一种耐水阻燃的玻璃纤维石膏板及其成型工艺的制作方法

本发明属于建筑材料，具体涉及一种耐水阻燃的玻璃纤维石膏板及其成型工艺。

背景技术：

1、水泥作为目前应用最为广泛的建筑胶凝材料，生产工艺成熟，但其高温生产过程能耗较大，即使是新型低热硅酸盐环保水泥，煅烧温度也高达1250℃。而石膏生产煅烧温度远低于水泥，使用石膏材料代替水泥，不仅可以大幅降低建材生产能耗、保护生态环境，还可以发挥石膏材料的轻质、隔音及保温特性，改善居住环境。但纯石膏材料抗折强度低、脆性大和耐水性差的问题，限制了其应用领域的拓展。

2、目前，关于石膏材料的研究，主要集中在各种外加剂或掺合料等微小颗粒物质对石膏性能的增强作用。公开号为cn112321265b的专利公开了一种高强度石膏板，通过将石膏粉、增强剂、增韧剂、增硬剂及水混合，经摊铺、凝固、干燥而得；该发明通过将特定种类的增强剂(丙烯酸类聚合物、多异氰酸酯聚酯、聚醇酸树脂、聚醋酸乙烯酯类聚合物、聚丙烯酰胺类聚合物、酚醛树脂、脲醛树脂、三聚氰胺树脂和环氧树脂中的一种或多种)、增韧剂(玻璃纤维、纸纤维和木质纤维中的一种或多种)和增硬剂(硅酸钠、石英粉和沙子中的一种或多种)掺加到石膏板中，大幅度提高了石膏板的力学性能；然而不同性状的有机和无机材料共混，相容性问题使得石膏浆料难以分散均匀，并且石膏浆料中各成分热膨胀系数和干燥收缩不同，温度和湿度变化增加了内部缺陷风险，导致石膏板出现局部裂纹或强度弱化倾向。公开号为cn114920535b的专利公开了一种纸面石膏板及其制备方法，该纸面石膏板的组分包括：脱硫石膏、玄武岩纤维、海泡石纤维、改性淀粉、改性apao乳液、复合发泡剂、缓凝剂、减水剂、水、护面纸，通过将有机成分与无机成分分别机械混匀后再超声分散，经热压成型、干燥、切断、锯边，即得具有高强、高韧及耐水性能的石膏板，并提高了耐高/低温(极端温度)性能，但该方法中海泡石纤维和改性淀粉均吸水率高，硬化时提高了干燥温度和时长，大幅增加了能耗和成本；若高温时间过长还使石膏内部游离状态的水缓慢释放，导致形成β型半水石膏，对强度带来不利影响。

3、除了力学性能和耐水性能要求外，随着建筑物防火安全要求的不断提高，对于石膏材料的耐火性能要求也越来越高。在保证石膏材料力学性能的基础上，如何提高石膏材料的耐水阻燃性能，并进一步提高产品性能的稳定性，是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、基于现有技术的不足，本发明提供一种耐水阻燃的玻璃纤维石膏板，通过在聚丙烯酰胺单体聚合时引入聚乙二醇及改性水滑石，构建有机无机杂化的聚合物互穿网络体系，协同硅烷偶联剂改性的玻璃纤维，显著提高了石膏基层的强度、耐水性及耐温性，通过石膏基层表面设置玻璃纤维网格布及致密的疏水涂层，进一步保证了力学性能及耐候性；本发明还公开了该耐水阻燃的玻璃纤维石膏板的成型工艺，先成型嵌入有玻璃纤维网格布的石膏基层，再涂覆疏水涂层，得到性能均一的玻璃纤维石膏板。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

3、一种耐水阻燃的玻璃纤维石膏板，包括石膏基层，石膏基层的上、下表面均嵌入有玻璃纤维网格布，并覆有疏水涂层；所述石膏基层由以下重量份数的原料制成：石膏粉40～60份，水滑石/聚合物杂化乳液18～36份，玻璃纤维1～2份，硅烷偶联剂0.28～0.56份，水14～28份；

4、所述水滑石/聚合物杂化乳液的制备步骤如下：

5、s1、将2-氨基对苯二甲酸溶于甲醇，得到有机酸溶液；将水滑石分散于甲醇中，得到水滑石分散液；将有机酸溶液加入水滑石分散液中，于氮气气氛下搅拌1.5～3小时，经固液分离，取固体洗涤、干燥，得到有机插层水滑石；

