原料配比對(duì)氯氧鎂水泥竹炭板性能的影響

　　摘 要：以竹炭為原料、氯氧鎂水泥為膠黏劑，通過熱壓成型的方式探索氯氧鎂水泥竹炭板的制備工藝。 研究了氯氧鎂水泥配比、竹炭粒徑以及竹炭質(zhì)量分?jǐn)?shù)等因素對(duì)竹炭板靜曲強(qiáng)度、剖面密度、甲醛吸附率、吸水率以及 24h 吸水膨脹率等性能的影響，最終得到氯氧鎂水泥竹炭板切實(shí)可行的制備工藝參數(shù)。 研究結(jié)果表明：氯氧鎂水泥的最優(yōu)配比確定為 n(MgO) ∶n(MgCl2·6H2O) ∶n(H2O)= 7 ∶1 ∶10;在試驗(yàn)范圍內(nèi)，篩選得到竹炭粒徑為 27 ～ 60目且質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 45%時(shí)氯氧鎂水泥與竹炭比例最佳，制得的竹炭板靜曲強(qiáng)度可達(dá) 6.14 MPa，質(zhì)地均勻且致密;竹炭板依然保有竹炭的吸附功能，竹炭板對(duì)甲醛的吸附性能和吸水率隨著竹炭粒徑的減小呈現(xiàn)先增后減的趨勢(shì)，在竹炭粒徑為 14 ～ 24 目時(shí)最高，甲醛吸附率最高為 1.85%，同時(shí)竹炭板具有良好的尺寸穩(wěn)定性，24 h 吸水膨脹率均低于 0.5%;通過對(duì)竹炭板的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，氯氧鎂水泥能夠進(jìn)入竹炭孔徑內(nèi)部，以膠釘?shù)男问絹硇纬赡z接強(qiáng)度。

　　周海瑛; 江文正; 李文珠; 張文標(biāo)， 林業(yè)工程學(xué)報(bào) 發(fā)表時(shí)間：2021-08-24 17:17 期刊

　　關(guān)鍵詞：氯氧鎂水泥;竹炭板;甲醛吸附率;物理力學(xué)性能;剖面密度

　　竹炭是由竹材在一定的工藝條件下熱解炭化得到的固體產(chǎn)物，它具有發(fā)達(dá)的內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)、高比表面積和優(yōu)越的吸附性能，對(duì)空氣中的甲醛、苯和揮發(fā)性總有機(jī)物[1-2] 以及水中重金屬離子和有機(jī)物質(zhì)[3-4]有良好的吸附效果，因此被廣泛應(yīng)用于室內(nèi)空氣凈化[5-6]、水質(zhì)凈化[7] 以及土壤污染治理[8]等領(lǐng)域。 隨著竹炭行業(yè)的發(fā)展，諸多學(xué)者對(duì)竹炭的深加工研究日益深入，開展新型竹炭基功能復(fù)合裝飾材料的研究。 金永明等[9] 對(duì)以竹炭顆粒作為原料、酚醛樹脂作為膠黏劑、麻氈作為增強(qiáng)材料制備竹炭板的可行性進(jìn)行試驗(yàn)，研究不同工藝參數(shù)對(duì)竹炭板性能的影響;楊磊[10] 以竹炭顆粒為原料、熱塑性白乳膠為膠接體，通過熱壓成型制備集吸附性能和導(dǎo)電性能為一體的功能性復(fù)合板材;李文珠等[11] 利用竹炭和聚氯乙烯( PVC) 制備竹炭 /聚氯乙烯復(fù)合板材并研究其物理力學(xué)和阻燃性能。對(duì)于無機(jī)膠黏劑竹炭基復(fù)合材料方面的研究很少，莊曉偉等[12]用氯氧鎂水泥與酚醛樹脂為膠黏劑壓制竹炭板，對(duì)比兩者性能，但未對(duì)氯氧鎂水泥的配比有深入研究，力學(xué)性能也不理想。 由此可知，對(duì)于竹炭基無機(jī)復(fù)合板材的研究尚處在探索階段。

