轻质玻镁板及其制作方法与流程

1.本发明属于无机板材技术领域，具体来讲，涉及一种轻质玻镁板及其制作方法。


背景技术：

2.随着gb50222-2017《建筑内部装修设计防火规范》的实施，建筑材料的防火要求日益严格，市场竞争愈发激烈，对于板材性能也提出了更高的要求。
3.玻镁板作为一种不燃环保、无毒无味、防虫防蛀、使用寿命长的建材，年需求量以15％的速度递增，表现出优异的市场前景。但玻镁板的密度一般在1.2t/m3以上，远超过木板和轻质硅酸钙板，不利于运输和安装，从而限制其在高端板材领域的应用。
4.因此，实现玻镁板的轻质、高强是推动玻镁板在高端功能性板材领域应用的关键。


技术实现要素：

5.为了解决上述现有技术的问题，本发明提供了一种新型的轻质玻镁板，该轻质玻镁板以轻质硅酸镁基填料作为其中的轻质填料，利用该轻质硅酸镁基填料具有的比表面积大、表观密度轻、抗压强度高、与玻镁板的无机体系相容性好等优点，添加到玻镁板中能有效降低板材密度，同时不影响板材的内结合强度。
6.本发明具体采用了下述技术方案：
7.一种轻质玻镁板，其以轻质硅酸镁基填料、硫酸镁、氧化镁、无机填料、调凝剂、有机功能助剂和水混合均匀而得的浆料，经注模、养护、固化成型而获得。
8.其中，轻质硅酸镁基填料是以含硅无机物与含镁无机物按照其中硅镁的物质的量之比为1:1～3的比例混合，并于140℃～220℃的温度、100rpm～800rpm的搅拌速率下进行水热反应1h～5h而制得的。
9.以该经特定条件下水热反应生成的轻质硅酸镁基填料作为该轻质玻镁板中的轻质组分，可充分利用其比表面积大、表观密度轻、抗压强度高的性能优势，同时其作为一种无机类填料，与玻镁板的无机体系相容性好，添加到玻镁板中不仅能有效降低板材密度，同时还不影响板材的内结合强度。
10.另外，上述轻质硅酸镁基填料不同于玻璃纤维和发泡浆料，其对人体无毒无害，且与玻镁板相容性好，能够均匀分散在玻镁板中，发挥降密作用。同时，随着获得的轻质玻镁板的养护龄期延长，该轻质硅酸镁基填料会进一步水化，抗压强度逐渐提高，对于轻质玻镁板的力学性能也有显著增强作用。
11.优选地，上述轻质硅酸镁基填料可以是含硅无机物与含镁无机物掺入木质纤维，并经水热反应而制得的。如此，形成的硅酸镁中的硅源能够与木质纤维表面的羟基形成硅醇结构(si-o-h)，从而使形成的硅酸镁接枝在木质纤维上，形成纤维-硅酸镁复合材料。
12.进一步地，木质纤维为秸秆、木材、废旧牛皮纸、竹材等经揉丝、磨解而成，长径比大于20。
13.利用木质纤维高长径比的优点，该纤维-硅酸镁复合材料填充于玻镁板中，能进一
步增强板材的抗折强度和握螺钉力，降低板材密度。同时，该种将木质纤维以制备轻质填料的方式掺入的方式，相较于直接向玻镁板中添加木质纤维的增韧方法所发挥的增强筋骨作用，该木质纤维通过硅醇结构与硅酸镁填料连接后，与无机板的界面相容性会更好。
14.进一步地，上述木质纤维的添加量控制为含硅无机物和含镁无机物的总质量的5％～20％即可。
15.优选地，上述含硅无机物为含硅工业固废，如硅灰、粉煤灰、长石粉、石棉尾矿、镁渣中一种或至少两种的混合物；含镁无机物为含镁工业固废，如镁渣、失活氧化镁、水氯镁石渣中的一种或至少两种的混合物。
16.以工业固废作为含硅无机物和含镁无机物的来源，也能为这类大宗工业固废提供变废为宝的途径，提升经济附加值，降低环境污染。并且，该种经水热处理制备轻质硅酸镁基填料的回收再利用方式，发挥的是轻质的目的，而非是直接掺入的方式所发挥的密实板材的作用。
17.在上述浆料中，氧化镁中活性氧化镁和硫酸镁的物质的量之比为5～7:1；轻质硅酸镁基填料的用量为氧化镁和硫酸镁总质量的5％～70％，优选为10％～40％；无机填料的用量为氧化镁和硫酸镁总质量的1％～5％；调凝剂的用量为氧化镁和硫酸镁总质量的0.2％～1％；有机功能助剂的用量为氧化镁和硫酸镁总质量的0.5％～5％。
