一种轻质石膏板的制作方法

1.本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种轻质石膏板。


背景技术：

2.石膏板是以建筑石膏为主要原料制成的建材，已广泛应用于工业与民用建筑的内隔墙、墙体覆面板、天花板、吸音板、地面基层板和各种装饰板等。在石膏板中引入轻质填料或泡沫可降低石膏板的重量和导热性；加入增强材料可以提高石膏板的强度；在石膏板表面黏贴纸张、塑料壁纸、铝箔等，能提高石膏板的耐水性；用聚乙烯树脂或防水纸包裹的石膏板可用于浴室或室外。
3.石膏板发展至今，人们对板的单重的要求越来越苛刻。在保证强度的前提下，单重较小的石膏板越来越受到青睐。这不仅可以减轻建筑物重量和施工安装负担，还可以节约运输成本，降低施工人员的劳动强度，有利于其在高层建筑中的广泛应用。
4.发泡剂是纸面石膏板中至关重要的添加剂，直接影响纸面石膏板的质量和单重。发泡剂选择不恰当，泡沫量少，泡沫稳定性差，石膏板成品中气孔较少且大小不均，易出现缺陷，表现为板单重较大，板较脆，甚至出现泡沫集中在石膏料浆表层，影响板芯和护面纸的粘接。同时，发泡剂的使用不当还会带来石膏板强度、吸水率和握钉力等性能的下降。
5.纸面石膏板通常用改性淀粉作为板芯和护面纸的粘结剂，改性淀粉在石膏板生产过程中随水蒸气迁移至板芯和护面纸界面上，起到粘结作用。但改性淀粉会使石膏料浆粘性发生变化，与发泡剂相容性变差，导致料浆表面气泡增多，靠近成型上纸处的石膏层不致密，严重时石膏芯可能分层，粘接不好。因此，如何选择合适的相匹配的发泡剂与淀粉也是需要解决的问题。


技术实现要素：

6.本发明的目的是为了解决石膏板中发泡剂和淀粉的选择产生的不良影响，提供一种轻质石膏板，这种石膏板通过材料的限定，在降低石膏板密度的同时又不会带来石膏板强度、吸水率和握钉力等性能的下降，具有较高的强度和较低的吸水率。
7.为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
8.一种轻质石膏板，所述轻质石膏板包括在两个平行的护面材料之间形成的一个石膏板芯，所述石膏板芯由含石膏的浆料制成，所述含石膏的浆料包括水、建筑石膏粉、原淀粉、琥珀酸酯磺酸钠、烷基苯磺酸钠、三偏磷酸钠和玻璃纤维；
9.所述原淀粉以基于建筑石膏粉重量0.6％
‑
5％的量存在；
10.所述琥珀酸酯磺酸钠以基于建筑石膏粉重量0.1％
‑
0.3％的量存在；
11.所述烷基苯磺酸钠以基于建筑石膏粉重量0.3％
‑
1％的量存在；
12.所述三偏磷酸钠以基于建筑石膏粉重量0.1％
‑
0.3％的量存在；
13.所述玻璃纤维以基于建筑石膏粉重量0.5％
‑
3％的量存在；
14.所述水以水膏比为0.55
‑
0.8的量存在。
15.一种轻质石膏板，所述轻质石膏板包括在两个平行的护面材料之间形成的一个石膏板芯，所述石膏板芯由含石膏的浆料制成，所述含石膏的浆料包括：水、建筑石膏粉、原淀粉、琥珀酸酯磺酸钠、烷基苯磺酸钠、三偏磷酸钠和玻璃纤维；
16.所述原淀粉以基于建筑石膏粉重量0.6％
‑
5％的量存在；
17.所述琥珀酸酯磺酸钠以基于建筑石膏粉重量0.1％
‑
0.3％的量存在；
18.所述烷基苯磺酸钠以基于建筑石膏粉重量0.3％
‑
1％的量存在；
19.所述三偏磷酸钠以基于建筑石膏粉重量0.1％
‑
0.3％的量存在；
20.所述玻璃纤维以基于建筑石膏粉重量0.5％
