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 高  輝，林  闖，耿剛強(qiáng)*

 （長(zhǎng)安大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，陜西西安710064）

摘要：通過(guò)將氯氧鎂水泥浸漬于聚苯乙烯泡沫板的縫隙中，制成具有阻燃性能的聚苯乙烯泡沫板。研究了氯氧鎂水泥摩爾比、黏度對(duì)聚苯乙烯泡沫板的阻燃性能、密度和抗拉強(qiáng)度的影響。結(jié)果表明：當(dāng)n( Mg O)：n(MgCI2·6H2O)為7:1，黏度小于2 000 M Pa. s時(shí)，其氧指數(shù)較高，為31.7。然而氯氧鎂水泥的加入會(huì)使純聚苯乙烯泡沫板的密度大幅度增加，抗拉強(qiáng)度下降，同時(shí)表現(xiàn)出聚苯乙烯泡沫板密度和抗拉強(qiáng)度成相反比例趨勢(shì)。

 關(guān)鍵詞：氯氧鎂水泥；聚苯乙烯泡沫板；阻燃性能；摩爾比；黏度

 中圖分類(lèi)號(hào)：TQ115文章編號(hào)：0253 - 4320( 2016) 03 - 0111  - 03

 DOI:10. 16606/j. c,nki. issn 0253 - 4320. 2016. 03. 027

 近年來(lái)，隨著低碳理念的不斷深入，建筑材料領(lǐng)域內(nèi)的節(jié)能、環(huán)保問(wèn)題受到越來(lái)越廣泛地關(guān)注。目前，我國(guó)建筑保溫材料以PS泡沫塑料和聚氨酯泡沫塑料為主。聚苯乙烯泡沫由于質(zhì)輕，隔熱性能優(yōu)異，吸水率低，機(jī)械強(qiáng)度較高等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用。但由于聚苯乙烯泡沫易燃、安全性差的顯著缺點(diǎn)，因此提高聚苯乙烯保溫材料的阻燃性已迫在眉睫。

 氯氧鎂水泥又稱(chēng)索瑞爾( Sorel)水泥或菱鎂水泥，是Sorel于1867年發(fā)明的。與其他水泥不同，此水泥是一種Mg0 -MgCl2 -H2O體系組成的鎂質(zhì)膠凝材料，黏結(jié)力強(qiáng)，對(duì)于各種無(wú)機(jī)或者有機(jī)摻和料均有較高的黏結(jié)力。氯氧鎂水泥具凝結(jié)硬化快，機(jī)械強(qiáng)度及耐磨性好，弱堿性和低腐蝕性，黏結(jié)性好，突出的阻燃性，較好的隔熱性等有一系列顯著的優(yōu)點(diǎn)。目前氯氧鎂水泥用于EPS的阻燃鮮有報(bào)道，因此對(duì)其阻燃性能進(jìn)行研究具有一定的理論及應(yīng)用價(jià)值。筆者采用一定工藝將氯氧鎂水泥浸漬于聚苯乙烯泡沫板的縫隙中，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)聚苯乙烯泡沫板的阻燃，并研究其對(duì)EPS氧指數(shù)、密度和抗拉強(qiáng)度的影響。

1  實(shí)驗(yàn)部分

1.1  實(shí)驗(yàn)原料

 選用的輕燒氧化鎂是由菱鎂礦石( MgCO3)經(jīng)750~8500C煅燒后研磨而成，其主要成分如表1所示。

 工業(yè)氯化鎂(MgCl2.6H2O)俗稱(chēng)鹵粉，是制鹽的副產(chǎn)物，由鹽鹵提煉而成。其化學(xué)成分如表2所示。

聚苯乙烯泡沫板( EPS)的密度為0.010 99g/cm3，抗拉強(qiáng)度為0. 075 96 M Pa，氧指數(shù)為18。

 本實(shí)驗(yàn)中所采用的外加劑有發(fā)泡劑、防水劑和抗鹵劑等。

1.2試驗(yàn)方法

1.2.1  氯氧鎂水泥聚苯乙烯泡沫板的制備

 室溫下，按照n,( Mg O)：n(MgCl2.6H2O)=X(X=6~9)：1的摩爾比稱(chēng)量原料，首先將MgCl2．

6H2O溶于水中，使之形成具有一定濃度的MgCl2水溶液，再分批次加入一定量的輕燒氧化鎂并攪拌均勻，制得氯氧鎂水泥樣品。然后將其浸漬于聚苯乙烯泡沫板中，最后將滲透好的聚苯乙烯泡沫板置于60℃左右的烘箱中保溫，待其完全干燥固化后取出進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試。

1.2.2性能檢測(cè)

