一種表面改性製備難溶於水的無水硫酸鈣晶須方法與流程

2023-07-15 11:15:41 1

本發明屬於化工技術領域，涉及一種結構簡單、使用方便的表面改性製備難溶於水的無水硫酸鈣晶須方法。

背景技術：

硫酸鈣晶須（Calcium Sulfate Whisker,CSW，國際商品名稱為ONODA-GPF），別名石膏晶須，又稱石膏纖維，白色蓬鬆狀固體，顯微鏡下為纖維狀或針狀單晶體，是指一定條件下以單晶形式生長的形狀類似短纖維的須狀單晶體，由於在結晶時原子結構排列高度有序，以致結晶形貌接近完整，其強度接近材料原子間價健的理論強度。其主要性質如下：（1）具有優良的力學性質，（2）具有很好的穩定性和相容性，優良平滑性，再生性能好，（3）毒性低，（4）成本低。在建築、醫藥、塑料、橡膠和環境保護領域都有重要的用途，目前較多地用作複合材料增強組元。

在用脫硫石膏和化學石膏製備晶須領域，段慶奎等以化學石膏為原料，經粉碎、配漿料、水熱反應、液體分離、表面處理、乾燥後製得直徑為2 ～ 4um，長徑比為50 ～ 100 的硫酸鈣晶須。該法的不足是在表面處理過程中需要用聚乙烯醇對晶須表面進行噴霧處理，這一表面處理過程不僅難以工業放大量產，所噴出的聚乙烯醇溶液也難以做到在硫酸鈣晶須面面俱到，簡言之工藝複雜，實現難。史培陽等利用煙氣脫硫石膏製備硫酸鈣晶須的方法，用脫硫石膏為原料，經調漿、高溫結晶、乾燥、改性後獲得了長度為15 ～ 240um，直徑為0.2 ～ 4um 的硫酸鈣晶須，該方法的不足之處是在晶須乾燥後再進行改性，在改性過程中易損傷晶須的纖維狀結構，降低了長徑比，同時因工藝相對複雜，在建設生產線的過程中加大了設備的投入，增加了硫酸鈣晶須製備過程中的能耗。

綜上所述，前人在硫酸鈣晶須改性方面做出了卓有成效的工作，但尚存工藝複雜、改性效果不佳、改性過程中易降低晶須長徑比等問題，為此，研製開發一種表面改性製備難溶於水的無水硫酸鈣晶須方法具有十分重要的意義。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種工藝簡單的表面改性製備難溶於水的無水硫酸鈣晶須方法。

本發明的目的是這樣實現的，包括步驟A：改性劑篩選和溶液配製；步驟B：製成硫酸鈣晶須懸濁液；步驟C：焙燒無水硫酸鈣晶須；

A：改性劑篩選和溶液配製

將含鐵、鋁或鎂等金屬鹽的試劑配製成溶液備用；

B：製成硫酸鈣晶須懸濁液

將步驟A所配製鹽溶液加熱，將二水硫酸鈣晶須或半水硫酸鈣晶須浸泡於上述鹽溶液中攪拌反應，待反應完成後，快速過濾，脫水；

C：焙燒無水硫酸鈣晶須；

向步驟B得到的硫酸鈣晶須放入高溫爐中焙燒，根據焙燒晶須量和改性特性控制反應時間待焙燒完成後，即為難溶性無水硫酸鈣晶須。

本發明解決了二水硫酸鈣晶須或半水硫酸鈣晶須在水化過程中不穩定的問題，同時也增強了硫酸鈣晶須和高分子材料的相容性。工藝通過浸泡、過濾、脫水和焙燒的簡單過程，關鍵在於在生成晶須後溶液質量濃度為0.5g/L~10g/L鹽溶液浸泡改性，製得的晶須具有良好的尺寸穩定性、難溶性和在造紙紙漿具有良好的兼容性且留著率高。本發明工藝簡單，生產成本低，所用改性劑無毒，製備過程綠色環保，本發明的硫酸晶須可以很好的用於造紙填料領域，也可以作為樹脂材料中的填料。

附圖說明

圖1為本發明的工藝流程圖；

圖2為實施例1的焙燒後SEM圖譜；

圖3為實施例2的焙燒後SEM圖譜；

圖4為實施例3的焙燒後SEM圖譜；

圖5為實施例4的焙燒後SEM圖譜。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步的說明，但不得以任何方式對本發明加以限制，基於本發明教導所作的任何變更或改進，均屬於本發明的保護範圍。

