硅酸钙板层间粘结剂及其制备方法和应用

1.本发明属于建筑装饰材料技术领域，具体涉及一种硅酸钙板层间粘结剂及其制备方法和应用。


背景技术：

2.自20世纪90年代硅酸钙板生产技术引入我国，近20余年来我国硅酸钙板的产量增长较快，应用范围越来越广，已经逐步发展成为建筑板材的主导材料之一。
3.然而，硅酸钙板的表面强度和层间粘结强度不高，往往经过整板面打磨刷光以后，强度会更弱，硅酸钙板在后续表面图案打印及布纹粘贴的深加工过程时，会引起板面掉色和布纹脱落，这些问题给硅酸钙板的多领域运用带来极大的限制，到目前为止，市场上也没有针对提高板材层间强度的可靠方法。
4.硅酸钙板在生产中需要经过将胚板进行高压高温蒸养的步骤，在高压高温蒸养的过程中由于板材内部的水分、空气在高压高温蒸养时发生膨胀，使板材内部产生内压力。在外部压力未增大到与内部压力平衡前，板材内部的压力会使板材层间变得疏松，这种不利因素减弱了板材层间的粘接强度。
5.截止目前，并没有太好的能解决因为板材缝隙中的水和空气膨胀造成对板材层间粘接强度的影响，其次，硅酸钙板在我国有近20多年的发展，其制板技术、配方都有了一定的成熟度，在机械设备也已经相对完备状态，如果通过对硅酸钙板的配方和设备上进行改革将会花费大量的人力物力，其成本的上升也难以满足市场、客户的需求。


技术实现要素：

6.本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种硅酸钙板层间粘结剂及其制备方法和应用，粘结剂通过板材在蒸压养环境下与硅酸钙板中的物质发生反应生成硅酸钙水合物，水合物结晶体充实因空气和水的受热膨胀引起的疏松，并形成强度，从而提高硅酸钙板的层间粘结强度。
7.根据本发明的一个方面，提出了一种硅酸钙板层间粘结剂，包含以下重量百分比的组分：氢氧化锂4.8-10.8％、碳酸锂1.5-3.5％、助剂0.4-10％和水76-93％。
8.在本发明的一些实施方式中，所述助剂包括稳定剂、分散剂和消泡剂。
9.在本发明的一些实施方式中，按重量百分比计，所述稳定剂的用量为0.3-8.5％，所述分散剂的用量为0.1-0.5％，所述消泡剂的用量为0.02-2.0％。
10.在本发明的一些实施方式中，所述稳定剂为二元醇、三元醇或三羟甲基氨基甲烷中的至少一种。
11.在本发明的一些实施方式中，所述分散剂为聚丙烯酸酯或聚酯类分散剂中的一种或两种。
12.在本发明的一些实施方式中，所述消泡剂为有机硅类消泡剂或酰胺类消泡剂中的一种或两种。
13.本发明还提供所述的硅酸钙板层间粘结剂的制备方法，包括以下步骤：将氢氧化锂、碳酸锂和助剂加入水中，搅拌混合，即得所述硅酸钙板层间粘结剂。
14.在本发明的一些实施方式中，所述制备方法的具体过程为：先配制氢氧化锂溶液和碳酸锂溶液，再将所述氢氧化锂溶液、碳酸锂溶液、助剂和水混合，即得所述硅酸钙板层间粘结剂。
15.在本发明的一些实施方式中，所述氢氧化锂溶液的质量浓度为8.0-12.0％。
16.在本发明的一些实施方式中，所述碳酸锂溶液的质量浓度为10.0-13.0％。
17.本发明还提供一种硅酸钙板的制备方法，包括以下步骤：
18.s1：将硅酸钙板原料混合制得板材浆料，再将所述板材浆料挤水压制成若干薄坯料；
19.s2：用所述硅酸钙板层间粘结剂涂覆于所述薄坯料的表面；
20.s3：将步骤s2涂覆处理后的薄坯料按所需厚度进行重复堆叠，形成硅酸钙板胚板；
21.s4：将所述硅酸钙板胚板静置一段时间3后进行高温高压蒸养，得到硅酸钙板成品。