　　氯氧鎂水泥是一種將一定濃度氯化鎂溶液與活性氧化鎂粉末按比例混合得到的無機(jī)膠凝材料[13-14]，具有生產(chǎn)能耗低、凝結(jié)速度快、膠黏性能好、高強(qiáng)、防火阻燃以及加工性能好等一系列優(yōu)點(diǎn)。以氯氧鎂水泥作為膠黏劑制備人造板可以改善傳統(tǒng)膠黏劑所帶來的熱穩(wěn)定性差的缺陷，同時(shí)可以從根本上解決游離甲醛的釋放問題，是一種綠色環(huán)保的無機(jī)膠黏劑。 筆者選擇氯氧鎂水泥作為膠黏劑、竹炭顆粒為原料，通過熱壓成型探索竹炭基無機(jī)復(fù)合板材的制備可行性，旨在為竹炭基功能性裝飾板材的制備提供技術(shù)參考，拓寬竹炭的加工應(yīng)用范圍，提高竹炭附加值，促進(jìn)竹質(zhì)加工剩余物高質(zhì)化高效化利用[15]，有利于環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展，符合行業(yè)綠色環(huán)保的發(fā)展理念。

　　1　 材料與方法

　　1.1　 試驗(yàn)原料與儀器

　　活性 65%的輕燒氧化鎂(MgO)和六水氯化鎂(MgCl2·6H2O) ，均為工業(yè)級(jí)，山東九重化工有限公司。 竹炭(BC) ，江山綠意竹炭有限公司提供，選用8 ～ 12 目( 1.40 ～ 2.36 mm) 、14 ～ 24 目( 0. 70 ～ 1. 16mm) 、27 ～ 60 目 ( 0. 25 ～ 0. 58 mm ) 、 65 ～ 100 目(0.15 ～ 0.23 mm) 4 種粒徑的竹炭顆粒進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)。

　　萬能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)( INSTRON5960 型，英斯特朗試驗(yàn)設(shè)備有限公司);掃描電子顯微鏡(TM3030 型，日立高新技術(shù)公司);粉末 X 射線衍射儀(XRD?600型， 日 本 島 津); 剖 面 密 度 儀 ( S20080382DENSE? LAB)。

　　1.2　 氯氧鎂水泥配比的確定

　　選擇氯氧鎂水泥( MOC) 膠黏劑，而氯氧鎂水泥的力學(xué)性能主要受水化產(chǎn)物中 3Mg ( OH )2· 1MgCl2·8H2O( 3 相晶體) 和 5Mg ( OH)2·1MgCl2· 8H2O(5 相晶體)含量的影響[16]，因此首先需要確定氯氧鎂水泥漿料的配比。 根據(jù)現(xiàn)有的氯氧鎂水泥的研究結(jié)果[17-19]設(shè)計(jì)配方表，如表 1 所示，通過測(cè)試不同配比制備的氯氧鎂水泥試件的力學(xué)性能來確定一個(gè)最優(yōu)配比。

　　1.2.1　 氯氧鎂水泥試件的制備及抗折性能和軟化系數(shù)的測(cè)定

　　按照表 1 中的配比制備氯氧鎂水泥漿料，于40 mm×40 mm×160 mm 的標(biāo)準(zhǔn)三聯(lián)試模中靜置硬化成形，脫模后置于室內(nèi)干空氣條件下養(yǎng)護(hù) 3，7，15 d。 參照 GB / T 5486—2008《無機(jī)硬質(zhì)絕熱制品試驗(yàn)方法》測(cè)試試件的抗折強(qiáng)度(Rw ) ，在跨距 100mm、速率 0.8 mm / min 下勻速加載，每組測(cè)試 5 個(gè)試樣，取平均值。

　　取氯氧鎂水泥試件養(yǎng)護(hù) 7 d 再浸水 3 d 后按標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試 Rw ，空白對(duì)照試件養(yǎng)護(hù) 7 d 后測(cè)試抗折強(qiáng)度(Rd ) 。 每組配比測(cè)試 5 個(gè)試樣，取平均值，軟化系數(shù)(K)按式(1)計(jì)算，精確到 0.01%：K =RwRd × 100% (1)

