烧结温度对硅藻土基陶瓷砖吸湿和放湿性能的影响

高风辉， 苏立明， 林 健， 赵 宇， 金松哲＊

0 引 言

硅藻土是古代硅藻遗体组成的硅质沉积岩，其化学主要成分是SiO2，且含有少量的Fe2O3，CaO，Al2O3，MgO和有机质等。硅藻有很多不同的形状，如圆盘状、针状、筒状和羽状等［1］。硅藻土在世界上储量非常丰富，并且具有很好的物理性质，如多孔性（25%～65%）、小尺寸、低导热性、低密度、大的比表面和高吸附能力［2］。由于硅藻土良好的吸附特性和较大的比表面积，硅藻土及其改性硅藻土在工业废水处理中得到了广泛的应用。Khraisheh［3］等研究了硅藻土和改性硅藻土在污水中Pb2＋，Cu2＋和Cd2＋的吸附作用。同时，硅藻土在被海啸中铯-137污染的海水的净化中起到良好效果［4］。硅藻土对水溶液中的铀离子的吸附也有重要的作用［5］。用水铁矿改性过的硅藻土，比表面大大增加，可以用作湖泊河流污水中磷的吸收，进而预防超富营养化的出现［6］。硅藻土在土壤改性中起到重要作用，能大大地提高土壤的吸水能力［7］。

室内湿度和健康紧紧相连，当环境湿度低于30%时，皮肤喉咙会感到干燥，眼睛受到刺激。当环境湿度较高时，人们会感到呼吸困难，甚至过敏，同时，建筑材料质量也会受到影响，如霉菌生长等［8］。国内，以硅藻土为环保饰材还没有得到大量的推广应用，相关技术研究也才刚刚起步。

文中就是以硅藻土为主要原料，加入少量的长石、粘土、滑石和膨润土等，通过压制成型、烧结，制备出具有吸湿和放湿功能的环保陶瓷砖，并研究了不同烧结温度对陶瓷砖的密度、抗压强度及吸湿和放湿性能的影响。

1 试验方法及过程

本实验采用吉林省临江市硅藻土作为主要原料，加入长石、粘土、滑石和膨润土。采用湿法混合2h后在105℃下烘干，经过压片制成60mm×60mm×8mm压坯，分别在900～1 080℃进行烧结。

烧结样品采用阿基米德法测量密度。用JSM-5600LV型扫描电子显微镜（FESEM）观察硅藻土陶瓷砖的组织和孔隙状态。用三点弯曲法测试样品的抗压强度。恒温恒湿试验箱（HDHWHS-50）测陶瓷砖的吸湿和放湿能力，实验温度为25℃。

2 实验结果

2.1 不同烧结温度下的组织

烧结温度对陶瓷砖组织的影响如图1所示。

图1 烧结温度对陶瓷砖组织的影响

由图1（a）可以看出，在900℃烧结温度下样品颗粒细小，孔隙数量较多。随着烧结温度的增加，陶瓷砖中颗粒逐渐变大，孔隙减少（见图1（b）～（d））。

2.2 烧结温度对陶瓷砖密度的影响

密度随烧结温度的变化曲线如图2所示。

图2 密度随烧结温度的变化曲线

由图2可知，样品的密度随着烧结温度的提高而显著增加。这表明，随着温度的增高，样品中的孔隙逐渐减少，烧结使得陶瓷砖变得更加致密。密度变化趋势和SEM形貌观察结果一致。

2.3 烧结温度对抗压强度的影响

不同温度烧结的陶瓷试样抗压强度见表1。

表1 不同温度烧结的陶瓷试样抗压强度

由表1可以看出，随着温度的提高，样品的抗压强度不断提高，当温度超过1 020℃时，样品升高的程度减小。表明随着温度的升高，样品的烧结程度逐渐提高，晶粒变大，密度增加，进而提高了样品的抗压强度。

2.4 烧结温度对陶瓷砖吸湿和放湿性能的影响

硅藻土陶瓷的吸湿量和放湿量随烧结温度的变化曲线如图3所示。

由图3可知，陶瓷砖的吸湿量随着烧结温度的增加而减小。当温度为900℃时，陶瓷砖的吸湿量为32mg／g；当温度为1 080℃时，陶瓷砖的吸湿量为5mg／g。同样，陶瓷砖的放湿量随着烧结温度的增加而减少，在温度为900℃时，陶瓷砖的放湿量为30mg／g；当温度为1 080℃时，陶瓷砖的放湿量为4mg／g。这是因为随着烧结温度的提高，样品的颗粒逐渐变大，烧结程度增大，孔隙数量减少。

图3 吸湿量和放湿量随烧结温度的变化曲线

根据开尔文方程［9］:

式中:p——液体在毛细管内的蒸汽压力；

r——毛细管半径；

p0——液体的饱和蒸汽压；

δ——表面张力；

vm——气体的摩尔体积；

θ——毛细管内液体的润湿接触角；

R——摩尔气体常数；

T——热力学温度。

文中硅藻土陶瓷砖的吸湿和放湿实验结果基本符合上述规律。当烧结温度逐渐升高时，陶瓷砖内的孔隙逐渐变少，毛细凝集现象更难发生，相应的吸湿和放湿性能逐渐减弱。

3 结 语

本研究通过以硅藻土、钾长石、粘土、滑石和膨润土为原料作为助溶剂，通过湿法混合、烘干、压制、烧结，成功制备出了具有吸湿和放湿功能的硅藻土基陶瓷砖。

随着烧结温度的提高，陶瓷砖的密度、抗压强度不断提高，吸湿和放湿能力逐渐降低。当温度在900℃时，陶瓷砖的密度为1.350 7g／cm3，抗压强度为4.58MPa，最大吸湿量为32mg／g，最大放湿量为30mg／g。

［1］ 秦玉明，李远才.装饰性硅藻土基陶瓷的制备和表征［J］.中国陶瓷，2007，43（2）:38-40.

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