一种负载净醛剂的石膏板及其制备方法

技术领域

本发明涉及石膏板制备技术领域，尤其涉及一种负载净醛剂的石膏板及其制备方法。

背景技术

石膏板在建筑和装修领域得到了广泛的应用，因其轻质、隔音、隔热和快速施工等特点而受到市场的青睐，但随着人们对室内空气质量的日益关注，甲醛等有害物质的释放已经成为一个日益凸显的问题，甲醛作为一种常见的室内空气污染物，对人体健康的影响不容忽视，常规的石膏板在制造和使用过程中可能会释放出一定量的甲醛，导致室内空气质量下降。

为解决这一问题，研发了一些含有净醛添加剂的石膏板，旨在吸附并去除室内空气中的甲醛，然而，传统的净醛石膏板在吸附甲醛方面效果不佳，容易造成净醛添加剂的损失，导致其使用寿命减少，同时，传统方法在混合和固化过程中可能形成气泡和内部缺陷，降低了石膏板的均匀性和强度。

此外，传统的制备方法可能需要长时间的固化过程，增加了生产成本和效率，而一些现有的加快固化的方法，如加热固化，可能会造成石膏板表面和内部的不均匀固化，影响其性能。

因此，目前亟需一种能够有效吸附甲醛、结构均匀、固化快速并且生产效率高的石膏板及其制备方法。

发明内容

基于上述目的，本发明提供了一种负载净醛剂的石膏板及其制备方法。

一种负载净醛剂的石膏板，包括石膏、粘合剂、纤维增强材料以及净醛剂；其中各成分按照质量百分比为，

石膏：80％-90％；

粘合剂：5％-8％；

纤维增强材料：3％-5％；

净醛剂：2％-7％。

进一步的，所述粘合剂为改性淀粉或丙烯酸酯，纤维增强材料为玻璃纤维或天然纤维。

进一步的，所述净醛剂由活性炭和改性纳米氧化锌组成，活性炭的比表面积为800-1200m^2/g。

一种负载净醛剂的石膏板的制备方法，包括以下步骤：

S1：利用超临界二氧化碳技术对活性炭进行活化处理；

S2：采用原子层沉积法对改性纳米氧化锌进行表面修饰，以增加纳米氧化锌与活性炭的结合力；

S3：采用高速分散机，将步骤S1中得到的活性炭与步骤S2中处理后的改性纳米氧化锌按照1:1至3:1的比例混合，形成净醛剂；

S4：利用超声波分散法，将净醛剂、石膏、粘合剂和纤维增强材料按预定比例混合，形成石膏浆料；

S5：采用真空浇注法，将石膏浆料浇入预先真空处理的模具中，确保石膏板内部无气泡；

S6：利用红外辐射固化技术，将模具置于红外辐射炉中，使石膏浆料在红外辐射的作用下迅速均匀固化，得到负载净醛剂的石膏板成品。

进一步的，所述S1中对活性炭进行活化处理具体包括：

S11：将预备的活性炭置入一个高压反应釜中，先经真空泵抽真空至0.1-0.5kPa；

S12：向高压反应釜中注入超临界二氧化碳，控制其压力在20-40MPa，并维持温度在35-45℃；

S13：在S11和S12的条件下，对活性炭进行活化处理时间为1-3小时；

S14：活化处理后，释放反应釜内的压力，将超临界二氧化碳快速排放，完成活性炭的活化过程。

进一步的，所述S2具体包括：

S21：将预备的改性纳米氧化锌置入原子层沉积装置的反应室中，并调整室内温度为150-200℃；

S22：选择具有化学官能团的前驱体，以氮气或氩气作为载气，将前驱体蒸气引入反应室，与纳米氧化锌的表面发生化学吸附，并维持时间为5-15秒；

S23：引入净化的氮气或氩气到反应室，进行1-3分钟的惰性气体冲刷，以去除未吸附的前驱体和杂质；

S24：引入反应性气体为水蒸气或氧气，与吸附在纳米氧化锌表面的前驱体发生化学反应，持续时间为10-30秒，形成一个新的原子层；

S25：重复S22至S24步骤10-20次，直至得到预设的表面修饰层数。

进一步的，所述S3具体包括：