　　1.2.2　 氯氧鎂水泥的 XRD 表征

　　取物質(zhì)的量比分別為 6，7，8 且養(yǎng)護(hù)齡期為 15d 的氯氧鎂水泥試件斷裂破壞面中心處的鎂水泥作為樣品，進(jìn)行 X 射線衍射表征。 測(cè)試參數(shù)為：操作電壓 40 kV，管電流 30 mA，連續(xù)記譜掃描，掃描速度 2( °) / min，掃描范圍 5° ～ 70°。

　　1.3　 氯氧鎂水泥竹炭板的制備

　　選 8 ～ 12 目、14 ～ 24 目、27 ～ 60 目、65 ～ 100 目 4種尺寸的竹炭顆粒首先借助振實(shí)密度儀以 200r / min 的頻率振蕩 1 000，2 000，3 000 次，測(cè)定其振實(shí)密度，每個(gè)粒徑重復(fù)測(cè)定 5 次后求平均值。

　　根據(jù)預(yù)試驗(yàn)，在保證能制備完整成型且質(zhì)地均勻的竹炭板條件下，選擇竹炭質(zhì)量分?jǐn)?shù) 40%，45%，50%，55%與配置好的氯氧鎂水泥漿料混合攪勻后于熱壓機(jī)中熱壓成型(熱壓溫度 90 ℃ ，熱壓時(shí)間15 min，熱壓壓力 3 MPa) 。 壓制成型后的竹炭板尺寸為 300 mm×300 mm×7.5 mm，置于室內(nèi)干空氣中養(yǎng)護(hù) 7 d 后測(cè)試物理力學(xué)性能。

　　1.4　 氯氧鎂水泥竹炭板的性能測(cè)試與表征

　　1.4.1　 氯氧鎂水泥竹炭板的彎曲性能測(cè)試

　　參照 GB / T 17657—2013《人造板及飾面人造板理化性能試驗(yàn)方法》 ，將竹炭板鋸成標(biāo)準(zhǔn)試樣(200 mm×50 mm×7.5 mm) 。 采用萬能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行彎曲測(cè)試，在跨距 150 mm，速率 0.8 mm / min下勻速加載，每組測(cè)試 6 個(gè)試樣，取平均值。

　　1.4.2　 氯氧鎂水泥竹炭板的剖面密度表征

　　通過剖面密度測(cè)量?jī)x對(duì)竹炭板厚度方向的密度分布進(jìn)行表征。

　　1.4.3　 氯氧鎂水泥竹炭板甲醛吸附性能測(cè)試

　　將竹炭板鋸成 50 mm×50 mm 試樣平衡處理后稱質(zhì)量(M1 ) ，置于底部裝有甲醛溶液的吸附儀格柵上靜置 24 h 后取出稱質(zhì)量(M2 ) 。 甲醛吸附率(X)按式(2)計(jì)算，精確到 0.01%：X =M2- M1M1 × 100% (2)每組測(cè)試 6 個(gè)試樣，取平均值。

　　1.4.4　 吸水率和吸水膨脹測(cè)試

　　截取 100 mm×100 mm 的竹炭板試樣和氯氧鎂水泥試樣平衡處理后稱質(zhì)量 ( m1 ) ， 參照 GB / T17657—2013 于水中浸泡 24 h 后取出，擦去表面水分并稱質(zhì)量(m2 ) 。 試件 24 h 吸水率(W)按式(3)計(jì)算，精確到 0.1%：W =m2- m1m1 × 100% (3)每組測(cè)試 6 個(gè)試樣，取平均值。截取 100 mm×100 mm 的竹炭板試樣和氯氧鎂水泥試樣平衡處理后，測(cè)量試件中心點(diǎn)厚度( t1 ) ，參照 GB / T 17657—2013 于水中浸泡 24 h 后取出，擦去表面水分后測(cè)量原測(cè)量點(diǎn)的厚度( t2 ) 。 試件吸水膨脹系數(shù)(T)按式(4)計(jì)算，精確到 0.01%：T =t2- t1t1 × 100% (4)每組測(cè)試 6 個(gè)試樣，取平均值。

　　1.4.5　 掃描電鏡( SEM)與能譜分析(EDS)

