氯氧鎂板材制備工藝優化研究

＊安佰謙 祝宏* 張尹萌 賈一多 劉英

（1.武漢工程大學化工與制藥學院綠色化工過程教育部重點實驗室 湖北 430205 2.武漢軟件工程職業學院 湖北 430205 3.武漢市藥物增溶工程技術研究中心 湖北 430205）

氯氧鎂材料具有力學強度高、固化快、黏結性好、耐高溫防火性能優良等，但是現有研究并沒有明確掌握氧化鎂與氯化鎂的反應量化關系，未能明確MgO/MgCl2、H2O/MgCl2的摩爾比關系[1]，沒有明確外加劑、養護條件以及原料活性含量對制品性能的影響，導致氯氧鎂制品返鹵、泛霜、力學強度不高、耐水性差的缺陷，因此也制約了氯氧鎂制品材料的發展與應用。本文通過量化其摩爾比、改性劑以及養護條件進行改性試驗研究，經多種標準檢測和表征分析實現了企業的硅鎂加氣混凝土輕質隔板力學強度優異、解決其吸潮返鹵、耐水性差等弊病。

1.原材料及實驗方法

(1)原材料

輕質氧化鎂，按照WB/T 1019-2002規定采用水合法[2]測定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，使用前對木粉進行干燥處理。其中輕質氧化鎂、氯化鎂、木粉均由蘇州質成潔凈科技有限公司提供。一級粉煤灰購于恒源新材料有限公司。有機硅防水乳液購于青島匯德新科建材有限公司。

(2)試驗設計與方法

①配比設計

基于前期大量實驗確定最佳配比見表1。

表1 氯氧鎂水泥配比設計

②試驗方法

氯化鎂預處理：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。使用前將沉淀棄去，只用上部清液。

將氧化鎂加入高速攪拌機中攪拌，倒入氯化鎂溶液均勻攪拌5～10min（轉速＞100r/min），混合成漿體。混合均勻后加入木粉攪拌1～3min。混合均勻后加入改性劑粉煤灰、磷酸及有機硅防水乳液，攪拌1～5min。

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

2.結果與討論

本試驗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中配比設計一致。根據選定方案制備試塊，養護完成后，試塊力學性能按照GB/T 11969-2008《蒸壓加氣混凝土性能試驗方法》、GB/T 23932-2009《建筑用金屬面絕熱夾芯板》國家標準規定的方法進行檢測。抗折強度、抗壓強度性能應符合表2的規定。

表2 抗折、抗壓強度指標

(1)不同配比對水泥抗折強度的影響

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

本實驗不同配方對水泥的抗折強度參數見圖1。

圖1 不同配比的水泥抗折強度

從圖1可以看出氯氧鎂水泥在nMgO:nMgCl2=7:1時抗折強度要高于nMgO:nMgCl2=8:1，故選定摩爾比為7:1進行后期試驗。在試塊未摻加木粉時，抗折強度明顯高于摻加木粉試塊，但是標準中規定試塊抗折強度只需高于0.5MPa即達到標準，綜上考慮，采用摻加10%木粉為最優方案，此方案既可達到標準抗折強度要求，也可以降低成本。

(2)不同配比對水泥抗壓強度的影響

從圖2中可以看出，選定的nMgO:nMgCl2=7:1，摻加10%木粉的方案為最優方案，此強度可達到3.228MPa。

圖2 不同配比對水泥的抗壓強度

(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JC688-2006《玻鎂平板》國家建材行業標準進行測定。

加入磷酸及有機硅防水乳液，大大增強了試塊的耐水性能，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到國家行業標準中規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，將氯氧鎂水泥做為芯材制備成標準玻鎂彩鋼板，并將制品放入水中，分別于7d、28d、98d、161d測其氯離子濃度，測試結果見圖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間曲線

我們將氯氧鎂水泥制品做為硅鎂加氣混凝土輕質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，分別在不同時間點檢測氯離子濃度，通過圖4可以看出，隨著時間的增長，氯離子濃度都會越來越高，但經過改性后的制品，浸水161d仍然可以達到標準要求，可驗證本設計配比能完全適用于玻鎂彩鋼板的實際應用。

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

(4)微觀分析測試

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，錯亂交織在一起[7]。但是制品內的孔隙較多，空隙處會被水浸蝕，從而加速5·1·8相的水解，導致耐水性較差。

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晶度好，表面呈顆粒狀晶體突出，在區域內形成致密的結晶結構。粉煤灰可以吸引剩余的水分，從而控制水分轉移至材料內部[8]。有機硅防水乳液在氯氧鎂水泥內部形成憎水硅樹脂網絡，阻止水的浸蝕[5]。這幾種改性添加劑共同加入后，形成協同效應，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，在5相晶體表面形成了一些無定型的Mg-O-PO(OH)膠凝物質，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.結論

當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%，有機硅防水乳液2%，試塊恒溫恒濕養護28d后制備成的玻鎂板具有良好的抗折、抗壓、耐水性以及優良的抗返鹵性能。根據此配比公司投入生產使用的硅鎂加氣混凝土輕質隔板墻具有良好的性能，解決了公司現有產品吸潮返鹵、耐水性差等缺陷，并且其他性能均符合國家標準要求，生產中近乎無三廢排放，實現了真正的高質量可持續發展。