杨 珖¹，解晓圆¹，李 艳¹，李 燚²

（1.云南开放大学（云南国防工业职业技术学院）化学工程学院，云南 昆明 650500；

2.贵州大学材料与冶金学院，贵州 贵阳 550025）

摘  要：磷石膏作为磷化工副产物，多孔结构和高吸水特性严重制约了其在建筑、环境等领域的应用。系统综述了磷石膏表面疏水涂层的构建策略与评价方法，为固废资源化与功能建材开发提供新思路。

关键词：磷石膏；疏水涂层；构建策略；评价方法；固废资源化

0 引言

磷石膏作为湿法磷酸生产的主要固体废弃物，主要成分为CaSO₄·2H₂O，排放量巨大且成分复杂，每生产1t磷酸就会产生5t磷石膏。大部分的磷石膏自然堆积，利用率及附加值低，存在巨大的安全与环境风险。随着城市化进程的加快，采用磷石膏基的绿色建材，既能降低建筑业的碳排放，又能解决大宗磷石膏占用土地资源和环境污染问题。本文系统梳理硅烷接枝、溶胶凝胶复合等多类主流改性策略及涵盖动态接触角衰减、酸碱腐蚀耐受性的综合评价体系，旨在为磷石膏从单一建材向功能型复合材料升级提供理论支撑，助力提高工业固废资源化利用率。

1 磷石膏的特性与表面疏水改性的必要性

1.1 磷石膏的特性

磷石膏主要化学成分为CaSO₄·2H₂O，并含有多种杂质，包括可溶性磷、氟化物（如CaF₂）、有机物、少量重金属和放射性元素。这些杂质的存在不仅影响磷石膏的性能，还对其资源化利用提出了挑战。磷石膏的孔隙形态为板状晶体，孔隙尺寸覆盖微孔到大孔，其中微孔和小孔数量多，中孔和大孔面积大[3]。这种结构使其比表面积和孔隙率高，在潮湿环境中，磷石膏会大量吸水，导致质量增加、体积膨胀，并损害力学性能和耐久性。它的高吸水性不仅源于其多孔结构，也与所含可溶性磷、氟化物等杂质有关。这些杂质改变液相条件，降低二水石膏过饱和度，导致晶体粗化、结构疏松，进一步加剧吸水。

1.2 表面疏水改性对提升磷石膏耐水性、耐久性和应用价值的意义

作为一种气硬性胶凝材料，磷石膏在建筑领域具有广泛的应用潜力，但是其亲水性特性严重限制了其在潮湿环境中的应用。磷石膏在高湿度环境下容易吸水膨胀，导致其力学性能下降，甚至出现溶融蠕变效应。传统疏水方法主要通过添加防水剂来改善磷石膏的耐水性能，但这些方法往往存在掺量控制困难、改性效果有限等问题，且可能对材料强度造成负面影响。近年来，表面疏水改性技术为磷石膏的性能提升提供了新的解决方案。磷石膏表面的疏水原理主要基于润湿性理论，包括Young方程、Wenzel模型和Cassie-Baxter模型。这些理论共同指出，材料的润湿性由表面能和表面粗糙度决定，高表面能通常导致亲水性，而低表面能则倾向于疏水性。通过在磷石膏表面构建多孔或阶梯结构，可以捕获空气，形成空气-液体-固体的三相接触状态，这种结构可以使磷石膏表面的接触角>150°，并显著降低滑动接触角，表现出优异的自清洁性能，有效阻止水分和其他液体的侵入。这种方法不仅显著提高了磷石膏的疏水性，还改善了其耐水性能和力学强度，使磷石膏从单一建材向高附加值领域延伸。

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