　　樣品表面噴金處理后，借助掃描電子顯微鏡觀察竹炭板的表面形貌，并聯(lián)用能譜儀對(duì)樣品表面元素組成進(jìn)行分析。

　　2　 結(jié)果與分析

　　2.1　 氯氧鎂水泥配比的確定

　　不同物質(zhì)的量比氯氧鎂水泥的抗折強(qiáng)度和軟化系數(shù)見圖 1。 由圖 1 分析可得，氯氧鎂水泥試件的抗折強(qiáng)度基本隨養(yǎng)護(hù)齡期的延長(zhǎng)而增強(qiáng)，物質(zhì)的量比為 7 的試件在養(yǎng)護(hù) 15 d 后抗折強(qiáng)度達(dá)到20.32MPa，其中養(yǎng)護(hù) 3 d 后的抗折強(qiáng)度能達(dá)到養(yǎng)護(hù) 15 d強(qiáng)度的 70%，這表明氯氧鎂水泥的強(qiáng)度相生成主要集中在前期，而隨著后續(xù)養(yǎng)護(hù)時(shí)間的延長(zhǎng)，其力學(xué)性能的增長(zhǎng)逐漸變緩[20]。 這是因?yàn)樵诼妊蹑V水泥水化反應(yīng) 3 ～ 4 h 后系統(tǒng)中開始出現(xiàn)強(qiáng)度相(5 相晶體)且逐漸增多，反應(yīng) 24 h 后 5 相晶體幾乎達(dá)到最大值。 當(dāng)物質(zhì)的量比從 6 增加到 8 時(shí)，氯氧鎂水泥的 抗 折 強(qiáng) 度 呈 現(xiàn) 先 上 升 后 下 降 的 趨 勢(shì)， 當(dāng)n(MgO) ∶n(MgCl2·6H2O) ∶n( H2O)= 7 ∶1 ∶10 時(shí)其抗折強(qiáng)度最佳。 同時(shí)，氯氧鎂水泥的軟化系數(shù)隨物質(zhì) 的 量 比 的 變 化 規(guī) 律 與 抗 折 性 能 相 近， 在n(MgO) ∶n(MgCl2·6H2O) ∶n( H2O)= 7 ∶1 ∶10 附近達(dá)到最高值 37.35%。 這表明在該配比下氯氧鎂水泥有著較好抗折性能的同時(shí)內(nèi)部結(jié)構(gòu)密實(shí)，水分不易滲入內(nèi)部，因此耐水性能在 5 組物質(zhì)的量比中最好。 n(MgO) ∶n(MgCl2·6H2O) ∶ n( H2O)從 6 增加到 8 時(shí) MgO 的衍射峰逐漸增強(qiáng)，這意味著氧化鎂過量。 而 n(MgO) ∶n(MgCl2·6H2O) ∶ n( H2O)= 8 ∶ 1 ∶12 這組在養(yǎng)護(hù)時(shí)間達(dá)到 15 d 時(shí)其抗折強(qiáng)度反而大幅度下降，這是因?yàn)樵摻M中過量的氧化鎂與水反應(yīng)生成 Mg(OH)2影響了體系的 pH：當(dāng) pH 為 7.6 ～ 7.7 時(shí)， 5 相晶體穩(wěn)定;而當(dāng) pH 為 8. 2 ～ 9. 0 時(shí)，Mg(OH)2穩(wěn)定[21-22]。 這從氯氧鎂水泥的 XRD 衍射圖(圖 2) 中也可以看出，Mg ( OH)2的衍射峰逐漸變強(qiáng)而 5 相的衍射峰逐漸減弱，說明體系 pH 的緩慢增加影響了 5 相晶體的穩(wěn)定性。 此外，體系中過量的氧化鎂在后續(xù)的養(yǎng)護(hù)過程中與空氣中的CO2和 H2 O 反 應(yīng) 生 成 MgCO3 也 是 n ( MgO ) ∶ n(MgCl2·6H2O) ∶n(H2O)= 8 ∶1 ∶12 這組水泥試件力學(xué)性能下降的原因。 從 5 相晶體的衍射峰分析可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)n(MgO) ∶n(MgCl2·6H2O) ∶n( H2O)= 7 ∶ 1 ∶10 時(shí)有著較強(qiáng)的衍射峰，這解釋了該物質(zhì)的量比所制備的氯氧鎂水泥具有較強(qiáng)抗折強(qiáng)度的原因。因此，后續(xù)試驗(yàn)選擇該物質(zhì)的量比配制氯氧鎂水泥并進(jìn)行氯氧鎂水泥竹炭板的壓制試驗(yàn)。

