CN109734398A - 一种环保石灰浆建筑装饰材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种环保石灰浆建筑装饰材料及其制备方法，其以熟石灰、重质碳酸钙、改性纤维素、植物油、动物胶或者微生物胶等为主要原材料，通过对改性纤维素、植物油和动物胶等进行预处理，制备可同时替代传统建筑材料中批荡，内、外墙涂料的新型装饰材料。具体步骤包括：生石灰进行熟化处理后，添加植物油，改性纤维素和动物胶或者微生物胶预糊浆液，通过双螺杆挤出机挤出，于20‑50℃保温20‑40天，得到环保石灰浆建筑装饰材料。所得产品粘结性好、无龟裂、刷涂表面光洁。本发明制备组分中不含重金属和甲醛，为绿色环保建筑材料。

Description

一种环保石灰浆建筑装饰材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑装饰材料领域，具体涉及一种环保石灰浆建筑装饰材料及其制备方法。

背景技术

人类生活的环境中建筑材料无处不在，所用的建筑材料安全、环保性能直接决定着人们生活的实际环境。其中室内是人类活动的主要场所，大约70％以上的时间人类活动是在室内度过，婴幼儿和老弱残疾者在室内的时间更长。室内空气污染被视为继18世纪工业革命煤烟污染(第一代污染)和19世纪石油和汽车工业导致的光化学烟雾污染(第二次污染)之后的由20世纪中叶开始的第三代污染，其中甲醛污染首当其冲。室内甲醛主要来源于建筑材料、家具、人造板材、各种黏合剂涂料和合成纺织品等等。低甲醛乃至无甲醛装修建筑材料引起人们的广泛关注。

石灰是一种以氧化钙为主要成分，采用石灰石、白云石、白垩、贝壳等碳酸钙含量高的产物，经900～1100℃煅烧而成。石灰作为人类最早使用的建筑胶凝材料，在全世界都有着广泛的应用。块状生石灰用适量水熟化而得到的粉末称为熟石灰，当熟化用水量较大(约为生石灰体积的3-4倍)时，需要在储灰池“陈化”至少两周，以消除过火石灰的危害，陈化沉淀得到的膏状物即为石灰膏，此二者主要成分都是Ca(OH)₂，可用作涂装材料和砖瓦粘合剂。目前石灰在现代灰塑、文物修复方面有直接的使用，在建筑行业，石灰乳主要用于要求不高的室内粉刷。利用石灰膏或消石灰粉可配制成石灰砂浆或水泥石灰混合砂浆，用于抹灰和砌筑。

但是石灰浆用作建筑涂料也存在弊端，其凝结硬化速度慢、强度低、耐水性差、干燥收缩大，因此除粉刷以外，不宜单独使用。另外环境温度、湿度、气候变化等各种工况条件都会导致该致密的碳酸钙层产生一定的龟裂现象，从而直接影响到建筑装饰面墙外观。

中国最传统的工艺通常在石灰浆中加入1-7％的食盐，通过NaCl改善浆体的吸水性，缓和碳化过程，增加表面的光洁度，从而减少表层碳酸钙层的龟裂问题。

古法传统桐油-石灰灰浆利用熟桐油密度比石灰密度小，且不溶于水，因此可在表层形成防水层，有利于灰浆水分蒸发控制，调控碳酸钙微小晶体形成，提高粘结材料的力学性能。该方法广泛用于古代墓葬、水利及城墙工程，充分利用了其强度高、防渗透性能，耐久性的优势，但是当前在大量使用水泥砂浆领域中，采用这类材料也同样存在表层龟裂等问题。Fang等人通过古代灰浆和实验室模拟系统研究桐油灰浆的固化原理揭示桐油改善灰浆粘结性和防水性提升的原理。陈佩杭和赵鹏对于桐油/石灰浆相对于普通石灰浆性能的显著提升。

中国传统灰塑材料中，通过加入红糖或者黄糖、糯米粉等，增加浆体的粘稠度，利用形成的糖钙，改善石灰浆体的稠度和碳酸钙形成过程。张秉坚教授等对中国传统糯米灰浆进行了大量研究并分析其其作用原理。张秉坚等红糖灰浆和蛋清灰浆为研究对象，探讨糖和蛋清对灰浆性能的影响及作用机理，指出2％的蔗糖含量减水效果就达到20％以上，能有效降低灰浆干缩开裂的风险。蛋清对石灰浆具有增稠、提高粘结性、自修复能力和减小开裂风险的作用，对灰浆的抗压强度和表面硬度有一定负面影响。