18.进一步地，无机填料为膨润土、硅藻土、粉煤灰中的任意一种或至少两种的混合物；调凝剂为柠檬酸、柠檬酸钠、苹果酸、多聚磷酸钠中的任意一种或至少两种的混合物；有机功能助剂为丙烯酸乳液、硅丙乳液、纯丙乳液、苯丙乳液、环氧树脂中的任意一种或至少两种的混合物。
19.本发明提供的上述轻质玻镁板，其制备方法包括下述步骤：
20.步骤s1、轻质硅酸镁基填料的制备。
21.具体地，将含硅无机物与含镁无机物按照其中硅镁的物质的量之比为1:1～3的比例混合、并于140℃～220℃的温度、和100rpm～800rpm的搅拌速率下进行水热反应1h～5h，水热反应的产物经过清洗、过滤、干燥后，制得轻质硅酸镁基填料。
22.步骤s2、制板浆料的制备。
23.具体地，将步骤s1制得的轻质硅酸镁基填料与硫酸镁、氧化镁、无机填料、调凝剂、有机功能助剂和水混合均匀，获得制板的浆料。
24.其中，控制氧化镁中活性氧化镁和硫酸镁的物质的量之比为5～7:1；轻质硅酸镁基填料的用量为氧化镁和硫酸镁总质量的5％～70％，优选为10％～40％；无机填料的用量为氧化镁和硫酸镁总质量的1％～5％；调凝剂的用量是氧化镁和硫酸镁总质量的0.2％～1％；有机功能助剂的用量为氧化镁和硫酸镁总质量的0.5％～5％。
25.步骤s3、浆料注模及板坯的制备。
26.具体地，将步骤s2获得的浆料注入模具中，置于适当的温度和湿度条件下进行养护，固化成型，得到玻镁板板坯。
27.一般地，养护条件为20℃～60℃的温度及60％
±
5％ rh的湿度下养护7d～28d即可。
28.步骤s4、玻镁板板坯经干燥、砂光、裁切后得到轻质玻镁板。
29.优选地，在上述步骤s1的轻质硅酸镁基填料的制备中，可以同时向其中添加木质
纤维参与水热反应，以进一步降低获得的轻质硅酸镁基填料的表观密度。
30.一般地，在上述步骤s1的水热反应中，控制水热反应的用水量为含硅无机物和含镁无机物的总质量的15～30倍即可。
附图说明
31.图1是根据本发明的实施例4提供的轻质硅酸镁基无机填料的sem图；
32.图2是根据本发明的实施例3提供的轻质硅酸镁基无机填料的sem图；
33.图3是根据本发明的对比例4提供的对比硅酸镁基填料的sem图。
具体实施方式
34.下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
35.实施例1
36.本实施例提供一种轻质玻镁板及其制作方法。
37.首先，选取硅灰(sio2质量分数为52％)和失活氧化镁(mgo质量分数为65％)作为原料；称取硅灰172g、失活氧化镁粉95g、水4400g、秸秆纤维15g，在150℃的温度下控制400rpm的搅拌速率进行水热反应4h。
38.然后，水热反应后的产物经过清洗、过滤、干燥后，得到白色的轻质硅酸镁基填料。
39.再次，称量上述轻质硅酸镁基填料188g、硫酸镁500g、氧化镁(活度60％)1388.9g、膨润土18.9g、柠檬酸3.8g、丙烯酸乳液9.45g，于730g水中搅拌均匀后，制成浆料。
40.第四步，将浆料注入50cm
×
50cm的模具中，置于30℃的温度、60％ rh的湿度条件下养护14d，固化成型，得到玻镁板板坯。
41.最后，上述玻镁板板坯经干燥、砂光、裁切后得到轻质玻镁板。
42.实施例2
43.本实施例提供一种轻质玻镁板及其制作方法。
44.首先，选取粉煤灰(sio2质量分数为55％)和水氯镁石(mgcl2质量分数为90％)作为原料；称取粉煤灰420g、水氯镁石500g、水16200g、木纤维180g，在220℃的温度下控制800rpm的搅拌速率进行水热反应1h。
45.然后，水热反应后的产物经过清洗、过滤、干燥后，得到白色的轻质硅酸镁基填料。
46.再次，称量上述轻质硅酸镁基填料168g、硫酸镁500g、氧化镁(活度70％)1667g、硅藻土21.7g、柠檬酸钠4.34g、环氧树脂90g，于1070g水中搅拌均匀后，制成浆料。
