菱鎂制品泛霜實質分析及其抑制措施的研究
日期：2010-12-20
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1 概 述
菱鎂制品一般是用菱鎂礦石在800℃左右溫度下煅燒獲得的活性氧化鎂( MgO) 與氯化鎂或硫酸鎂水溶液拌合成型、硬化、養護而成的鎂質膠凝材料, 又稱氯氧鎂水泥制品。它具有凝結硬化快、早期強度高、堿性弱、腐蝕性低、粘結力強、易與有機物結合、保溫隔熱性能及可加工性能較好等一系列優良性能。因此, 自1867 年法國人Sor el 發明該材料以來, 它的應用范圍越來越廣泛, 我國早在上世紀50～60 年代就將其應用于建筑構件、地板等方面, 80 年代以后, 使用范圍進一擴大到機械設備的包裝材料、波形瓦、門芯板、內墻裝飾板、家俱飾面等方面。近年來, 由于其優良的阻燃性, 作為一種良好的木材代用品, 已開發出各種室內裝飾板。但由于該制品耐水性較差, 易受潮返鹵, 影響工程質量,致使氯氧鎂水泥制品的應用受到了很大的限制。因此, 能否從根本上解決菱鎂制品的返鹵泛霜, 就成為該類制品發展應用的關鍵。為解決這一難題, 許多研究人員采取了以下措施:( 1) 準確控制MgO 和MgCl2 的用量, 保證系主要生成高純度的5Mg ( OH) 2MgCl2?8H2O 相; ( 2) 摻入改性添加劑, 生成新的穩定晶相, 并阻塞制品中的毛細通道; ( 3) 改進生產工藝, 創造條件使MgCl2 盡可能反應完全; ( 4) 進行表面處理, 封閉制品表面孔隙等。這些措施使返鹵現象在不同程度上得到緩解, 但仍未從根本上解決問題。經過以上途徑生產的菱苦土制品, 在氣侯較干燥的某些北方地區基本能滿足使用的要求, 但在空氣濕度較高的南方地區, 仍會出現返鹵泛霜現象而影響到產品的應用范圍, 如不采取有效的改性措施, 將影響菱鎂制品的廣泛使用。
2 制品返鹵泛霜的原因分析從原料的角度看, 由于工業鹵水不純, 不可避免的含有一定量的NaCl、KCl, 而NaCl、KCl 不參與反應的物質, 因此, 游離NaCl、KCl 的存在, 使制品在受潮時它們先潮解造成返鹵泛霜, 進而使制品的強度貢獻相解析, 網絡結構受到破壞, 強度降低。從生產的角度看, 制品中存在游離氯化鎂的原因主要是: ( 1) 原料配比不當。諸多研究文章均指出,原料配比應保證制品體系中生成結構穩定的5Mg( OH) 2?MgCl2?8H2O 相( 即5?1?8相) , 也即MgO/MgCl2 摩爾比應為5 以上,以避免MgCl2 過剩。但有實驗研究證實, 氯氧鎂水泥的水化相是復雜多樣的, 甚至存在著未知相。因此, 即使把MgO/ MgCl 2 的摩爾比嚴格準確地控制在5 以上, 也不可能保證體系完全生成5Mg ( OH) 2 ?MgCl2? 8H2O相, 仍然存在過剩的MgCl 2 相。( 2) 為保證成型時氯氧鎂水泥漿具有一定的流動性與可塑性, 必須保證一定的液固比, 即保證一定的液相用量, 但較稀的MgCl 2 溶液中過多的水份在制品干燥后會留下較多的微孔隙, 使結晶之間接觸不緊密, 制品強度下降, 同時也為其他組份( 包括水份) 的出入創造了條件。( 3) 從使用的角度看, 主要水化相5Mg ( OH) 2 ?MgCl2?8H2O 在空氣中具有較高的穩定性及較高的強度, 而在水中是不太穩定的, 在水的作用下會分解出MgCl2 , 當制品長期與水接觸或處于高濕環境, 制品表面上的水化相5Mg ( OH) 2 ?MgCl2 ? 8H2O 就會分解出MgCl2 而產生游離氯化鎂從而出現返霜。因此, 無論是何種原因產生的游離氯化鎂, 均具有很大的水溶性和吸濕性, 在潮濕的環下, 制品表面的游離氯化鎂吸潮后形成其水溶液, 以水珠吸附在制品表面, 而制品內部的游離氯化鎂也會通過與表面連通的毛細孔隙吸附水分而溶解, 并隨水分蒸發由內部向表面遷移, 當表面水分蒸發后, 在制品表面便形成白色斑點( 游離氯化鎂結晶) 即返霜而影響美觀, 同時也為后續裝飾帶來不利因素。隨著空氣濕度的增大, 制品表面的游離氯化鎂越積越多, 返鹵現象也就越來越嚴重。