石灰浆中加入麻捣麻刀加筋，是一种较好的墙面修饰方法，武当山道观、曲阜孔庙奎文阁等等明代建筑都采用此种方法。“纸筋灰”、“棉花灰浆”、“麦稻秸”、烧碱草纸、超白纸筋、玉扣纸等天然植物纤维被用作石灰浆建筑材料的加强材料，增加其浆体内强度，可以在一定程度上防止碳酸钙表面的龟裂问题。

另外，张坤等人综述了国内外研究得到动物血对灰浆具有加气、减水、防水、平整和抗龟裂等作用。

上述各种方法中，与石灰浆配合以改善其强度和开裂等问题所选用的原材料都取自天然，具有环保优势；但是，原材料取自自然会存在不同批次间差异较大的现象，使得其具有较低的稳定性，在大批量建筑材料的生产中不具有优势。黄立新等提出一种纤维素用于制备灰塑纸筋灰材料的方法，采用纤维素用于制备灰塑纸筋灰材料的方法，以纤维素、纤维素衍生物为增筋增粘材料，代替玉扣纸、元宝纸的土纸制备灰塑用的纸筋灰材料；进而又提出了一种纤维类物质用于制备灰塑材料的方法，将所可能涉及的化学纤维材料代替传统代替玉扣纸、元宝纸的土纸制备灰塑用的纸筋灰材料，拓展了该类材料原材料选择范围，改进中国传统灰塑产品及其工艺。

将石灰浆用于现代建筑装饰领域，需要考虑原材料环保，制备简单，可大批量稳定制备问题。因此，选取化工材料替换天然材料，采用化工产品对环保建筑新型材料进行开发具有非常重要的意义。

发明内容

针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种环保石灰浆建筑装饰材料的方法以及通过该方法制备得到的环保石灰浆建筑装饰材料，以解决现有技术中材料取自天然材料、不适宜大批量稳定制备的问题。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种环保建筑装饰材料的制备方法，其具体步骤如下：

1)熟化：将生石灰粉碎后过筛，去除粗大颗粒和杂质置于反应槽中，加入3.0-6.0倍重量份的水，搅拌均匀，熟化36-48小时，得到熟石灰浆液；对熟石灰浆液进行稳定分离操作，控制稳定反应温度在50℃-75℃，取上层石灰水备用；

2)改性纤维素、植物油、动物胶或者微生物胶预处理：称取生石灰重量份0.5-3％的改性纤维素，生石灰重量份1.0-5.0％的动物胶或者微生物胶和0.5-3.0％的植物油，混合均匀，加入部分步骤1)所述的饱和石灰水，升温到40-60℃，搅拌均化后，于40℃保温6-10小时后得到改性纤维素、植物油、动物胶或者微生物胶熟化料；

3)重质碳酸钙和碳酸氢钙调配：称取生石灰重量份5-30％的重质碳酸钙，2-10％的碳酸氢钙，混合后加入步骤2)中剩余饱和石灰水搅拌得到石灰浆预混物；

4)高速真空混合：将步骤2)所述的改性纤维素、植物油、动物胶或者微生物胶熟化料和步骤3)所述的石灰浆预混物置于高速混合机中混合，抽真空后保温保压6-18小时，得到混合浆料；

5)陈化：将步骤4)所述的混合浆料通过双螺杆挤出机挤出，并于20-50℃保温20-40天，得到环保石灰浆建筑装饰材料。

相对于现有技术，本发明以熟石灰、重质碳酸钙、改性纤维素、植物油、动物胶或者微生物胶等为主要原材料，通过对改性纤维素、植物油和动物胶等进行预处理，制备可同时替代传统建筑材料中批荡，内、外墙涂料的新型装饰材料；利用化工产品替代了传统工艺中的天然材料，取材环保且质量稳定，适用于工业大批量稳定制备。

优选地，步骤1)所述生石灰粉中氧化钙的含量在85-95％，细度为200-500目；通过对生石灰粉中氧化钙的含量和细度进行筛选，有利于去除粗大颗粒和杂质，从而实现对后续石灰浆粘度的调控。

优选地，步骤2)所述改性纤维素包括但不局限于羧甲基纤维素、羧丙基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素和羟丙基甲基纤维素、变性淀粉乳碱处理淀粉、漂白淀粉、氧化淀粉、乙酸酯化淀粉中的两种或两种以上；所述改性纤维素一般采用两种及两种以上配合使用，所配合的两种改性纤维素，一般为羧基纤维素混用，或羟基纤维素混用，或者改性淀粉混用，可以是不同种类改性纤维素混用，或者同一纤维素，不同分子量的混用；所述改性纤维素粘度为1-20万厘泊；通过改性纤维素的种类搭配，同时调控粘度配比，改善所得浆料的流动性。

