CN109651866A - 利用独居石生产负氧离子粉的方法及负氧离子粉的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用独居石生产负氧离子粉的方法及负氧离子粉的应用，属于独居石加工技术领域。本发明通过对独居石料、电气石和钡盐原料进行改性处理后，经改性包覆得到负氧离子粉。本发明拓宽了独居石的应用领域，本发明使用的原材料包括来独居石、电气石以及普通的天然钡盐原料经原料预处理、包覆复合而成，其生产工艺操作简便，可在本领域推广，不仅可以缓解因独居石提炼而造成的尾渣堆放的环境问题，还可以创造出较高的经济价值。

Description

利用独居石生产负氧离子粉的方法及负氧离子粉的应用
技术领域
本发明属于独居石加工技术领域，具体涉及一种利用独居石生产负氧离子粉的方法及负氧离子粉的应用。
背景技术
独居石是主要的稀土金属矿之一，印度、澳大利亚、南非等国都是独居石的重要产地，其化学成分主要以轻稀土为主，稀土氧化物含量约为65％左右，同时含有氧化钍和氧化铀，因此常具有放射性。其晶体形态属单斜晶系单斜柱晶类。目前国内使用的独居石矿的来源主要有：进口砂矿、国内选矿企业产生的尾矿。
独居石在国内的的应用主要为以独居石为原料进行稀土冶炼分离，而独居石的冶炼主要存在的问题为：冶炼分离产生的尾渣大量堆积，难以对其进行回收处理，给环境造成了极大压力。此外因独居石具有一定的放射性而极大地限制了其在其他领域的应用。
因此对独居石的应用进行研究，以拓宽其应用领域并解决因独居石冶炼给环境造成的压力已成为当下亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足而提供一种利用独居石生产负氧离子粉的方法及负氧离子粉的应用，用该方法制得的负离子粉性能优异，可持续释放负氧离子且其放射性核素符合我国建材A类标准。
本发明采用如下技术方案：
利用独居石生产负氧离子粉的方法，包括如下步骤：
步骤一、独居石料准备及预处理：将独居石经研磨及分散，得独居石分散料，将独居石分散料进行表面改性，得改性独居石分散料浆；
步骤二、电气石料的准备及改性处理：将电气石料经研磨及分散，得分散料浆，将分散料浆进行表面改性，得改性分散料浆；
步骤三、钡盐原料准备：
a.将钡盐原料进行湿法研磨，得钡盐浆料；
b.将钡盐浆料进行分散，具体为：将钡盐浆料抽至容器中，加入分散剂进行分散，得钡盐分散浆料；
c.将钡盐分散浆料进行表面活性处理，具体为：在钡盐分散浆料中依次加入表面活性剂改性剂，持续搅拌分散及改性，得钡盐物料；
步骤四、复合：
d：将步骤一得到的改性独居石分散料浆和步骤二得到的改性分散料浆混合后置于改性设备中复合，得半成品浆料；
e：将步骤d得到的半成品浆料与步骤三得到的钡盐物料混合后得混合料，将混合料置于改性设备中进行复合包覆，得负离子粉浆料；
步骤五、干燥：将步骤四得到的负离子粉浆料用闪蒸干燥器烘干，再经打散，即得所述负氧离子粉。
更进一步地，步骤一中所述研磨分散具体为：将独居石料加水研磨至物料粒度分布中D98小于4μm，研磨时物料和水的质量比为1:0.5，再加入分散剂进行分散，加入的分散剂与独居石料的质量比为1:0.008；
更进一步地，步骤一中所述表面改性具体为：在独居石分散料中加入表面活性剂，搅拌分散，其中独居石分散料与表面活性剂的质量比为1:0.008；所述表面活性剂为硬脂酸和硅油按质量比为2～3:1的混合物；
更进一步地，步骤二中所述研磨分散具体为：将电气石料加水研磨至物料粒度分布中D98小于4μm，研磨时物料和水的质量比为1:0.5，再加入分散剂进行分散，加入的分散剂与物料的质量比为1:0.008；
更进一步地，步骤二中所述表面改性具体为：在分散料浆中加入表面活性剂，搅拌分散，其中分散料浆与表面活性剂的质量比为1:0.008；所述表面活性剂为硬脂酸和硅油按质量比为2～3:1的混合物；
