CN108247820B - 一种具有超疏水表面的氯氧镁水泥及其纳米铸造制备工艺 - Google Patents

一种具有超疏水表面的氯氧镁水泥及其纳米铸造制备工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有超疏水表面的氯氧镁水泥及其纳米铸造制备工艺,属于功能性水泥基材料制备的技术领域。本发明首次提出在纳米级别范围内制备一种表面具有特殊孔隙结构的材料作为模板,向其孔隙中引入氯氧镁水泥前躯体,利用模板材料的纳米限域作用并结合水泥水化生长过程,最终得到微观结构可控的具有超疏水表面的氯氧镁水泥。本发明在保证氯氧镁水泥内部结构和强度、耐磨性等使用性能的前提下,在氯氧镁水泥表面成功构筑超疏水结构,其表面静态接触角可达到142°,水能够在产品表面自由流动而不润湿,可有效提升其耐水性能产品。

Description

一种具有超疏水表面的氯氧镁水泥及其纳米铸造制备工艺
技术领域
本发明属于功能性水泥基材料技术领域,具体涉及一种具有超疏水表面的氯氧镁水泥及其纳米铸造制备工艺。
背景技术
氯氧镁水泥是由轻烧氧化镁和氯化镁水溶液按一定比例混合而成的一种新型镁质气硬性胶凝材料。氯氧镁水泥有着普通硅酸盐水泥无法比拟的优越性:1)生产工艺简单,不用烧结、干燥,降低了能耗,而且属于绿色环保材料;2)凝结硬化速度快;3)粘结性能优异,与一些有机或无机骨料有很好的粘结力;4)耐磨耐腐蚀性好,镁水泥的耐磨性为普通硅酸盐水泥的3倍,镁水泥浆体滤液呈弱碱性,一般金属材料才会被它腐蚀;5)隔热阻燃性好,镁水泥的导热系数仅为0.14-0.23W/(m·k),组成它的原材料MgO和MgCl2都不可燃,因而赋予它良好的阻燃性。尽管氯氧镁水泥凭借其诸多优点早已被应用于建筑、装饰等诸多领域,但其耐水性差等缺点也很突出,尤其是一般菱镁制品的28d强度经浸水后损失70-80%,这限制了它在建筑等领域的进一步发展与突破。
目前改善氯氧镁水泥耐水性差的主要方法有:1)添加改性抗水剂;2)防水涂料外层涂覆。虽然有机、无机以及其他类复合改性剂的掺入都会不同程度改善氯氧镁水泥的耐水性,但是改性剂的引入会不同程度的影响镁水泥的其他性能。防水涂料外层涂覆的方法虽然会大幅度提高其耐水性,但是防水涂料受环境温度制约较大,涂层的力学性能受成型环境温度和温度影响,受基面平整度的影响,涂层有薄厚不均的现象,而且大多数防水涂层材料中都含有有机物,有的甚至有毒,会严重污染环境。
发明内容
本发明的目的是针对氯氧镁水泥耐水性差,且现有改性或防护方法易影响氯氧镁水泥使用性能或受环境温度制约等问题,提供一种表面具有超疏水表面的氯氧镁水泥及其制备方法,采用纳米铸造法结合氯氧镁水泥的水化特性在氯氧镁水泥表面构筑超疏水结构,在保证其内部结构和强度、耐磨性等使用性能的前提下,有效提升其耐水性能;且涉及的制备工艺极简单、对装置设备要求低,适合推广应用。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案为:
一种具有超疏水表面的氯氧镁水泥,采用纳米铸造法结合氯氧镁水泥的水化特性在氯氧镁水泥表面构筑超疏水结构而成。
上述方案中,所述超疏水表面的接触角为124~142°,接触角迟滞最小达到3°。
上述方案中,所述纳米铸造法主要包括如下步骤:所述纳米铸造法主要包括如下步骤:将硅胶凝胶均匀涂覆于砂纸表面硅胶并进行固化、干燥,除去砂纸得具有砂纸阴膜结构的硅胶模板;将所得硅胶模板置于模具中,并将具有砂纸阴膜结构的一面朝向待浇铸浆体方向,然后向设置硅胶模板的摸具中浇筑氯氧镁水泥浆体,进行成型、养护得所述具有超疏水表面的氯氧镁水泥。
上述方案中,所述氯氧镁水泥浆体质量浓度为20~29%的氯化镁溶液与轻烧氧化镁制备而成。
