一种发泡石膏及其制备方法和应用

本发明涉及石膏材料，尤其涉及一种发泡石膏及其制备方法和应用。

背景技术：

1、石膏是一种具有多种特殊优点的古代建材，它具有低能耗、高性价比、良好的耐火性、隔热、隔音等优点，已被广泛地应用于建筑工程中。另外，根据基本原理，在合适的生产工艺中，可以高效地回收石膏。因而，近年来，石膏成为众多学者关注的热点。

2、与其他建筑材料相比，石膏及其制品具有成型工艺简单，材料生产能耗低，原材料来源广泛，装饰效果好，不污染环境等诸多优点，被应用于各个行业。由于石膏中含有大量结晶水，当制品遇火时，石膏脱去结晶水，具有阻燃的作用。石膏硬化体中大量微孔的存在，使其保温性，吸声性，吸湿性较好，被公认为是绿色墙体材料。作为建筑材料，石膏制品应用的最大限制因素是其耐水性差，随着湿度增加，其强度损失急剧增大，同时容易翘曲变形。因此，为了扩大其应用范围，使之能应用于不同环境，尽量发挥其作用，需要对石膏材料进行改性。

3、在我国实施节能政策的同时，墙体的材质也由原来的实心水泥砖发展到了轻质隔热、高强的新型墙体。目前对于石膏的轻质化处理有二：一是加入轻骨料，如专利cn114804915 a提供了一种掺杂不同尺寸的相变材料，混合磷建筑石膏，矿粉，电石渣，复合相变材料，相变微胶囊，再生纤维以及各种助剂，制备了一种轻质建筑材料。该种相变胶囊填料分散更加均匀的同时能够协同提升材料的相变保温能力。所获得的样品性能均满足jgt169-2016《建筑隔墙用轻质条板通用技术要求》要求标准，但由于其并未引入泡孔结构，石膏内部的孔隙都是由相变胶囊脱水以及纤维间搭接形成的，故其导热系数普遍高于0.08w/(m·k)，不能满足国标规定的建筑发泡水泥导热系数标准0.065w/(m·k)，保温效果仍然不太理想；专利cn 113336570 a以工业副产石膏作为原料，混合蛋白发泡剂、过氧化氢、高锰酸钾、硬脂酸钙等发泡助剂，采用物理搅拌发泡制备了轻质多孔吸声石膏，同时新颖地在物理发泡基础上引入化学发泡剂，在原有物理发泡产生的空隙上再次发泡破坏其原有的闭孔结构，形成部分通孔，进一步改善了材料的吸声性能。但其双重发泡导致抗压抗折强度弱化明显。无论是引入轻骨料还是泡沫都会在石膏基体结构中引入空隙，使其强度显著下降。因此，亟需一种兼具优异保温性能和机械强度的石膏材料。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种发泡石膏及其制备方法和应用。本发明提供的发泡石膏同时具有优异的保温性能和机械强度。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种发泡石膏，由包括以下组分的原料制备得到：功能组分和水；所述功能组分包括以下质量百分含量的组分：石膏30～96％、稳泡剂1～10％、发泡剂0.5～5％、水性聚氨酯1～30％、增稠剂0.5～5％和纤维1～20％；所述水和石膏的质量比为(0.8～1.2)：1。

4、优选地，所述石膏包括β型半水石膏、α型半水石膏、磷石膏、氟石膏和硼石膏中的一种或多种。

5、优选地，所述发泡剂包括α-烯基磺酸钠aos、十二烷基硫酸钠、过氧化氢、铝粉、十二烷基苯磺酸钠、椰油酰胺基丙基甜菜碱cab-35、十二烷基二甲基甜菜碱bs-12、月桂酰胺丙基甜菜碱lab、动物蛋白发泡剂和椰子油烷醇酰胺6501中的一种或多种。

6、优选地，所述稳泡剂包括聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、硬脂酸钙、硬脂酸钠、硬脂酸和脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠中的一种或多种。

