胶凝剂对硅溶胶结合浇注料在养护过程中化学键变化的影响

发布时间：2018-03-14 14:29

本文选题：硅溶胶　切入点：电导率　出处：《郑州大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：由于硅溶胶结合浇注料的脱模强度低,未能得到广泛的应用。关于胶凝剂对硅溶胶结合浇注料的常温物理性能和高温使用性能的研究已经很多,然而具体到胶凝剂是如何影响硅溶胶粒子间化学键重组的研究报道很少。因此,本工作主要利用傅里叶红外光谱(FTIR)分析和X-射线光电子能谱(XPS)分析手段来考察胶凝剂对硅溶胶粒子在养护过程中化学键重组的影响,进而系统地探究硅溶胶结合浇注料的脱模强度与硅溶胶化学键重组的内在联系。实验结果表明,胶凝剂(铝酸钙水泥(CAC)、氢氧化镁(Mg(OH)2)或镁砂(MgO))加入到硅溶胶后,硅溶胶的电导率会随着搅拌时间的延长而呈现降低趋势,并逐渐趋于稳定。扫描电子显微镜(SEM)显微结构显示,随着养护温度的升高,未加胶凝剂的硅溶胶中的部分Si O2粒子相互连接,颗粒尺寸变大。而胶凝剂(CAC、Mg(OH)2或MgO)加入到硅溶胶后,硅溶胶中更多的SiO2粒子连接成整体。并且,养护温度越高(60°C),硅溶胶中SiO2粒子连接的越多。FTIR光谱分析结果显示,1115 cm-1、799 cm-1和474 cm-1处分别为Si-O-Si的反对称伸缩、对称伸缩和弯曲振动峰,以及976 cm-1处为Si-OH的振动峰。硅溶胶中胶凝剂CAC的加入,在FTIR光谱中发现Si-O-Al(876 cm-1)、Si-O-Ca(858 cm-1)新的微弱振动峰。而胶凝剂Mg(OH)2或MgO的加入,则在FTIR光谱中发现Si-O-Mg(864 cm-1)的新的微弱振动峰。XPS能谱分析发现,相比未加胶凝剂CAC的硅溶胶,硅溶胶中加入0.5%CAC,60°C养护24 h后的XPS全谱中观察到了Ca 2p(~346 e V)、Ca 2s(~439eV)和Al 2p(~74 eV)的特征峰。证实了CAC水化溶解出的Al3+和Ca2+离子参与了硅溶胶的缩合反应。同样,硅溶胶中加入0.5%Mg(OH)2(或MgO),60°C养护24 h后的XPS全谱中可以观察到Mg 1s(~1302 eV)、Mg 2s(~87 eV)和Mg 2p(~48 eV)的特征峰。并且养护温度越高,Mg 1s、Mg 2s和Mg 2p的特征峰的强度越高,证实了氢氧化镁水解(或镁砂水化)释放出的Mg2+离子参与了硅溶胶的缩合反应,养护温度越高,促凝效果越好。拟合相应O 1s谱图的结果再次证实了硅溶胶中加入胶凝剂(CAC、Mg(OH)2或MgO)后会出现Si-O-M(M:Al,Ca,Mg)新的化学键。硅溶胶结合浇注料的脱模强度结果显示,胶凝剂(CAC、Mg(OH)2或MgO)的加入均提高了浇注料的脱模强度。并且脱模强度增加的趋势与硅溶胶中新化学键Si-O-M(M:Al,Ca,Mg)增加的趋势一致。这些新化学键Si-O-M(M:Al,Ca,Mg)将硅溶胶中SiO2粒子连接在一起,并形成一个稳定的三维的网络结构,进而提高浇注料脱模强度。因此可以推断,硅溶胶结合浇注料的脱模强度与硅溶胶化学键的重组密切相关。
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【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O648.16;TQ175.732

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