‑
3％的量存在；
21.所述石膏板芯中1
‑
5微米范围内空隙的体积含量控制在总空隙体积的8％以下。
22.本发明的原淀粉为天然的淀粉颗粒形式，在石膏墙板制造期间，例如在干燥以去除过量的水时，可以部分或完全胶凝化原淀粉颗粒。一方面，原淀粉在冷水中具有较低的粘度，易于与水混合，降低石膏浆料中水的需求，进而减少水蒸发所带来的连通空隙。另一方面，原淀粉又不会使石膏料浆粘性发生较大变化，与发泡剂相容性好，降低料浆表面气泡的聚集，改善护面材料与石膏芯的粘结强度。
23.烷基苯磺酸钠和琥珀酸酯磺酸钠均为阴离子表面活性剂，其憎水基是由非极性分子组成长碳链，在水气界面上，憎水基向空气一面定向吸附，在水膏界面上，建筑石膏水化粒子与亲水基相吸附，憎水基背离粒子，形成憎水化吸附层，并力图靠近空气界面。由于这种离子向空气表面靠近和引气剂分子在空气水界面上的吸附作用，将显著降低水的表面张力，使建筑石膏拌和过程中形成大量微细气泡。这些气泡有定向吸附层，相互排斥且均匀分布，而且阴离子表面活性剂在含钙溶液中，作为钙盐而沉淀，吸附于气泡膜，使气泡更趋稳定。建筑石膏在拌和时引入的空气泡，能以较稳定的形式存在，又能使这些气泡的直径比较小而且均匀。
24.本发明出乎意料的发现，当采用烷基苯磺酸钠和琥珀酸酯磺酸钠作为发泡剂时，更容易形成致密的气孔壁结构。这是因为，在干燥除水过程中，多余的水会蒸发形成形状不规则的空隙，所述空隙互连，在凝固石膏晶体之间形成不规则通道，这些空隙还会进一步分布在气孔壁表面，进而使气孔和空隙完全互联；本发明原淀粉在干燥除水的同时，会部分或完全胶凝化原淀粉颗粒，位于气孔壁上的烷基苯磺酸钠和琥珀酸酯磺酸钠会使胶凝化后的原淀粉颗粒部分迁移到该气孔壁表面，进而填充气孔壁表面的空隙中，使其致密加强。该致密化的气孔壁一方面改善了石膏板的强度和握钉力等机械性能，一方面阻断了石膏板内气孔的连通，降低了石膏板的吸水率。
25.不同于现有技术中通过水膏比和发泡剂的用量对石膏板的面密度进行调整，本发明轻质石膏板的面密度基本由发泡剂的用量控制，发泡剂所形成的气孔形状总体上是圆形或椭圆形的，各自独立且基本与其他气孔分开的，均匀且不连续的分布在石膏板芯中。而原淀粉和发泡剂形成的致密气孔壁进一步阻断了石膏板内气孔的连通。这种结构减少了石膏板芯中微细裂缝网络的形成，使石膏硬化体系的比表面积降低，液体不能以吸附膜的形式渗入裂缝之间，大大降低石膏板的吸水率。
26.三偏磷酸钠为石膏板材领域常规的添加剂，可以增强石膏生坯的强度、抗永久变形性、尺寸稳定性等性能。玻璃纤维也为石膏板材领域常规的增强材料，可以提高石膏板的强度，改善石膏板芯内部的粘接力。护面材料可以由任何合适的材料形成，包括但不限于由
护面纸、塑料壁纸、铝箔、纤维垫等形成。
具体实施方式
27.下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
28.生石膏经过锻烧、磨细可制备β型半水石膏，即建筑石膏，又称熟石膏、灰泥。建筑石膏与水拌合后，能够调制成可塑性浆体，经过一段时间反应后，会失去塑性，并凝结硬化成具有一定强度的固体。石膏胶凝材料在水化过程中，仅形成水化物，浆体并不一定能够形成具有强度的人造石结构，只有当水化物晶体互相连结生成结晶结构网时，才能硬化并形成具有强度的人造石。二水石膏在一定条件下以饱和水蒸气蒸炼，分解生成的α型半水石膏磨细可制得高强石膏粉。建筑石膏粉与高强石膏粉相比，加水搅拌时需水量较大，且制品的空隙率较多，密度较小，强度较低。因建筑石膏成本低、制品密度较低，适合工业上大量制备轻质的板材，所以本发明选择建筑石膏粉为原料。
