CN104262850A - α-半水石膏/聚氯乙烯有序复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种α-半水石膏/聚氯乙烯有序复合材料及其制备方法,属于资源综合利用及新型建材技术领域。本发明的复合材料为表面修饰的α-半水石膏与PVC复合得到,制备过程为:将一定盐浓度的脱硫石膏浆液搅拌,回流,完成二水硫酸钙到 α -半水石膏的转变,再添加有机表面修饰剂反应得到表面修饰的α-半水石膏将其加入到PVC甲苯溶液中搅拌均匀,注入模具,静置自然干燥或者负压去除并回收溶剂,脱模,得到α-半水石膏/聚氯乙烯有序复合材料。本发明的α-半水石膏/聚氯乙烯有序复合材料具有晶体规整性好、界面兼容性高、硬度大、强度高、抗冲击强等优点,可作为高强度复合材料进行使用。
Description
技术领域
本发明涉及一种α-半水石膏/聚氯乙烯有序复合材料及其制备方法,属于资源综合利用及新型建材技术领域。
背景技术
脱硫石膏是燃煤电厂湿法烟气脱硫工艺过程中排出的以二水硫酸钙为主要成分的固体废弃物,数量巨大,少量用于水泥添加剂,土壤改性,及制备纸面石膏板、建筑石膏等建筑材料,大多露天弃置,造成环境污染和资源浪费(专利CN101381209A)。因此研发脱硫石膏的利用技术尤其是制备高附加值产品的技术,具有广阔的商业前景和一定的社会意义。
二水石膏(DH)加热脱水可得半水石膏(HH)即α型和β型两种。β-半水石膏物理强度低,用途、用量均有限。而α-半水石膏是一种性能优良的石膏类型,用途较为广泛(专利CN101182150A)。
聚氯乙烯(PVC)是一种产量大、综合性能优良的通用树脂,具有力学性能良好、阻燃、耐化学腐蚀等优点。随着工业的发展,各种新型PVC复合制品不断出现,例如:中国发明专利CN1597763A公开了一种高填充未增塑聚氯乙烯/碳酸钙复合材料及其制备方法;中国发明专利CN1817958A公开了一种将表面化学改性的硬石膏(无水硫酸钙)填充到聚氯乙烯中,用于制备双壁波纹管材的复合材料;发明专利CN1817959A公开了一种用于制备塑钢型材的聚氯乙烯/硬石膏材料,广泛使用表面进行化学改性的硬石膏作为填充料,增强硬石膏与载体树脂的相容性,使材料性能得到提高,成本降低。
β-硫酸钙晶须作为补强材料在高分子材料聚丙烯、聚乙烯和环氧树脂中均有应用,还可以与石油沥青并用作为铺路材料,能显著改善石油沥青的性能,另外,β-硫酸钙晶须经过表面有机改性后作为有机聚合物的填充材料也已被关注,中国发明专利CN101974212A公开了一种用生物活性表面活性剂将硫酸钙晶须表面改性,采用共沉淀与模压方法制备硫酸钙晶须增强的聚己内酯复合材料;发明专利CN102010552A公开了一种PVC/晶须硫酸钙复合材料及其制备方法。
α-半水石膏广泛应用于模具、模型、建筑、医学、工艺美术等领域,但作为有机树脂的填充材料,还未见报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种α-半水石膏/聚氯乙烯有序复合材料及其制备方法。以脱硫石膏为主要原料,在常压盐溶液中,经过调控二水石膏浆液浓度和无机盐与二水石膏的不同比例,得到不同长径比的α-半水石膏,使用经有机表面修饰剂表面修饰的α-半水石膏作为PVC树脂填充料,采用溶液加工法,得到规整性好、界面兼容性高的有序α-半水石膏/聚氯乙烯复合材料。
本发明的目的通过下述技术方案实现:
一种α-半水石膏/聚氯乙烯有序复合材料的制备方法,为表面修饰的α-半水石膏与PVC复合而成,具体包括如下步骤:
(1)α-半水石膏的制备及表面修饰:在脱硫石膏浆液中加入无机盐充分搅拌,回流,反应2~3 h,完成二水硫酸钙到α-半水石膏的转变得到α-半水石膏料浆,用稀酸调节pH值为8.5~9.5,添加有机表面修饰剂,继续反应0.5 h;将经表面修饰的α-半水石膏料浆吸滤,用温度不低于90℃沸水洗涤后干燥得到表面修饰的α-半水石膏。
(2)混料:将甲苯和PVC聚合物颗粒混匀于90~100℃加热至完全溶解,再加入表面修饰的α-半水石膏搅拌均匀。
(3)成型:将(2)得到的物料注入模具,静置自然干燥或者负压去除并回收溶剂,脱模,得到α-半水石膏/聚氯乙烯有序复合材料。
步骤(1)中所述的脱硫石膏浆液为将脱硫石膏加入水中配制得到,其浓度优选为30~50 wt%。
步骤(1)中所述的无机盐优选为KCl、Ca(Cl)2、Ca(NO3)2中的一种或多种;无机盐的量优选为脱硫石膏质量的5~10%。
步骤(1)中调节pH用的稀酸优选为稀盐酸。
步骤(1)中所述的有机表面修饰剂优选为油酸钠、硬脂酸钠、蓖麻油酸中的一种或多种;有机表面修饰剂的量优选为脱硫石膏质量的0.2~0.5%。
步骤(2)中所述的PVC优选为硬质聚氯乙烯(S-1050P),PVC与溶剂甲苯质量比为1:3~2:1,表面修饰的α-半水石膏的量优选占复合材料质量的10~90%。
一种α-半水石膏/聚氯乙烯有序复合材料,通过上述方法制备得到。
本发明的优点是:α-半水石膏/聚氯乙烯有序复合材料具有晶体规整性好、界面兼容性高、硬度大、强度高、抗冲击强等优点,可作为高强度复合材料进行使用。
附图说明
图1是实施例1经表面修饰长径比为10的α-半水石膏的扫描电镜图;
图2是实施例2经表面修饰长径比为5的α-半水石膏的扫描电镜图;
图3是实施例6制备的α-半水石膏/聚氯乙烯(HH1P0.15)有序复合材料的扫描电镜图;
图4是实施例7制备的α-半水石膏/聚氯乙烯(HH3P0.4)有序复合材料的扫描电镜图。
具体实施方案
下面结合实施例及附图对本发明做进一步详细的描述,但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
α-半水石膏(HH-1)的制备及表面修饰
在500 g 30 wt%脱硫石膏浆液中加入10 g KCl,将配好的料浆倒入反应器中,搅拌加热回流2.0 h后,用稀盐酸调节pH值为9,加入油酸钠0.4 g,继续搅拌回流反应0.5 h。将经表面修饰的α-半水石膏料浆吸滤,用沸水洗涤2次,丙酮洗涤一次后,恒温干燥箱中50℃干燥2 h,即得表面修饰的α-半水石膏,长径比为10,扫描电镜图如图1所示。
实施例2
α-半水石膏(HH-2)的制备及表面修饰
在500 g 50 wt%脱硫石膏浆液中加入18 g Ca(Cl)2,将配好的料浆倒入反应器中,搅拌加热回流3 h后,用稀盐酸调节pH值为9,加入蓖麻油酸0.7 g,继续搅拌回流反应0.5 h。将经表面修饰的α-半水石膏料浆吸滤,用沸水洗涤2次,丙酮洗涤一次后,恒温干燥箱中50℃干燥2 h,即得表面修饰的α-半水石膏,长径比为5,扫描电镜图如图2所示。
实施例3
α-半水石膏(HH-3)的制备及表面修饰
在500 g 30 wt%脱硫石膏浆液中加入10 g Ca(NO3)2,将配好的料浆倒入反应器中,搅拌加热回流2.0 h后,用稀盐酸调节pH值为9,加入硬脂酸钠0.4 g,继续搅拌回流反应0.5 h。将经表面修饰的α-半水石膏料浆吸滤,用沸水洗涤2次,丙酮洗涤一次后,恒温干燥箱中50℃干燥2 h,即得表面修饰的α-半水石膏,长径比为10。