优选地，步骤2)所述植物油为桐油、蓖麻油、棕榈油、橄榄油中的一种或一种以上；通过加入植物油改善石灰浆中水分的挥发速度，并在石灰浆表面形成油膜，调控更细碳酸钙晶体的形成，形成光滑的表面。

优选地，步骤2)所述动物胶为明胶、骨胶、皮胶、酪蛋白，黄原胶、阿拉伯树胶、瓜尔豆胶胶中的一种或一种以上；根据所用胶的分子量而定，分子量越高则选用的添加量越少；通过添加动物胶作为改性纤维素的一个粘度调节剂，从而最终增加石灰浆对不同基材的粘附性。

优选地，步骤3)所述重质碳酸钙的目数为200-2000目，纯度为95-98％；重质碳酸钙能够利用细小碳酸钙的作用，作为晶种改善熟石灰在使用后碳化过程中晶体形成效果。

优选地，步骤3)所述碳酸氢钙目数为200-2000目，纯度为90-95％；碳酸氢钙在塑化和制品碳化过程中，与熟石灰反应，放出二氧化碳，促进热量的排除，形成微小气体通道，改善碳化的效果和速度。

优选地，步骤3)所述的重质碳酸钙和碳酸氢钙调配过程中，碳酸氢钙是分2-6批等量加入，使得混合更加均匀。

优选地，步骤4)所述高速混合的速度范围为30-300r/min；通过高速混合能够保证浆料各组分的均匀混合和糊化。

一种环保石灰浆建筑装饰材料，通过上述方法制备得到。

优选地，所述环保石灰浆建筑装饰材料的陈化温度为20-50℃，在充分利用熟化时自身产生热量的同时，要控制均匀性，可配合适当间歇式搅拌，搅拌速度≥5r/min，间歇2-4小时。

优选地，所述环保石灰浆建筑装饰材料的陈化时间为20-40天，以保证充分的混合均匀，获得成分不易分层，性能稳定的环保石灰浆建筑装饰材料。

相比现有技术，本发明具有如下优点及有益效果：

(1)本发明采用了上层饱和石灰水而弃用沉淀的下层石灰膏，避免了沉淀的石灰膏里面可能含有残余的大颗粒以及其他杂质对制得产品造成的影响，从而保证了其具有的优良的力学性能、良好的产品稳定性以及较长的使用寿命；

(2)以熟石灰、重质碳酸钙、改性纤维素、植物油、动物胶或者微生物胶等为主要原材料，并对改性纤维素、植物油和动物胶等进行预处理，制备出可同时替代传统建筑材料中批荡，内、外墙涂料的新型装饰材料；其取材环保且质量稳定，无需添加天然材料，避免了天然原料批次间差异对产品性能造成的影响，能够满足工业大批量稳定生产的需求

(3)通过植物油、改性纤维素以及动物胶或微生物胶的加入及原料间相互配合，并通过螺旋挤出机挤出浆料，使得制得的装饰材料产品具有表面光洁、流动性良好以及对不同基材均有良好粘附性的优点，刷涂表面光洁，无龟裂；同时原材料组分中不含有重金属和甲醛，所制得环保石灰浆建筑装饰材料的甲醛含量低于仪器检测值，绿色环保。

具体实施方式

实施例1

在本实施例中，本发明所述的环保石灰浆建筑装饰材料，其制备方法步骤如下：

(1)熟化：将生石灰粉碎后过筛，去除粗大颗粒和杂质，得到氧化钙的含量在90％，细度为200目的颗粒物，至于反应槽中，加入3.0倍重量份的去离子水，采用锚式搅拌器进行搅拌，搅拌速度为40r/min，精确控制整个反应温度为小于75℃，熟化36小时以上后静置分层，取上层饱和石灰水备用。

(2)改性纤维素、桐油和明胶预处理：称取生石灰重量份0.5％羟甲基丙基纤维素，粘度为20万厘泊，0.3％的羟甲基纤维素，粘度为10万厘泊，生石灰重量份1.0％的明胶采用搅拌机和面机先粉状混合后，缓慢加入一部分饱和石灰水，进行搅拌和糊化，待糊化均匀后，加入0.5的桐油，混合，搅拌速度在5r/min，等待均匀后，采用2℃/min的升温速度升高到40℃，其中搅拌速度为10r/min。当温度达到设定温度，40℃保温6小时后得到改性纤维素、桐油和明胶熟化料。

