利用吸濕材料制備建筑多孔調濕陶瓷的研究

周雅琴+劉俊榮+張緹+梁耀龍

摘 要：現代建筑中的干濕問題對人居環境的影響越來越明顯，因此，具有調濕功能的建筑材料已成為國內外生態建材發展的重點之—。本文利用拋光廢渣、陶瓷用普通原料，以及吸濕材料硅藻土、海泡石等制備多孔吸濕陶瓷材料，并研究了吸濕材料的外加量對吸濕性能的影響。同時，探討了最佳制備工藝及燒成制度。本文利用基礎料與吸濕材料的不同顆粒級配均勻混合，可制備出吸濕性較好的多孔調濕陶瓷，其吸濕率平均在175 g/㎡。

關鍵詞：吸濕陶瓷；硅藻土；海泡石；顆粒級配

1 引言

隨著人們越來越關注現代建筑中存在的一系列干濕問題，采用具有調濕功能的建筑材料已成為國內外生態建材發展的重點之—[1-4]。近些年，我國已開始進行了一部分與調濕材料相關的研究，大多集中在硅膠、高分子聚合物、無機礦物質以及復合材料上。但由于調濕機理的復雜性，以及某些調濕產品存在制造工藝復雜、生產成本高、濕容量過小、調濕速度慢等缺點[5-10]，因此，目前在這方面的研究進展的比較緩慢。所以，制備出工藝簡單、生產成本低廉且調濕性能優良的調濕材料，將成為目前調濕材料研發的主要方向。

本試驗選用來源廣泛的拋光磚廢渣取代常用的陶瓷發泡劑，通過添加其他吸濕類材料，如：硅藻土、海泡石等，來調節吸濕功能。其主要原理為：在中低溫時，拋光廢渣起到微發泡作用，在燒制過程中吸濕類材料均勻的分散在樣品之中，并在內部形成一定形狀和大小的孔洞，最終達到吸濕的目的，從而獲得建筑節能生態陶瓷材料。

2 實驗內容

2.1 實驗原料及設備

（1）實驗原料

本實驗所采用的原料為佛山歐神諾陶瓷股份公司制拋光磚所用的常規原料，如：原礦泥、高溫砂、長石、拋光磚廢渣F-1（F-1是拋光磚在經過拋光處理時產生的廢水經過分離、沉淀、壓濾、自然干燥后的回收料）、硅藻土、海泡石等。

（2）實驗設備

本實驗所采用的主要設備有SY35-液壓壓磚機、101-4-電熱鼓風干燥箱、HLJ16B -1600℃高溫井式電爐、BPS-50CL-恒溫恒濕箱、小型陶瓷球磨機、分樣篩、電子稱等。

2.2 吸濕陶瓷材料的制備工藝

吸濕陶瓷材料的制備工藝流程如圖1所示。

投料→球磨→過篩除鐵→噴粉→壓制成型→干燥→燒成

圖1 吸濕陶瓷材料的制備工藝流程

（1） 配料

吸濕材料的組成原料主要是普通陶瓷原料（高溫砂、長石、原礦泥等）、石灰石、硅藻土、海泡石、拋光磚廢料F-1，各原料氧化物含量分析如表1所示。

首先，按配方比例稱取原料；然后，將稱好的原料投入球磨機中進行球磨，其中，球﹕料﹕水=1.5﹕1﹕0.5；最后，將球磨好的漿料進行過篩除鐵。

（2） 成型

首先，漿料由柱塞泵輸送至噴霧塔進行噴霧干燥成粉；然后，將粉料壓制成不同尺寸規格及厚度的陶瓷磚坯。成型過程應適當排氣以防分層裂磚。

（3） 燒成

將干燥后的生坯磚放入電爐內開始煅燒，其燒成制度按照研究需要進行設計。

3 實驗結果分析與討論

本文以傳統陶瓷原料和拋光磚廢渣作為多孔吸濕陶瓷的骨架，在此基礎上外加吸濕類材料，以提升樣品的吸濕率。為了保證樣品具有較大的吸濕率，對基礎配方進行優化實驗，其具體配方設計如表2所示。將這4組基礎配方在950℃溫度下進行煅燒，其結果如表3所示。