7、优选地，所述增稠剂包括羟丙基甲基纤维素、羟乙基纤维素、纤维素纳米晶、聚氧乙烯、海藻酸钠和羟甲基纤维素中的一种或多种。

8、优选地，所述纤维包括玻璃纤维、聚丙烯纤维、涤纶纤维、尼龙纤维、维纶纤维和玄武岩纤维中的一种或多种。

9、优选地，所述纤维的长度为3～19mm，所述纤维的直径为10～50μm。

10、本发明提供了上述技术方案所述发泡石膏的制备方法，包括以下步骤：

11、(1)将水、稳泡剂、水性聚氨酯、发泡剂和增稠剂混合搅拌，得到发泡浆体；

12、(2)在所述步骤(1)的发泡浆体中加入纤维，搅拌，得到纤维复合发泡浆体；

13、(3)在所述步骤(2)的纤维复合发泡浆体中加入石膏，搅拌后固化，得到发泡石膏。

14、优选地，所述步骤(1)、(2)、(3)中搅拌的速率独立地为800～2000rpm，搅拌的时间独立地为3～12min。

15、本发明还提供了上述技术方案所述发泡石膏或按照上述技术方案所述制备方法制备的发泡石膏在建筑领域的应用。

16、本发明提供了一种发泡石膏，由包括以下组分的原料制备得到：功能组分和水；所述功能组分包括以下质量百分含量的组分：石膏30～96％、稳泡剂1～10％、发泡剂0.5～5％、水性聚氨酯1～30％、增稠剂0.5～5％和纤维1～20％；所述水和石膏的质量比为(0.8～1.2)：1。本发明采用水性聚氨酯和纤维作为补强材料，石膏在固化过程中会夺取水性聚氨酯中的水分，使其分子链收缩，部分水性聚氨酯收缩成具有一定韧性的硬质膜，填充在石膏孔隙中，配合纤维增强骨架，共同起到补强作用，在石膏浆液中分散的水性聚氨酯以片层结构的形式支撑着石膏晶体，同时作为石膏结晶生长的异相核，除去传统的聚合物/石膏间单一的表界面相互作用，石膏晶体与水性聚氨酯相互附着穿插，额外获得了更加密实的结合力；加入发泡剂和稳泡剂形成孔隙结构均匀的发泡石膏；控制原料的组成和用量，使得发泡石膏兼具低导热性和高强度。实施例的结果显示，本发明提供的发泡石膏的导热系数在0.085w/m·k以下，甚至可低至0.065w/m·k，相较于纯石膏，导热系数降低了72～79％，抗压强度在1.2mpa以上。

技术特征：

1.一种发泡石膏，由包括以下组分的原料制备得到：功能组分和水；所述功能组分包括以下质量百分含量的组分：石膏30～96％、稳泡剂1～10％、发泡剂0.5～5％、水性聚氨酯1～30％、增稠剂0.5～5％和纤维1～20％；所述水和石膏的质量比为(0.8～1.2)：1。

2.根据权利要求1所述的发泡石膏，其特征在于，所述石膏包括β型半水石膏、α型半水石膏、磷石膏、氟石膏和硼石膏中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的发泡石膏，其特征在于，所述发泡剂包括α-烯基磺酸钠aos、十二烷基硫酸钠、过氧化氢、铝粉、十二烷基苯磺酸钠、椰油酰胺基丙基甜菜碱cab-35、十二烷基二甲基甜菜碱bs-12、月桂酰胺丙基甜菜碱lab、动物蛋白发泡剂和椰子油烷醇酰胺6501中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的发泡石膏，其特征在于，所述稳泡剂包括聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、硬脂酸钙、硬脂酸钠、硬脂酸和脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的发泡石膏，其特征在于，所述增稠剂包括羟丙基甲基纤维素、羟乙基纤维素、纤维素纳米晶、聚氧乙烯、海藻酸钠和羟甲基纤维素中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的发泡石膏，其特征在于，所述纤维包括玻璃纤维、聚丙烯纤维、涤纶纤维、尼龙纤维、维纶纤维和玄武岩纤维中的一种或多种。

7.根据权利要求1或6所述的发泡石膏，其特征在于，所述纤维的长度为3～19mm，所述纤维的直径为10～50μm。

8.权利要求1～7任意一项所述发泡石膏的制备方法，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)、(2)、(3)中搅拌的速率独立地为800～2000rpm，搅拌的时间独立地为3～12min。

10.权利要求1～7任意一项所述发泡石膏或按照权利要求8或9所述制备方法制备的发泡石膏在建筑领域的应用。

技术总结
本发明提供了一种发泡石膏及其制备方法和应用，属于石膏材料技术领域。由包括以下组分的原料制备得到：石膏、稳泡剂、发泡剂、水性聚氨酯、增稠剂、纤维和水。本发明采用水性聚氨酯和纤维作为补强材料，石膏在固化过程中会夺取水性聚氨酯中的水分，使其分子链收缩，部分水性聚氨酯收缩成具有一定韧性的硬质膜，填充在石膏孔隙中，配合纤维增强骨架，共同起到补强作用；加入发泡剂和稳泡剂形成孔隙结构均匀的发泡石膏；控制原料组成和用量，使得发泡石膏兼具低导热性和高强度。实施例的结果显示，本发明提供的发泡石膏的导热系数在0.085W/m·K以下，甚至可低至0.065W/m·K，抗压强度在1.2MPa以上。

技术研发人员：陈国华,汤煜辉,张建庭,陈燕萍,韦顺豪
受保护的技术使用者：华侨大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13