本申请涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种高强度高韧性耐水纸面石膏板及其制备方法。
背景技术：
纸面石膏板是以建筑石膏为主要原料，掺入适量添加剂与纤维做板芯，以特制的板纸为护面，经加工制成的板材。石膏板具有无污染、加工性能强、施工方法简便的优点。
半水石膏水化时的理论用水量为18.6％。但在纸面石膏板实际生产过程中，为提高料浆流动性，常加入大于理论用水量的拌合水，多余的拌合水在石膏板干燥过程中蒸发，导致石膏板中存在较多开放的气孔。这些开放气孔导致石膏晶体搭接致密性差，石膏板强度与韧性降低、板材耐水性差。受生产工艺影响，建筑市场墙体产品中所采用的石膏隔墙板，气孔较多，强度较低，耐水性较差，不能满足特殊用途。
目前，提高纸面石膏板强度、韧性与耐水性的方式主要包括采用更高强度的耐水性护面纸、在石膏板中添加纤维物质。然而，采用强度更高的耐水性护面纸不能提高板芯的强度与耐水性，同时会极大增加石膏板的生产成本；在石膏板中添加纤维物质制得的纸面石膏板整体强度依然较低，韧性提高有限。
因此，开发一种强度高、韧性好兼耐水性优良的纸面石膏板已成为必要。
技术实现要素：
本申请提供了一种高强度高韧性耐水纸面石膏板及其制备方法，该纸面石膏板具有强度高、韧性好、耐水性优良的特点，且制备方法工艺简单，成本低，适合大规模的推广应用。
本申请提供了一种高强度高韧性耐水纸面石膏板，所述纸面石膏板的制备原料包括石膏熟料、减水剂、胶粉、树脂和纤维。
在本申请的实施例中，以所述石膏熟料的添加量为100重量份计，所述减水剂的添加量可以为0.1-0.3重量份，所述胶粉的添加量可以为0.1-0.5重量份，所述树脂的添加量可以为0.2-0.5重量份，所述纤维的添加量可以为0.1-0.3重量份。
在本申请的实施例中，所述石膏熟料可以为脱硫石膏熟料。当采用脱硫石膏制备石膏熟料时，可以实现脱硫石膏这种固体废弃物的综合利用，并且提供胶凝性。
减水剂对石膏颗粒有分散作用，可改善石膏浆体的工作性与流动度，在保证石膏浆体流动度的情况下减少石膏水化所需的拌合水用量，从而降低石膏板中的气孔数量，提高石膏板的致密度，提高石膏板强度与耐水性并降低干燥石膏板的能耗。此外，减水剂可填充于石膏硬化浆体孔隙内，与石膏浆体及胶粉发生交联作用，进一步提高石膏板的强度与耐水性。
在本申请的实施例中，所述减水剂可以为阴离子表面活性剂类减水剂；任选地，为聚羧酸高效减水剂(polycarboxylatesuperplasticizer，pces)。所述聚羧酸高效减水剂可以采用basf312高效减水剂。
胶粉具有粘结能力、抗水性，在石膏硬化浆体内可形成连续的膜，添加到石膏板中可改善石膏板的韧性，提高板材内聚强度、抗折强度并提高板材的耐水性。此外，胶粉具有润滑效果，可改善料浆的和易性，与减水剂共同作用，可改善石膏板制造过程中料浆的工作性。
在本申请的实施例中，所述胶粉可以为可再分散性乳胶粉。可再分散性乳胶粉的最低成膜温度为0℃，应用温度范围广。所述可再分散性乳胶粉可以采用瓦克5010n。
树脂具有极好的韧性与憎水性，加入石膏板中后可与胶粉发生交联，此外，树脂与胶粉还可与石膏晶体发生交联，提高石膏板强度、韧性与耐水性。
在本申请的实施例中，所述树脂可以为水溶性热固性树脂；任选地，为聚丁二烯树脂。
在本申请的实施例中，所述纤维可以选自玻璃纤维、硅灰石纤维和木质纤维中的任意一种或多种；任选地，为玻璃纤维与硅灰石纤维组成的复合纤维，或为玻璃纤维与木质纤维组成的复合纤维，或为玻璃纤维、硅灰石纤维和木质纤维组成的复合纤维。
玻璃纤维的绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好、机械强度高，将其加入到石膏板中可提高石膏板强度，但其对板材韧性提高的贡献有限；相较于玻璃纤维，硅灰石纤维和木质纤维的刚性小、柔韧性好，它们与玻璃纤维复合使用时，不仅可提高石膏板强度，还可极大地提高板材韧性。