　　2.2　 竹炭粒徑和質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)竹炭板靜曲強(qiáng)度的影響

　　竹炭粒徑和質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)竹炭板靜曲強(qiáng)度的影響見圖 3。 由圖 3 可以看出，在竹炭粒徑相同的條件下，竹炭板的靜曲強(qiáng)度隨著竹炭質(zhì)量分?jǐn)?shù)的上升而減弱。 導(dǎo)致這一現(xiàn)象的原因在于隨著竹炭質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，氯氧鎂水泥對(duì)竹炭顆粒的膠接能力有限，有效粘接面積降低，不能在竹炭之間提供足夠黏結(jié)強(qiáng)度[23]。 試驗(yàn)中還觀察到竹炭質(zhì)量分?jǐn)?shù)在55%時(shí)的鋪裝過程中有較明顯的開裂現(xiàn)象。 同時(shí)結(jié)合竹炭的振實(shí)密度分析(表 2) ，振實(shí)密度能夠反映竹炭顆粒的堆積效率，振實(shí)密度越小說明顆粒間的空置體積越大，堆積效率越差。 這些空置體積在壓板中需要通過氯氧鎂水泥去膠接，因此較少的空置體積有利于提高竹炭板的靜曲強(qiáng)度。 結(jié)合表 2和圖 3 可以發(fā)現(xiàn)，除 65 ～ 100 目以外，竹炭板的靜曲強(qiáng)度與竹炭顆粒的振實(shí)密度呈一定程度的正相關(guān)。 但 65 ～ 100 目的竹炭顆粒制備的竹炭板靜曲強(qiáng)度較差是因?yàn)槠浔砻娣e大且質(zhì)量輕，在拌料過程中容易結(jié)塊成團(tuán)。 粒徑在 27 ～ 60 目的竹炭所制備的氯氧鎂水泥竹炭板的靜曲強(qiáng)度最好，40%的竹炭質(zhì)量分?jǐn)?shù)下靜曲強(qiáng)度能達(dá)到 7.05 MPa。 此外，竹炭粒徑在 27 ～ 60 目時(shí)，竹炭質(zhì)量分?jǐn)?shù)從 40%增加到 45%時(shí)靜曲強(qiáng)度僅下降了 12.7%，而從 45%增加到 50%時(shí)靜曲強(qiáng)度則較大幅度地下降，下降幅度達(dá) 35.8%，而且在 14 ～ 24 目中也存在相同規(guī)律。研究認(rèn)為，不同粒徑的竹炭存在一個(gè)合適的施膠量，在竹炭粒徑為 27 ～ 60 目、竹炭質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 40%時(shí)氯氧鎂水泥相對(duì)于竹炭來說是過量的，所以當(dāng)竹炭質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高到 45%時(shí)其靜曲強(qiáng)度的變化不明顯。 同時(shí)，在試驗(yàn)中也可以觀察到 40%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的 27 ～ 60 目竹炭板在壓合過程中有少量溢膠，說明竹炭質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 40%時(shí)水泥過量施膠。 因此，27 ～ 60 目的竹炭且竹炭質(zhì)量分?jǐn)?shù) 45%是制備氯氧鎂水泥竹炭板經(jīng)濟(jì)且合理的工藝配比。

　　2.3　 竹炭粒徑和質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)竹炭板甲醛吸附率的影響

　　竹炭板對(duì)甲醛具有吸附能力(表 3) ，說明竹炭并沒有被氯氧鎂水泥完全包裹，其獨(dú)特的孔徑結(jié)構(gòu)能夠賦予竹炭板吸附能力，同時(shí)，吸附能力隨著竹炭質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而增強(qiáng)。 在 14 ～ 24 目的竹炭板中，隨著 竹 炭 質(zhì) 量 分 數(shù) 的 增 加， 甲 醛 吸 附 率 從1.34% 上升到 1.85%。 竹炭板對(duì)甲醛的吸附能力隨竹炭的粒徑增加呈現(xiàn)先升后降的趨勢(shì)，14 ～ 24目的竹炭所制備的竹炭板吸附率最高。 這與王曉旭等[2]研究竹炭粒徑對(duì)其吸附能力的影響得到的結(jié)論一致：竹炭的比表面積和總孔容積會(huì)隨著竹炭粒徑的減小而先升高后降低，這使其吸附能力也呈現(xiàn)相似的趨勢(shì)。

