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摩擦材料行業新聞

硅灰石硅溶膠漿體的固化機理研究

作者: 超級管理員 時間:2021-11-22 15:04:54 閱讀:179

摘要:研究了硅灰石硅溶膠漿體的固化過程及機理,結果表明:漿體的初期固化是由于硅灰石膠粒中Ca2+的溶出,導致硅溶膠的凝膠化;后期固化則存在Ca2+與溶膠作用形成類似水化硅酸鈣產物的過程,硅溶膠中的Ca2+離子促進硅灰石膠粒中Ca2+的溶出,從而促進水化硅酸鈣的形成.

硅灰石具有優良的熱穩定性和低介電損耗特性.日本太平洋水泥公司中央研究所的研究發現,將超細硅灰石粉與硅溶膠以適當比例混合所得漿體可逐漸固化,干燥后試體具有良好的力學性能和熱穩定性,因此有可能直接用硅灰石粉和硅溶膠制備硅灰石板等隔熱防火材料.我國硅灰石儲量豐富,研究開發硅灰石制品無疑具有重要意義。

本研究旨在探討并闡明硅灰石硅溶膠槳體的固化機理,以期為用硅灰石和硅溶膠制備硅灰石制品提供參考.

1實  驗

1.1實驗用材料

實驗中所用的硅溶膠系由日本觸媒化成株式會社生產,商品牌號為SI30,其化學組成和基本特性見表1.兩種硅灰石粉(略作WL和WM)系日本KIK公司的產品(原產地中國),硅灰石漿體(略作WS)系由硅灰石粉用氧化鋁陶瓷磨加工得到的.表2是硅灰石粉的化學組成及粉末與漿體粒子的粒徑, 表l SBO硅溶膠的化學組成與基本特性    表2硅灰石粉末和漿體的化學組成與粒徑

X射線衍射分析結果表明,各硅灰石試樣中均含有少量石英和方解石,WS中含有較多的a-Al203,是由漿體制備時氧化鋁球磨損混入的,此外,WS的衍射譜中附近的硅灰石衍射峰的消失以及其余衍射峰的嚴重寬化彌散峰的出現,表明漿體中部分硅灰石已呈膠體狀態,同樣,WM樣中也有少部分磋灰石呈膠體狀態.

1.2硅灰石硅溶膠漿體固化時間的測定

將硅灰石粉和漿體與硅溶膠按不同比例混合,觀察固化情況,測定固化時間,固化時間系指硅灰石硅溶膠漿體自混合到完全失去流動性(將容器傾斜,液面不能自動恢復到水平狀態)所需時間。

2結果與討論

2.1硅灰石硅溶膠漿體的初期固化

不同細度硅灰石粉和漿體與SI30混合后的固化情況見表3.從漿體的固化現象看,其

初期的固化機理為硅溶膠SI30的凝膠化,而引起溶膠凝膠化的電解質離子應是來自硅灰

石的Ca2+離子.在通常情況下,Ca2+離子對硅溶膠常起沉聚劑或絮凝劑的作用,即引起硅

溶膠沉聚或絮凝.在本實驗中,由于硅灰石在純水中的溶解度很小(CSi03濃度積為2.5×10溶液中Ca2+離子濃度很低,不足以引起硅溶膠沉聚。WL的顆粒尺寸較大,溶解速度慢,溶液中Ca2+離子濃度最低,所以對硅溶膠幾乎無作用. WM的顆粒尺寸較WL小得多,溶解速度相對較快,溶液中Ca2+濃度的逐漸增加導致硅溶膠膠粒的;電位逐漸降低,膠粒間互相靠近,搭接成網狀結構而形成凝膠. WS的顆粒尺寸最小,其中Ca2+離子呈飽和狀態,濃度相對較高,因此短時間就使硅溶膠凝膠化,且硅灰石SI30比越大,凝膠化速度越快.

2.2硅凝膠與硅灰石的反應

硅灰石硅溶膠漿體的初期固化機理是硅灰石溶出的Ca2+離子導致硅溶膠凝膠化.凝膠化后凝膠膠粒與硅灰石顆粒間存在何種反應?為分析闡明這一問題,用XRD和29Si_NMR研究了經不同時間和溫度養護的硅灰石硅溶膠固化漿體組成與結構變化,

由WM和WS加SI30制得的漿體在不同溫度、不同時間養護的XRD譜.圖2中同時給出了WM的XRD譜以作比較.由WM制得的試樣,無論是養護時間的延長還是養護溫度的提高,試樣的相組成均無明顯的變化.而由WS制得的試樣,隨著養護時間的延長或養護溫度的提高,盡管XRD譜中屬于硅灰石晶體的衍射峰的強度無變化。

由硅灰石粉WM和漿體WS與不添加NaOH的純水中混合后所得濾液的電導率大于純水的電導率,且由漿俸Ws所得濾液的電導率大于由粉末WM所得濾液的電導率.這是由于漿體WS和粉末WM與水混合后有少量Ca2+離子溶入水中,提高了溶液的電導率.而漿體WS的Ca2+離子溶出速度大予粉末WM的溶出速度,即濾液中Ca2+離子相對較高,故WS濾液的電導率也高于WM濾液的電導率.

然而,當硅灰石粉WM和漿體WS加入NaOH溶液時,卻相反地使溶液的電導率降低,而且漿體Ws所得濾液的電導率小于由粉末WM所得的濾液.產生這一現象的原因,可以認為硅灰石粉或漿體加入NaOH溶液后,系統中存在下式所示過程:

3結    論

a.硅灰石硅溶膠漿體的固化過程,初期由于硅灰石膠粒中Ca2+的溶出,導致硅溶膠的凝膠化,后期存在Ca2+與溶膠作用形成類似水化硅酸鈣產物的過程.

b.硅溶膠中的Na+離子具有促進硅灰石膠粒中Ca2+的溶出作用,從而可促進水化硅酸鈣的形成.


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