上述一种具有超疏水表面的氯氧镁水泥的纳米铸造制备工艺,它包括如下步骤:
1)制备硅胶模板;将硅胶与固化剂进行调配得硅胶凝胶,然后均匀涂抹与砂纸表面,干燥后除去砂纸,然后进行超声清洗、干燥,得具有砂纸阴膜结构的硅胶模板;
2)组装模具;将所得硅胶模板置于双层模具中,将具有砂纸阴膜结构的一面朝向待浇铸浆体方向,加紧模具;
3)浇筑成型;浇筑成型;配制氯氧镁水泥浆体,然后浇筑进设置硅胶模板的摸具中,进行成型、氧护得所述具有超疏水表面的氯氧镁水泥。
上述方案中,所述硅胶与固化剂的质量比为50~10:1。
上述方案中,所述硅胶为模具硅胶;固化剂为硅胶固化剂。
上述方案中,所述砂纸可选用普通耐水砂纸。
优选的,所述砂纸可选用目数为150-1000目。
更优选的,所述砂纸优选型号为NO.240(240目),在该型号砂纸条件下制备的氯氧镁水泥超疏水表面接触角为142°,接触角迟滞为3°。
上述方案中,氯氧镁水泥浆体质量浓度为20~28.9%的氯化镁溶液与轻烧氧化镁制备而成按照(2~1):1的质量比制备而成。
优选的,所述所述氯化镁溶液与轻烧氧化镁的质量比为(1.01~1.15):1。
根据上述方案制备的具有超疏水表面的氯氧镁水泥,其表面接触角达到142°,接触角迟滞最小达到3°,水滴能在产品表面滑动而不润湿;接触角迟滞前进滚动角和后退滚动角的差值,超疏水表面一般在5°以下,实现水滴自由滑动。
本发明的原理为:本发明利用硅胶模板的纳米限域功能实现氯氧镁水泥表面的基础成型,然后在其形成的纳米凸起区域内结合水化过程中形成的氯氧镁水泥518相的针棒状结构,最终形成多级复合粗糙结构,实现亲水无机材料表面超疏水功能结构的构筑,并可有效保证氯氧镁水泥的内部结构和强度、耐磨性等使用性能。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:
1)本发明首次提出采用纳米铸造法结合氯氧镁水泥的水化特性在氯氧镁水泥制品表面构筑超疏水表面,在保证其内部结构和强度、耐磨性等使用性能的前提下,可有效提升其耐水性能,为改善氯氧镁水泥耐水性差的问题提供了一条全新思路。
2)本发明以表面粗糙度较大的砂纸为一次模板,将硅胶涂覆于砂纸表面进行固化、分离得具有砂纸阴膜结构的硅胶模板,然后以砂纸阴膜结构为二次模板,浇铸氯氧镁水泥浆体,利用模板材料的纳米限域作用并结合水泥水化生长过程,在氯氧镁水泥表面构筑多级复合粗糙结构,可表现出优异的超疏水性能。
3)本发明涉及的制备工艺简单、可控,可生产具有大的超疏水表面的产品,也可根据具体要求进行快速设计生产。
4)本发明涉及的原料来源广,硅胶模板可重复循环利用,节约成本;制备方法简单、重复性好,适合推广应用。
具体实施方式
为了进一步理解本发明,下面结合具体实施例对本发明的实施方案进行描述,但本发明的保护范围不仅限于这些实施例。
以下实施例中,采用的模具硅胶和硅胶固化剂均由深圳市智立材料科技有限公司提供。
实施例1
一种具有超疏水表面的氯氧镁水泥,其制备方法包括如下步骤:
1)将模具硅胶与固化剂按50:1的质量比调配80g硅胶;把230*280mm的NO.240(240目)砂纸平铺在平板玻璃上,将调配好的硅胶均匀涂抹在砂纸表面,24小时之后分离得硅胶模板并超声清洗、晾干;
2)将所得硅胶模板置于双层模具中,将具有砂纸阴膜结构的一面朝向待浇铸浆体方向,加紧模具上下两层磨具;
3)配制质量浓度为28.92%的氯化镁溶液,取304.36g氯化镁溶液和300g轻烧氧化镁在烧杯中搅拌均匀得氯氧镁水泥浆体,然后倒入磨具中,在室温下养护1d后取下上层磨具,继续室温下养护7天,取出即得所述具有超疏水表面的氯氧镁水泥。