3 改性試驗研究
3. 1 原材料選擇及要求
( 1) 菱苦土: 活性MgO 含量> 65%;
( 2) 鹵水: 主要成分為MgCl2 的水溶液,溶液密度1. 2g / mL;
( 3) 改性劑: 磷酸、明礬、乳白膠等;
( 4) 稻草: 細度0. 5mm 左右, 長度8mm左右;
( 5) 聚苯乙烯泡沫顆粒: 粒徑3mm 左右;
( 6) 中堿性玻璃纖維布: 厚度0. 2mm。
3. 2 實驗配方
為了減小制品的密度, 增加保溫隔熱效果, 增大強度, 我們加入廢舊聚苯乙烯泡沫顆粒和稻草纖維碎料, 配方及測試結果見表1。
3. 3 試驗方法
3. 3. 1 試樣的制備工藝
將試樣成型為24 . 1cm × 1 1. 8cm ×2. 1cm 板材。試樣成型流程如下: 模具清理→原材料計量→干料混合均勻→ 添加MgCl2水溶液→攪拌均勻→鋪下層漿料→鋪玻纖布→鋪中間層漿料→鋪第二層玻纖布→鋪上層漿料→振動成型→養護干燥→制品。
3. 3. 2 試樣吸濕增重的測試方法把試樣放入干燥箱中在85℃下進行干燥, 然后將試樣放入溫度為( 20±2) ℃、相對濕度為95% 以上的養護箱中( 底部盛水的玻璃干燥器并密封) , 通過稱重測試試樣吸濕增重情況, 并通過肉眼觀察試樣表面返鹵泛霜現象。
3. 4 結果分析從表1 可以看出, 加入有機膠后, 其吸濕率有所下降, 其原因是樹脂成膜后填充了部分孔隙, 封閉了水的出入通路。但樹脂易老化, 一年左右即喪失防水能力。添加改性劑磷酸后, 制品的吸濕率較小, 返霜現象較輕微,且在一定量的范圍內, 隨著磷酸加入量的增加, 吸濕率變小, 這是因為磷酸可以減緩膠凝時間, 與制品中游離的MgCl2 反應生成不溶于水的Mg 2P2O7, 增加了制品的抗水性。如果制品長期處于高濕環境中, 則不可避免地會出現返鹵泛霜現象。因此,尋找新的方法來解決此問題是十分必要的。由以上分析可知, 采取以上改性措施, 在高濕環境中, 制品或遲或早總會出現返鹵泛霜現象。為此, 根據菱鎂制品返鹵泛霜的實質, 我們從物理化學和電化學的基本原理入手, 采用一種全新的方法, 即對成型固化后的菱鎂制品在一定濃度的某種電解質溶液中進行電化學處理。其基本原理是在一定電流和電壓條件下, 使制品中游離的MgCl2、NaCl、KCl 等能從制品內部快速遷移至表面而擴散進入溶液, 從而迅速與電解液中的物質發生作用而沉淀, 使電解液中MgCl2、NaCl、KCl濃度降低, 有利于制品中可溶性游離鹽向外擴散, 從而使菱鎂制品表面吸鹵返潮的現象得到明顯的減弱。從理論上講, 制品經短時間電解處理, 雖然其中具網絡結構的5. 1. 8 結晶相有一定程度的分解, 制品強度有一定降低, 但這種強度的降低可以通過添加稻草、玻纖等增強材料來補償。這種方法雖適當犧牲了強度, 但卻明顯地抑制了吸潮和返鹵泛霜現象, 因此它是行之有效的方法。經過長時間在高潮濕環境中試驗觀察, 用這種方法處理鎂制品, 吸潮及返鹵的現象得到明顯的抑制。從實驗結果( 見表2) 可以看出, 處理時間越長, 吸濕增重越少。但從強度損失和吸濕返鹵性能綜合考慮, 電解時間還不宜過長。佳參數還要根據制品的使用目的及要求而定
5 結 語
導致菱鎂制品返鹵泛霜的根本原因是制品中存在著游離MgCl2、NaCl、KCl 等以及生產工藝條件不當, 現有的各種改性措施, 如加入各種改性劑, 只能減輕或推遲制品返鹵泛霜的出現。在高濕環境中, 菱鎂制品或遲或早總會出現返鹵現象。試驗證明, 采取新的電化學方法處理菱鎂制品, 能夠使其表面吸鹵返潮現象從根本上得到明顯的好轉, 這是提高菱鎂制品性能的有效措施, 對菱鎂制品生產企業具有極其重要的參考價值。
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