一种石膏板及其制备方法
阅读说明：本技术 一种石膏板及其制备方法 (Gypsum board and preparation method thereof ) 是由 王丽 杨正波 陈红霞 冉秀云 于 2021-06-25 设计创作，主要内容包括：本申请提供了一种石膏板,由板芯和护面膜组成,所述板芯的原料包括石膏熟料、膨胀蛭石和硅灰；所述护面膜包括聚氧化乙烯、丙烯酸乳液、环氧树脂、淀粉、可分散性乳胶粉和紫外线固化树脂中的任一种或更多种、独立自组装柔性蛭石纳米薄膜和硅溶胶。本申请提供了一种阻燃、防火、保温、隔声性能良好的石膏板。(The application provides a gypsum board, which consists of a board core and a protective film, wherein the raw materials of the board core comprise gypsum clinker, expanded vermiculite and silica fume; the protective film comprises one or more of polyethylene oxide, acrylic emulsion, epoxy resin, starch, dispersible latex powder and ultraviolet curing resin, an independent self-assembly flexible vermiculite nano film and silica sol. The application provides a gypsum board with good flame-retardant, fireproof, heat-preservation and sound-insulation properties.)
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)在防火阻燃、保温性能和隔声性能上有一定的局限性。尤其是火灾或是极端情况下，延长石膏板的阻燃性能可以有效挽救生命财产损失。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。
目前对声音要求较高的场所，现有技术一般通过设计穿孔板厚度、孔径、穿孔率、背覆材料、吸声材料及空腔深度，使用降噪系数大的吸音穿孔石膏板(一种适用于室内以吸声为目的而设置有孔贯穿于石膏板正面与背面的纸面石膏板)及吊顶结构降低噪音，改善音质。但穿孔石膏板及吊顶结构制备工艺繁杂，对石膏板基板要求较高。穿孔石膏板要求石膏基板强度较好，但是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制备穿孔石膏板时，穿孔工艺会造成板芯中的相变材料的裸漏，这样容易引起相变材料的泄露。
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。
本申请提供了一种石膏板，由板芯和护面膜组成，所述护面膜包括聚氧化乙烯、丙烯酸乳液、环氧树脂、淀粉、可分散性乳胶粉和紫外线固化树脂中的任一种或更多种、独立自组装柔性蛭石纳米薄膜和硅溶胶。
在本申请提供的一种实施方式中，所述石膏的粒度可以为80-100目。所述石膏的粒度在上述范围内，能够获得性能较好的石膏基板材。
本申请提供的一种实施方式中，所述独立自组装柔性蛭石纳米薄膜的面密度为5×10-4g/cm2至10×10-4g/cm2；可选地，所述优选面密度为7.96×10-4g/cm2至4.78×10-3g/cm2；
本申请提供的一种实施方式中，所述护面膜的制备方法包括如下步骤：
1)将所述膨胀蛭石与过饱和盐水混合均匀，得到混合物1；
2)将混合物1加热至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；
3)将经过步骤2)处理的混合物1用滤纸过滤，取滤液用微孔滤膜进行抽滤并干燥，即得所述独立自组装柔性蛭石纳米薄膜。
本申请提供的一种实施方式中，步骤1)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；
本申请提供的一种实施方式中，步骤2)中，所述升温的温度为100℃至200℃，所述加热时间为4h至12h；可选地，所述降温的温度为0℃至-30℃；
本申请提供的一种实施方式中，步骤3)中，所述微孔滤膜的孔径为0.22μm至0.45μm。
又一方面，本申请提供了上述石膏板的制备方法，包括：
1)将石膏板板芯外表面与所述独立自组装柔性蛭石纳米薄膜之间均匀涂覆丙烯酸乳液、聚氧化乙烯、环氧树脂、糊化淀粉、可分散性乳胶粉和紫外线固化树脂中的任一种或更多种；将所述独立自组装柔性蛭石纳米薄膜与所述石膏板板芯粘结、压实；
2)待所述独立自组装柔性蛭石纳米薄膜干燥后，再涂覆硅溶胶，干燥后即得石膏板。
本申请提供的一种实施方式中，所述聚丙烯酸乳液、所述聚氧化乙烯、所述环氧树脂、所述淀粉、所述可分散性乳胶粉和所述紫外线固化树脂中的任一种或更多种在所述石膏板基板的用量为50g/m2至1000g/m2，优选地，所述用量为300g/m2至1000g/m2；
本申请提供的一种实施方式中，所述石膏板板芯外表面与所述独立自组装柔性蛭石纳米薄膜之间均匀涂覆聚丙烯酸乳液和聚氧化乙烯；所述聚丙烯酸乳液和所述聚氧化乙烯的重量比为(5至15):(0.01至0.5)；
本申请提供的一种实施方式中，所述硅溶胶的厚度为100nm至500μm。
本申请提供的一种实施方式中，所述石膏板的板芯原料包括：石膏熟料、膨胀蛭石、硅灰、相变材料、导热增强材料和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；
本申请提供的一种实施方式中，所述板芯原料还包括发泡剂和减水剂中的一种或更多种；
本申请提供的一种实施方式中，所述石膏熟料、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)；
本申请提供的一种实施方式中，优选地，所述石膏熟料、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的重量比为(90至100):(0.01至4):(0.1至4):(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)。
本申请提供的一种实施方式中，所述膨胀蛭石为过60目筛的膨胀蛭石；
本申请提供的一种实施方式中，所述膨胀蛭石的孔径分布为0.01μm至50μm；
本申请提供的一种实施方式中，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；