更进一步地，步骤三a中所述钡盐原料为天然碳酸钡原矿或天然硫酸钡原矿，所述湿法研磨具体为：先采用球磨机粗磨至物料粒度分布中D98小于5μm，再采用纳米砂磨机精磨至物料粒度分布中D98小于1μm，步骤三b中加入钡盐浆料总质量0.1％～0.5％的分散剂进行分散，所述分散剂为聚丙烯酸钠盐，步骤三c中在钡盐分散浆料中依次加入钡盐分散浆料总质量0.07％～0.3％的表面活性剂、0.07％～0.3％的改性剂AD8029，所述表面活性剂为硬脂酸，所述改性剂为粉体表面改性剂。；
更进一步地，步骤四d中将步骤一得到的改性独居石分散料浆和步骤二得到的改性分散料浆按照质量比3:2混合；步骤四e中将步骤d得到的半成品浆料与步骤三得到的钡盐物料按照质量比1:1混合，步骤四e中若复合过程中产生气泡，则需加入消泡剂，加入的消泡剂与混合料的质量比为0.002:1；
本发明还提供由所述的利用独居石生产负氧离子粉的方法制得的负氧离子粉。
本发明还提供制得的负氧离子粉在家装材料、包装材料、管材、卫生洁具、医疗辅材及涂料中的应用
本发明的负离子粉每个单元体的正、负电荷中心无法重合，故两端形成正极、负极，构成了一个永久带电体-永久电极。由于正、负电荷无对称中心，即具有偶极矩，当外界温度发生微小变化或外加压力发生微小变化则离子间距及键角发生变化，诱发偶极矩，导致束缚在单元体表面的自由电荷层一部分被释放出来，从而使其呈带电状态或在闭合回路中形成电流，在其周围形成电场及微电流，同时，由于有偶极矩的存在，使负氧离子粉具有优良的远红外线功能。
正是靠着单元体的永久电极、电场及微电流等物理作用，使负氧离子粉具有持续释放负氧离子的功能。
持续释放负氧离子的原理：因负氧离子粉的每个单元体具有永久电极，当空气中的水分子与其接触时，永久电极瞬间放电，从而使水发生电解：H2O→H++OH-，由于H+移动速度很快，迅速向永久电极的负极移动，而OH-移动速度慢，所以与水分子H2O结合发生反应OH－+H2O→H3O2-，从而达到永久释放负离子的目的。
去除有害气体及异味的作用：本发明的负氧离子粉持续释放的H3O2负离子中和、包覆在游离出的有害物质的周围，使其形成大粒子团聚并沉降下来，不漂浮在空气中，对人体健康不再构成危害；另外，本发明的负氧离子粉具有很好的除异味效果，因为H3O2负离子能中和空气中的氧自由基及氧化性气体，负氧离子粉形成的电场可以使有机物异味在电场中分解，从而达到净化空气的作用。
抑菌作用：本发明的负氧离子粉具有很强的抑菌效果，包括对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、霉菌等的抑制作用，抑菌率≥99.99％。
放射性极低：由于本发明的负氧离子粉单元体中的独居石微粒被众多粒径远小于它的具有防辐射功能的钡盐细颗粒牢牢包覆，钡盐拥有较大的内核质量，辐射射线(X射线及Y射线)在其内核的碰撞过程中，射线的能量容易被内核吸收掉，使射线不容易穿透，能有效阻隔射线外泄，有效的屏蔽X射线Y射线，从而降低辐射。所以使用本负氧离子粉生产的终端产品其放射性能大幅度的降低，并达到国家建筑材料行业标准。
天然的电气石是结构特殊的极性晶体，自身能长期产生电离子，并永久释放空气负离子和远红外线，可吸收电磁辐射并转化为远红外线；但是电气石自身产生电离子的能力较弱，加入独居石微粒后可以增强其产生电离子的能力。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
第一：本发明拓宽了独居石的应用领域，本发明负氧离子粉使用的原材料包括来独居石、电气石以及普通的天然钡盐原料(包括重晶石、毒重石等原矿)经原料预处理、包覆复合而成，其生产工艺操作简便，可在本领域推广，不仅可以缓解因独居石提炼而造成的尾渣堆放的环境问题，还可以创造出较高的经济价值；
第二：本发明制得的负氧离子粉的性能优异，与同类负氧离子材料相比，性能较突出。