 (1)氧指數(shù)(LOL)測(cè)試：采用JF一3型氧指數(shù)測(cè)定儀，按照國(guó)標(biāo)GB/T 2406-1993進(jìn)行測(cè)試，氣體流速為42 mm/s。

 (2)力學(xué)實(shí)驗(yàn)：采用CTM2500微機(jī)控制電子萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)，按照國(guó)標(biāo)GB/T 2568—81進(jìn)行測(cè)試。

 (3)黏度測(cè)量：采用NDJ -8S旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)，按照國(guó)標(biāo)GB/T 9269-1988進(jìn)行測(cè)試。

2  結(jié)果與討論

2.1  氯氧鎂水泥摩爾比對(duì)EPS板氧指數(shù)的影響

 在氯氧鎂水泥黏度及原材料不變的情況下，選擇不同的Mg O/MgCl2摩爾比按照1.2.1所述實(shí)驗(yàn)方法制備不同摩爾比氯氧鎂水泥的EPS板，用氧指數(shù)測(cè)定儀測(cè)量經(jīng)過(guò)浸漬后EPS板的氧指數(shù)，測(cè)量結(jié)果如圖1所示。其中0:0指的是不含氯氧鎂水泥的EPS板。

 由圖1可知，當(dāng)摩爾比小于7:1時(shí)，隨著氯氧鎂水泥摩爾比的增加，EPS板LOI隨之增大；當(dāng)摩爾比大于7:1時(shí)，隨著氯氧鎂水泥摩爾比的增加，LOI出現(xiàn)下降的趨勢(shì)。不含氯氧鎂水泥的聚苯乙烯泡沫板的LOI為18，為易燃物質(zhì)，而添加氯氧鎂水泥后其氧指數(shù)均高于27，屬于難燃材料。其中氯氧鎂水泥摩爾比為7:1時(shí)，EPS板的LOI為31.7，說(shuō)明氯氧鎂

水泥對(duì)EPS板具有優(yōu)異的阻燃性。氯氧鎂水泥是由具有一定濃度的氯化鎂水溶液與活性氧化鎂調(diào)配I后得到的水泥制品，其硬化體是由水化物5·1·8相和3·1·8相為主的晶體交叉連生而成的晶體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。受大氣中CO2和水的作用，5相和3相最終會(huì)轉(zhuǎn)成新相Mg( OH)2．MgCO3. 3H2O和水菱鎂礦(4MgCO3-Mg(OH)2-3H2O)以及Mg(OH)2. MgCO3等。由此可知，氯氧鎂水泥之所以有如此優(yōu)異的阻燃性能，是因?yàn)槠渚哂卸嘞嘟Y(jié)構(gòu)，而每相化合物都具有良好的阻燃性能，從而共同組成了氯氧鎂水泥復(fù)合阻燃體系。

2.2  氯氧鎂水泥摩爾比對(duì)EPS密度和抗拉強(qiáng)度的影響

 在氯氧鎂水泥黏度及原材料不變的情況下，選擇不同Mg O/MgCl2摩爾比進(jìn)行試驗(yàn)，氯氧鎂水泥摩爾比對(duì)EPS密度及抗拉強(qiáng)度的影響如圖2所示。

 由圖2可以看出，密度與抗拉強(qiáng)度呈相反的變化趨勢(shì)。隨著氯氧鎂水泥摩爾比的增大，EPS板的密度先減小后增大；同時(shí)EPS板的抗拉強(qiáng)度隨著氯氧鎂水泥摩爾比的增加而增大，當(dāng)氯氧鎂水泥摩爾比大于8:1之后，抗拉強(qiáng)度隨著摩爾比增大而減小。純EPS板的密度為0.010 99g/cm3，抗拉強(qiáng)度為0. 075 96 M Pa。當(dāng)氯氧鎂水泥加入到EPS板中，板的密度增加，這是因?yàn)樵隗w積不變的條件下，氯氧鎂水泥占據(jù)了EPS板的縫隙引起其質(zhì)量增加；EPS板抗拉強(qiáng)度下降的原因是氯氧鎂水泥與EPS珠粒之間的相容性以及氯氧鎂水泥在EPS珠粒中的分散性，導(dǎo)致珠粒之間的黏結(jié)強(qiáng)度下降。如需得到浸漬后較高的抗拉強(qiáng)度，則必須提高純EPS板的抗拉強(qiáng)度。

2.3  氯氧鎂水泥不同黏度對(duì)EPS氧指數(shù)的影響

 在原材料及氯氧鎂水摩爾比不變的情況下，按照1.2.1所述實(shí)驗(yàn)方法制備不同黏度氯氧鎂水泥的EPS板，用氧指數(shù)測(cè)定儀測(cè)量經(jīng)過(guò)浸漬后EPS板的氧指數(shù)，結(jié)果如圖3所示。

