高 辉，林 闯，耿刚强*
（长安大学材料科学与工程学院，陕西西安710064）
摘要：通过将氯氧镁水泥浸渍于聚苯乙烯泡沫板的缝隙中，制成具有阻燃性能的聚苯乙烯泡沫板。研究了氯氧镁水泥摩尔比、黏度对聚苯乙烯泡沫板的阻燃性能、密度和抗拉强度的影响。结果表明：当n( Mg O)：n(MgCI2·6H2O)为7:1，黏度小于2 000 M Pa. s时，其氧指数较高，为31.7。然而氯氧镁水泥的加入会使纯聚苯乙烯泡沫板的密度大幅度增加，抗拉强度下降，同时表现出聚苯乙烯泡沫板密度和抗拉强度成相反比例趋势。
关键词：氯氧镁水泥；聚苯乙烯泡沫板；阻燃性能；摩尔比；黏度
中图分类号：TQ115文章编号：0253 - 4320( 2016) 03 - 0111 - 03
DOI:10. 16606/j. c,nki. issn 0253 - 4320. 2016. 03. 027
近年来，随着低碳理念的不断深入，建筑材料领域内的节能、环保问题受到越来越广泛地关注。目前，我国建筑保温材料以PS泡沫塑料和聚氨酯泡沫塑料为主。聚苯乙烯泡沫由于质轻，隔热性能优异，吸水率低，机械强度较高等优点被广泛应用。但由于聚苯乙烯泡沫易燃、安全性差的显著缺点，因此提高聚苯乙烯保温材料的阻燃性已迫在眉睫。
氯氧镁水泥又称索瑞尔( Sorel)水泥或菱镁水泥，是Sorel于1867年发明的。与其他水泥不同，此水泥是一种Mg0 -MgCl2 -H2O体系组成的镁质胶凝材料，黏结力强，对于各种无机或者有机掺和料均有较高的黏结力。氯氧镁水泥具凝结硬化快，机械强度及耐磨性好，弱碱性和低腐蚀性，黏结性好，突出的阻燃性，较好的隔热性等有一系列显著的优点。目前氯氧镁水泥用于EPS的阻燃鲜有报道，因此对其阻燃性能进行研究具有一定的理论及应用价值。笔者采用一定工艺将氯氧镁水泥浸渍于聚苯乙烯泡沫板的缝隙中，从而实现对聚苯乙烯泡沫板的阻燃，并研究其对EPS氧指数、密度和抗拉强度的影响。
1 实验部分
1.1 实验原料
选用的轻烧氧化镁是由菱镁矿石( MgCO3)经750~8500C煅烧后研磨而成，其主要成分如表1所示。
工业氯化镁(MgCl2.6H2O)俗称卤粉，是制盐的副产物，由盐卤提炼而成。其化学成分如表2所示。
聚苯乙烯泡沫板( EPS)的密度为0.010 99g/cm3，抗拉强度为0. 075 96 M Pa，氧指数为18。
本实验中所采用的外加剂有发泡剂、防水剂和抗卤剂等。
1.2试验方法
1.2.1 氯氧镁水泥聚苯乙烯泡沫板的制备
室温下，按照n,( Mg O)：n(MgCl2.6H2O)=X(X=6~9)：1的摩尔比称量原料，首先将MgCl2．
6H2O溶于水中，使之形成具有一定浓度的MgCl2水溶液，再分批次加入一定量的轻烧氧化镁并搅拌均匀，制得氯氧镁水泥样品。然后将其浸渍于聚苯乙烯泡沫板中，最后将渗透好的聚苯乙烯泡沫板置于60℃左右的烘箱中保温，待其完全干燥固化后取出进行实验测试。
1.2.2性能检测
(1)氧指数(LOL)测试：采用JF一3型氧指数测定仪，按照国标GB/T 2406-1993进行测试，气体流速为42 mm/s。
(2)力学实验：采用CTM2500微机控制电子万能材料试验机，按照国标GB/T 2568—81进行测试。
(3)黏度测量：采用NDJ -8S旋转黏度计，按照国标GB/T 9269-1988进行测试。
2 结果与讨论
2.1 氯氧镁水泥摩尔比对EPS板氧指数的影响
在氯氧镁水泥黏度及原材料不变的情况下，选择不同的Mg O/MgCl2摩尔比按照1.2.1所述实验方法制备不同摩尔比氯氧镁水泥的EPS板，用氧指数测定仪测量经过浸渍后EPS板的氧指数，测量结果如图1所示。其中0:0指的是不含氯氧镁水泥的EPS板。
由图1可知，当摩尔比小于7:1时，随着氯氧镁水泥摩尔比的增加，EPS板LOI随之增大；当摩尔比大于7:1时，随着氯氧镁水泥摩尔比的增加，LOI出现下降的趋势。不含氯氧镁水泥的聚苯乙烯泡沫板的LOI为18，为易燃物质，而添加氯氧镁水泥后其氧指数均高于27，属于难燃材料。其中氯氧镁水泥摩尔比为7:1时，EPS板的LOI为31.7，说明氯氧镁