如圖1所示，本發明包括步驟A：改性劑篩選和溶液配製；步驟B：製成硫酸鈣晶須懸濁液；步驟C：焙燒無水硫酸鈣晶須；

A：改性劑篩選和溶液配製

將含鐵、鋁或鎂等金屬鹽的試劑配製成溶液備用；

B：製成硫酸鈣晶須懸濁液

將步驟A所配製鹽溶液加熱，將二水硫酸鈣晶須或半水硫酸鈣晶須浸泡於上述鹽溶液中攪拌反應，待反應完成後，快速過濾，脫水；

C：焙燒無水硫酸鈣晶須；

向步驟B得到的硫酸鈣晶須放入高溫爐中焙燒，根據焙燒晶須量和改性特性控制反應時間待焙燒完成後，即為難溶性無水硫酸鈣晶須。

步驟A所述的改性劑金屬鹽溶液，質量濃度為1.0g/L~10g/L鹽溶液，可以繼續循環使用。

步驟B中的加熱溫度為80℃~100℃。

步驟B中的攪拌反應時間為20min~60min。

步驟C中的高溫焙燒溫度為600℃~1100℃。

步驟C中的焙燒時間為0.5h~2.0h。

步驟B所述的二水硫酸鈣晶須或半水硫酸鈣晶須屬於普通易溶於水的無改性硫酸鈣晶須。

所述步驟A的改性劑金屬鹽為無機鹽，包括氯化鈉、氯化鉀、氯化鋅、氯化鋁、氯化鎂、氯化鐵、硫酸鈉、硫酸鉀、硫酸鋅、硫酸鎂、硫酸鋁、磷酸鈉、磷酸鉀、磷酸鋅、磷酸鎂和磷酸鋁中一種或多種的組合。

本發明工作原理及工作過程：

實施例1

①改性劑配製：稱量0.1g硫酸鋁溶於100mL水溶液中，配製成含1.0g/L的鹽溶液，加熱至溫度80℃備用。

②浸泡改性：把二水硫酸鈣晶須加入到改性劑溶液中，攪拌反應60min改性並過濾。

③焙燒穩定化：將所得的硫酸鈣晶須放入高溫爐中焙燒，設定溫度600℃，控制反應時間2.0h，待焙燒完成後，得到難溶性無水硫酸鈣晶須，如圖2所示。

實施案例2

①改性劑配製：稱量0.5g氯化鋁和氯化鐵溶於100mL水溶液中，配製成含5.0g/L的鹽溶液，加熱至溫度90℃備用。

②浸泡改性：把二水硫酸鈣晶須加入到改性劑溶液中，攪拌反應30min改性並過濾。

③焙燒穩定化：將所得的硫酸鈣晶須放入高溫爐中焙燒，設定溫度800℃，控制反應時間1.5h，待焙燒完成後，得到難溶性無水硫酸鈣晶須，如圖3所示。

實施案例3

①改性劑配製：稱量1.0g硫酸鎂和氯化鐵溶於100mL水溶液中，配製成含10.0g/L的鹽溶液，加熱至溫度100℃備用。

②浸泡改性：把二水硫酸鈣晶須加入到改性劑溶液中，攪拌反應20min改性並過濾。

③焙燒穩定化：將所得的硫酸鈣晶須放入高溫爐中焙燒，設定溫度1000℃，控制反應時間1.0h），待焙燒完成後，得到難溶性無水硫酸鈣晶須，如圖4所示。

實施案例4

①改性劑配製：稱量0.6g硫酸鈉溶於100mL水溶液中，配製成含6.0g/L的鹽溶液，加熱至溫度80℃備用。

②浸泡改性：把二水硫酸鈣晶須加入到改性劑溶液中，攪拌反應40min改性並過濾。

③焙燒穩定化：將所得的硫酸鈣晶須放入高溫爐中焙燒，設定溫度1100℃，控制反應時間0.5h，待焙燒完成後，得到難溶性無水硫酸鈣晶須，如圖5所示。

實施案例5

①改性劑配製：稱量0.6g硫酸鉀與氯化鈉溶於100mL水溶液中，配製成含6.0g/L的鹽溶液，加熱至溫度80℃備用。

②浸泡改性：把二水硫酸鈣晶須加入到改性劑溶液中，攪拌反應40min改性並過濾。