CN106400118A - 一种表面改性制备难溶于水的无水硫酸钙晶须方法 - Google Patents

一种表面改性制备难溶于水的无水硫酸钙晶须方法 Download PDF

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董宏静
许娜
张徽
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Abstract

本发明公开一种表面改性制备难溶于水的无水硫酸钙晶须方法，包括步骤A：改性剂筛选和溶液配制；步骤B：制成硫酸钙晶须悬浊液；步骤C：焙烧无水硫酸钙晶须；本发明解决了二水硫酸钙晶须或半水硫酸钙晶须在水化过程中不稳定的问题，同时也增强了硫酸钙晶须和高分子材料的相容性。工艺通过浸泡、过滤、脱水和焙烧的简单过程，关键在于在生成晶须后溶液质量浓度为0.5g/L~10g/L盐溶液浸泡改性，制得的晶须具有良好的尺寸稳定性、难溶性和在造纸纸浆具有良好的兼容性且留着率高。本发明工艺简单，生产成本低，所用改性剂无毒，制备过程绿色环保，本发明的硫酸晶须可以很好的用于造纸填料领域，也可以作为树脂材料中的填料。

Description

一种表面改性制备难溶于水的无水硫酸钙晶须方法
技术领域
本发明属于化工技术领域，涉及一种结构简单、使用方便的表面改性制备难溶于水的无水硫酸钙晶须方法。
背景技术
硫酸钙晶须（Calcium Sulfate Whisker,CSW，国际商品名称为ONODA-GPF），别名石膏晶须，又称石膏纤维，白色蓬松状固体，显微镜下为纤维状或针状单晶体，是指一定条件下以单晶形式生长的形状类似短纤维的须状单晶体，由于在结晶时原子结构排列高度有序，以致结晶形貌接近完整，其强度接近材料原子间价健的理论强度。其主要性质如下：（1）具有优良的力学性质，（2）具有很好的稳定性和相容性，优良平滑性，再生性能好，（3）毒性低，（4）成本低。在建筑、医药、塑料、橡胶和环境保护领域都有重要的用途，目前较多地用作复合材料增强组元。
在用脱硫石膏和化学石膏制备晶须领域，段庆奎等以化学石膏为原料，经粉碎、配浆料、水热反应、液体分离、表面处理、干燥后制得直径为2 ～ 4um，长径比为50 ～ 100 的硫酸钙晶须。该法的不足是在表面处理过程中需要用聚乙烯醇对晶须表面进行喷雾处理，这一表面处理过程不仅难以工业放大量产，所喷出的聚乙烯醇溶液也难以做到在硫酸钙晶须面面俱到，简言之工艺复杂，实现难。史培阳等利用烟气脱硫石膏制备硫酸钙晶须的方法，用脱硫石膏为原料，经调浆、高温结晶、干燥、改性后获得了长度为15 ～ 240um，直径为0.2 ～ 4um 的硫酸钙晶须，该方法的不足之处是在晶须干燥后再进行改性，在改性过程中易损伤晶须的纤维状结构，降低了长径比，同时因工艺相对复杂，在建设生产线的过程中加大了设备的投入，增加了硫酸钙晶须制备过程中的能耗。
综上所述，前人在硫酸钙晶须改性方面做出了卓有成效的工作，但尚存工艺复杂、改性效果不佳、改性过程中易降低晶须长径比等问题，为此，研制开发一种表面改性制备难溶于水的无水硫酸钙晶须方法具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种工艺简单的表面改性制备难溶于水的无水硫酸钙晶须方法。
本发明的目的是这样实现的，包括步骤A：改性剂筛选和溶液配制；步骤B：制成硫酸钙晶须悬浊液；步骤C：焙烧无水硫酸钙晶须；
A：改性剂筛选和溶液配制
将含铁、铝或镁等金属盐的试剂配制成溶液备用；
B：制成硫酸钙晶须悬浊液
将步骤A所配制盐溶液加热，将二水硫酸钙晶须或半水硫酸钙晶须浸泡于上述盐溶液中搅拌反应，待反应完成后，快速过滤，脱水；
C： 焙烧无水硫酸钙晶须；
向步骤B得到的硫酸钙晶须放入高温炉中焙烧，根据焙烧晶须量和改性特性控制反应时间待焙烧完成后，即为难溶性无水硫酸钙晶须。
本发明解决了二水硫酸钙晶须或半水硫酸钙晶须在水化过程中不稳定的问题，同时也增强了硫酸钙晶须和高分子材料的相容性。工艺通过浸泡、过滤、脱水和焙烧的简单过程，关键在于在生成晶须后溶液质量浓度为0.5g/L~10g/L盐溶液浸泡改性，制得的晶须具有良好的尺寸稳定性、难溶性和在造纸纸浆具有良好的兼容性且留着率高。本发明工艺简单，生产成本低，所用改性剂无毒，制备过程绿色环保，本发明的硫酸晶须可以很好的用于造纸填料领域，也可以作为树脂材料中的填料。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图；
图2为实施例1的焙烧后SEM图谱；
图3为实施例2的焙烧后SEM图谱；
图4为实施例3的焙烧后SEM图谱；
图5为实施例4的焙烧后SEM图谱。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明，但不得以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变更或改进，均属于本发明的保护范围。
如图1所示，本发明包括步骤A：改性剂筛选和溶液配制；步骤B：制成硫酸钙晶须悬浊液；步骤C：焙烧无水硫酸钙晶须；
A：改性剂筛选和溶液配制
将含铁、铝或镁等金属盐的试剂配制成溶液备用；