47.第四步，将浆料注入50cm
×
50cm的模具中，置于60℃的温度、65％ rh的湿度条件下养护7d，固化成型，得到玻镁板板坯。
48.最后，上述玻镁板板坯经干燥、砂光、裁切后得到轻质玻镁板。
49.实施例3
50.本实施例提供一种轻质玻镁板及其制作方法。
51.首先，选取长石粉(sio2质量分数为76％)和镁渣(mgo质量分数为40％)作为原料；称取长石粉300g、镁渣651g、水14270g、竹纤维95g，在200℃的温度下控制600rpm的搅拌速
率进行水热反应3h。
52.然后，水热反应后的产物经过清洗、过滤、干燥后，得到白色的轻质硅酸镁基填料。
53.再次，称量上述轻质硅酸镁基填料780g、硫酸镁450g、氧化镁(活度70％)1500g、粉煤灰97g、柠檬酸钠19g、苯丙乳液58g，于1200g水中搅拌均匀后，制成浆料。
54.第四步，将浆料注入50cm
×
50cm的模具中，置于40℃的温度、65％ rh的湿度条件下养护14d，固化成型，得到玻镁板板坯。
55.最后，上述玻镁板板坯经干燥、砂光、裁切后得到轻质玻镁板。
56.实施例4
57.本实施例提供一种轻质玻镁板及其制作方法。
58.本实施例与实施例3的相同之处在此不再赘述，只描述与实施例3的不同之处。本实施例与实施例3的不同之处在于，在第一步制备轻质硅酸镁基填料的水热反应中，缺少竹纤维作为原料；其余参照实施例3所述，制作获得了一种轻质玻镁板。
59.为了体现本发明中上述组分及其制作方法中各工艺的必要性，进行了若干对比实验。
60.实施例5
61.本实施例提供一种轻质玻镁板及其制作方法。
62.首先，选取硅灰(sio2质量分数为80％)和失活氧化镁(mgo质量分数为85％)作为原料；称取硅灰1200g、失活氧化镁2250g、水103500g、木纤维1800g，在140℃的温度下控制100rpm的搅拌速率进行水热反应5h。
63.然后，水热反应后的产物经过清洗、过滤、干燥后，得到白色的轻质硅酸镁基填料。
64.再次，称量上述轻质硅酸镁基填料2487g、硫酸镁700g、氧化镁(活度70％)1667g、硅藻土21.7g、柠檬酸钠4.34g、丙烯酸乳液118g，于1070g水中搅拌均匀后，制成浆料。
65.第四步，将浆料注入50cm
×
50cm的模具中，置于60℃的温度、65％ rh的湿度条件下养护7d，固化成型，得到玻镁板板坯。
66.最后，上述玻镁板板坯经干燥、砂光、裁切后得到轻质玻镁板。
67.对比例1
68.本对比例通过与实施例4相比设置缺少轻质硅酸镁基填料的实验，旨在说明该轻质玻镁板中轻质硅酸镁基填料的重要性。
69.本对比例与实施例4的相同之处在此不再赘述，只描述与实施例4的不同之处。本对比例与实施例4的不同之处在于，在本对比例的制作原料中，缺少轻质硅酸镁基填料；其余参照实施例4所述，获得了第一对比玻镁板。
70.对比例2
71.本对比例通过与实施例3相比设置调整木质纤维的添加方式的实验，旨在说明木质纤维添加方式对玻镁板性能的影响。
72.本对比例与实施例3的相同之处在此不再赘述，只描述与实施例3的不同之处。本对比例与实施例3的不同之处在于，在本对比例的轻质硅酸镁基填料的制作原料中，缺少竹纤维，而是将等该量的竹纤维直接添加至浆料的制备中，以使竹纤维通过直接掺加的方式形成玻镁板；其余参照实施例3所述，获得了第二对比玻镁板。
73.对比例3
74.本对比例通过与实施例4相比设置市售常规硅酸镁替代经特定水热反应合成的轻质硅酸镁基填料的实验，旨在说明该轻质玻镁板中经特定水热反应合成的轻质硅酸镁基填料的重要性。
75.本对比例与实施例4的相同之处在此不再赘述，只描述与实施例4的不同之处。本对比例与实施例4的不同之处在于，在本对比例的制作原料中，以等量的是受常规硫酸镁替代轻质硅酸镁基填料；其余参照实施例4所述，获得了第三对比玻镁板。
76.对比例4
