氯氧鎂板材制備工藝優(yōu)化研究

＊安佰謙 祝宏* 張尹萌 賈一多 劉英

（1.武漢工程大學(xué)化工與制藥學(xué)院綠色化工過(guò)程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 湖北 430205 2.武漢軟件工程職業(yè)學(xué)院 湖北 430205 3.武漢市藥物增溶工程技術(shù)研究中心 湖北 430205）

氯氧鎂材料具有力學(xué)強(qiáng)度高、固化快、黏結(jié)性好、耐高溫防火性能優(yōu)良等，但是現(xiàn)有研究并沒(méi)有明確掌握氧化鎂與氯化鎂的反應(yīng)量化關(guān)系，未能明確MgO/MgCl2、H2O/MgCl2的摩爾比關(guān)系[1]，沒(méi)有明確外加劑、養(yǎng)護(hù)條件以及原料活性含量對(duì)制品性能的影響，導(dǎo)致氯氧鎂制品返鹵、泛霜、力學(xué)強(qiáng)度不高、耐水性差的缺陷，因此也制約了氯氧鎂制品材料的發(fā)展與應(yīng)用。本文通過(guò)量化其摩爾比、改性劑以及養(yǎng)護(hù)條件進(jìn)行改性試驗(yàn)研究，經(jīng)多種標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)和表征分析實(shí)現(xiàn)了企業(yè)的硅鎂加氣混凝土輕質(zhì)隔板力學(xué)強(qiáng)度優(yōu)異、解決其吸潮返鹵、耐水性差等弊病。

1.原材料及實(shí)驗(yàn)方法

(1)原材料

輕質(zhì)氧化鎂，按照WB/T 1019-2002規(guī)定采用水合法[2]測(cè)定MgO的活性含量為61.68%。氯化鎂為六水合氯化鎂（MgCl2·6H2O），其中MgCl2含量為60.08%。木粉采用80目～10目之間，使用前對(duì)木粉進(jìn)行干燥處理。其中輕質(zhì)氧化鎂、氯化鎂、木粉均由蘇州質(zhì)成潔凈科技有限公司提供。一級(jí)粉煤灰購(gòu)于恒源新材料有限公司。有機(jī)硅防水乳液購(gòu)于青島匯德新科建材有限公司。

(2)試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

①配比設(shè)計(jì)

基于前期大量實(shí)驗(yàn)確定最佳配比見(jiàn)表1。

表1 氯氧鎂水泥配比設(shè)計(jì)

②試驗(yàn)方法

氯化鎂預(yù)處理：將氯化鎂配制成濃度為18%～23%（W/V）的水溶液（按波美度配制，約為19Bé°～22Bé°），靜置20h以上澄清。使用前將沉淀?xiàng)壢?，只用上部清液?/p>

將氧化鎂加入高速攪拌機(jī)中攪拌，倒入氯化鎂溶液均勻攪拌5～10min（轉(zhuǎn)速＞100r/min），混合成漿體?；旌暇鶆蚝蠹尤肽痉蹟嚢?～3min?；旌暇鶆蚝蠹尤敫男詣┓勖夯摇⒘姿峒坝袡C(jī)硅防水乳液，攪拌1～5min。

將制好漿體置于40mm×40mm×160mm模具中振動(dòng)60s，振平后恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)（溫度20～30℃，濕度80%～95%），養(yǎng)護(hù)24h脫模，將脫模后的試塊繼續(xù)在恒溫恒濕箱內(nèi)養(yǎng)護(hù)14～28d[3]。

2.結(jié)果與討論

本試驗(yàn)MgO/MgCl2的摩爾比擬定2種：8:1、7:1；木粉摻量選取15%、10%兩種，其余配比均與2.2.1中配比設(shè)計(jì)一致。根據(jù)選定方案制備試塊，養(yǎng)護(hù)完成后，試塊力學(xué)性能按照GB/T 11969-2008《蒸壓加氣混凝土性能試驗(yàn)方法》、GB/T 23932-2009《建筑用金屬面絕熱夾芯板》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法進(jìn)行檢測(cè)?？拐蹚?qiáng)度、抗壓強(qiáng)度性能應(yīng)符合表2的規(guī)定。

表2 抗折、抗壓強(qiáng)度指標(biāo)

(1)不同配比對(duì)水泥抗折強(qiáng)度的影響

當(dāng)MgO/MgCl2比較低時(shí)，因MgCl2具有吸濕性，其比例高造成制品在潮濕空氣中會(huì)大量吸濕而返鹵。

本實(shí)驗(yàn)不同配方對(duì)水泥的抗折強(qiáng)度參數(shù)見(jiàn)圖1。

圖1 不同配比的水泥抗折強(qiáng)度

從圖1可以看出氯氧鎂水泥在nMgO:nMgCl2=7:1時(shí)抗折強(qiáng)度要高于nMgO:nMgCl2=8:1，故選定摩爾比為7:1進(jìn)行后期試驗(yàn)。在試塊未摻加木粉時(shí)，抗折強(qiáng)度明顯高于摻加木粉試塊，但是標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定試塊抗折強(qiáng)度只需高于0.5MPa即達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，綜上考慮，采用摻加10%木粉為最優(yōu)方案，此方案既可達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)抗折強(qiáng)度要求，也可以降低成本。