6、s2、将戊二醛溶于乙醇，得到戊二醛溶液；将步骤s1所得有机插层水滑石分散于乙醇中，得到有机插层水滑石分散液；将有机插层水滑石分散液加入戊二醛溶液中，搅拌反应5～10h，经固液分离，取固体洗涤、干燥，得到含醛基接枝水滑石；

7、s3、向3-氨基丙磺酸钠的水溶液中加入步骤s2所得含醛基接枝水滑石，搅拌反应6～15h，经固液分离，取固体洗涤、干燥，得到改性水滑石；

8、s4、将丙烯酰胺、丙烯酸及烯丙基三甲基氯化铵溶于去离子水中，调节ph至6.0～7.5，得到单体溶液；在搅拌和通入氮气的条件下，向单体溶液中加入聚乙二醇，混匀，得到预制溶液；向预制溶液中加入步骤s3所得改性水滑石，搅拌并升温至30～40℃，加入引发剂水溶液，升温至55～65℃，搅拌反应40～80min，冷却至室温，过筛，即得；

9、其中，所述单体溶液中丙烯酰胺的质量百分数为13～15％；丙烯酰胺、丙烯酸、烯丙基三甲基氯化铵、聚乙二醇及改性水滑石的质量比为14:(3～7):(3～7):(4～6):(2～3)。

10、本发明在制备改性水滑石时，先利用2-氨基对苯二甲酸对水滑石进行有机酸插层改性，然后通过嵌入组装依次接枝戊二醛及3-氨基丙磺酸钠，得到改性水滑石，对水滑石改性所利用的有机合成路线如下：

11、(1)

12、(2)

13、所述改性水滑石层间嵌入组装后的示意图如下：

14、

15、通过上述改性引入烷基链与磺酸盐，提高水滑石与有机物相容性的同时，抑制水滑石粒子间相互聚集或沉降，并有助于提升水滑石/聚合物杂化材料的耐温耐盐性能。

16、本发明以丙烯酰胺、丙烯酸及烯丙基三甲基氯化铵为单体，采用水溶液自由基引发共聚合形成两性聚丙烯酰胺，合成路线如下：

17、

18、本发明制备水滑石/聚合物杂化乳液时，在聚合前的低粘状态下加入聚乙二醇及改性水滑石，有助于聚乙二醇及改性水滑石在体系中的分散，聚乙二醇、改性水滑石与生成的聚丙烯酰胺之间相互作用，使整个体系粘度稳定；两性聚丙烯酰胺的分支结构在分子链间起到一种联结、缓冲的作用，聚乙二醇与聚丙烯酰胺通过交联缠结形成互穿网络聚合物，具有多个反应位点的改性水滑石作为异相形核点参与到聚合反应中，可形成以改性水滑石为核、聚合物为多臂的杂化乳液，在室温下具有稳定的粘度，可在高温下进一步提高交联密度形成相对致密的三维网络结构，提高了石膏基层的各组分之间的结合强度，改善了石膏基层的耐水及耐温性能，极大提升了石膏基层的力学性能。

19、为了得到晶粒均匀、结晶度高的碳酸根型水滑石，本发明选用尿素法制备水滑石，同时由于zn2+、mg2+及al3+对于聚丙烯酰胺分子链交联有增强作用，因此步骤s1中所述水滑石为锌铝双金属氢氧化物或镁锌铝三元金属氢氧化物，所述水滑石的制备步骤如下：将金属盐及尿素溶于去离子水中，于120～140℃水热反应8～15h，经固液分离，取固体洗涤、干燥，即得；其中，去离子水中尿素的加入量为2～3.5mol/l；当水滑石为锌铝双金属氢氧化物时，所述金属盐为硝酸锌及硝酸铝，硝酸锌、硝酸铝及尿素的摩尔比为(2～3):1:(30～60)；当水滑石为镁锌铝三元金属氢氧化物时，所述金属盐为硝酸镁、硝酸锌及硝酸铝，硝酸镁、硝酸锌、硝酸铝及尿素的摩尔比为(0.8～1.2):(0.8～1.2):1:(30～60)。

20、为了保证有机酸阴离子对水滑石的插层效果，减少杂质，步骤s1中，所述有机酸溶液采用滴加的方式加入水滑石分散液中，水滑石与2-氨基对苯二甲酸的质量比为1:1.1～1.4；所述有机酸溶液中2-氨基对苯二甲酸的浓度为15～25g/l，所述水滑石分散液中水滑石的浓度为2～4g/l。