(3)重质碳酸钙和碳酸氢钙调配：称取生石灰重量份5％的重质碳酸钙(1000目，纯度85％)，2％的碳酸氢钙(1000目，纯度90％)，将碳酸氢钙分2批等量加入至重质碳酸钙中，干态混合后，将混合物均匀分5批加入到剩余的饱和石灰水中，强力搅拌得到石灰浆预混物。

(4)高速真空混合：将上述改性纤维素，植物油和明胶熟化料和石灰浆预混物至于高速混合机中混合，搅拌速度50r/min，抽真空后保温保压6小时。

(5)陈化：将步骤(4)所述的混合浆料通过双螺杆挤出机挤出，得到的浆料于30℃，间歇2小时轻微搅拌，搅拌速度5r/min，保温20天得到石灰浆建筑装饰材料。

实施例2

在本实施例中，本发明所述的环保石灰浆建筑装饰材料，其制备方法步骤如下：

(1)熟化：将生石灰粉碎后过筛，去除粗大颗粒和杂质，得到氧化钙的含量在85％，细度为200目的颗粒物，至于反应槽中，加入3.0倍重量份的去离子水，采用锚式搅拌器进行搅拌，搅拌速度为40r/min，精确控制整个反应温度为小于75℃，熟化36小时以上后静置分层，取上层饱和石灰水备用。

(2)改性纤维素、橄榄油和黄原胶预处理：称取生石灰重量份0.3％羟乙基纤维素，粘度为1万厘泊，0.2％的羧丙基纤维素，粘度为10万厘泊，生石灰重量份5.0％的黄原胶采用搅拌机和面机先粉状混合后，缓慢加入一部分饱和石灰水，进行搅拌和糊化，待糊化均匀后，加入0.5％的橄榄油，混合，搅拌速度在5r/min，带均匀后，采用2℃/min升温速度升高到40℃，搅拌速度为10r/min。当温度达到设定温度，40℃保温10小时后得到改性纤维素、橄榄油和黄原胶熟化料。

(3)重质碳酸钙和碳酸氢钙调配：称取生石灰重量份5％的重质碳酸钙(200目，纯度95％)，10％的碳酸氢钙(2000目，纯度95％)，将碳酸氢钙分6批等量加入至重质碳酸钙中，干态混合后，将混合物均匀分5批加入到剩余的饱和石灰水中，强力搅拌得到石灰浆预混物。

(4)高速真空混合：将上述改性纤维素，植物油和明胶熟化料和石灰浆预混物至于高速混合机中混合，搅拌速度30r/min，抽真空后保温保压18小时。

(5)陈化：将步骤(4)所述的混合浆料通过双螺杆挤出机挤出，得到的浆料于20℃，间歇2小时轻微搅拌，搅拌速度5r/min，保温40天得到石灰浆建筑装饰材料。

实施例3

在本实施例中，本发明所述的环保石灰浆建筑装饰材料，其制备方法步骤如下：

(1)熟化：将生石灰粉碎后过筛，去除粗大颗粒和杂质，得到氧化钙的含量在95％，细度为500目的颗粒物，至于反应槽中，加入6.0倍重量份的去离子水，采用锚式搅拌器进行搅拌，搅拌速度为40r/min，精确控制整个反应温度为小于75℃，熟化48小时以上后静置分层，取上层饱和石灰水备用。

(2)改性纤维素、橄榄油和黄原胶预处理：称取生石灰重量份2.5％羟乙基纤维素，粘度为10万厘泊，0.5％的羧丙基纤维素，粘度为20万厘泊，生石灰重量份1.0％的黄原胶采用搅拌机和面机先粉状混合后，缓慢加入一部分饱和石灰水，进行搅拌和糊化，待糊化均匀后，加入3.0％的橄榄油，混合，搅拌速度在5r/min，带均匀后，采用2℃/min升温速度升高到60℃，搅拌速度为10r/min。当温度达到设定温度，40℃保温6小时后得到改性纤维素、橄榄油和黄原胶熟化料。

(3)重质碳酸钙和碳酸氢钙调配：称取生石灰重量份5％的重质碳酸钙(200目，纯度95％)，10％的碳酸氢钙(2000目，纯度95％)，将碳酸氢钙分6批等量加入至重质碳酸钙中，干态混合后，将混合物均匀分5批加入到剩余的饱和石灰水中，强力搅拌得到石灰浆预混物。