由表3可知，基礎配方2在此溫度下燒成后效果最佳，由于配方中添加了拋光廢渣與石灰石，拋光廢渣中有拋光時磨頭損失的少量碳化硅，在燒成時使樣品產生微泡，而石灰石在燒成時會產生大量氣泡。因此，樣品內部均勻分布著細小孔洞，使樣品本身具有較好的吸濕效果。其吸水率為15.32%、吸濕率為90.75g/㎡、抗折強度為13.89MPa。因此，基礎配方2能夠作為此研究的基礎配方進行更深入研究，其各氧化物含量如表4所示。

3.1 硅藻土對吸濕的影響

在優化配方的基礎上外加不同配比的硅藻土，其試驗配方如表5所示，A組配方均在950℃條件下燒成，其試驗結果如表6所示。

由表6可知，隨著硅藻土不斷增加，樣品的吸水率與吸濕率逐漸增大，但其抗折強度卻在A-3出現轉折點。通過測試，A-3的吸水率為29.14%、吸濕率為175.43 g/㎡、抗折強度為6.3 MPa。

硅藻土由無定形的SiO2組成，并含有少量雜質，有細膩、松散、質輕、多孔、吸水性和滲透性強的物性。圖2為本試驗所用硅藻土樣品在950 ℃條件下煅燒后的SEM圖。

由圖2可以看出，在此煅燒溫度下，硅藻土呈現良好的圓盤狀，并且圓盤上布滿了微細的孔洞。因此，隨著外加硅藻土的量不斷增加，其吸水率與吸濕率呈逐漸增大的趨勢，但又因硅藻土為細膩、松散、輕質結構，當硅藻土的外加量超過一定量時，其燒結樣品的抗折強度呈下降趨勢。所以，當A-3配方中硅藻土外加量為40%時，其效果最佳。

3.2 海泡石對吸濕的影響

在最優配方的基礎上外加不同配比的海泡石，進一步探究海泡石對吸濕的影響，其試驗配方如表7所示。B組配方均在950℃條件下燒成，其試驗結果如表8所示。

由表8可知，隨著海泡石不斷增加，樣品的吸水率與吸濕率逐漸增大。當外加海泡石的量達到40%時，其吸水率與吸濕率都達到最大，而樣品的抗折強度沒有明顯變化。因此，確定B-3為最佳配方，其吸水率為25.63%、吸濕率為152.94 g/㎡、抗折強度為6.39 MPa。

海泡石理論化學成份主要為：SiO2 54%～60%、MgO 21%～25%。本試驗所用海泡石的內部主要孔道孔徑約為5 nm。海泡石有高達900 ㎡/g的理論表面積，在通道和孔洞中可以吸附大量的水，具有較大的吸濕能力。圖3為海泡石的SEM圖所示。endprint

由圖3可知，海泡石纖維內部存在大量的纖維結構，同時，海泡石顆粒之間還存在大量的孔隙。因此，隨著外加海泡石量的增大，樣品中的吸濕材料的孔洞多，纖維之間的孔隙也增多，樣品的吸濕效果就增強。當海泡石的外加量達到40%以上時，樣品中的孔隙達到一定飽和，無法持續增大樣品吸濕率。因此，海泡石的最佳外加量為40%。

3.3 粉料的顆粒級配對吸濕的影響

通過上述實驗我們發現，外加一定量的硅藻土、海泡石，可以在一定程度上提高樣品的吸濕率。通過調整外加吸濕材料與配方2的顆粒級配，觀察樣品的吸濕性能。其試驗配方如表9所示，試驗結果如表10所示。