　　2.4　 竹炭粒徑和質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)氯氧鎂竹炭板吸水率和吸水膨脹率的影響

　　竹炭粒徑和質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)氯氧鎂水泥竹炭板吸水率和吸水膨脹率的影響見圖 4。 由圖 4 可知，竹炭板的吸水率呈現(xiàn)出與吸附能力相近的變化趨勢(shì)，吸水率隨著竹炭粒徑的增加先增后減，同樣在 14 ～24 目時(shí)達(dá)到最大值。 這是因?yàn)橹裉恐械目讖浇Y(jié)構(gòu)是竹炭板在吸水過程中的傳輸途徑以及儲(chǔ)存場(chǎng)所，較大的孔容能夠?yàn)樗值倪\(yùn)輸和儲(chǔ)存提供有利條件。 當(dāng)竹炭粒徑大于 8 ～ 12 目時(shí)，竹炭板的吸水膨脹率隨著竹炭目數(shù)的增加而提高。 這是因?yàn)楫?dāng)竹炭顆粒變細(xì)或質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大時(shí)，其表面積也隨之增加，導(dǎo)致鎂水泥無法更好地包裹竹炭，更多裸露在外的竹炭顆粒吸水膨脹，從而導(dǎo)致竹炭板的吸水膨脹率上升。 8 ～ 12 目的竹炭所制備的竹炭板吸水膨脹率普遍較高，由竹炭板的表觀圖(圖 5)可以觀察到，用 8 ～ 12 目竹炭制備的竹炭板竹炭顆粒較大，形狀多樣且竹炭顆粒之間存在空隙，同時(shí)結(jié)合剖面密度(圖 6)可以看出其密度分布不均勻，這些原因都為其濕脹提供了可能性。

　　2.5　 氯氧鎂水泥竹炭板的剖面密度分析

　　分別對(duì)竹炭質(zhì)量分?jǐn)?shù) 45%但不同粒徑的竹炭板以及 27 ～ 60 目不同竹炭質(zhì)量分?jǐn)?shù)的竹炭板進(jìn)行剖面密度分析，如圖 6 所示。 首先，竹炭的密度在0.7 g / cm3左右，固化后的氯氧鎂水泥制品密度在1.7 g / cm3左右，制備的竹炭板密度范圍為 0.8 ～ 1.2g / cm3。 竹炭板的密度隨竹炭粒徑的增大而降低，隨竹炭質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而減小。 當(dāng)竹炭粒徑在 27目以下時(shí)，顆粒較大，在鋪裝和壓制的過程中竹炭顆粒之間不能達(dá)到較好貼合而導(dǎo)致有間隙的存在，從圖 5a 的樣品圖中也可以觀察到竹炭顆粒的間隙，這導(dǎo)致了竹炭板剖面密度曲線出現(xiàn)起伏，此外，在受力的情況下這些間隙的存在會(huì)成為強(qiáng)度薄弱點(diǎn)，從而影響竹炭板的靜曲強(qiáng)度。 粒徑在 27 ～ 60目之間的各質(zhì)量分?jǐn)?shù)竹炭壓制的竹炭板剖面密度分布更加均勻，這也是 27 ～ 60 目的竹炭所制備的竹炭板具有更好靜曲強(qiáng)度的原因。 由圖 6b 還可以看出，竹炭質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 40%和 45%的竹炭板剖面密度曲線相近，集中在 1.1 g / cm3左右，而當(dāng)竹炭質(zhì)量分?jǐn)?shù)上升到 50%甚至是 55%時(shí)密度開始較大幅度地下降，這與圖 3 所觀察到的靜曲強(qiáng)度下降的現(xiàn)象相符，也間接說明了竹炭粒徑在 27 ～ 60 目時(shí)45%的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是制備氯氧鎂水泥竹炭板的一個(gè) 較優(yōu)配比。