在本申请的实施例中，所述玻璃纤维可以为长度为6cm的短切玻璃纤维，该长度的玻璃纤维的分散性较好；所述硅灰石纤维的长径比可以为15-16:1，该长径比的硅灰石纤维的韧性较好。在硅灰石纤维与玻璃纤维的混合纤维中，玻璃纤维与硅灰石纤维的重量比可以为1-2:1，该重量比的玻璃纤维与硅灰石纤维的复合纤维可以显著提高纸面石膏板的强度和韧性。
在本申请的实施例中，所述纸面石膏板的制备原料还可以包括发泡剂，并且以所述石膏熟料的添加量为100重量份计，所述发泡剂的添加量可以为0.03-0.05重量份。
发泡剂通常由阴离子表面活性剂和稳泡剂配制而成。与水蒸发形成的开放气孔不同，将发泡剂加入石膏板中后，可形成闭合的小孔，少量添加发泡剂时可提高石膏板的韧性。
在本申请的实施例中，所述发泡剂可以为十二烷基硫酸钠和硅树脂聚醚乳液复合配制得到的发泡剂，其中，十二烷基硫酸钠与硅树脂聚醚乳液的重量比为2-1:1。
在本申请的实施例中，所述纸面石膏板的制备原料还可以包括改性淀粉和水，并且以所述石膏熟料的添加量为100重量份计，所述改性淀粉的添加量可以为0.2-0.8重量份，所述水的添加量可以为70-90重量份。
改性淀粉是天然淀粉经过适当化学处理，引入某些化学基团使分子结构及理化性质发生变化，得到的淀粉衍生物。改性淀粉经加热糊化后会迁移至护面纸与石膏芯接触层，使护面纸与石膏芯牢固地粘结在一起。
在本申请的实施例中，所述改性淀粉可以为改性玉米淀粉，其糊化温度为70-75℃；或为改性木薯淀粉。
应理解，制备纸面石膏板的原料中使用的石膏熟料、减水剂、胶粉、树脂、纤维、改性淀粉和发泡剂，并不限于上述所列举的具体材料，能够实现各种试剂的作用的材料均可用于本申请纸面石膏板的制备中，上述所列举的具体材料并非对本申请作出任何形式上或实质上的限定。
本申请还提供了如上所述的高强度高韧性耐水纸面石膏板的制备方法，所述方法包括：将各制备原料混合，得到料浆；将所述料浆的上下两面附上护面纸，经挤压成型、凝固、切割和干燥，得到所述高强度高韧性耐水纸面石膏板。
在本申请的实施例中，所述方法还可以包括：将脱硫石膏进行烘干直至除去待除去结晶水的50％-60％，然后再进行煅烧直至除去全部的待除去结晶水，得到所述石膏熟料。
在本申请的实施例中，所述烘干的温度可以为150-160℃，所述煅烧的温度可以为135-145℃。
在本申请的实施例中，所述方法还可以包括：在将所述树脂与其他原料混合前，首先将所述树脂与水混合，形成树脂水溶液，然后将所述树脂水溶液与其他原料混合。
在本申请的实施例中，球磨后的石膏熟料的比表面积可以为3800-4200cm2/g。
本申请通过在纸面石膏板配方中加入减水剂，减小拌合水用量及开放的水孔数量，从而提高纸面石膏板的密度、强度与耐水性；同时，本申请通过在纸面石膏板配方中加入胶粉、树脂和纤维，可使减水剂与胶粉之间、胶粉与树脂之间产生协同增效的作用，可进一步提高纸面石膏板的强度、韧性与耐水性；此外，本申请通过在纸面石膏板配方中加入纤维和发泡剂，进一步提高了纸面石膏板的强度和韧性。
本申请的纸面石膏板力学性能优良，横、纵向断裂载荷较普通纸面石膏板分别提升50％、65％，而且纸面石膏板的韧性较好、耐水性较强。
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以及权利要求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，下文中将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。
以下实施例中所采用的原料，如无特别说明，均为普通市售产品。
实施例1