(2)不同配比對(duì)水泥抗壓強(qiáng)度的影響

從圖2中可以看出，選定的nMgO:nMgCl2=7:1，摻加10%木粉的方案為最優(yōu)方案，此強(qiáng)度可達(dá)到3.228MPa。

圖2 不同配比對(duì)水泥的抗壓強(qiáng)度

(3)氯氧鎂水泥可溶性氯離子濃度

造成吸潮返鹵的主要原因是氯化鎂溶液與氧化鎂攪拌混合后凝塊中有大量的氯離子存在，氯離子含量越高，制品吸潮返鹵的可能性就越大[5-6]。

本項(xiàng)目主要為武漢天加凈化科技有限公司制作玻鎂平板做彩鋼板，制品按照J(rèn)C688-2006《玻鎂平板》國(guó)家建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)定。

加入磷酸及有機(jī)硅防水乳液，大大增強(qiáng)了試塊的耐水性能，也可以明顯減少氯離子的含量；由圖3可以看出，所有配比的試塊都能達(dá)到國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的氯離子含量小于10%。因此我們選用配比4做中試放大試驗(yàn)，將氯氧鎂水泥做為芯材制備成標(biāo)準(zhǔn)玻鎂彩鋼板，并將制品放入水中，分別于7d、28d、98d、161d測(cè)其氯離子濃度，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖3 不同配比下試塊的氯離子濃度

圖4 中試制品氯離子濃度時(shí)間曲線

我們將氯氧鎂水泥制品做為硅鎂加氣混凝土輕質(zhì)隔板的芯材以及做成彩鋼板成品，分別將芯材和彩鋼板浸水，分別在不同時(shí)間點(diǎn)檢測(cè)氯離子濃度，通過(guò)圖4可以看出，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，氯離子濃度都會(huì)越來(lái)越高，但經(jīng)過(guò)改性后的制品，浸水161d仍然可以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，可驗(yàn)證本設(shè)計(jì)配比能完全適用于玻鎂彩鋼板的實(shí)際應(yīng)用。

根據(jù)玻鎂平板標(biāo)準(zhǔn)要求，我們將一組制品任意切下200mm×200mm大小試樣3塊，放入相對(duì)濕度95%，溫度35℃的恒溫恒濕箱中，24h后取出，其表面無(wú)水珠或返潮。證明其抗返鹵性良好，亦達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

(4)微觀分析測(cè)試

①SEM分析

圖5（a）為未改性氯氧鎂制品的SEM樣貌圖，從圖中可以看到其形貌主要以針柱狀為主，尺寸較大，錯(cuò)亂交織在一起[7]。但是制品內(nèi)的孔隙較多，空隙處會(huì)被水浸蝕，從而加速5·1·8相的水解，導(dǎo)致耐水性較差。

圖5 氯氧鎂水泥改性后的的微觀形貌

圖5（b）為改性后的制品SEM樣貌圖，從圖中可以看出其結(jié)晶度好，表面呈顆粒狀晶體突出，在區(qū)域內(nèi)形成致密的結(jié)晶結(jié)構(gòu)。粉煤灰可以吸引剩余的水分，從而控制水分轉(zhuǎn)移至材料內(nèi)部[8]。有機(jī)硅防水乳液在氯氧鎂水泥內(nèi)部形成憎水硅樹(shù)脂網(wǎng)絡(luò)，阻止水的浸蝕[5]。這幾種改性添加劑共同加入后，形成協(xié)同效應(yīng)，改變了氯氧鎂水泥晶體原有的形貌特征，固化成膜后還具有疏水功能，從而阻止晶體與水的接觸，有效地提高了耐水性[9]，解決了吸潮返鹵的弊病。

②XRD分析

結(jié)果顯示，樣品的主要衍射峰為518相和少量的318相的衍射峰，由圖6可以看出，氯氧鎂制品中加入適量的改性劑后，主要生成峰寬較窄、峰高較高且尖銳的518相特征峰形，說(shuō)明改性劑能夠促518相的生成[5]。從XRD圖中可以看到，改性后，氯氧鎂制品中的游離MgO明顯減少，有少量Mg(OH)2，存在的MgO衍射峰明顯增大。磷酸改性氯氧鎂制品的耐水性，是由于“吸附一配位”效應(yīng)，在5相晶體表面形成了一些無(wú)定型的Mg-O-PO(OH)膠凝物質(zhì)，在浸水階段阻礙了水與5相接觸，防止了5相晶體的水解，抑制了磷酸鎂晶體的生成[10]，提高了氯氧鎂制品晶體強(qiáng)度，有效地提高了制品的耐水性。

圖6 不同試樣的XRD圖譜

3.結(jié)論

當(dāng)MgO與MgCl2摩爾比為7:1，氯化鎂溶液濃度20%（波美度21Bé°左右），粉煤灰摻量為8%，木粉摻量10%，磷酸1%，有機(jī)硅防水乳液2%，試塊恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)28d后制備成的玻鎂板具有良好的抗折、抗壓、耐水性以及優(yōu)良的抗返鹵性能。根據(jù)此配比公司投入生產(chǎn)使用的硅鎂加氣混凝土輕質(zhì)隔板墻具有良好的性能，解決了公司現(xiàn)有產(chǎn)品吸潮返鹵、耐水性差等缺陷，并且其他性能均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，生產(chǎn)中近乎無(wú)三廢排放，實(shí)現(xiàn)了真正的高質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展。