实施例4
α-半水石膏(HH-4)的制备及表面修饰
在500 g 40 wt%脱硫石膏浆液中加入Ca(Cl)2和KCl混合盐15 g(Ca(Cl)2: KCl = 2:1),将配好的料浆倒入反应器中,搅拌加热回流2.5 h后,用稀盐酸调节pH值为9,加入油酸钠0.6 g,继续搅拌回流反应0.5 h。将经表面修饰的α-半水石膏料浆吸滤,用沸水洗涤2次,丙酮洗涤一次后,恒温干燥箱中50℃干燥2 h,即得表面修饰的α-半水石膏,长径比为7。
实施例5
α-半水石膏(HH-5)的制备及表面修饰
在500 g 40 wt%脱硫石膏浆液中加入Ca(NO3)2和KCl混合盐17 g(Ca(NO3)2:KCl = 2:1),将配好的料浆倒入反应器中,搅拌加热回流2.5 h后,用稀盐酸调节pH值为9,加入硬脂酸钠0.5 g,继续搅拌回流反应0.5 h。将经表面修饰的α-半水石膏料浆吸滤,用沸水洗涤2次,丙酮洗涤一次后,恒温干燥箱中50℃干燥2 h,即得表面修饰的α-半水石膏,长径比为8。
实施例6
α-半水石膏/聚氯乙烯(HH1P0.15)复合材料的制备
在混料机中,加入甲苯550 mL和PVC聚合物颗粒(S-1050P)150 g,加热至100℃,搅拌至完全溶解,再加入850 g表面修饰后的α-半水石膏(HH-1),在恒定搅拌速度(200 r/min)下搅拌均匀。将混料机中的物料在搅拌下,缓慢注入模具,静置,负压去除回收溶剂,脱模,得到α-半水石膏/聚氯乙烯有序复合材料。该材料截面电镜扫描图如图3所示,α-半水石膏规整性好,与PVC树脂兼容性高,其力学性能测试结果见表1。
实施例7
α-半水石膏/聚氯乙烯(HH3P0.4)复合材料的制备
在混料机中,加入甲苯500 mL和PVC聚合物颗粒(S-1050P)400 g,加热至100℃,搅拌至完全溶解,再加入600 g表面修饰后的α-半水石膏(HH-3),在恒定搅拌速度(200 r/min)下搅拌均匀。将混料机中的物料在搅拌下,缓慢注入模具,静置自然干燥,脱模,得到α-半水石膏/聚氯乙烯有序复合材料。该材料截面电镜扫描图如图4所示,α-半水石膏规整性高,与PVC树脂兼容性很好,其力学性能测试结果见表1。
实施例8
α-半水石膏/聚氯乙烯(HH2P0.6)复合材料的制备
在混料机中,加入甲苯450 mL和PVC聚合物颗粒(S-1050P)600 g,加热至100℃,搅拌至完全溶解,再加入400 g表面修饰后的α-半水石膏(HH-2),在恒定搅拌速度(200 r/min)下搅拌均匀。将混料机中的物料在搅拌下,缓慢注入模具,静置自然干燥,脱模,得到α-半水石膏/聚氯乙烯有序复合材料,其力学性能测试结果见表1。
实施例9
α-半水石膏/聚氯乙烯(HH4P0.7)复合材料的制备
在混料机中,加入甲苯500 mL和PVC聚合物颗粒(S-1050P)700 g,加热至100℃,搅拌至完全溶解,再加入300 g表面修饰后的α-半水石膏(HH-4),在恒定搅拌速度(200 r/min)下搅拌均匀。将混料机中的物料在搅拌下,缓慢注入模具,静置自然干燥,脱模,得到α-半水石膏/聚氯乙烯有序复合材料,其力学性能测试结果见表1。
实施例10
α-半水石膏/聚氯乙烯(HH5P0.85)复合材料的制备
在混料机中,加入甲苯550 mL和PVC聚合物颗粒(S-1050P)850 g,加热至100℃,搅拌至完全溶解,再加入150 g表面修饰后的α-半水石膏(HH-5),在恒定搅拌速度(200 r/min)下搅拌均匀。将混料机中的物料在搅拌下,缓慢注入模具,静置,负压去除回收溶剂,脱模,得到α-半水石膏/聚氯乙烯有序复合材料,其力学性能测试结果见表1。