本申请提供的一种实施方式中，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，所述导热增强材料为碳化硅导热增强材料；
本申请提供的一种实施方式中，所述石膏熟料的平均粒度为80目至100目；
本申请提供的一种实施方式中，所述相变材料的熔点为20℃至50℃；
本申请提供的一种实施方式中，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；优选地，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℃。
本申请提供的一种实施方式中，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；
本申请提供的一种实施方式中，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，所述增强纤维为碳纤维。
本申请提供的一种实施方式中，所述聚乙烯醇选自聚乙烯醇PVA2488、聚乙烯醇PVA1788；
本申请提供的一种实施方式中，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、SASN812或3110或十二烷基硫酸钠；
本申请提供的一种实施方式中，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(磺化三聚氰胺系)减水剂中的一种或更多种；
本申请提供的一种实施方式中，所述淀粉为预糊化淀粉，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，本申请提供了基于上述的板芯的石膏板的制备方法，还包括如下步骤：
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。
本申请提供的一种实施方式中，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、所述减水剂和所述增强纤维混合均匀后的粉体的标准稠度用水量。
本申请提供的一种实施方式中，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；
可选地，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；
本申请提供的一种实施方式中，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℃；
本申请提供的一种实施方式中，步骤IV中，可选地，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：
1.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，是一种阻燃、保温性能优良的石膏板；
2.具有良好的防水效果；
3.该板材具有抗菌功能；
4.该石膏板不仅保温性能良好，而且在不增加石膏板的厚度、穿孔率的前提下实现隔声功能，可以替代穿孔纸面石膏板，构筑理想的吸声吊顶结构，可调整混响时间、改善室内音质、降低噪声，可应用于影剧院、音乐厅、报告厅、会议厅、多功能厅等对声音要求较高的场所。
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1为本申请实施例1制备的独立自组装柔性蛭石纳米薄膜；
图2为本申请实施例1制备的独立自组装柔性蛭石纳米薄膜的扫描电子显微镜(SEM)图；
图3为普通工艺的独立自组装柔性蛭石纳米膜的扫描电子显微镜(SEM)图；
图4A、图4B、图4C为本申请实施例1制备的膨胀蛭石片的扫描电子显微镜(SEM)图，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。取过滤后的滤液，备用。
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20g(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、0.5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。在拌和水中加入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减水剂倾倒入上述溶液中，搅拌均匀，制备石膏料浆在模具中成型，形成石膏板板芯；
独立自组装柔性蛭石纳米薄膜的制备方法如下：将制备膨胀蛭石过程中步骤(4)得到的一定体积和浓度的滤液用水系微孔滤膜(0.45μm)进行抽滤。过滤完成后，将抽滤的滤饼留置于过滤装置中自然干燥，形成独立自组装柔性蛭石纳米薄膜。然后将干燥后的独立自组装柔性蛭石纳米薄膜从滤膜上脱离。
将10g聚丙烯酸乳液、0.01g聚氧化乙烯混合均匀；均匀涂抹在石膏板基板外表面(涂敷的石膏板基板的面积为0.12m2)；将独立自组装柔性蛭石纳米薄膜(4×10-3g/cm2)的自由面(纳米薄膜紧贴着水系滤膜的一面为非自由面，纳米薄膜裸露在空气中的一面为自由面)紧贴涂抹上述石膏板基板；
待独立自组装柔性蛭石纳米薄膜完全干燥后，在独立自组装柔性蛭石纳米薄膜上涂一层硅溶胶(10g)，使得硅溶胶的厚度在0.1mm，干燥即得石膏板。
通过对比图2和图3可以看出，图2中的蛭石纳米薄膜的平整性、致密度很高，可以有效阻拦分子量较大的有机相变材料的渗出。
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。
对比例6
与实施例1区别在于不使用护面膜，在制备石膏料浆时将淀粉(本领域常规用量)与各原料混合均匀，在石膏板基板为湿板时与护面纸搭接粘牢成型。淀粉为预糊化淀粉，所述淀粉的粘度为55mPa·s(1#转子)；
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，结果在表中2示出。
表2实施例和对比例中制备出的石膏板的遇火稳定性
3、在同一房间中安装本申请实施例和对比例制备的纸面石膏板，实施例1制备的石膏板可以有效的降低室内的噪音，使室内环境更安静。而使用对比例1、对比例5、对比例6的纸面石膏板的降噪效果较差。
4、本申请实施例制备的石膏板均不存在相变材料泄露的情况；同时，对比例1、对比例2和对比例4减小室内温度波动的效果(相比实施例减小室内温度波动的效果)很微弱(根据本领域常规的测试方法)。
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。
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