将所得具有超疏水表面的氯氧镁水泥产品取10个界面进行静态水接触角测试,测得其接触角为142°,接触角迟滞为3°。
所得具有超疏水表面的氯氧镁水泥产品的28d强度经浸水后的强度损失5%。
实施例2
一种具有超疏水表面的氯氧镁水泥,其制备方法包括如下步骤:
1)将模具硅胶与固化剂按50:1的质量比调配80g硅胶;把230*280mm W10砂纸(1000目)砂纸平铺在平板玻璃上,将调配好的硅胶均匀涂抹在砂纸表面,24小时之后分离得硅胶模板并超声清洗、晾干;
2)将所得硅胶模板置于双层模具中,将具有砂纸阴膜结构的一面朝向待浇铸浆体方向,加紧模具上下两层磨具;
3)配制质量浓度为28.92%的氯化镁溶液,取304.36g氯化镁溶液和300g轻烧氧化镁在烧杯中搅拌均匀得氯氧镁水泥浆体,然后倒入磨具中,在室温下养护1d后取下上层磨具,继续室温下养护7天,取出即得所述具有超疏水表面的氯氧镁水泥。
将所得具有超疏水表面的氯氧镁水泥产品取10个界面进行静态水接触角测试,测得其接触角为128°,接触角迟滞为7°。
所得具有超疏水表面的氯氧镁水泥产品的28d强度经浸水后的强度损失8%。
实施例3
一种具有超疏水表面的氯氧镁水泥,其制备方法包括如下步骤:
1)将模具硅胶与固化剂按50:1的质量比调配80g硅胶;把230*280mm NO.600砂纸(600目)平铺在平板玻璃上,将调配好的硅胶均匀涂抹在砂纸表面,24小时之后分离得硅胶模板并超声清洗、晾干;
2)将所得硅胶模板置于双层模具中,将具有砂纸阴膜结构的一面朝向待浇铸浆体方向,加紧模具上下两层磨具;
3)配制质量浓度为28.92%的氯化镁溶液,取304.36g氯化镁溶液和300g轻烧氧化镁在烧杯中搅拌均匀得氯氧镁水泥浆体,然后倒入磨具中,在室温下养护1d后取下上层磨具,继续室温下养护7天,取出即得所述具有超疏水表面的氯氧镁水泥。
将所得具有超疏水表面的氯氧镁水泥产品取10个界面进行静态水接触角测试,测得其接触角为126°,接触角迟滞为7°。
所得具有超疏水表面的氯氧镁水泥产品的28d强度经浸水后强度损失为8%。
实施例4
一种具有超疏水表面的氯氧镁水泥,其制备方法包括如下步骤:
1)将模具硅胶与固化剂按50:1的质量比调配80g硅胶;把230*280mm NO.360砂纸(360目)平铺在平板玻璃上,将调配好的硅胶均匀涂抹在砂纸表面,24小时之后分离得硅胶模板并超声清洗、晾干;
2)将所得硅胶模板置于上下双层模具中,将具有砂纸阴膜结构的一面朝向待浇铸浆体方向,加紧模具上下两层磨具;
3)配制质量浓度为28.92%的氯化镁溶液,取304.36g氯化镁溶液和300g轻烧氧化镁在烧杯中搅拌均匀得氯氧镁水泥浆体,然后倒入磨具中,在室温下养护1d后取下上层磨具,继续室温下养护7天,取出即得所述具有超疏水表面的氯氧镁水泥。
将所得具有超疏水表面的氯氧镁水泥产品取10个界面进行静态水接触角测试,测得其接触角为136°,接触角迟滞为4°。
所得具有超疏水表面的氯氧镁水泥产品的28d强度经浸水后强度损失6%。
实施例5
一种具有超疏水表面的氯氧镁水泥,其制备方法包括如下步骤:
1)将模具硅胶与固化剂按50:1的质量比调配80g硅胶;把230*280mm NO.240砂纸(240目)平铺在平板玻璃上,将调配好的硅胶均匀涂抹在砂纸表面,24小时之后分离得硅胶模板并超声清洗、晾干;
2)将所得硅胶模板置于双层模具中,将具有砂纸阴膜结构的一面朝向待浇铸浆体方向,加紧模具上下两层磨具;
3)配制质量浓度为28.92%的氯化镁溶液,取320.36g氯化镁溶液和280g轻烧氧化镁在烧杯中搅拌均匀得氯氧镁水泥浆体,然后倒入磨具中,在室温下养护1d后取下上层磨具,继续室温下养护7天,取出即得所述具有超疏水表面的氯氧镁水泥。