水泥对EPS板具有优异的阻燃性。氯氧镁水泥是由具有一定浓度的氯化镁水溶液与活性氧化镁调配I后得到的水泥制品，其硬化体是由水化物5·1·8相和3·1·8相为主的晶体交叉连生而成的晶体网状结构。受大气中CO2和水的作用，5相和3相最终会转成新相Mg( OH)2．MgCO3. 3H2O和水菱镁矿(4MgCO3-Mg(OH)2-3H2O)以及Mg(OH)2. MgCO3等。由此可知，氯氧镁水泥之所以有如此优异的阻燃性能，是因为其具有多相结构，而每相化合物都具有良好的阻燃性能，从而共同组成了氯氧镁水泥复合阻燃体系。
2.2 氯氧镁水泥摩尔比对EPS密度和抗拉强度的影响
在氯氧镁水泥黏度及原材料不变的情况下，选择不同Mg O/MgCl2摩尔比进行试验，氯氧镁水泥摩尔比对EPS密度及抗拉强度的影响如图2所示。
由图2可以看出，密度与抗拉强度呈相反的变化趋势。随着氯氧镁水泥摩尔比的增大，EPS板的密度先减小后增大；同时EPS板的抗拉强度随着氯氧镁水泥摩尔比的增加而增大，当氯氧镁水泥摩尔比大于8:1之后，抗拉强度随着摩尔比增大而减小。纯EPS板的密度为0.010 99g/cm3，抗拉强度为0. 075 96 M Pa。当氯氧镁水泥加入到EPS板中，板的密度增加，这是因为在体积不变的条件下，氯氧镁水泥占据了EPS板的缝隙引起其质量增加；EPS板抗拉强度下降的原因是氯氧镁水泥与EPS珠粒之间的相容性以及氯氧镁水泥在EPS珠粒中的分散性，导致珠粒之间的黏结强度下降。如需得到浸渍后较高的抗拉强度，则必须提高纯EPS板的抗拉强度。
2.3 氯氧镁水泥不同黏度对EPS氧指数的影响
在原材料及氯氧镁水摩尔比不变的情况下，按照1.2.1所述实验方法制备不同黏度氯氧镁水泥的EPS板，用氧指数测定仪测量经过浸渍后EPS板的氧指数，结果如图3所示。
由图3可知，随着氯氧镁水泥黏度的增加，EPS板的LOI增加。当氯氧镁水泥的黏度为800 M Pa .s时，EPS板的LOI为27.7，大于27，为难燃材料。当氯氧镁水泥的黏度大于2 000 M Pa. s时，LOI增长斜率大幅减小，表明随着氯氧镁水泥黏度的增加，LOI的增速趋于平缓。当氯氧镁水泥的黏度处于800~2 000 M Pa. s之间时，LOI的增加较快。黏度反映了液体分子在运动过程中相互作用的强弱，黏度越大，流动性越差。因而当黏度增大到一定程度后，氯氧镁水泥的流动性有所降低，影响其浸渍性能，从而影响EPS板的氧指数。当黏度在800～2 000 M Pa .s之间，氯氧镁水泥具有较高的反应活性。当EPS遇火燃烧后，氯氧镁水泥能够更快地分解同时吸收大量的热量释放出水，珠粒表面形成一层氧化镁从而阻碍熔滴的形成，提高其阻燃性能。
2.4 氯氧镁水泥黏度对EPS物理性能的影响
在原材料及氯氧镁水泥摩尔比不变的情况下，制备出含有不同黏度的氯氧镁水泥EPS制品，氯氧镁水泥黏度对EPS密度及抗拉强度的影响如图4所示。
由图4可知，EPS密度随着黏度的增加而增加，主要因为黏度较小时，水泥的流动性较好，浸渍后渗入珠粒缝隙中的氯氧镁水泥质量分数较少，因而导致其密度较小；但随着黏度的增加，其密度也出现上升趋势。当黏度大于2 600 M Pa .s时，其流动性能较差，黏度较大，因而渗透性将大幅降低，密度呈下降的趋势。抗拉强度主要取决于EPS珠粒之间的黏结强度，氯氧镁水泥浸渍于缝隙之中会降低珠粒之间的黏结力，因而会出现抗拉强度随着密度的增加而减小，随着密度的减小而增加的情况。
3结论
(1)随着氯氧镁水泥的加入，EPS板LOI大幅度提高。当氯氧镁水泥的摩尔比为5:1时，LOI大于27，EPS板就具有自熄性能：氯氧镁水泥的摩尔比为7:1时，LOI为31.7，因此，氯氧镁水泥对EPS板具有优异的防火阻燃性能。
(2) EPS板的密度随着氯氧镁水泥的加入呈现先减小后增大，当氯氧镁水泥的摩尔比小于8:1时，EPS板密度随着氯氧镁水泥摩尔比的增大而减小，当氯氧镁水泥的摩尔比大于8:1时，又出现增大的现象；EPS板的密度同时随氯氧镁水泥黏度的增加而增大，当氯氧镁水泥的黏度大于2 600 M Pa. s时，密度又出现减小的趋势。
(3) EPS板的抗拉强度随着氯氧镁水泥的摩尔比的增加而增加，当摩尔比达到8:1时又出现减小的趋势；EPS板的抗拉强度同时随氯氧镁水泥黏度的增大而减小，当黏度大于2 600 M Pa .s时，抗拉强度又出现增大的现象。
(4) EPS板的LOI随着氯氧镁水泥黏度的增大而增大，当黏度大于800 M Pa .s时材料具有自熄性，而当黏度大于2 000 M Pa .s后LOI的斜率变小，增速变慢，说明黏度对LOI的影响变小，黏度已经不是其阻燃性能的主要影响因素。
