇按照比例混合，再将玄武岩短切纤维在其混合溶液中超声2h，再在110-130℃的烘箱中烘干1h，得到改性玄武岩纤维。
对照例1
进行无机人造石制备，包括40份白色硅酸盐水泥；5份硅灰；5份超细矿粉；3份石英粉；40份石英砂骨料；2份聚氨酯乳液；4.5份自来水；0.4份减水剂；0.1份消泡剂。进行压制成型，制备的人造石在温度23±2℃、相对湿度70±5％的条件下养护至28天龄期。
对照列2：
进行无机人造石制备，包括40份白色硅酸盐水泥；4份硅灰；4份超细矿粉；3份石英粉；41份废玻璃骨料；2份聚氨酯乳液；1份未改性玄武岩短切纤维；4.5份自来水；0.4 份减水剂；0.1份消泡剂。进行压制成型，制备的人造石在温度23±2℃、相对湿度70±5％的条件下养护至28天龄期。
应用实施例1：
进行无机人造石制备，包括40份白色硅酸盐水泥；2份硅灰；5份超细矿粉；5份石英粉；40份废玻璃骨料；2份聚氨酯乳液；1份实例1中改性玄武岩短切纤维；4.5份自来水； 0.4份减水剂；0.1份消泡剂。进行压制成型，制备的人造石在温度23±2℃、相对湿度70±5％的条件下养护至28天龄期。
应用实施例2：
进行无机人造石制备，包括40份白色硅酸盐水泥；3份硅灰；4份超细矿粉；3份石英粉；40份废玻璃骨料；2份聚氨酯乳液；2份实例1中改性玄武岩短切纤维；4.5份自来水； 0.4份减水剂；0.1份消泡剂。进行压制成型，制备的人造石在温度23±2℃、相对湿度70±5％的条件下养护至28天龄期。
应用实施例3：
进行无机人造石制备，包括40份白色硅酸盐水泥；1份硅灰；5份超细矿粉；6份石英粉；40份废玻璃骨料；2份聚氨酯乳液；1份实例2中改性玄武岩短切纤维；4.5份自来水； 0.4份减水剂；0.1份消泡剂。进行压制成型，制备的人造石在温度23±2℃、相对湿度70±5％的条件下养护至28天龄期。
应用实施例4：
进行无机人造石制备，包括40份白色硅酸盐水泥；2份硅灰；5份超细矿粉；5份石英粉；40份废玻璃骨料；2份聚氨酯乳液；1份实例3中改性玄武岩短切纤维；4.5份自来水； 0.4份减水剂；0.1份消泡剂。进行压制成型，制备的人造石在温度23±2℃、相对湿度70±5％的条件下养护至28天龄期。
应用实施例5
进行无机人造石制备，包括65份白色硅酸盐水泥；5份硅灰；5份超细矿粉；10份石英粉；40份废玻璃骨料；1份聚氨酯乳液；3份实例1中改性玄武岩短切纤维；5份自来水； 1份减水剂；0.5份消泡剂。进行压制成型，制备的人造石在温度23±2℃、相对湿度70± 5％的条件下养护至28天龄期。
应用实施例6
进行无机人造石制备，包括35份白色硅酸盐水泥；1份硅灰；1份超细矿粉；1份石英粉；40份废玻璃骨料；0.05份苯丙乳液乳液；0.5份实例1中改性玄武岩短切纤维；0.2份自来水；0.2份减水剂；0.3份消泡剂。进行压制成型，制备的人造石在温度23±2℃、相对湿度70±5％的条件下养护至28天龄期。
下表为实施例1-6配方的28d抗弯强度值数据：
| 改性玄武岩纤维/％ | 抗弯强度/MPa | |
| 对照列1 | 0 | 18.27 |
| 对照例2 | 1(未改性纤维) | 22.84 |
| 应用实施例1 | 1 | 25.34 |
| 应用实施例2 | 2 | 24.46 |
| 应用实施例3 | 1 | 23.97 |
| 应用实施例4 | 1 | 24.02 |
| 应用实施例5 | 3 | 22.71 |
| 应用实施例6 | 0.5 | 21.06 |
由上述表格容易得知，经过硅烷偶联剂处理的玄武岩短切纤维的掺入对其28天抗弯强度有明显提升。其中使用硅烷偶联剂KH570改性玄武岩短切纤维掺量为1％时，其弯曲强度可达25.34MPa，对比空白实施例1提升了38.7％，人造石弯曲强度的提升减少人造石崩边、掉角的情况发生。同时此改性玄武岩短切纤维单丝直径微米级别加入并没有纤维外漏的的风险，不影响人造石的花色和外观。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种改性玄武岩纤维无机人造石，其特征在于，包括下述重量份的化学组分：35-65份白色硅酸盐水泥、40-80份骨料、0.05-2份乳液、0.5-3份改性玄武岩纤维、1-5份水液、0.2-1份减水剂、1-5份硅灰、1-5份超细矿粉、1-10份石英粉和0.1-0.5份消泡剂；
所述改性玄武岩纤维包括下述重量份的化学组分：0.1-4份硅烷偶联剂、80-100份无水乙醇和100份玄武岩短切纤维。
2.根据权利要求1所述的一种改性玄武岩纤维无机人造石，其特征在于：所述骨料为石英砂、碳酸钙、废玻璃和再生骨料中的任意一种或几种，所述骨料的粒径为0.1-20mm。
3.根据权利要求1所述的一种改性玄武岩纤维无机人造石，其特征在于：所述乳液为聚氨酯和苯丙乳液中的一种或两种。
4.根据权利要求1所述的一种改性玄武岩纤维无机人造石，其特征在于：所述硅烷偶联剂为γ―氨丙基三乙氧基硅烷、γ―丙基三甲氧基硅烷和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的任意一种或几种。
5.根据权利要求1所述的一种改性玄武岩纤维无机人造石，其特征在于：所述超细矿粉为硅灰、超细矿渣、超细粉煤灰、超细沸石粉和超细石灰石粉中的任意一种或几种。
6.根据权利要求1所述的一种改性玄武岩纤维无机人造石，其特征在于：所述玄武岩短切纤维的长度为2-6mm，单丝直径为10-17μm。
7.根据权利要求1所述的一种改性玄武岩纤维无机人造石的制备方法，其特征在于，包括下述的处理步骤：
S1制作改性玄武岩纤维，将硅烷偶联剂和无水乙醇按照比例混合，再将玄武岩短切纤维在其混合溶液中超声2h，再在110-130℃的烘箱中烘干1h，得到改性玄武岩纤维；
S2将白色硅酸盐水泥、硅灰、超细矿粉、石英粉、骨料、乳液、改性玄武岩纤维、自来水、减水剂和消泡剂按照配比进行混合，通过真空条件下压制成型，真空度为-0.08MPa，压制压力为1MPa，最终制成无机人造石。
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