S31：将步骤S1中得到的活性炭和步骤S2中处理后的改性纳米氧化锌按照预定的质量比例，分别称取；

S32：开启高速分散机，调整其转速至2000-4000rpm；

S33：在高速分散机的工作状态下，先加入活性炭，随后逐渐加入改性纳米氧化锌，以确保两者能够得到均匀混合；

S34：在混合过程中，持续加入约5-10％的去离子水；

S35：继续混合约15-30分钟，直至混合物呈现均匀的浆状，此时混合物即为所述净醛剂。

进一步的，所述S4具体包括：

S41：先将石膏、粘合剂和纤维增强材料按照预选的质量百分比，分别称取，并放入混合容器中；

S42：开启超声波设备，调整其频率至20-40kHz；

S43：在超声波设备的作用下，缓慢加入步骤S3所得的净醛剂到混合容器中，并保持持续搅拌；

S44：使用超声波处理混合物10-20分钟，直至混合物均匀、无明显气泡，并形成稠密的石膏浆料。

进一步的，所述S5具体包括：

S51：选择一个耐高温、耐腐蚀的浇注模具，并确保模具内部干燥、清洁无异物；

S52：利用真空泵对模具进行预先真空处理，将模具内部的压力降低至5-10mbar；

S53：在保持模具的真空状态下，将S4步骤所制得的石膏浆料从上部注入模具中；

S54：在浇注过程中，保持真空泵的工作，确保模具内部的压力始终维持在预设范围内；

S55：完成浇注后，将模具密封并维持真空状态5-10分钟；

S56：随后解除模具的真空状态，放置模具在常温下静置20-30分钟，让石膏浆料自然流平并初步固化。

进一步的，所述S6具体包括：

S61：选择一个频率范围为800-1200nm的红外辐射炉，确保红外辐射炉内部温度均匀，并预热红外辐射炉至150-200℃；

S62：将S5步骤完成浇注并初步固化的模具放入预热好的红外辐射炉中；

S63：设定红外辐射炉的工作温度为180-220℃，并设置工作时间为20-30分钟；

S64：开启红外辐射炉，使其在预设温度和时间下工作，红外辐射对石膏浆料进行深度加热；

S65：红外辐射炉工作完成后，关闭炉体并让模具在炉中静置5-10分钟；

S66：取出模具，待石膏板温度降至室温后，从模具中脱模，得到负载净醛剂的石膏板成品。

本发明的有益效果：

本发明，采用了特定的净醛剂，包括活性炭和改性纳米氧化锌，结合超临界二氧化碳技术和原子层沉积法的处理方式，极大地提高了石膏板对甲醛的吸附性能，活性炭经活化处理后的孔隙结构和吸附表面增多，增强了其对甲醛的吸附能力；同时，纳米氧化锌与活性炭的结合力也得到加强，使得吸附效果更为持久和稳定，这意味着在使用本发明的石膏板进行室内装修后，可以有效地减少室内甲醛的含量，提高室内空气质量，为人们创造一个更为健康、舒适的生活环境。

本发明，通过采用超声波分散法与真空浇注法相结合的方法，确保了石膏板内部无气泡，提高了其均匀性和结构完整性，这不仅延长了石膏板的使用寿命，还提高了其抗冲击和承重能力，使得其在实际应用中更为稳固和耐用。

本发明，通过采用红外辐射固化技术，使得石膏浆料在红外辐射的作用下迅速均匀固化，与传统的固化方法相比，这种方法大大缩短了固化时间，提高了生产效率，同时，红外辐射确保了石膏板的均匀固化，避免了因不均匀固化导致的性能下降和石膏板表面和内部的缺陷，这也意味着石膏板的生产成本得到了进一步的降低，同时其性能和质量都得到了显著提升。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的石膏板的制备方法流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进一步详细说明。

