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礦粉水玻璃系外墻涂料的制備機理研究,采用礦粉和水玻璃為基料制備外墻涂料,借助XRD和SEM等測試方法研究礦粉、水玻璃系涂料的制備機理
2019年07月13日    閱讀量:7562    新聞來源:中國建材網 cnprofit.com  |  投稿

多數有機涂料在生產過程中引入了對人體和環境有害的原材料,在涂料的施工和使用過程中排放出有害廢水和廢氣,對環境造成污染。為此,開發低污染或無污染的環保型涂料受到廣泛重視.


目前,國內無機涂料的基料大多為硅溶膠、水玻璃或白水泥,其它固體材料作為輔料摻入,起填充或改性等作用,摻量極為有限。將礦粉作為無機涂料的基料能降低成本、保護環境,具有重要的意義中國建材網cnprofit.com。礦粉一般呈灰白色,顏色較淺,作為涂料的基料便于調整體系顏色。


另外,和其它膠凝材料相比,礦粉的化學活性較高。但MehtaI21認為,磨細礦渣的反應速度很快,幾分鐘內就能生成致密的鋁酸鹽,包覆在礦渣顆粒表面,阻止水化反應進一步進行,所以,必須摻加堿激發劑,破壞鋁酸鹽的形成,水化反應才能正常進行。礦粉作為無機涂料的基料時,其硬化過程需要一定的濕度和齡期,如果在室外薄層涂刷,涂層很容易在尚未硬化之前因嚴重失水而出現開裂、剝落等現象。


因此,體系必須摻加適量的外加劑,防止涂層開裂甚至是剝落。本文以礦粉和水玻璃為主要原料,摻加適量有機材料(乳膠粉)進行改性,制備外墻涂料(底涂),借助XRD和SEM等測試方法分析礦粉、水玻璃體系涂料的制備機理。


l 原料

礦粉:$95級礦渣,d 22.909 m,堿性系數Mo=1.002,屬中性礦粉,南京梅寶新型建材有限公司產,其化學組成見表1。

礦粉水玻璃系外墻涂料的制備機理研究,采用礦粉和水玻璃為基料制備外墻涂料,借助XRD和SEM等測試方法研究礦粉、水玻璃系涂料的制備機理 中國建材網,cnprofit.com

乳膠粉:市售。

填料:鈦白粉、硅藻土、滑石粉,均為市售。

水玻璃:模數n為2.2 2.5,南京合一化工有限公司產。

氟硅乳液:杭州蕭山恒盛涂料廠生產。

助劑:工業級,市售。

由SEM和激光粒度分析儀測定可知,梅寶礦粉主要由玻璃體組成,其含量98%以上。顆粒尺寸分布在10-40 m,顆粒比較圓滑,大顆粒及帶尖銳棱角的顆粒較少。


2 實驗

將礦粉、填料和乳膠粉按m(礦粉):m(填料):m(乳膠粉)=20:6:3混合均勻,與用堿調節過堿度的水玻璃混合,攪拌均勻后作為底涂進行涂刷,底層涂料表干后,在其表面涂刷1層經改性劑改性的氟硅乳液,然后將試板放在溫度為(20±2)℃、相對濕度80%的環境中分別養護1、3、l0和14 d后,取一定量涂膜用XRD分析體系組成隨齡期延長而變化的情況,用SEM觀察各齡期體系的微觀形貌。實驗流程見圖1。


3 結果與討論

3.1 XRD分析(見圖2)

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從圖2礦粉的XRD圖譜可知,礦粉主要由玻璃體組成,具有潛在的水化膠凝活性。礦粉和經堿調節的水玻璃混合后,由于體系pH值很高,水化反應速度較快,研究表明 ,pH值大于11、5時,磨細礦渣的水化活性才能被有效激發,pH值小于9.5時,不會產生水化產物。從圖2涂膜的XRD圖譜可以看出,隨著反應齡期的增加,表征無定形玻璃體結構的2 =30。


左右的饅頭狀區域衍射峰面積逐漸減小,水化10d和14 d時SiO:幾乎完全消失,表明未參加反應的礦粉的含量逐漸減少,10 d和14 d時基本完全反應。從圖2中還能觀察到結晶物質的尖銳特征峰,各齡期特征峰的強度基本不變,經鑒定判斷為TiO:和CaCO 晶體。TiO:主要來自填料中的鈦白粉,基本不參與礦粉水玻璃體系的反應,CaCO 晶體的產生可能是由于體系中水化反應產生的Ca(OH) 碳化所致。