29.具体实施方式一：本实施方式记载的是一种轻质石膏板，所述轻质石膏板包括在两个平行的护面材料之间形成的一个石膏板芯，所述石膏板芯由含石膏的浆料制成，所述含石膏的浆料包括水、建筑石膏粉、原淀粉、琥珀酸酯磺酸钠、烷基苯磺酸钠、三偏磷酸钠和玻璃纤维；
30.所述原淀粉以基于建筑石膏粉重量0.6％
‑
5％的量存在(即原淀粉与建筑石膏粉的质量比是0.6～5:100)；
31.所述琥珀酸酯磺酸钠以基于建筑石膏粉重量0.1％
‑
0.3％的量存在；
32.所述烷基苯磺酸钠以基于建筑石膏粉重量0.3％
‑
1％的量存在；
33.所述三偏磷酸钠以基于建筑石膏粉重量0.1％
‑
0.3％的量存在；
34.所述玻璃纤维以基于建筑石膏粉重量0.5％
‑
3％的量存在；
35.所述水以水膏比为0.55
‑
0.8的量存在。
36.石膏在水化硬化以及干燥过程中，水分在挥发后会在石膏表面以及内部留下相当多的空隙，水膏比越大，多余的水分就越多，水分造成的空隙也就越多，石膏产品的密度、强度也就越小，护面材料与石膏芯的粘结强度也就越低；当水膏比超过0.8时，大量存在且连通的水空隙会导致气孔和空隙之间的完全互联，使石膏板的机械性能和吸水率大幅度恶化。当水膏比低于0.55时，石膏浆料的流动度下降较为明显，不利于发泡剂发泡和石膏板成型，且随着水膏比继续下降，建筑石膏粉水化不充分，使石膏板的机械性能急剧下降。
37.本发明石膏浆料可以进一步包括粘合剂、分散剂、防水剂、纸纤维、粘土、杀虫剂和促进剂等。粘合剂可以包括酸改性淀粉、预胶化淀粉等；分散剂可以包括萘磺酸盐分散剂。
38.具体实施方式二：具体实施方式一所述的一种轻质石膏板，所述原淀粉为天然谷物淀粉、天然根淀粉、天然块茎淀粉、化学改性淀粉中的一种或多种。
39.具体实施方式三：具体实施方式一所述的一种轻质石膏板，所述原淀粉为玉米淀粉、a型小麦淀粉、b型小麦淀粉、豌豆淀粉、马铃薯淀粉、木薯淀粉、淀粉羟基上具有取代基团的取代淀粉中的一种或任何组合。
40.具体实施方式四：具体实施方式一所述的一种轻质石膏板，所述原淀粉的数均分
子量为40000
‑
100000道尔顿，优选为60000
‑
80000道尔顿。分子量低于40000时不利于致密气孔壁结构的形成，高于100000时又会使石膏料浆粘性发生较大变化。
41.本发明原淀粉还可以与特定组合的发泡剂结合形成致密的气孔壁结构，改善石膏板的强度、吸水率和握钉力等性能。
42.具体实施方式五：具体实施方式一所述的一种轻质石膏板，所述水以水膏比0.58
‑
0.68的量存在。
43.具体实施方式六：具体实施方式一至五任一项所述轻质石膏板在内隔墙、墙体覆面板、天花板、吸音板和地面基层板中的应用。
44.具体实施方式七：本实施方式记载的是一种轻质石膏板，所述轻质石膏板包括在两个平行的护面材料之间形成的一个石膏板芯，所述石膏板芯由含石膏的浆料制成，所述含石膏的浆料包括：水、建筑石膏粉、原淀粉、琥珀酸酯磺酸钠、烷基苯磺酸钠、三偏磷酸钠和玻璃纤维；
45.所述原淀粉以基于建筑石膏粉重量0.6％
‑
5％的量存在；
46.所述琥珀酸酯磺酸钠以基于建筑石膏粉重量0.1％
‑
0.3％的量存在；
47.所述烷基苯磺酸钠以基于建筑石膏粉重量0.3％
‑
1％的量存在；