需要说明的是，除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

实施例1

如图1所示，一种负载净醛剂的石膏板，包括石膏、粘合剂、纤维增强材料以及净醛剂；其中各成分按照质量百分比为，

石膏：85％；

粘合剂：6％；

纤维增强材料：4％；

净醛剂：5％；

该石膏板在保持传统的装修功能的同时，具有优良的甲醛吸附性能，能够长期有效地去除室内空气中的甲醛。

粘合剂为改性淀粉，纤维增强材料为玻璃纤维。

净醛剂由活性炭和改性纳米氧化锌组成，活性炭的比表面积为1000m^2/g。

一种负载净醛剂的石膏板的制备方法，包括以下步骤：

S1：利用超临界二氧化碳技术对活性炭进行活化处理，从而增加其孔隙结构和吸附表面，提高其吸附效果；

S2：采用原子层沉积法对改性纳米氧化锌进行表面修饰，以增加纳米氧化锌与活性炭的结合力；

S3：采用高速分散机，将步骤S1中得到的活性炭与步骤S2中处理后的改性纳米氧化锌按照2:1的比例混合，形成净醛剂；

S4：利用超声波分散法，将净醛剂、石膏、粘合剂和纤维增强材料按预定比例混合，形成石膏浆料；

S5：采用真空浇注法，将石膏浆料浇入预先真空处理的模具中，确保石膏板内部无气泡，提高其均匀性和结构完整性；

S6：利用红外辐射固化技术，将模具置于红外辐射炉中，使石膏浆料在红外辐射的作用下迅速均匀固化，得到负载净醛剂的石膏板成品。

S1中对活性炭进行活化处理具体包括：

S11：将预备的活性炭置入一个高压反应釜中，先经真空泵抽真空至0.3kPa；

S12：向高压反应釜中注入超临界二氧化碳，控制其压力在30MPa，并维持温度在40℃，确保二氧化碳达到超临界状态；

S13：在S11和S12的条件下，对活性炭进行活化处理时间为2小时，使得超临界二氧化碳渗透活性炭的孔隙，扩大孔径并去除杂质；

S14：活化处理后，释放反应釜内的压力，将超临界二氧化碳快速排放，完成活性炭的活化过程。

S2具体包括：

S21：将预备的改性纳米氧化锌置入原子层沉积(ALD)装置的反应室中，并调整室内温度为175℃；

S22：选择具有化学官能团的前驱体，如有机金属化合物，以氮气作为载气，将前驱体蒸气引入反应室，与纳米氧化锌的表面发生化学吸附，并维持时间为10秒；

S23：引入净化的氮气到反应室，进行2分钟的惰性气体冲刷，以去除未吸附的前驱体和杂质；

S24：引入反应性气体为水蒸气，与吸附在纳米氧化锌表面的前驱体发生化学反应，持续时间为20秒，形成一个新的原子层；

S25：重复S22至S24步骤15次，直至得到预设的表面修饰层数。

S3具体包括：

S31：将步骤S1中得到的活性炭和步骤S2中处理后的改性纳米氧化锌按照预定的质量比例，分别称取；

S32：开启高速分散机，调整其转速至3000rpm，确保达到合适的混合强度；

S33：在高速分散机的工作状态下，先加入活性炭，随后逐渐加入改性纳米氧化锌，以确保两者能够得到均匀混合；

S34：在混合过程中，持续加入约7％的去离子水，以助于分散和提高混合均匀性；

S35：继续混合约25分钟，直至混合物呈现均匀的浆状，此时混合物即为净醛剂。

S4具体包括：

S41：先将石膏、粘合剂和纤维增强材料按照预选的质量百分比，分别称取，并放入混合容器中；

S42：开启超声波设备，调整其频率至30kHz，以确保达到合适的分散效果；

S43：在超声波设备的作用下，缓慢加入步骤S3所得的净醛剂到混合容器中，并保持持续搅拌，确保各组分得到充分混合；

S44：使用超声波处理混合物15分钟，直至混合物均匀、无明显气泡，并形成稠密的石膏浆料。

S5具体包括：

S51：选择一个耐高温、耐腐蚀的浇注模具，并确保模具内部干燥、清洁无异物；

S52：利用真空泵对模具进行预先真空处理，将模具内部的压力降低至7mbar，以确保模具内部无气泡和杂质；

S53：在保持模具的真空状态下，将S4步骤所制得的石膏浆料从上部注入模具中，同时确保浆料充满模具而无溢出；

S54：在浇注过程中，保持真空泵的工作，确保模具内部的压力始终维持在预设范围内，避免因浆料注入而产生的气泡；

S55：完成浇注后，将模具密封并维持真空状态7分钟，以确保浆料中的微小气泡完全排除；

S56：随后解除模具的真空状态，放置模具在常温下静置25分钟，让石膏浆料自然流平并初步固化。

S6具体包括：

S61：选择一个频率范围为800-1200nm的红外辐射炉，确保红外辐射炉内部温度均匀，并预热红外辐射炉至180℃；

S62：将S5步骤完成浇注并初步固化的模具放入预热好的红外辐射炉中，确保模具在红外辐射炉中平稳地放置，不与炉壁接触；

S63：设定红外辐射炉的工作温度为200℃，并设置工作时间为25分钟；

S64：开启红外辐射炉，使其在预设温度和时间下工作，红外辐射对石膏浆料进行深度加热，促进其迅速均匀固化；

S65：红外辐射炉工作完成后，关闭炉体并让模具在炉中静置7分钟，使石膏板的固化更为均匀；

S66：取出模具，待石膏板温度降至室温后，从模具中脱模，得到负载净醛剂的石膏板成品。

实施例2

原料准备：

石膏：90％；

丙烯酸酯粘合剂：5％；

天然纤维增强材料：3％；

净醛剂(活性炭与改性纳米氧化锌)：2％，其中活性炭的比表面积为800m^2/g。

具体制备步骤如下：

S1：将活性炭置入一个高压反应釜中，利用真空泵抽真空至0.1kPa，向高压反应釜中注入超临界二氧化碳，保持压力20MPa和温度35℃，在上述条件下活化处理活性炭1小时，随后快速释放反应釜内压力，排放二氧化碳，完成活性炭活化；