B：制成硫酸钙晶须悬浊液
将步骤A所配制盐溶液加热，将二水硫酸钙晶须或半水硫酸钙晶须浸泡于上述盐溶液中搅拌反应，待反应完成后，快速过滤，脱水；
C： 焙烧无水硫酸钙晶须；
向步骤B得到的硫酸钙晶须放入高温炉中焙烧，根据焙烧晶须量和改性特性控制反应时间待焙烧完成后，即为难溶性无水硫酸钙晶须。
步骤A所述的改性剂金属盐溶液，质量浓度为1.0g/L~10g/L盐溶液，可以继续循环使用。
步骤B中的加热温度为80℃~100℃。
步骤B中的搅拌反应时间为20min~60min。
步骤C中的高温焙烧温度为600℃~1100℃。
步骤C中的焙烧时间为0.5h~2.0h。
步骤B所述的二水硫酸钙晶须或半水硫酸钙晶须属于普通易溶于水的无改性硫酸钙晶须。
所述步骤A的改性剂金属盐为无机盐，包括氯化钠、氯化钾、氯化锌、氯化铝、氯化镁、氯化铁、硫酸钠、硫酸钾、硫酸锌、硫酸镁、硫酸铝、磷酸钠、磷酸钾、磷酸锌、磷酸镁和磷酸铝中一种或多种的组合。
本发明工作原理及工作过程：
本发明解决了二水硫酸钙晶须或半水硫酸钙晶须在水化过程中不稳定的问题，同时也增强了硫酸钙晶须和高分子材料的相容性。工艺通过浸泡、过滤、脱水和焙烧的简单过程，关键在于在生成晶须后溶液质量浓度为0.5g/L~10g/L盐溶液浸泡改性，制得的晶须具有良好的尺寸稳定性、难溶性和在造纸纸浆具有良好的兼容性且留着率高。本发明工艺简单，生产成本低，所用改性剂无毒，制备过程绿色环保，本发明的硫酸晶须可以很好的用于造纸填料领域，也可以作为树脂材料中的填料。
实施例1
①改性剂配制：称量0.1g硫酸铝溶于100mL水溶液中，配制成含1.0g/L的盐溶液，加热至温度80℃备用。
②浸泡改性：把二水硫酸钙晶须加入到改性剂溶液中，搅拌反应60min改性并过滤。
③焙烧稳定化：将所得的硫酸钙晶须放入高温炉中焙烧，设定温度600℃，控制反应时间2.0h，待焙烧完成后，得到难溶性无水硫酸钙晶须，如图2所示。
实施案例2
①改性剂配制：称量0.5g氯化铝和氯化铁溶于100mL水溶液中，配制成含5.0g/L的盐溶液，加热至温度90℃备用。
②浸泡改性：把二水硫酸钙晶须加入到改性剂溶液中，搅拌反应30min改性并过滤。
③焙烧稳定化：将所得的硫酸钙晶须放入高温炉中焙烧，设定温度800℃，控制反应时间1.5h，待焙烧完成后，得到难溶性无水硫酸钙晶须，如图3所示。
实施案例3
①改性剂配制：称量1.0g硫酸镁和氯化铁溶于100mL水溶液中，配制成含10.0g/L的盐溶液，加热至温度100℃备用。
②浸泡改性：把二水硫酸钙晶须加入到改性剂溶液中，搅拌反应20min改性并过滤。
③焙烧稳定化：将所得的硫酸钙晶须放入高温炉中焙烧，设定温度1000℃，控制反应时间1.0h），待焙烧完成后，得到难溶性无水硫酸钙晶须，如图4所示。
实施案例4
①改性剂配制：称量0.6g硫酸钠溶于100mL水溶液中，配制成含6.0g/L的盐溶液，加热至温度80℃备用。
②浸泡改性：把二水硫酸钙晶须加入到改性剂溶液中，搅拌反应40min改性并过滤。
③焙烧稳定化：将所得的硫酸钙晶须放入高温炉中焙烧，设定温度1100℃，控制反应时间0.5h，待焙烧完成后，得到难溶性无水硫酸钙晶须，如图5所示。
实施案例5
①改性剂配制：称量0.6g硫酸钾与氯化钠溶于100mL水溶液中，配制成含6.0g/L的盐溶液，加热至温度80℃备用。
②浸泡改性：把二水硫酸钙晶须加入到改性剂溶液中，搅拌反应40min改性并过滤。
③焙烧稳定化：将所得的硫酸钙晶须放入高温炉中焙烧，设定温度1100℃，控制反应时间0.5h，待焙烧完成后，得到难溶性无水硫酸钙晶须。
实施案例6
①改性剂配制：称量0.6g硫酸锌与氯化钾溶于100mL水溶液中，配制成含6.0g/L的盐溶液，加热至温度80℃备用。
②浸泡改性：把半水硫酸钙晶须加入到改性剂溶液中，搅拌反应40min改性并过滤。
③焙烧稳定化：将所得的硫酸钙晶须放入高温炉中焙烧，设定温度1100℃，控制反应时间0.5h，待焙烧完成后，得到难溶性无水硫酸钙晶须。
实施案例7
①改性剂配制：称量0.6g磷酸钠与氯化锌溶于100mL水溶液中，配制成含6.0g/L的盐溶液，加热至温度80℃备用。
②浸泡改性：把半水硫酸钙晶须加入到改性剂溶液中，搅拌反应40min改性并过滤。
③焙烧稳定化：将所得的硫酸钙晶须放入高温炉中焙烧，设定温度1100℃，控制反应时间0.5h，待焙烧完成后，得到难溶性无水硫酸钙晶须。
实施案例8
①改性剂配制：称量0.6g磷酸钾与磷酸锌溶于100mL水溶液中，配制成含6.0g/L的盐溶液，加热至温度80℃备用。
②浸泡改性：把二水硫酸钙晶须加入到改性剂溶液中，搅拌反应40min改性并过滤。
③焙烧稳定化：将所得的硫酸钙晶须放入高温炉中焙烧，设定温度1100℃，控制反应时间0.5h，待焙烧完成后，得到难溶性无水硫酸钙晶须。
实施案例9
①改性剂配制：称量0.7g磷酸镁和磷酸铝溶于100mL水溶液中，配制成含7.0g/L的盐溶液，加热至温度80℃备用。
②浸泡改性：把二水硫酸钙晶须加入到改性剂溶液中，搅拌反应40min改性并过滤。
③焙烧稳定化：将所得的硫酸钙晶须放入高温炉中焙烧，设定温度1100℃，控制反应时间0.5h，待焙烧完成后，得到难溶性无水硫酸钙晶须。

