论文部分内容阅读
磷酸基地聚合物是一种由二价或三价金属氧化物与磷酸或磷酸盐溶液反应形成的三维网络凝胶结构,具有机械性能高、耐高温性能好、耐腐蚀性能强等优点。本论文以偏高岭土（MK）为原料,磷酸为激发剂制备磷酸基地聚合物（MGP）,探讨了制备MGP的最佳磷酸溶液浓度和固液比。同时,采用MgO和Fe3O4对磷酸基地聚合物进行改性研究,进一步探讨了MgO和Fe3O4掺量对磷酸基地聚合物机械性能的影响。此外,还对MGP、氧化镁-磷酸基地聚合物（MgO-MGP）和四氧化三铁-磷酸基地聚合物（Fe3O4-MGP）的耐高温与耐腐蚀性能展开了研究。（1）探讨了制备MGP的最佳磷酸溶液浓度和固液比,及最佳MgO和Fe3O4掺量。结果表明,磷酸溶液浓度和固液比分别为3:2和1:1.3时,MGP的抗压强度值达到最大42.45 MPa。MgO和Fe3O4掺量分别为6.25%和9.38%时,MgO-MGP和Fe3O4-MGP的抗压强度分别达到最大值58.03 MPa和62.81 MPa。MgO与磷酸根离子发生中和反应产生的热量提高了反应体系温度,加速了地聚合物的解聚和缩聚过程,增加了地聚合反应程度,进而增强了磷酸基地聚合物的机械性能。Fe3O4-MGP的抗压强度受Fe/P影响,生成的凝胶相随Fe/P增大而增加,地聚合物的抗压强度增加。矿物相分析（XRD）、红外光谱分析（FT-IR）和微观结构分析（SEM）结果表明,MGP、MgO-MGP和Fe3O4-MGP三种磷酸基地聚合物主要由无定形凝胶相组成,MgO和Fe3O4的加入增加了磷酸基地聚合物的结构致密度,提高了地聚合物的机械性能。（2）探讨了MGP、MgO-MGP和Fe3O4-MGP三种磷酸基地聚合物的耐高温性能,煅烧温度为6001200oC。结果表明,经过1200oC煅烧后,三组磷酸基地聚合物试样均未发生熔融,MGP、MgO-MGP、Fe3O4-MGP三组试样的抗压强度保留率分别可达95.43%、88.04%、104.14%。MGP和Fe3O4-MGP两组试样的高抗压强度保留率与试样内部发生的烧结反应导致试样结构致密化有关,而MgO-MGP试样内部水化产物在1200°C时的持续分解引起了抗压强度的大幅降低。矿物相分析（XRD）、红外光谱分析（FT-IR）、微观结构分析（SEM）及差热-热重分析（TG-DTA）结果表明,在煅烧温度为600oC时,MGP由于失水导致试样内部出现微裂纹,孔隙度增大,抗压强度降低,而MgO-MGP和Fe3O4-MGP试样内部在高温下形成高温蒸压反应导致未反应物质进一步水化,增加了试样的抗压强度;温度升高至800oC和1000oC时,水化产物的分解导致抗压强度降低;温度继续升高,试样内部发生烧结反应导致MGP和Fe3O4-MGP抗压强度有所回升,而MgO-MGP试样内部的水化产物则继续分解导致抗压强度降低。（3）探讨了MGP、MgO-MGP和Fe3O4-MGP三种磷酸基地聚合物在不同浸泡介质（去离子水、5 wt%HCl溶液、5 wt%NaOH溶液和5 wt%Na2SO4溶液）中的耐腐蚀性能。结果显示,三组磷酸基地聚合物均具有较优异的耐水和耐盐腐蚀性能;由于H+和OH-对地聚合结构的侵蚀,使得地聚合物结构发生分解,从而造成磷酸基地聚合物的耐酸碱腐蚀性能较差。试样接触溶液后,MgO-MGP试样内部未反应完全的MgO继续与磷酸反应并在地聚合物内部产生应力,破坏地聚合物内部结构,降低地聚合物抗压强度;Fe3O4的加入增加了磷酸基地聚合物的致密度,提高了地聚合结构之间的粘结性,在一定程度上阻碍了H+和OH-对地聚合结构的侵蚀,从而提高了磷酸基地聚合物的耐腐蚀性能。磷酸基地聚合物具有较好的机械性能、耐高温性能及耐水耐盐腐蚀性能,在建筑、陶瓷、核废物安全处置等领域具有良好的应用潜力与前景。