3 结果与讨论
3. 1 红外光谱分析
硅化合物的红外光谱的特征吸收具有强度特别的独特性能,其线状Si-O-Si基团的特征吸收在1080 cm-1和 1025 cm-1, Si-O-Si三聚体基团的特征吸收在1020 cm-1, Si-O-Si四聚体基团的特征吸收在1082 cm-1, Si-OH基 团的特征吸收在1110~1000 cm-1和3390~3200 cm-1 [3]。图1为固化样品(固化剂浓度均为2mol/L,胶凝剂 与固化剂的体积比为4∶1)在4000~400 cm-1波数范围的红外谱图。由图1可以看出,在波数800~1110 cm-1 范围内,固化产物中有Si-O-Si基团的特征吸收峰,在1039 cm-1、1032 cm-1和1020 cm-1有较强的吸收峰。但 是,水在3450 cm-1和1640 cm-1附近吸收相对较强,干扰了其它物质的特征吸收,很难进一步对固化产物进行分析。
3. 2 拉曼光谱分析
在天然的硅酸盐矿物中,硅氧四面体的连接方式各不相同,按硅氧骨干的组成可分为6类,即岛状、二聚体状、环状、链状、层状和架状。在聚合的硅氧骨干中,有两种Si-O键的基本形式,即:①Si-Onb-,Onb-表示非桥氧或末端氧;②Si-Obr-S,i Obr表示桥氧。在整个硅酸盐系列的拉曼光谱中, Si-Onb-的伸缩振动频谱在800~ 1250 cm-1之间, Si-Obr-Si的反对称伸缩加弯曲振动频谱在450~760 cm-1之间,并随着[SiO4]由孤立→环→链 →层→架状结构的变化, Si-Onb-的伸缩振动由850 cm-1逐渐增大到1250 cm-1,而Si-Obr-Si的弯曲振动从760 cm-1逐渐减少到467 cm-1,形成了典型的规律性递变,因此,利用拉曼谱能较好鉴定硅酸盐矿物[4]。水玻璃与 氯化铝反应后形成的这种非晶态高含水凝胶状产物可能是固化后形成了特殊结构的硅酸盐材料。同时,水 是很弱的拉曼散射物质,其对拉曼散射光谱的影响非常小。因此,本文采用拉曼光谱仪对其进行分析。图2 为固化样品(固化剂浓度均为2 mol/L,胶凝剂与固化剂的体积比为4∶1)在200~1300 cm-1位移范围的RM 谱图。从图2可以看出,在458 cm-1附近有拉曼位移,其正是Si-Obr-Si的弯曲振动,说明固化的胶凝材料中 确实存在硅酸盐的聚合反应,形成了硅酸盐的聚合物,且其聚合程度较高。
3. 3 核磁共振光谱分析
29SiNMR谱图提供Si原子周围的结构信息。假如硅原子分别与零、一、二、三或四个“-O-Si”相键,分别 称作零级、一级、二级、三级和四级硅原子。那么这些硅原子在29Si核磁共振谱中的吸收峰将发生不同的化 学位移[5, 6]。固化样品(固化剂浓度为2 mol/L,胶凝剂与固化剂的体积比为4∶1)的29SiNMR谱图如图3所 示,从图可知:固化样品在-86 ppm~-120 ppm范围内有很一个很强的振动峰,在-112 ppm附近的振动最强, 这说明固化后的样品大部分为四级硅原子,处于体型链中,形成的是无机硅酸盐聚合物,还有少量的三级硅 原子存在。因此,水玻璃与氯化铝的固化反应主要是形成了无机硅酸盐聚合物,这与红外和拉曼光谱分析结果是一致的。