Claims (8)

1.一种表面改性制备难溶于水的无水硫酸钙晶须方法，包括步骤A：改性剂筛选和溶液配制；步骤B：制成硫酸钙晶须悬浊液；步骤C：焙烧无水硫酸钙晶须；
A：改性剂筛选和溶液配制
将含铁、铝或镁等金属盐的试剂配制成溶液备用；
B：制成硫酸钙晶须悬浊液
将步骤A所配制盐溶液加热，将二水硫酸钙晶须或半水硫酸钙晶须浸泡于上述盐溶液中搅拌反应，待反应完成后，快速过滤，脱水；
C： 焙烧无水硫酸钙晶须；
向步骤B得到的硫酸钙晶须放入高温炉中焙烧，根据焙烧晶须量和改性特性控制反应时间待焙烧完成后，即为难溶性无水硫酸钙晶须。
2.根据权利要求1所述的表面改性制备难溶于水的无水硫酸钙晶须方法，其特征是：步骤A所述的改性剂金属盐溶液，质量浓度为1.0g/L~10g/L盐溶液，可以继续循环使用。
3.根据权利要求1所述的表面改性制备难溶于水的无水硫酸钙晶须方法，其特征是：步骤B中的加热温度为80℃~100℃。
4.根据权利要求1所述的表面改性制备难溶于水的无水硫酸钙晶须方法，其特征是：步骤B中的搅拌反应时间为20min~60min。
5.根据权利要求1所述的表面改性制备难溶于水的无水硫酸钙晶须方法，其特征是：步骤C中的高温焙烧温度为600℃~1100℃。
6.根据权利要求1所述的表面改性制备难溶于水的无水硫酸钙晶须方法，其特征是：步骤C中的焙烧时间为0.5h~2.0h。
7.根据权利要求1项所述的表面改性制备难溶于水的无水硫酸钙晶须方法，其特征是：步骤B所述的二水硫酸钙晶须或半水硫酸钙晶须属于普通易溶于水的无改性硫酸钙晶须。
8.根据权利要求1~7之一所述的表面改性制备难溶于水的无水硫酸钙晶须方法，其特征是：所述步骤A的改性剂金属盐为无机盐，包括氯化钠、氯化钾、氯化锌、氯化铝、氯化镁、氯化铁、硫酸钠、硫酸钾、硫酸锌、硫酸镁、硫酸铝、磷酸钠、磷酸钾、磷酸锌、磷酸镁和磷酸铝中一种或多种的组合。
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