由表10可知，C-1與C-2的吸濕性能都比較不錯，相比A-3與B-3性能都有所提高，而C-3的吸濕性能卻表現一般，但其抗折強度卻高于C-1與C-2。這是因為原礦泥相對吸濕材料來說更具有粘結性，在樣品燒結時產生較多的玻璃相，使得樣品的抗折強度有所提高，但其吸濕性能卻表現一般。

C-1與C-2的吸濕率都比A-3與B-3要高，這是因為在C組配方中，基礎配方2粉料的細度與吸濕材料粉料的細度有所差別，這樣經混料后，在磚坯壓制成型時，可以使得這兩種粉料混合的更加均勻，細粉可以錯落在粗粉的縫隙中形成緊密堆積，從而形成更細小的縫隙，這樣的縫隙增加了樣品的吸濕通道。因此，樣品的吸濕率有所提高。

4 結論

（1） 以拋光廢渣等原料為吸濕骨架，外加硅藻土、海泡石等吸濕材料，通過普通的陶瓷磚制備工藝能制備出吸濕性能較好的吸濕陶瓷材料。

（2） 在基礎配方2中外加40%硅藻土，當煅燒溫度為950℃時，能得到較優的吸濕效果，其樣品吸水率為29.14%、吸濕率為175.43g/㎡、抗折強度為6.3MPa。

（3） 在基礎配方2中外加40%海泡石，當煅燒溫度為950℃時，能得到較優的吸濕效果，其樣品吸水率為25.63%、吸濕率為152.94g/㎡、抗折強度為6.39MPa。

（4） 在通過工藝改進后，將基礎配方2制成60目細粉，吸濕材料制成20目粉料，并以6：4的比例均勻混合，可得較優配方。硅藻土樣品C-1的吸水率為31.18%、吸濕率為182.33g/㎡、抗折強度為6.87MPa；海泡石樣品C-2的吸水率為29.72%、吸濕率為167.59g/㎡、抗折強度為7.23MPa。

參考文獻

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影響[J]. 硅酸鹽學報， 2004， 32（11），1405.

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究報告：第3集. 福罔：秀巧社印刷株式會社，1949，21.

[9] 黃季宜，金招芬.調濕建材調節室內濕度的可行性分析[J].暖通

空調，2002，32（1），105.

[10] 冉茂宇.調濕材料及其研究應用現狀[D].第八屆中國建筑物理

學術會議論文，2000，158.endprint

由圖3可知，海泡石纖維內部存在大量的纖維結構，同時，海泡石顆粒之間還存在大量的孔隙。因此，隨著外加海泡石量的增大，樣品中的吸濕材料的孔洞多，纖維之間的孔隙也增多，樣品的吸濕效果就增強。當海泡石的外加量達到40%以上時，樣品中的孔隙達到一定飽和，無法持續增大樣品吸濕率。因此，海泡石的最佳外加量為40%。

3.3 粉料的顆粒級配對吸濕的影響

通過上述實驗我們發現，外加一定量的硅藻土、海泡石，可以在一定程度上提高樣品的吸濕率。通過調整外加吸濕材料與配方2的顆粒級配，觀察樣品的吸濕性能。其試驗配方如表9所示，試驗結果如表10所示。

由表10可知，C-1與C-2的吸濕性能都比較不錯，相比A-3與B-3性能都有所提高，而C-3的吸濕性能卻表現一般，但其抗折強度卻高于C-1與C-2。這是因為原礦泥相對吸濕材料來說更具有粘結性，在樣品燒結時產生較多的玻璃相，使得樣品的抗折強度有所提高，但其吸濕性能卻表現一般。

C-1與C-2的吸濕率都比A-3與B-3要高，這是因為在C組配方中，基礎配方2粉料的細度與吸濕材料粉料的細度有所差別，這樣經混料后，在磚坯壓制成型時，可以使得這兩種粉料混合的更加均勻，細粉可以錯落在粗粉的縫隙中形成緊密堆積，從而形成更細小的縫隙，這樣的縫隙增加了樣品的吸濕通道。因此，樣品的吸濕率有所提高。