　　2.6　 氯氧鎂水泥竹炭板膠接界面的微觀樣貌

　　為觀察氯氧鎂水泥在竹炭顆粒之間的結(jié)合情況，借助掃描電子顯微鏡對(duì)竹炭水泥板進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)的觀察，如圖 7 所示。 從圖 7a、b 中可以看到竹炭顆粒之間的膠合界面，氯氧鎂水泥是由針棒狀晶體或片狀晶體交錯(cuò)生長(zhǎng)而成的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，針狀晶體是氯氧鎂水泥水化反應(yīng)生成的 5 相晶體，這些晶體在竹炭顆粒之間起到類似于機(jī)械咬合的作用。由圖 7c、d 可以看到竹炭的孔徑內(nèi)部也有著相互交錯(cuò)的針狀晶體或片狀晶體，這可能是在壓合的過程中氯氧鎂水泥漿料進(jìn)入竹炭的孔隙結(jié)構(gòu)中，或者是在后期養(yǎng)護(hù)過程中形成的 3 相和 5 相晶體向竹炭的孔隙結(jié)構(gòu)內(nèi)生長(zhǎng)導(dǎo)致的，這些交錯(cuò)生長(zhǎng)的晶體 “咬合”竹炭孔徑內(nèi)壁，在竹炭顆粒之間起到了膠接作用，而且在竹炭顆粒受力互相剝離時(shí)又能夠起到膠釘?shù)淖饔茫瑫r(shí)，氯氧鎂水泥的水化產(chǎn)物向竹炭孔徑內(nèi)部生長(zhǎng)，在一定程度上有利于得到質(zhì)地更加致密均勻的竹炭板。 圖 7f 是竹炭板中的 C 元素分布圖，圖 7g 是 Mg 的元素分布圖。 Mg 元素只存在于氯氧鎂水泥中，而 C 元素是竹炭的主要組成成分，氯氧鎂水泥中只含有少量的 C 元素。 從圖7g 中可以觀察到，Mg 元素主要分布在竹炭顆粒之間的膠層區(qū)域，同時(shí)也可以觀察到有少量 Mg 元素分布在竹炭所對(duì)應(yīng)的區(qū)域，這進(jìn)一步證明了氯氧鎂水泥能夠進(jìn)入竹炭的孔徑內(nèi)部生成棒狀或片狀晶體，從而產(chǎn)生膠接強(qiáng)度[24]。

　　3　 結(jié) 論

　　以竹炭為原材料、氯氧鎂水泥為膠黏劑，通過熱壓成型的工藝制備氯氧鎂水泥竹炭復(fù)合板，以期為人造板加工行業(yè)提供一種綠色環(huán)保的竹炭無機(jī)復(fù)合材料制備工藝，為竹炭的高附加值利用提供新的途徑。 在本試驗(yàn)范圍內(nèi)，確定氯氧鎂水泥的較優(yōu)配比為 n(MgO) ∶n(MgCl2·6H2O) ∶ n( H2O)= 7 ∶1 ∶ 10。 竹炭板的靜曲強(qiáng)度受竹炭粒徑和竹炭質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響，隨竹炭質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而減小。 選取27 ～ 60 目的竹炭壓制的竹炭板靜曲強(qiáng)度最佳，且竹炭用量為 45% 時(shí)不會(huì)過量施膠，靜曲強(qiáng)度為6.14 MPa，密度在 1.1 g / cm3左右。 竹炭板對(duì)甲醛具有一定的吸附性能，最高為 1.85%。 其對(duì)甲醛的吸附率和 24 h 吸水率隨竹炭粒徑的減小而呈現(xiàn)先增后減的趨勢(shì)，在 14 ～ 24 目的時(shí)候達(dá)到最大;同時(shí)具有 較 好 的 尺 寸 穩(wěn) 定 性， 24 h 吸 水 膨 脹 率 為0.13% ～ 0.41%。 氯氧鎂水泥在竹炭顆粒之間生成交錯(cuò)生長(zhǎng)的晶體從而產(chǎn)生膠接強(qiáng)度，同時(shí)氯氧鎂水泥能夠滲入竹炭的孔徑內(nèi)部，在孔徑內(nèi)壁形成針狀晶體或片狀晶體“咬合”竹炭孔徑內(nèi)壁，從而在竹炭顆粒互相脫離時(shí)起到膠釘?shù)淖饔谩?/p>