实施例11
力学性能测试
将不同PVC含量的α-半水石膏/聚氯乙烯(HHP)按照国家标准GB/T1043(模塑和挤塑塑料拉伸力学检测标准)和GB/T 1040(塑料制品冲击力学检测标准)对样品进行力学性能测试,结果见表1。
表1. 力学性能测试结果(测试结果为5个样的平均值)
样品号 | 拉伸强度(MPa) | 抗冲击强度(KJ/m2) | 伸长断裂率(%) | 弹性模量(GPa) |
HH1P0.15 | 45.2 | 2.87 | 14 | 1.23 |
HH3P0.4 | 59.5 | 4.43 | 19 | 3.04 |
HH2P0.6 | 70.3 | 5.52 | 24 | 5.47 |
HH4P0.7 | 81.5 | 6.31 | 27 | 6.48 |
HH5P0.85 | 55.4 | 4.16 | 29 | 2.95 |
上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种α-半水石膏/聚氯乙烯有序复合材料的制备方法,其特征在于:为表面修饰的α-半水石膏与聚氯乙烯复合而成。
2.根据权利要求1所述的α-半水石膏/聚氯乙烯有序复合材料的制备方法,其特征在于包括以下步骤:
(1)α-半水石膏的制备及表面修饰:在脱硫石膏浆液中加入无机盐充分搅拌,回流,反应2~3 h得到α-半水石膏料浆,用稀酸调节pH值为8.5~9.5,添加有机表面修饰剂,继续反应0.5 h;将经表面修饰的α-半水石膏料浆吸滤,用温度不低于90℃沸水洗涤后干燥得到表面修饰的α-半水石膏;
(2)混料:将甲苯和聚氯乙烯混匀90~100℃加热至完全溶解,再加入表面修饰的α-半水石膏搅拌均匀;
(3)成型:将(2)得到的物料注入模具,静置自然干燥或者负压去除并回收溶剂,脱模,得到α-半水石膏/聚氯乙烯有序复合材料。
3.根据权利要求2所述的α-半水石膏/聚氯乙烯有序复合材料的制备方法,其特征在于:步骤(1)中所述的脱硫石膏浆液的浓度为30~50 wt%。
4.根据权利要求2所述的α-半水石膏/聚氯乙烯有序复合材料的制备方法,其特征在于:步骤(1)中所述的无机盐为KCl、Ca(Cl)2、Ca(NO3)2中的一种或多种;无机盐的量为脱硫石膏质量的5~10%。
5.根据权利要求2所述的α-半水石膏/聚氯乙烯有序复合材料的制备方法,其特征在于:步骤(1)中调节pH用的稀酸为稀盐酸。
6.根据权利要求2所述的α-半水石膏/聚氯乙烯有序复合材料的制备方法,其特征在于:步骤(1)中所述的有机表面修饰剂为油酸钠、硬脂酸钠、蓖麻油酸中的一种或多种;有机表面修饰剂的量为脱硫石膏质量的0.2~0.5%。
7.根据权利要求2所述的α-半水石膏/聚氯乙烯有序复合材料的制备方法,其特征在于:步骤(2)中所述的聚氯乙烯为硬质聚氯乙烯。
8.根据权利要求2所述的α-半水石膏/聚氯乙烯有序复合材料的制备方法,其特征在于:步骤(2)中聚氯乙烯与甲苯质量比为1:3~2:1。
9.根据权利要求2所述的α-半水石膏/聚氯乙烯有序复合材料的制备方法,其特征在于:步骤(2)中表面修饰的α-半水石膏的量占复合材料质量的10~90%。
10.一种α-半水石膏/聚氯乙烯有序复合材料,其特征在于:通过权利要求1-9任一项所述的方法制备得到。
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