4 結論

（1） 以拋光廢渣等原料為吸濕骨架，外加硅藻土、海泡石等吸濕材料，通過普通的陶瓷磚制備工藝能制備出吸濕性能較好的吸濕陶瓷材料。

（2） 在基礎配方2中外加40%硅藻土，當煅燒溫度為950℃時，能得到較優的吸濕效果，其樣品吸水率為29.14%、吸濕率為175.43g/㎡、抗折強度為6.3MPa。

（3） 在基礎配方2中外加40%海泡石，當煅燒溫度為950℃時，能得到較優的吸濕效果，其樣品吸水率為25.63%、吸濕率為152.94g/㎡、抗折強度為6.39MPa。

（4） 在通過工藝改進后，將基礎配方2制成60目細粉，吸濕材料制成20目粉料，并以6：4的比例均勻混合，可得較優配方。硅藻土樣品C-1的吸水率為31.18%、吸濕率為182.33g/㎡、抗折強度為6.87MPa；海泡石樣品C-2的吸水率為29.72%、吸濕率為167.59g/㎡、抗折強度為7.23MPa。

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由圖3可知，海泡石纖維內部存在大量的纖維結構，同時，海泡石顆粒之間還存在大量的孔隙。因此，隨著外加海泡石量的增大，樣品中的吸濕材料的孔洞多，纖維之間的孔隙也增多，樣品的吸濕效果就增強。當海泡石的外加量達到40%以上時，樣品中的孔隙達到一定飽和，無法持續增大樣品吸濕率。因此，海泡石的最佳外加量為40%。

3.3 粉料的顆粒級配對吸濕的影響

通過上述實驗我們發現，外加一定量的硅藻土、海泡石，可以在一定程度上提高樣品的吸濕率。通過調整外加吸濕材料與配方2的顆粒級配，觀察樣品的吸濕性能。其試驗配方如表9所示，試驗結果如表10所示。

由表10可知，C-1與C-2的吸濕性能都比較不錯，相比A-3與B-3性能都有所提高，而C-3的吸濕性能卻表現一般，但其抗折強度卻高于C-1與C-2。這是因為原礦泥相對吸濕材料來說更具有粘結性，在樣品燒結時產生較多的玻璃相，使得樣品的抗折強度有所提高，但其吸濕性能卻表現一般。

C-1與C-2的吸濕率都比A-3與B-3要高，這是因為在C組配方中，基礎配方2粉料的細度與吸濕材料粉料的細度有所差別，這樣經混料后，在磚坯壓制成型時，可以使得這兩種粉料混合的更加均勻，細粉可以錯落在粗粉的縫隙中形成緊密堆積，從而形成更細小的縫隙，這樣的縫隙增加了樣品的吸濕通道。因此，樣品的吸濕率有所提高。

4 結論

（1） 以拋光廢渣等原料為吸濕骨架，外加硅藻土、海泡石等吸濕材料，通過普通的陶瓷磚制備工藝能制備出吸濕性能較好的吸濕陶瓷材料。

（2） 在基礎配方2中外加40%硅藻土，當煅燒溫度為950℃時，能得到較優的吸濕效果，其樣品吸水率為29.14%、吸濕率為175.43g/㎡、抗折強度為6.3MPa。

（3） 在基礎配方2中外加40%海泡石，當煅燒溫度為950℃時，能得到較優的吸濕效果，其樣品吸水率為25.63%、吸濕率為152.94g/㎡、抗折強度為6.39MPa。

（4） 在通過工藝改進后，將基礎配方2制成60目細粉，吸濕材料制成20目粉料，并以6：4的比例均勻混合，可得較優配方。硅藻土樣品C-1的吸水率為31.18%、吸濕率為182.33g/㎡、抗折強度為6.87MPa；海泡石樣品C-2的吸水率為29.72%、吸濕率為167.59g/㎡、抗折強度為7.23MPa。

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