将所得具有超疏水表面的氯氧镁水泥产品取10个界面进行静态水接触角测试,测得其接触角为125°,接触角迟滞为8°。
所得具有超疏水表面的氯氧镁水泥产品的28d强度经浸水后强度损失8%。
实施例6
一种具有超疏水表面的氯氧镁水泥,其制备方法包括如下步骤:
1)将模具硅胶与固化剂按50:1的质量比调配80g硅胶;把230*280mm NO.240砂纸(240目)平铺在平板玻璃上,将调配好的硅胶均匀涂抹在砂纸表面,24小时之后分离得硅胶模板并超声清洗、晾干;
2)将所得硅胶模板置于双层模具中,将具有砂纸阴膜结构的一面朝向待浇铸浆体方向,加紧模具上下两层磨具;
3)配制质量浓度为28.92%的氯化镁溶液,取280g氯化镁溶液和320g轻烧氧化镁在烧杯中搅拌均匀得氯氧镁水泥浆体,然后倒入磨具中,在室温下养护1d后取下上层磨具,继续室温下养护7天,取出即得所述具有超疏水表面的氯氧镁水泥。
将所得具有超疏水表面的氯氧镁水泥产品取10个界面进行静态水接触角测试,测得其接触角为124°,接触角迟滞为8°。
所得具有超疏水表面的氯氧镁水泥产品的28d强度经浸水后强度损失8%。
对比例1
将实施例1所得氯氧镁水泥浆体直接以NO.240(240目)砂纸为模板进行浇铸,在室温下养护1d后取下上层磨具,无法进行有效脱模。
对比例2
采用普通硅酸盐水泥替代对比例1中所述氯氧镁水泥浆体,在室温下养护1d后取下上层磨具,继续室温下养护7天,所得硅酸盐水泥的表面接触角低于20°,基本不能发挥疏水性能。
以上所述仅为本发明的优选实施方式,应当指出,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明创造构思的前提下,做出若干改进和构思,都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种具有超疏水表面的氯氧镁水泥,其特征在于,采用纳米铸造法在氯氧镁水泥表面构筑超疏水结构而成;
所述纳米铸造法主要包括如下步骤:将硅胶凝胶均匀涂覆于砂纸表面,并进行固化、干燥,除去砂纸得具有砂纸阴膜结构的硅胶模板;将所得硅胶模板置于模具中,并将具有砂纸阴膜结构的一面朝向待浇铸浆体方向,然后向设置硅胶模板的模具中浇筑氯氧镁水泥浆体,进行成型、养护得所述具有超疏水表面的氯氧镁水泥。
2.根据权利要求1所述的氯氧镁水泥,其特征在于,所述超疏水表面的接触角为124~142°,接触角迟滞最小达到3°。
3.权利要求1或2所述具有超疏水表面的氯氧镁水泥的纳米铸造制备工艺,其特征在于,包括如下步骤:
1)制备硅胶模板;将硅胶与固化剂进行调配得硅胶凝胶,然后均匀涂抹于砂纸表面,干燥后除去砂纸,进行超声清洗、干燥,得具有砂纸阴膜结构的硅胶模板;
2)组装模具;将所得硅胶模板置于双层模具中,将具有砂纸阴膜结构的一面朝向待浇铸浆体方向,夹紧 模具;
3)浇筑成型;配制氯氧镁水泥浆体,然后浇筑进设置硅胶模板的模具中,进行成型、养护得所述具有超疏水表面的氯氧镁水泥。
4.根据权利要求3所述的纳米铸造制备工艺,其特征在于,所述硅胶与固化剂的质量比为50~10:1。
5.根据权利要求3所述的纳米铸造制备工艺,其特征在于,所述硅胶为模具硅胶;固化剂为硅胶固化剂。
6.根据权利要求3所述的纳米铸造制备工艺,其特征在于,所述砂纸为耐水砂纸。
7.根据权利要求3所述的纳米铸造制备工艺,其特征在于,所述氯氧镁水泥浆体由质量浓度为20~29%的氯化镁溶液与轻烧氧化镁按照(2~1):1的质量比制备而成。
8.根据权利要求7所述的纳米铸造制备工艺,其特征在于,所述氯化镁溶液与轻烧氧化镁的质量比为(1.01~1.15) :1。
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