77.本对比例通过与实施例4相比降低轻质硅酸镁基填料水热合成的温度的实验，旨在说明该轻质玻镁板中轻质硅酸镁基填料的水热合成温度的重要性。
78.本对比例与实施例4的相同之处在此不再赘述，只描述与实施例4的不同之处。本对比例与实施例4的不同之处在于，在本对比例的制作中，在轻质硅酸镁基填料的水热合成中，降低水热反应温度为120℃，获得一种对比硅酸镁基填料；其余参照实施例4所述，获得了第四对比玻镁板。
79.对比例5
80.本对比例通过与实施例4相比升高轻质硅酸镁基填料水热合成的温度的实验，旨在说明该轻质玻镁板中轻质硅酸镁基填料的水热合成温度的重要性。
81.本对比例与实施例4的相同之处在此不再赘述，只描述与实施例4的不同之处。本对比例与实施例4的不同之处在于，在本对比例的制作中，在轻质硅酸镁基填料的水热合成中，升高水热反应温度为240℃，获得一种对比硅酸镁基填料；其余参照实施例4所述，获得了第五对比玻镁板。
82.对比例6
83.本对比例通过与实施例4相比降低轻质硅酸镁基填料水热合成的搅拌速率的实验，旨在说明该轻质玻镁板中轻质硅酸镁基填料的水热合成过程中搅拌速率的重要性。
84.本对比例与实施例4的相同之处在此不再赘述，只描述与实施例4的不同之处。本对比例与实施例4的不同之处在于，在本对比例的制作中，在轻质硅酸镁基填料的水热合成中，降低水热反应中的搅拌速率为50rpm，获得一种对比硅酸镁基填料；其余参照实施例4所述，获得了第六对比玻镁板。
85.对比例7
86.本对比例通过与实施例4相比加快轻质硅酸镁基填料水热合成的搅拌速率的实验，旨在说明该轻质玻镁板中轻质硅酸镁基填料的水热合成过程中搅拌速率的重要性。
87.本对比例与实施例4的相同之处在此不再赘述，只描述与实施例4的不同之处。本对比例与实施例4的不同之处在于，在本对比例的制作中，在轻质硅酸镁基填料的水热合成中，加快水热反应中的搅拌速率为1000rpm，获得一种对比硅酸镁基填料；其余参照实施例4所述，获得了第七对比玻镁板。
88.对上述各实施例及对比例提供的玻镁板的理化性能进行测试，测试结果如下表1所示。
89.表1各实施例及对比例提供的玻镁板的理化性能
[0090][0091]
通过对比对比例1和实施例4可以看出，不添加本发明的轻质硅酸镁基填料的玻镁板密度高达1.32g/cm3，而添加后的相应玻镁板密度仅为1.03g/cm3，密度下降约22％，实现了轻质的目的。同时，添加轻质硅酸镁基填料后玻镁板的7d和14d抗折强度也得到了提升明显；这是因为轻质硅酸镁基填料具有多孔蓬松的结构，如图1所示，能有效降低板材的密度，同时硅酸镁填料随着养护周期的延长，具有类似的成膜作用，填充在玻镁板的缝隙中，也提高了玻镁板的力学性能。
[0092]
通过对比对比例2和实施例3可以看出，纤维通过水热方式，形成纤维-硅酸镁复合的轻质硅酸镁基填料后，再加入玻镁板中，比其直接加入玻镁板中的效果更好。这是因为水热过程中纤维表面的羟基与含硅工业固废形成硅醇结构，使得硅酸镁在纤维表面形成，如图2所示。将纤维-硅酸镁复合材料加入玻镁板中，其易与玻镁板的无机料混合均匀，从而有利于获得更优的力学性能。
[0093]
通过对比对比例3和实施例4可以看出，加入市售的硅酸镁并未起到轻质填料的作用，因为市售硅酸镁多为滑石材料，晶体呈假六方或菱形片状，比重高达2.7～2.8，并无本发明中经特定水热反应合成的轻质硅酸镁基填料的轻质特征，因此对于玻镁板的降密反而有不利影响。
[0094]
通过对比对比例4、5与实施例4可以看出，在轻质硅酸镁基填料的制备过程中，水热反应温度过高或过低均对轻质硅酸镁基填料的形成具有不利影响。温度过低，反应不彻底，由图3可以看出，对比硅酸镁基填料中还存在较多未反应的二氧化硅球状颗粒。同样地，反应温度过高，对比硅酸镁基填料的结晶度提高，密实度提高，从而该填料不具有轻质的特性。
[0095]