(4)高速真空混合：将上述改性纤维素，植物油和明胶熟化料和石灰浆预混物至于高速混合机中混合，搅拌速度300r/min，抽真空后保温保压6小时。

(5)陈化：将步骤(4)所述的混合浆料通过双螺杆挤出机挤出，得到的浆料于50℃，间歇2小时轻微搅拌，搅拌速度5r/min，保温20天得到石灰浆建筑装饰材料。

相对于现有技术，本发明采用了上层饱和石灰水而弃用沉淀的下层石灰膏，避免了沉淀的石灰膏里面可能含有残余的大颗粒以及其他杂质对制得产品造成的影响，从而保证了产品具有的优良的力学性能、良好的产品稳定性以及较长的使用寿命。以熟石灰、重质碳酸钙、改性纤维素、植物油、动物胶或者微生物胶等为主要原材料，其取材环保且质量稳定，无需添加天然材料，避免了天然原料批次间差异对产品性能造成的影响，能够满足工业大批量稳定生产的需求。通过植物油、改性纤维素以及动物胶或微生物胶的加入及相互配合，并通过螺旋挤出机挤出浆料，使得制得的装饰材料产品具有表面光洁、流动性良好以及对不同基材均有良好粘附性的优点，刷涂表面光洁，无龟裂；同时原材料组分中不含有重金属和甲醛，所制得环保石灰浆建筑装饰材料的甲醛含量低于仪器检测值，绿色环保。

本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动或变形不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形。

Claims (10)

1.一种环保石灰浆建筑装饰材料的方法，其特征在于，具体步骤如下：

1)熟化：将生石灰粉碎后过筛，去除粗大颗粒和杂质置于反应槽中，加入3.0-6.0倍重量份的水，搅拌均匀，熟化36-48小时，得到熟石灰浆液；对熟石灰浆液进行稳定分离操作，控制稳定反应温度在50℃-75℃，取上层饱和石灰水备用；

2)改性纤维素、植物油、动物胶或者微生物胶预处理：称取生石灰重量份0.5-3％的改性纤维素，生石灰重量份1.0-5.0％的动物胶或者微生物胶和0.5-3.0％的植物油，混合均匀，加入部分步骤1)所述的饱和石灰水，升温到40-60℃，搅拌均化后，于40℃保温6-10小时后得到改性纤维素、植物油、动物胶或者微生物胶熟化料；

3)重质碳酸钙和碳酸氢钙调配：称取生石灰重量份5-30％的重质碳酸钙，2-10％的碳酸氢钙，混合后加入步骤2)中剩余饱和石灰水搅拌得到石灰浆预混物；

4)高速真空混合：将步骤2)所述的改性纤维素、植物油、动物胶或者微生物胶熟化料和步骤3)所述的石灰浆预混物置于高速混合机中混合，抽真空后保温保压6-18小时，得到混合浆料；

5)陈化：将步骤4)所述的混合浆料通过双螺杆挤出机挤出，并于20-50℃保温20-40天，得到环保石灰浆建筑装饰材料。

2.根据权利要求1所述的环保石灰浆建筑装饰材料的方法，其特征在于：步骤1)所述生石灰粉中氧化钙的含量在85-95％，细度为200-500目。

3.根据权利要求1所述的环保石灰浆建筑装饰材料的方法，其特征在于：步骤2)所述改性纤维素包括羧甲基纤维素、羧丙基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素和羟丙基甲基纤维素、变性淀粉乳碱处理淀粉、漂白淀粉、氧化淀粉、乙酸酯化淀粉中的两种或两种以上，所述改性纤维素粘度为1-20万厘泊。

4.根据权利要求1所述的环保石灰浆建筑装饰材料的方法，其特征在于：步骤2)所述植物油为桐油、蓖麻油、棕榈油、橄榄油中的一种或一种以上。

5.根据权利要求1所述的环保石灰浆建筑装饰材料的方法，其特征在于：步骤2)所述动物胶为明胶、骨胶、皮胶、酪蛋白，黄原胶、阿拉伯树胶、瓜尔豆胶胶中的一种或一种以上。

6.根据权利要求1所述的环保石灰浆建筑装饰材料的方法，其特征在于：步骤3)所述重质碳酸钙的目数为200-2000目，纯度为95-98％。

7.根据权利要求1所述的环保石灰浆建筑装饰材料的方法，其特征在于：步骤3)所述碳酸氢钙目数为200-2000目，纯度为90-95％。

8.根据权利要求1所述的环保石灰浆建筑装饰材料的方法，其特征在于：步骤3)所述的重质碳酸钙和碳酸氢钙调配过程中，碳酸氢钙是分2-6批等量加入的。

9.根据权利要求1所述的环保石灰浆建筑装饰材料的方法，其特征在于步骤4)所述高速混合的速度范围为30-300r/min。

10.一种环保石灰浆建筑装饰材料，其特征在于：通过权利要求1～9任一项所述的方法制备得到。