22.在本发明的一些实施方式中，步骤s1中，所述薄坯料的厚度为2-3mm。
23.在本发明的一些实施方式中，步骤s1中，所述硅酸钙板原料包括石灰、石英粉、增强纤维和水。
24.在本发明的一些实施方式中，步骤s2中，所述涂覆的次数优选的为2-5次。进一步优选地，所述涂覆的方式为刷涂、喷涂或辊涂。
25.在本发明的一些实施方式中，步骤s2中，所述硅酸钙板层间粘结剂涂覆于所述薄坯料的用量为每平方米300-600g硅酸钙板层间粘结剂。
26.在本发明的一些实施方式中，步骤s3中，所述堆叠的层数为4层以上；进一步优选的，所述堆叠的层数为8-12层；更优骤选的，所述堆叠的层数为8层。具体按实际生产需求确定薄坯料堆叠所需的层数。
27.在本发明的一些实施方式中，步骤s4中，所述蒸养的温度为180-200℃，压力为1-1.2mpa。进一步优选地，蒸养的时间为8-20h。
28.在本发明的一些实施方式中，步s4中，所述静置的时间为8-10h。
29.根据本发明的一种优选的实施方式，至少具有以下有益效果：
30.1、硅酸钙板层间粘结剂的作用原理：在硅酸钙板胚料中施加本发明的粘结剂，随着胚料的重复堆叠形成胚板及硅酸锂本身的强渗透性，胚料中的粘结剂也将渗透于整个胚板中。将施加了本粘结剂的硅酸钙板胚板置于高压高温环境下进行蒸养，本粘结剂中的氢氧化锂与硅酸钙板胚板中的氧化硅通过蒸养过程中的高温高压环境里发生化学反应，生成硅酸根离子，反应方程式为lioh sio2＝＝li2sio3，而后硅酸根离子与板内游离的钙离子反应生成硅酸钙水合物(c-s-h)，离子反应方程式为sio
32- ca
2
＝＝casio3。硅酸钙水合物所具有粘胶的特性便会大量的填充于硅酸钙板的缝隙之中。粘结剂通过板材在蒸压养环境下与硅酸钙板中的物质发生反应生成硅酸钙水合物，水合物结晶体充实因空气和水受热膨胀而引起的疏松结构中，并形成强度，从而提高硅酸钙板的层间粘结强度。以此增强了板材的层间粘结强度及板材的硬度。同时，粘结剂中的碳酸锂也会与板材中游离的钙离子和氢氧根离子分别反应生成坚硬的碳酸钙与游离的锂离子，离子反应方程式为：li2co3 ca
2
＝＝
caco3 2li

。碳酸钙增强了板材的层间粘结强度和板材表面强度，而氢氧化锂则继续参与到生成硅酸钙水合物的过程中。
31.2、本发明通过氢氧化锂与碳酸锂在硅酸钙板内的一系列反应，解决了硅酸钙板在高压高温蒸养中因为内部空气和水在受到高温高压时膨胀和蒸发所引起的疏松空间对板材层间粘结强度造成减弱的问题。
32.3、本发明的硅酸钙板层间粘结剂具有较高的增强效果，因为本发明所用组分和硅酸钙板原料成分具有很好的亲和性，两者紧密结合在一起，增强硅酸钙板的密实度、强度及硬度。另外，具有耐磨性，经硅酸钙板层间粘结剂处理后的硅酸钙板，其硬度得到一定的提升。
附图说明
33.下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，其中：
34.图1为单轴抗拉强度测试示意图。
具体实施方式
35.以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。
36.实施例1
37.本实施例制备了一种硅酸钙板层间粘结剂，由以下重量百分比的原料组成：氢氧化锂7％、碳酸锂1.9％、戊二醇1％、聚丙烯酸酯0.1％、010有机硅消泡剂0.5％和水89.5％，具体制备过程为：把氢氧化锂、碳酸锂、稳定剂、分散剂、消泡剂依次加入水中，搅拌混合均匀后静置10min，制得硅酸钙板层间粘结剂。