本实施例提供了一种高强度高韧性耐水纸面石膏板，所述纸面石膏板由脱硫石膏熟料100重量份、basf312高效减水剂0.2重量份、改性玉米淀粉0.3重量份、瓦克5010n乳胶粉0.2重量份、聚丁二烯树脂0.3重量份、十二烷基硫酸钠和硅树脂聚醚乳液复合配制得到的发泡剂0.04重量份(其中，十二烷基硫酸钠与硅树脂聚醚乳液的重量比为2:1)、硅灰石纤维与玻璃纤维的混合纤维0.2重量份(其中，硅灰石纤维与玻璃纤维的重量比为1:1，硅灰石纤维的长径比为15-16:1，玻璃纤维的长度为6cm)和水80重量份制成。
本实施例的高强度高韧性耐水纸面石膏板通过以下方法制备得到：
(1)将脱硫石膏先在锤式打散机内，在150℃的高温下快速烘干直至除去待除去结晶水的50％，然后间接换热在140℃的温度下慢速煅烧直至除去全部的待除去结晶水，获得脱硫石膏熟料；
(2)将步骤(1)得到的脱硫石膏熟料经球磨机球磨，得到比表面积为3800cm2/g的脱硫石膏熟料，冷却后备用；
(3)将聚丁二烯树脂与水混合，得到聚丁二烯树脂水溶液；
(4)将脱硫石膏熟料、聚羧酸高效减水剂、改性玉米淀粉、醋酸乙烯酯/乙烯共聚物乳胶粉、硅灰石纤维与玻璃纤维的混合纤维、步骤(3)得到的聚丁二烯树脂水溶液加入搅拌机进行搅拌混合；
(5)将步骤(4)得到的料浆从搅拌机输出，同时在料浆的出口处向料浆中加入发泡剂；
(6)将步骤(5)得到的料浆的上下两面附上护面纸，经挤压成型、凝固、切割和干燥，得到厚度为9.5mm的所述高强度高韧性耐水纸面石膏板。
实施例2
本实施例提供了一种高强度高韧性耐水纸面石膏板，所述纸面石膏板由脱硫石膏熟料100重量份、basf312高效减水剂0.1重量份、改性玉米淀粉0.2重量份、瓦克5010n乳胶粉0.1重量份、聚丁二烯树脂0.2重量份、十二烷基硫酸钠和硅树脂聚醚乳液复合配制得到的发泡剂0.03重量份(其中，十二烷基硫酸钠与硅树脂聚醚乳液的重量比为2:1)、硅灰石纤维与玻璃纤维的混合纤维0.3重量份(其中，硅灰石纤维与玻璃纤维的重量比为1:2，硅灰石纤维的长径比为15-16:1，玻璃纤维的长度为6cm)和水70重量份制成。
本实施例的高强度高韧性耐水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耐水纸面石膏板，所述纸面石膏板由脱硫石膏熟料100重量份、basf312高效减水剂0.3重量份、改性木薯淀粉0.8重量份、瓦克5010n胶粉0.5重量份、聚丁二烯树脂0.5重量份、十二烷基硫酸钠和硅树脂聚醚乳液复合配制得到的发泡剂0.05重量份(其中，十二烷基硫酸钠与硅树脂聚醚乳液的重量比为1:1)、硅灰石纤维0.1重量份(其中，硅灰石纤维的长径比为15-16:1)和水90重量份制成。
本实施例的高强度高韧性耐水纸面石膏板的制备方法与实施例1相同。
实施例4
本实施例与实施例1的不同之处仅在于：纸面石膏板中不添加发泡剂。
对比例1
本实施例与实施例1的不同之处仅在于：纸面石膏板中不添加胶粉、树脂和纤维。
对比例2
本实施例与实施例1的不同之处仅在于：纸面石膏板中不添加减水剂、树脂和纤维。
对比例3
本实施例与实施例1的不同之处仅在于：纸面石膏板中不添加减水剂、胶粉和纤维。
对比例4
本实施例与实施例1的不同之处仅在于：纸面石膏板中不添加减水剂、胶粉和树脂。
性能测试
根据中国国家标准gb/t9775-2008测试上述实施例和对比例制备的9.5mm厚纸面石膏板的力学性能、韧性和耐水性。测试结果如表1所示。
表1
可以看出，与对比例的仅添加减水剂、胶粉、树脂、纤维四者中之一制备的纸面石膏板相比，本申请实施例同时添加减水剂、胶粉、树脂、纤维制备的纸面石膏板的强度、剪切力(即韧性)和耐水性能明显更高，而且将减水剂、胶粉、树脂、纤维四者复合后获得了协同增效作用。
此外，对比实施例1和实施例4可以看出，在纸面石膏板中添加发泡剂后能进一步提高纸面石膏板的强度、剪切力。
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。