礦粉玻璃體結構由網絡形成體和網絡改性體2部分組成。網絡形成體主要由Si042 組成,網絡改性體主要由Ca 和Mg2+~ ,它們存在于網絡結構的空隙中,A1 則是網絡結構的中間體,不僅是網絡形成體,也是網絡改性體嘲,礦粉玻璃體中的硅氧四面體存在8種聚合狀態研。礦粉玻璃體結構的表面包覆一層“膜’一硅氧網絡層,一旦這層膜被破壞,礦粉的玻璃體結構就會分散、溶解和水化。


礦粉水玻璃體系的反應過程大致分為3個階段:

(1)經堿調節的水玻璃存在時,礦粉玻璃體表面的Ca +、Mg2+ 等離子吸附堿性溶液中的OH一等離子,由于礦粉玻璃體結構是分相結構,富鈣相為連續相,富硅相為分散相,富鈣相的表面活化能比富硅相的要低[sl,OH一等離子首先與礦粉玻璃體表面的富鈣相進行反應,生成氫氧化物,玻璃體表面硅鋁氧網絡結構破壞。


(2)當玻璃體表面受到破壞后,Ca+ 可以與介質中的Na+ 、k+等進行交換,促使網狀玻璃體結構逐步分散、溶解,具體的反應過程如下:

礦粉水玻璃系外墻涂料的制備機理研究,采用礦粉和水玻璃為基料制備外墻涂料,借助XRD和SEM等測試方法研究礦粉、水玻璃系涂料的制備機理 中國建材網,cnprofit.com

當礦粉玻璃體結構解體后,暴露在堿性介質中的富硅相與OH一逐步發生反應。

(3)與此同時,水玻璃溶液中形成的Si(OPO 能與Ca(OH)反應生成水化硅酸鈣凝膠,使體系產生強度 。


3.2 SEM分析(見圖3)

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從圖3可以看出,在水化反應的不同齡期,水化硅酸鈣的形貌各不相同,有網絡狀、顆粒狀和纖維狀等 。水化1 d時,涂膜表面出現大量網絡狀水化硅酸鈣【見圖3(a)】,水化3 d時,網絡狀的水化硅酸鈣凝膠聚集在面層涂料表面、底層涂料內部和2層涂料之間【見圖3(h)】。


在底層涂料和面層涂料之間,產物水化硅酸鈣起到了很好的“橋聯”作用,增強了2層涂料間的粘結力。隨著水化反應的進行,水化硅酸鈣的量增加,10 d時,底層涂料中出現了大量的顆粒狀水化硅酸鈣【見圖3(c)1,14 d時,在顆粒狀水化硅酸鈣附近則出現了大量纖維狀水化硅酸鈣f見圖3(d)1。


4 礦粉水玻璃系外墻涂料的主要性能指標

以底涂配方為m(礦粉):m(填料):m(乳膠粉):m(水玻璃)=20:6:3:14,并在其表面涂刷1層經改性的氟硅乳液時,礦粉水玻璃系外墻涂料的主要性能指標見表2。

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5 結語

(1)礦粉水玻璃體系經強堿調節后,水化反應較快,XRD分析結果顯示,成膜10 d和14 d時,礦粉幾乎完全參加了反應,生成水化硅酸鈣凝膠。

(2)礦粉經堿激發后生成的產物水化硅酸鈣在不同階段出現多種形貌。SEM分析表明,水泥1 d和3 d時產物多為網絡狀的水化硅酸鈣,水化3 d時,網絡狀的水化硅酸鈣凝膠聚集在面層涂料表面,底層涂料內部和2層涂料之間;10 d時,主要為顆粒狀的水化硅酸鈣;14 d時,顆粒狀結構附近產生了纖維狀水化硅酸鈣。

(3)調節堿度后的水玻璃可以激發礦粉的化學活性,可用丁制備外墻涂料。


礦粉水玻璃系外墻涂料的制備機理研究


楊靜1 ,王磊2 ,徐玲玲1

(1.南京工、I 大學材料科學與工程學院,江蘇南京210009  2.南京梅寶新型建材有限公司,江蘇南京210000)


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