38.一种硅酸钙板层间粘结剂的施工方法，其过程如下：
39.s1：将硅酸钙板原料(按重量份计：硅砂46.8份、石灰33.8份、玻纤1.5份、石棉16份、水体积为干料体积的5.66倍，混合制得板材浆料，再将板材浆料挤水压制成若干薄坯料，薄坯料的厚度在2-3mm之间；
40.s2：用本实施例所得的硅酸钙板层间粘结剂在薄坯料的表面刷涂三遍，每遍间隔三分钟，硅酸钙板层间粘结剂的用量为每平方米400g；需要注意的是，只需刷涂薄坯料的粘接面，除粘接面以外的其他外表面无需刷涂。
41.s3：将步骤s2涂覆处理后的薄坯料按所需厚度重复堆叠8层，形成硅酸钙板胚板；
42.s4：将硅酸钙板胚板静置8h后放入蒸压釜中进行蒸养，蒸养条件为温度180℃，蒸汽压为1mpa，蒸养时长为8h，蒸养完成后得到硅酸钙板成品。
43.对比例1
44.本对比例制备了一种普通硅酸钙板，与实施例1的区别在于，未施加硅酸钙板层间粘结剂，具体过程为：
45.s1：将硅酸钙板原料(按重量份计：硅砂46.8份、石灰33.8份、玻纤1.5份、石棉16份、体积为干料体积的5.66倍的水)混合制得板材浆料，再将板材浆料挤水压制成若干薄坯
料，薄坯料的厚度在2-3mm之间；
46.s2：将步骤s1的薄坯料按所需厚度重复堆叠8层，形成硅酸钙板胚板；
47.s4：将硅酸钙板胚板静置8h后放入蒸压釜中进行蒸养，蒸养条件为温度180℃，蒸汽压为1mpa，蒸养时长为8h，蒸养完成后得到硅酸钙板成品。
48.实施例2
49.本实施例制备了一种硅酸钙板层间粘结剂，由以下重量百分比的原料组成：氢氧化锂6.5％、碳酸锂1.5％、戊二醇1％、聚丙烯酸酯0.1％、910有机硅消泡剂0.5％和水90.4％，具体制备过程为：把氢氧化锂、碳酸锂、稳定剂、分散剂、消泡剂依次加入水中，搅拌混合均匀后静置10min，制得硅酸钙板层间粘结剂。
50.一种硅酸钙板层间粘结剂的施工方法，其过程如下：
51.s1：将硅酸钙板原料(按重量份计：硅砂46.8份、石灰33.8份、玻纤1.5份、石棉16份、体积为干料体积的5.66倍的水)混合制得板材浆料，再将板材浆料挤水压制成若干薄坯料，薄坯料的厚度在2-3mm之间；
52.s2：用本实施例所得的硅酸钙板层间粘结剂在薄坯料的表面刷涂三遍，每遍间隔三分钟，硅酸钙板层间粘结剂的用量为每平方米300g；
53.s3：将步骤s2涂覆处理后的薄坯料按所需厚度重复堆叠12层，形成硅酸钙板胚板；
54.s4：将硅酸钙板胚板静置8h后放入蒸压釜中进行蒸养，蒸养条件为温度180℃，蒸汽压为1mpa，蒸养时长为8h，蒸养完成后得到硅酸钙板成品。
55.对比例2
56.本对比例制备了一种普通硅酸钙板，与实施例2的区别在于，未施加硅酸钙板层间粘结剂，具体过程为：
57.s1：将硅酸钙板原料(按重量份计：硅砂46.8份、石灰33.8份、玻纤1.5份、石棉16份、体积为干料体积的5.66倍的水)混合制得板材浆料，再将板材浆料挤水压制成若干薄坯料，薄坯料的厚度在2-3mm之间；
58.s2：将步骤s1的薄坯料按所需厚度重复堆叠12层，形成硅酸钙板胚板；
59.s4：将硅酸钙板胚板静置8h后放入蒸压釜中进行蒸养，蒸养条件为温度180℃，蒸汽压为1mpa，蒸养时长为8h，蒸养完成后得到硅酸钙板成品。
60.实施例3
61.本实施例制备了一种硅酸钙板层间粘结剂，由以下重量百分比的原料组成：氢氧化锂7.5％、碳酸锂2％、丁二醇1％、聚丙烯酸酯0.1％、010有机硅消泡剂0.5％和水88.9％，具体制备过程为：把氢氧化锂、碳酸锂、稳定剂、分散剂、消泡剂依次加入水中，搅拌混合均匀后静置10min，制得硅酸钙板层间粘结剂。