48.所述三偏磷酸钠以基于建筑石膏粉重量0.1％
‑
0.3％的量存在；
49.所述玻璃纤维以基于建筑石膏粉重量0.5％
‑
3％的量存在；
50.所述石膏板芯中1
‑
5微米范围内空隙的体积含量控制在总空隙体积的8％以下。
51.已知，石膏板芯中水分挥发所形成的空隙尺寸分布集中在5微米以下，所述空隙的体积含量通过扫描电子显微镜法和x射线ct扫描技术测定。
52.具体实施方式八：具体实施方式七所述的一种轻质石膏板，所述原淀粉数均分子量为40000
‑
100000道尔顿，进一步优选为60000
‑
80000道尔顿。
53.具体实施方式九：具体实施方式七所述的一种轻质石膏板，所述石膏板芯中1
‑
5微米范围内空隙的体积含量控制在总空隙体积的6％以下。
54.具体实施方式十：具体实施方式七至九任一项所述轻质石膏板在内隔墙、墙体覆面板、天花板、吸音板和地面基层板中的应用。
55.本发明采用常规工艺制备所述轻质石膏板。首先将原料二水硫酸钙进行破碎、干燥、并粉磨至一定细度，然后脱水，使其转变为β型建筑石膏；新制备的建筑石膏通过输送设备输送至贮仓，进行储存，这一工序成为陈化，陈化过程有两种作用。第一，减少二水石膏的含量，在陈化仓中熟料的残留的温度将会继续对未被锻烧脱水的二水石膏进行脱水。第二，在陈化仓中，热气体中的水蒸气将与β
‑
半水石膏结成一层二水石膏的微粒生成物，由于它们的存在可以减少水化时的需水量和成为凝胶向结晶转化时的晶核。将陈化后的建筑石膏粉与原淀粉、琥珀酸酯磺酸钠、烷基苯磺酸钠、三偏磷酸钠、玻璃纤维混合，同时加水搅拌，搅拌机混合后成为石膏浆。在生产过程中，要对搅拌机中的石膏浆随时取样分析其容重，从而根据需要对产品的发泡效果进行控制。石膏浆由混合机流至预先铺好的下护面材料上，同时供给上护面材料，通过辊压成型成板材。成型后的板材在凝固皮带机上凝结硬化，凝结硬化后的石膏板在移动中由切断机切成预定尺寸。切断机要保证在石膏板移动的情况下切割尺寸的准确性和切口的质量。切断的石膏板送入干燥机中干燥。
56.本发明的具体实施例石膏浆料配方如下表1所示。在表1中的所有值均以基于建筑
石膏粉重量的重量百分比表示。
57.表1
[0058][0059]
表1中所采用的原淀粉为玉米淀粉，数均分子量为60000道尔顿。实施例6
‑
9作为对比例引入。
[0060]
采用说明书所记载的本领域常规工艺制备轻质石膏板，采用护面纸作为护面材料。实例1
‑
9测试结果见表2。面密度、断裂载荷、护面纸与芯材粘结性、受潮挠度、抗冲击性和吸水率试验均按照gb/t9775
‑
2008进行；抗压强度参照gb/t17669.3
‑
1999进行；所述空隙的体积含量通过扫描电子显微镜法和x射线ct扫描技术测定。
[0061]
表2
[0062][0063][0064]
表2中面密度和断裂载荷的测量板材厚度均为9.5mm；断裂载荷为纵向平均值。
[0065]
本文描述了本发明的优选实施例，包括本发明人已知的实施本发明的最佳模式。在阅读前述描述后，那些优选实施例的变化对于所属领域的普通技术人员来说可以变得显而易见。本发明人期望熟练的技术人员视需要采用这类变化，并且本发明人希望本发明以不同于本文所具体描述的方式来实践。因此，本发明包括适用法律允许的所附权利要求书
中所叙述主题的所有修改和同等物。此外，除非本文另有说明或以其它方式明显地与上下文矛盾，否则本发明涵盖上述要素的所有可能性变型的任何组合。