S2：将改性纳米氧化锌放入ALD装置中，调整温度为150℃，引入有机金属化合物前驱体，维持5秒，接着使用氩气冲刷1分钟，随后引入氧气，进行化学反应10秒，重复以上步骤10次，完成表面修饰；

S3：按照1:1的质量比称取活性炭和改性纳米氧化锌，接着开启高速分散机至2000rpm，逐渐加入材料进行混合，然后在混合中加入5％的去离子水，混合15分钟，得到净醛剂；

S4：将石膏、丙烯酸酯和天然纤维称取放入混合容器,开启超声波设备至20kHz，加入净醛剂进行搅拌混合，并超声处理混合物10分钟，形成石膏浆料；

S5：选择耐高温模具，进行真空处理至5mbar，在真空状态下注入石膏浆料，保持真空状态5分钟，放置模具静置20分钟，让石膏浆料自然流平并初步固化；

S6：将模具放入预热至150℃的红外辐射炉，并设定工作温度为180℃，时间为20分钟，接着开启红外辐射炉进行固化，固化后炉内静置5分钟，最后取出模具，脱模得到成品石膏板。

实施例3

原料准备：

石膏：80％；

丙烯酸酯粘合剂：8％；

天然纤维增强材料：5％；

净醛剂(活性炭与改性纳米氧化锌)：7％，其中活性炭的比表面积为1200m^2/g。

具体制备步骤如下：

S1：将活性炭置入一个高压反应釜中，利用真空泵抽真空至0.5kPa，向高压反应釜中注入超临界二氧化碳，保持压力40MPa和温度45℃，在上述条件下活化处理活性炭3小时，随后快速释放反应釜内压力，排放二氧化碳，完成活性炭活化；

S2：将改性纳米氧化锌放入ALD装置中，调整温度为200℃，引入有机金属化合物前驱体，维持15秒，接着使用氮气冲刷3分钟，随后引入氧气，进行化学反应30秒，重复以上步骤20次，完成表面修饰；

S3：按照1:1的质量比称取活性炭和改性纳米氧化锌，接着开启高速分散机至4000rpm，逐渐加入材料进行混合，然后在混合中加入10％的去离子水，混合30分钟，得到净醛剂；

S4：将石膏、丙烯酸酯和天然纤维称取放入混合容器,开启超声波设备至40kHz，加入净醛剂进行搅拌混合，并超声处理混合物20分钟，形成石膏浆料；

S5：选择耐高温模具，进行真空处理至10mbar，在真空状态下注入石膏浆料，保持真空状态10分钟，放置模具静置30分钟，让石膏浆料自然流平并初步固化；

S6：将模具放入预热至200℃的红外辐射炉，并设定工作温度为220℃，时间为30分钟，接着开启红外辐射炉进行固化，固化后炉内静置10分钟，最后取出模具，脱模得到成品石膏板。

表1基础性能对比

从上述表1可以看出，实施例1的抗压强度为40MPa，高于实施例2的35MPa和实施例3的38MPa，同样地，其抗弯强度为12MPa，也优于实施例2和实施例3，这意味着实施例1的石膏板在受到压缩或弯曲的外力时，具有更强的耐受能力和稳定性；实施例1的吸水率为6％，较低于实施例2的9％和实施例3的8％，这表明实施例1的石膏板对水分的吸收较少，有更好的防潮性能；实施例1在净醛效果上达到了90％，这一比例高于实施例2和实施例3，这意味着实施例1的石膏板对于醛的清除效果更佳；在纤维增强效果上，实施例1达到了80％，这一效果较实施例2和实施例3为佳，这可能得益于其使用的玻璃纤维增强材料的比例和特性；在热稳定性方面，实施例1达到了250℃，这一温度也高于其他两个实施例，这表明在高温条件下，实施例1的石膏板更能保持其稳定性和性能，综上所述，实施例1在多个关键性能指标上均表现出色，优于实施例2和实施例3。

表2其他性能对比

从上述表2可以看出，实施例1具有最低的导热系数，意味着其具有更好的绝热性能，对于室内保温有积极的影响；实施例1达到了A1级燃烧性能，表示其在火灾中的燃烧性能是最好的，更加安全；实施例1的石膏板具有最高的音频隔离指标，表示它在声音隔离上具有最好的效果，适用于对隔音要求较高的场所；实施例1的硬度为50HV，这意味着它比其他两个实施例更硬，更耐磨；实施例1的石膏板预计寿命为30年，这比其他两个实施例都要长，从长期使用的角度看，更具经济效益。

综合考虑上述性能指标，实施例1在几乎所有的性能指标上都是最佳的，这进一步证实了我们之前的结论实施例1是三者中的最佳实施例。

本发明旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。