62.一种硅酸钙板层间粘结剂的施工方法，其过程如下：
63.s1：将硅酸钙板原料(按重量份计：硅砂46.8份、石灰33.8份、玻纤1.5份、石棉16份、体积为干料体积的5.66倍的水)混合制得板材浆料，再将板材浆料挤水压制成若干薄坯料，薄坯料的厚度在2-3mm之间；
64.s2：用本实施例所得的硅酸钙板层间粘结剂在薄坯料的表面刷涂三遍，每遍间隔三分钟，硅酸钙板层间粘结剂的用量为每平方米600g；
65.s3：将步骤s2涂覆处理后的薄坯料按所需厚度重复堆叠10层，形成硅酸钙板胚板；
66.s4：将硅酸钙板胚板静置8h后放入蒸压釜中进行蒸养，蒸养条件为温度180℃，蒸汽压为1mpa，蒸养时长为8h，蒸养完成后得到硅酸钙板成品。
67.对比例3
68.本对比例制备了一种普通硅酸钙板，与实施例3的区别在于，未施加硅酸钙板层间粘结剂，具体过程为：
69.s1：将硅酸钙板原料(按重量份计：硅砂46.8份、石灰33.8份、玻纤1.5份、石棉16份、体积为干料体积的5.66倍的水)混合制得板材浆料，再将板材浆料挤水压制成若干薄坯料，薄坯料的厚度在2-3mm之间；
70.s2：将步骤s1的薄坯料按所需厚度重复堆叠10层，形成硅酸钙板胚板；
71.s4：将硅酸钙板胚板静置8h后放入蒸压釜中进行蒸养，蒸养条件为温度180℃，蒸汽压为1mpa，蒸养时长为8h，蒸养完成后得到硅酸钙板成品。
72.试验例
73.将实施例1-3和对比例1-3的硅酸钙板裁制成4个样品，样品分别命名为：样品1、样品2、样品3、样品4。对样品进行板材层间抗拉拔强度测试。
74.测量方法为单轴抗拉强度测试：
75.参照图1，硅酸钙板试件裁成上下表面尺寸为50mm
×
50mm，厚度按原板材厚度不变，试件长度根据所用试验机可在150mm到750mm的范围内任意调整。混凝土试件两个端面先用高强环氧树脂胶各粘贴一块厚10mm、截面尺寸与混凝土试件相同的粘贴钢板，试验前再与传力钢板用螺栓连接，并通过球绞与试验机或力传感器相连。为尽可能避免拉伸试验时偏心的影响，在制作拉伸试件(端部粘贴钢板)及将试件装卡至试验机的操作中，可使用水平尺进行校准。
76.进行直接拉伸强度试验时，可使用普通材料万能试验机直接读出破坏荷载并计算出强度值。试验中，同一硅酸钙板进行4个试件的抗拉强度试验，取4个试件抗拉强度的算术平均值作为该组试件硅酸钙板抗拉强度值。试件断裂后，记录断口的位置、形貌，当断裂发生在粘贴面时，应视该数据无效，取其余三个试件的算术平均值作为该组试件硅酸钙板抗拉强度值。试验后拆除试验装置，将破坏的试件连同粘贴钢板一同放入烘箱内约140℃恒温一个小时，即可方便地取下粘贴钢板以便重复使用。其测试结果如表1所示。
77.表1板材层间抗拉拔强度测试(单位：兆帕)
78.样品名称实施例1对比例1实施例2对比例2实施例3对比例3样品11.961.411.961.501.961.54样品21.961.662.01.611.961.58样品31.961.301.961.651.961.52样品41.961.412.31.711.961.33平均值1.961.452.061.621.961.49
79.由表1可见，实施例加入了硅酸钙板层间粘结剂，其抗拉拔强度均高于未施加粘结剂的对比例，表明本发明的硅酸钙板层间粘结剂能够明显提高硅酸钙板的层间粘接强度。
80.上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。