 由圖3可知，隨著氯氧鎂水泥黏度的增加，EPS板的LOI增加。當(dāng)氯氧鎂水泥的黏度為800 M Pa .s時(shí)，EPS板的LOI為27.7，大于27，為難燃材料。當(dāng)氯氧鎂水泥的黏度大于2 000 M Pa. s時(shí)，LOI增長(zhǎng)斜率大幅減小，表明隨著氯氧鎂水泥黏度的增加，LOI的增速趨于平緩。當(dāng)氯氧鎂水泥的黏度處于800~2 000 M Pa. s之間時(shí)，LOI的增加較快。黏度反映了液體分子在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中相互作用的強(qiáng)弱，黏度越大，流動(dòng)性越差。因而當(dāng)黏度增大到一定程度后，氯氧鎂水泥的流動(dòng)性有所降低，影響其浸漬性能，從而影響EPS板的氧指數(shù)。當(dāng)黏度在800～2 000 M Pa .s之間，氯氧鎂水泥具有較高的反應(yīng)活性。當(dāng)EPS遇火燃燒后，氯氧鎂水泥能夠更快地分解同時(shí)吸收大量的熱量釋放出水，珠粒表面形成一層氧化鎂從而阻礙熔滴的形成，提高其阻燃性能。

2.4  氯氧鎂水泥黏度對(duì)EPS物理性能的影響

 在原材料及氯氧鎂水泥摩爾比不變的情況下，制備出含有不同黏度的氯氧鎂水泥EPS制品，氯氧鎂水泥黏度對(duì)EPS密度及抗拉強(qiáng)度的影響如圖4所示。

 由圖4可知，EPS密度隨著黏度的增加而增加，主要因?yàn)轲ざ容^小時(shí)，水泥的流動(dòng)性較好，浸漬后滲入珠�？p隙中的氯氧鎂水泥質(zhì)量分?jǐn)?shù)較少，因而導(dǎo)致其密度較��；但隨著黏度的增加，其密度也出現(xiàn)上升趨勢(shì)。當(dāng)黏度大于2 600 M Pa .s時(shí)，其流動(dòng)性能較差，黏度較大，因而滲透性將大幅降低，密度呈下降的趨勢(shì)�？估瓘�(qiáng)度主要取決于EPS珠粒之間的黏結(jié)強(qiáng)度，氯氧鎂水泥浸漬于縫隙之中會(huì)降低珠粒之間的黏結(jié)力，因而會(huì)出現(xiàn)抗拉強(qiáng)度隨著密度的增加而減小，隨著密度的減小而增加的情況。

3結(jié)論

 (1)隨著氯氧鎂水泥的加入，EPS板LOI大幅度提高。當(dāng)氯氧鎂水泥的摩爾比為5:1時(shí)，LOI大于27，EPS板就具有自熄性能：氯氧鎂水泥的摩爾比為7:1時(shí)，LOI為31.7，因此，氯氧鎂水泥對(duì)EPS板具有優(yōu)異的防火阻燃性能。

 (2) EPS板的密度隨著氯氧鎂水泥的加入呈現(xiàn)先減小后增大，當(dāng)氯氧鎂水泥的摩爾比小于8:1時(shí)，EPS板密度隨著氯氧鎂水泥摩爾比的增大而減小，當(dāng)氯氧鎂水泥的摩爾比大于8:1時(shí)，又出現(xiàn)增大的現(xiàn)象；EPS板的密度同時(shí)隨氯氧鎂水泥黏度的增加而增大，當(dāng)氯氧鎂水泥的黏度大于2 600 M Pa. s時(shí)，密度又出現(xiàn)減小的趨勢(shì)。

 (3) EPS板的抗拉強(qiáng)度隨著氯氧鎂水泥的摩爾比的增加而增加，當(dāng)摩爾比達(dá)到8:1時(shí)又出現(xiàn)減小的趨勢(shì)；EPS板的抗拉強(qiáng)度同時(shí)隨氯氧鎂水泥黏度的增大而減小，當(dāng)黏度大于2 600 M Pa .s時(shí)，抗拉強(qiáng)度又出現(xiàn)增大的現(xiàn)象。

 (4) EPS板的LOI隨著氯氧鎂水泥黏度的增大而增大，當(dāng)黏度大于800 M Pa .s時(shí)材料具有自熄性，而當(dāng)黏度大于2 000 M Pa .s后LOI的斜率變小，增速變慢，說(shuō)明黏度對(duì)LOI的影響變小，黏度已經(jīng)不是其阻燃性能的主要影響因素。