一种氧化钙微胶囊及其制备方法和自干燥石膏材料

本发明涉及功能性石膏建材，尤其涉及一种氧化钙微胶囊及其制备方法和自干燥石膏材料。

背景技术：

1、磷石膏是湿法生产磷酸时排放的固体废弃物，国内每年磷石膏累计堆放量上亿吨，大量堆积的磷石膏不仅占用土地资源，而且还污染环境。国家新标准gb9776-2008的出台实施对于开发磷石膏墙体材料提供了巨大的空间，工业副产石膏的大量使用，可以变废为宝，对于实现循环经济具有重要意义。目前，磷石膏的应用研究多是在建材行业，尤其是制备墙体材料，但由于大掺量的磷石膏制品普遍存在吸水率高，耐水性能较差的缺点，不适用于潮湿等环境，以至于磷石膏资源化利用率降低。因此，提高磷石膏墙体材料的质量和性能，是解决磷石膏直接利用的关键。

2、半水磷石膏为轻质多孔材料，吸水率高，其水化产物二水硫酸钙晶体的溶解度较大，在水的作用下很容易产生融蚀，使得其制品强度、硬度大大降低。但由于工作性能的要求，其实际用水量一般较高，多余的水必然形成孔隙，必然恶化石膏基材料的孔结构，致使其性能劣化。由于石膏制品的性能受含水量的影响较大，一般情况下在使用之前需要采用烘干的方式将其中自由水去除，以消除其带来的负面影响。

3、目前，工业生产过程中，一般采用窑炉烘干石膏制品后再出厂使用。然而，为改善石膏耐水性能，一般掺入一定量的矿物外加剂改性，这会导致石膏早期强度损失以及内部自由水分挥发慢，不利于石膏制品的快速制备和性能提升。另一方面，墙体材料的厚度较大，也给石膏内部的水分脱出带来了一定的困难。

4、cn111792902a公开了一种高强耐水型磷石膏复合胶凝材料及其制备方法，所用的石膏基材料含有如下组分：磷建筑石膏粉100份、流变剂0.5-4份、水泥3-7份、固硫灰渣4-10份、煤气化渣3-10份、沸石粉0.5-3份、防水剂1-4份、氧化钙0.2-3份，该发明提供的高强耐水性石膏是通过添加水泥以及其他矿物掺合料改善石膏耐水性，但该石膏早期强度不高，水泥以及其他矿物掺合料需要后期充分水化后才能提高石膏强度以及改善耐水性能，周期时间长。

5、cn216427150u公开了一种磷石膏脱水烘干装置，该发明通过压板、插架、电动旋杆以及滤网架完成对湿状磷石膏进行脱水烘干的功能。但该方法烘干成本高，工艺复杂，且存在脱水烘干不均匀以及不彻底等问题从而导致脱水效率差。

技术实现思路

1、本发明针对目前石膏墙体材料制备过程强度快速形成及内部水分快速脱除的多方面需求，提供了一种自干燥型石膏材料的制备方法；本发明中利用工业废物磷石膏为基材，通过添加氧化钙微胶囊，使其充分水化完成后利用氧化钙遇水放热的原理加速石膏内部水分蒸发。与传统处理方法相比，这种处理方法具有效率高﹑效果显著的优点；此外，本发明充分发挥了工副产石膏的潜在价值，节约了烘干成本，为工业副产石膏的综合利用提供了新的利用途径，具有极大的经济和环境效益。

2、具体技术方案如下：

3、本发明的第一个发面是提供一种氧化钙微胶囊的制备方法，包括：

4、利用含有羧基的有机硅烷对氧化钙粉末进行处理，使改性氧化钙粉末的表面携带羧基；

5、利用多醛基化合物对改性氧化钙粉末进行处理，使醛基与羧基反应并形成以氧化钙粉末为核、以交联形成的气凝胶为壳的氧化钙微胶囊。

6、进一步的，有机硅烷添加量为氧化钙粉末质量的1%-5%；多醛基化合物为多醛基海藻酸钠的乙醇溶液，浓度为2wt%-10wt%。

7、本发明的第二个方面是提供一种根据上述制备方法制备获得的氧化钙微胶囊。

8、本发明的第三个方面是提供一种自干燥石膏材料，包括如下重量份原料：建筑石膏65-75份、水泥0-10份、生石灰8-15份、膨胀珍珠岩0.5-1.5份、氧化钙微胶囊 5-10份、cacl2改性硅藻土5-10份、缓凝剂0.05-0.15份、减水剂0.1-0.25，水灰比0.58-0.62。

9、进一步的，建筑石膏为脱硫建筑石膏、磷建筑石膏中的一种或两种按照任意比例混合。

10、进一步的，水泥为普通硅酸盐水泥，其强度等级为42.5。

11、进一步的，生石灰为低热石灰，其消化温度低于60℃，消化速度大于30 min。

12、进一步的，膨胀珍珠岩容重50-100 kg/m3，吸水率200-300%。

13、进一步的，cacl2改性硅藻土的制备方法为：按照固液比为（3-5）:1的比例将硅藻土加入到 30wt%的cacl2溶液中，在 60-70 ℃条件下搅拌1-3 h，过滤烘干至恒重得到改性硅藻土。