通过对比对比例6、7与实施例4可以看出，在轻质硅酸镁基填料的水热制备过程中，搅拌速率过慢，对比硅酸镁基填料容易聚集成团，容易堵塞水热反应设备的出料孔。而搅拌速率过快，一方面形成的对比硅酸镁基填料粒径较小，结晶度高，且堆积密度大，另一
方面也造成不必要的能耗浪费。

技术特征：
1.一种轻质玻镁板，其特征在于，以轻质硅酸镁基填料、硫酸镁、氧化镁、无机填料、调凝剂、有机功能助剂和水混合均匀而得的浆料，经注模、养护、固化成型而获得；其中，所述轻质硅酸镁基填料是以含硅无机物与含镁无机物按照其中硅镁的物质的量之比为1:1～3的比例混合，并于140℃～220℃的温度、100rpm～800rpm的搅拌速率下进行水热反应1h～5h而制得的。2.根据权利要求1所述的轻质玻镁板，其特征在于，所述轻质硅酸镁基填料为所述含硅无机物与所述含镁无机物在水热反应中掺入木质纤维而制得的。3.根据权利要求2所述的轻质玻镁板，其特征在于，所述木质纤维为秸秆、木材、废旧牛皮纸、竹材等经揉丝、磨解而成，长径比大于20；和/或所述木质纤维的添加量为所述含硅无机物和所述含镁无机物的总质量的5％～20％。4.根据权利要求1～3任一所述的轻质玻镁板，其特征在于，在所述浆料中，所述氧化镁中活性氧化镁和所述硫酸镁的物质的量之比为5～7:1；所述轻质硅酸镁基填料的用量为所述氧化镁和所述硫酸镁总质量的5％～70％；所述无机填料的用量为所述氧化镁和所述硫酸镁总质量的1％～5％；所述调凝剂的用量为所述氧化镁和所述硫酸镁总质量的0.2％～1％；所述有机功能助剂的用量为所述氧化镁和所述硫酸镁总质量的0.5％～5％。5.根据权利要求4所述的轻质玻镁板，其特征在于，所述含硅无机物为含硅工业固废，所述含镁无机物为含镁工业固废。6.根据权利要求5所述的轻质玻镁板，其特征在于，所述含硅工业固废选自硅灰、粉煤灰、长石粉、石棉尾矿、镁渣中的至少一种；所述含镁无机物选自镁渣、失活氧化镁、水氯镁石渣中的至少一种。7.根据权利要求4所述的轻质玻镁板，其特征在于，所述无机填料选自膨润土、硅藻土、粉煤灰中的至少一种；所述调凝剂选自柠檬酸、柠檬酸钠、苹果酸、多聚磷酸钠中的至少一种；所述有机功能助剂选自丙烯酸乳液、硅丙乳液、纯丙乳液、苯丙乳液、环氧树脂中的至少一种。8.如权利要求1～7任一所述的轻质玻镁板的制作方法，其特征在于，包括步骤：s1、轻质硅酸镁基填料的制备：将含硅无机物与含镁无机物按照其中硅镁的物质的量之比为1:1～3的比例混合，并于140℃～220℃的温度、和100rpm～800rpm的搅拌速率下进行水热反应1h～5h，水热反应的产物经过清洗、过滤、干燥后，制得所述轻质硅酸镁基填料；s2、制板浆料的制备：将所述轻质硅酸镁基填料与硫酸镁、氧化镁、无机填料、调凝剂、有机功能助剂和水混合均匀，获得制板的浆料；s3、浆料注模及板坯的制备：将所述浆料注入模具中，经养护、固化成型，得到玻镁板板坯；s4、所述玻镁板板坯经干燥、砂光、裁切后得到所述轻质玻镁板。

技术总结
本发明属于无机板材技术领域，尤其公开了一种轻质玻镁板以及其制作方法。该轻质玻镁板以经过特定条件下水热反应生成的轻质硅酸镁基填料作为其中的轻质组分，可充分利用其比表面积大、表观密度轻、抗压强度高的性能优势；其作为一种无机类填料，不同于玻璃纤维和发泡浆料，对人体无毒无害，与玻镁板的无机体系相容性好，添加到玻镁板中不仅能有效降低板材密度，同时还不影响板材的内结合强度。该轻质硅酸镁基填料且与玻镁板相容性好，能够均匀分散在玻镁板中，发挥降密作用。另外，随着获得的轻质玻镁板的养护龄期延长，该轻质硅酸镁基填料会进一步水化，抗压强度逐渐提高，对于轻质玻镁板的力学性能也有显著增强作用。镁板的力学性能也有显著增强作用。镁板的力学性能也有显著增强作用。


技术研发人员：汪述平 王洪松 魏任重 张晶晶 吕志强 毕海明
受保护的技术使用者：千年舟新材科技集团股份有限公司
技术研发日：2023.05.30
技术公布日：2023/9/20