21、在利用水滑石层间的氨基实现醛基功能化时，为了保证戊二醛的接枝，并减少戊二醛的使用量及杂质的产生，步骤s2中，所述有机插层水滑石分散液采用滴加的方式加入戊二醛溶液中，有机插层水滑石与戊二醛的质量比为1:0.6～0.9；其中，所述戊二醛溶液中戊二醛的浓度为3～6g/l，所述有机插层水滑石分散液中有机插层水滑石的浓度为3～6g/l。

22、在利用水滑石层间的醛基实现磺酸基功能化时，为了保证3-氨基丙磺酸钠的接枝，并减少3-氨基丙磺酸钠的使用量，步骤s3中，所述3-氨基丙磺酸钠的水溶液中3-氨基丙磺酸钠的浓度为2.7～5.5g/l，含醛基接枝水滑石与3-氨基丙磺酸钠的质量比为1:1.1～1.6。

23、为了控制水相中单体聚合速率，步骤s4中，所述引发剂水溶液为含有过硫酸铵及亚硫酸氢钠的水溶液，过硫酸铵与亚硫酸氢钠的摩尔比为0.8～1.5:1，引发剂水溶液中过硫酸铵的摩尔浓度为0.4～0.5mol/l，引发剂水溶液的用量为预制溶液质量的1.1～1.6％。

24、为了提高玻璃纤维石膏板的防水、耐候性，所述疏水涂层由涂层浆料经涂覆、固化而成，所述涂层浆料由以下重量份数的原料制成：有机硅树脂25～35份，氨基树脂1.25～2.5份，二氧化钛粉末10～15份，玻璃粉5～10份，碳化硅粉末4～8份，氮化硼粉末1～2份，铝锆偶联剂0.8～1.5份，硬脂酸铝0.5～1份，稀释剂15～25份；所述涂层浆料的制备步骤如下：按照重量份数准备各原料；将二氧化钛粉末、碳化硅粉末、氮化硼粉末及玻璃粉混匀，经研磨、过筛，得到无机混合粉末；向稀释剂中依次加入有机硅树脂、铝锆偶联剂及无机混合粉末，搅拌分散30～60min后，加入硬脂酸铝，搅拌10～20min，再加入氨基树脂，搅拌10～20min，过筛，即得涂层浆料；其中，微观形貌不同的二氧化钛、碳化硅及氮化硼可以产生桥梁搭接功能，提高疏水涂层的附着力。

25、为了进一步提高玻璃纤维石膏板的性能，石膏基层的原料中，所述玻璃纤维的直径为7～20μm、长度为5～15mm，所述硅烷偶联剂选用γ-氨丙基三乙氧基硅烷；疏水涂层的原料中，所述有机硅树脂选用固含量为50±5％的甲基硅树脂，所述稀释剂选用正丁醇和/或环己酮，所述疏水涂层的厚度为20～50μm；所述玻璃纤维网格布选用每平方米克重100～140g。

26、上述耐水阻燃的玻璃纤维石膏板的成型工艺，包括以下步骤：

27、(1)按照重量份数准备石膏基层的各原料；将硅烷偶联剂分散于水中，加入玻璃纤维，分散均匀，再依次加入水滑石/聚合物杂化乳液及石膏粉，混合均匀，得到石膏浆料；

28、(2)将步骤(1)所得石膏浆料注入有玻璃纤维网格布的型腔内，成型凝固后，经切割、干燥，即得表面嵌入有玻璃纤维网格布的石膏基层；

29、(3)在步骤(2)所得石膏基层表面涂覆疏水涂层，即得。

30、为了提高玻璃纤维石膏板产品的性能均一性，步骤(2)所述成型采用加压成型，压力为20～30mpa，所述凝固采用室温硬化；为了在保证性能的基础上，缩短干燥时长，所述干燥采用80～100℃。

31、本发明所用原料易得、工艺控制简便，使用水滑石/聚合物杂化乳液弥散填充于石膏交联网络中，增加了各原料间界面粘合力，具有补强作用，协同硅烷偶联剂改性的玻璃纤维，形成复杂、稳固的空间网络，不同网格的搭接抵消了膨胀应力、抑制裂纹的产生，提高了石膏基层的抗折强度、抗压强度及软化系数，再结合玻璃纤维网格布和疏水涂层的结构设置，使玻璃纤维石膏板表现出优异的力学性能、耐水性能及遇火稳定性。