14、进一步的，缓凝剂为石膏专用蛋白质类缓凝剂；减水剂为聚羧酸减水剂；保水剂为羟乙基甲基纤维素谜或羟丙基甲基纤维素醚中的一种或几种。

15、本技术中利用生石灰遇水放热的原理，使生石灰与水反应生成氢氧化钙，其体积膨胀1-2倍，起到填充石膏内部孔洞的作用，同时改变磷石膏体系的酸碱度，促进磷石膏和水泥中al、si、ca等离子的溶出，加速其水化产物水化硅（铝）酸钙、钙矾石等物质生成，使体系力学性能及耐水性提升；同时，与水反应熟化后形成的熟石灰中石灰粒子形成氢氧化钙胶体结构，颗粒极细（粒径约为1μm），比表面积可达10-30 m2/g，因而其表面可吸附一层较厚的水膜，以吸附大量的水，从而快速吸收石膏内的水分，起到自干燥效果。

16、本发明中利用有机硅烷，如silane-peg-cooh（硅烷-聚乙二醇-羧基）或甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷等在氧化钙粉末表面发生水解反应，以在氧化钙粉末表面接枝上硅烷基团，从而在氧化钙粉末表面带入羧基；另一方面，多醛基化合物，如通过高碘酸钠氧化海藻酸钠转化形成的多醛基海藻酸钠（masa）与羧基发生交联反应，形成具有多孔结构的海藻酸钠气凝胶，这种气凝胶包覆于氧化钙粉末的表面，从而制备获得以氧化钙粉末为核、以交联形成的海藻酸钠气凝胶为壳的氧化钙微胶囊。上述氧化钙微胶囊可以持续吸收水分与氧化钙反应，以在材料内部形成一个均匀的热源，使得氧化钙与水的放热反应持续更长时间，有助于石膏墙体材料更均匀、更彻底地干燥，提高自干燥效率及石膏墙体材料的耐久性。

17、上述方案的有益效果是：

18、1）本发明所制备的自干燥型石膏材料早期强度发展速度快，8 h达到拆模强度，1d强度超过3.5 mpa，1d强度达到28 d强度的80%以上，容重800-1200 kg/m3以上，解决了现有石膏制品早期强度低、生产周期长以及烘干工艺复杂等问题；

19、2）本发明通过生石灰的放热反应加速石膏材料内部水分的挥发，并采用膨胀珍珠岩实现墙体材料轻质的同时提供水分快速迁移的通道，改性硅藻土实现材料内部湿度的快速吸收，氧化钙微胶囊进一步实现材料内部的缓慢放热，最终达到实现石膏墙体材料内部快速自干燥的效果；

20、3）本发明中以磷石膏或脱硫石膏为主要原材料，实现石膏类固废的资源化利用，减少固体废弃物的堆放，提升石膏的利用效率，而且制备工艺简单，全程无需烘干处理，节省人力物力。

技术特征：

1.一种氧化钙微胶囊的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述多醛基化合物为多醛基海藻酸钠的乙醇溶液，浓度为2wt%-10wt%。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述有机硅烷添加量为氧化钙粉末质量的1%-5%。

4.一种氧化钙微胶囊，其特征在于，根据权利要求1-3任一项所述方法制备获得。

5.一种自干燥石膏材料，其特征在于，包括如下重量份原料：建筑石膏65-75份、水泥0-10份、生石灰8-15份、膨胀珍珠岩0.5-1.5份、氧化钙微胶囊 5-10份、cacl2改性硅藻土5-10份、缓凝剂0.05-0.15份、减水剂0.1-0.25份、保水剂0.05- 0.1份，水灰比0.58-0.62。

6.根据权利要求5所述的自干燥石膏材料，其特征在于，所述建筑石膏为脱硫建筑石膏、磷建筑石膏中的一种或两种按照任意比例混合；所述水泥为普通硅酸盐水泥，其强度等级为42.5。

7.根据权利要求5所述的自干燥石膏材料，其特征在于，所述生石灰为低热石灰，其消化温度低于60℃，消化速度大于30 min。

8.根据权利要求5所述的自干燥石膏材料，其特征在于，所述膨胀珍珠岩容重50-100kg/m3，吸水率200-300%。

9.根据权利要求5所述的自干燥石膏材料，其特征在于，所述cacl2改性硅藻土的制备方法为：按照固液比为（3-5）:1的比例将硅藻土加入到 30wt%的cacl2溶液中，在 60-70 ℃条件下搅拌1-3 h，过滤烘干至恒重得到改性硅藻土。

10.根据权利要求5所述的自干燥石膏材料，其特征在于，所述缓凝剂为石膏专用蛋白质类缓凝剂；所述减水剂为聚羧酸减水剂；所述保水剂为羟乙基甲基纤维素谜或羟丙基甲基纤维素醚中的一种或几种。

技术总结
本发明公开了一种氧化钙微胶囊及其制备方法和自干燥石膏材料，上述自干燥石膏材料原料组分如下：建筑石膏65‑75份、水泥0‑10份、生石灰8‑15份、膨胀珍珠岩0.5‑1.5份、氧化钙微胶囊5‑10份、改性硅藻土5‑10份、缓凝剂0.05‑0.15份、减水剂0.1‑0.25份、保水剂0.05‑0.1份，水灰比0.58‑0.62。本发明通过生石灰的放热反应加速石膏材料内部水分的挥发，并采用膨胀珍珠岩实现墙体材料轻质的同时提供水分快速迁移的通道，改性硅藻土实现材料内部湿度的快速吸收，氧化钙微胶囊进一步实现材料内部的缓慢放热，最终达到实现石膏墙体材料内部快速自干燥的效果。

技术研发人员：赵训琪,刘思佳,邱迪,李文静,金子豪,苏英,龚川豫,王琛,余芳,陈昊,杨芷安,席昊
受保护的技术使用者：湖北工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5