第三：相比同类负氧离子材料产品具有更高的环保安全性，将其应用在下游建材产品中，其放射性符合国家建材A类标准。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。本发明中所述的改性设备为三辊连续改性机，所述纳米砂磨机可使用琅菱机械的NT-V60L型号的纳米砂磨机，本发明中使用的粉体表面改性剂AD8029购自东莞澳达环保新材料有限公司，本发明中使用的独居石采购于海南文盛新材料科技股份有限公司(原名海南省文盛矿业有限公司)；本发明使用百特公司的BT-9300s激光粒度分布仪检测物料粒径。
实施例1
利用独居石生产负氧离子粉的方法，包括如下步骤：
步骤一、独居石料准备及预处理：将独居石料加水用球磨机研磨至物料粒度分布中D98小于4μm，研磨时物料和水的质量比为1:0.5，再加入分散剂进行分散，加入的分散剂与独居石料的质量比为1:0.008，得独居石分散料，在独居石分散料中加入表面活性剂，搅拌分散，得改性独居石分散料浆；其中独居石分散料与表面活性剂的质量比为1:0.008；所述表面活性剂为硬脂酸和硅油按质量比为2～3:1的混合物；
步骤二、电气石料的准备及改性处理：将电气石料加水研磨至物料粒度分布中D98小于4μm，研磨时物料和水的质量比为1:0.5，再加入分散剂进行分散，加入的分散剂与物料的质量比为1:0.008，得分散料浆，在分散料浆中加入表面活性剂，搅拌分散，得改性分散料浆；其中分散料浆与表面活性剂的质量比为1:0.008；所述表面活性剂为硬脂酸和硅油按质量比为2.2:1的混合物；
步骤三、钡盐原料准备：
a.将天然碳酸钡原矿进行湿法研磨，先采用球磨机粗磨至物料粒度分布中D98小于5μm，再采用纳米砂磨机精磨至物料粒度分布中D98小于1μm，研磨时物料和水的质量比为1:0.5，得钡盐浆料；
b.将钡盐浆料进行分散，具体为：将钡盐浆料抽至容器中，加入钡盐浆料总质量0.32％的聚丙烯酸钠盐进行分散，得钡盐分散浆料；
c.将钡盐分散浆料进行表面活性处理，具体为：在钡盐分散浆料中依次加入钡盐分散浆料总质量0.18％的硬脂酸、0.18％的粉体表面改性剂AD8029，持续搅拌分散及改性，得钡盐物料；
步骤四、复合：
d：将步骤一得到的改性独居石分散料浆和步骤二得到的改性分散料浆按照质量比3:2混合后置于改性设备中复合，得半成品浆料；
e：将步骤d得到的半成品浆料与步骤三得到的钡盐物料按照质量比1:1混合后得混合料，将混合料置于改性设备中进行复合包覆，若复合过程中产生气泡，则需加入消泡剂，加入的消泡剂与混合料的质量比为0.002:1，得负离子粉浆料；
步骤五、干燥：将步骤四得到的负离子粉浆料用闪蒸干燥器烘干，再经打散，即得所述负氧离子粉。
实施例2
利用独居石生产负氧离子粉的方法，包括如下步骤：
步骤一、独居石料准备及预处理：将独居石料加水研磨至物料粒度分布中D98小于4μm，研磨时物料和水的质量比为1:0.5，再加入分散剂进行分散，加入的分散剂与独居石料的质量比为1:0.008，得独居石分散料，在独居石分散料中加入表面活性剂，搅拌分散，得改性独居石分散料浆；其中独居石分散料与表面活性剂的质量比为1:0.008；所述表面活性剂为硬脂酸和硅油按质量比为2:1的混合物；
步骤二、电气石料的准备及改性处理：将电气石料加水研磨至物料粒度分布中D98小于4μm，研磨时物料和水的质量比为1:0.5，再加入分散剂进行分散，加入的分散剂与物料的质量比为1:0.008，得分散料浆，在分散料浆中加入表面活性剂，搅拌分散，得改性分散料浆；其中分散料浆与表面活性剂的质量比为1:0.008；所述表面活性剂为硬脂酸和硅油按质量比为2:1的混合物；
步骤三、钡盐原料准备：
a.将天然硫酸钡原矿进行湿法研磨，先采用球磨机粗磨至物料粒度分布中D98小于5μm，再采用纳米砂磨机精磨至物料粒度分布中D98小于1μm，研磨时物料和水的质量比为1:0.5，得钡盐浆料；
b.将钡盐浆料进行分散，具体为：将钡盐浆料抽至容器中，加入钡盐浆料总质量0.1％的聚丙烯酸钠盐进行分散，得钡盐分散浆料；
c.将钡盐分散浆料进行表面活性处理，具体为：在钡盐分散浆料中依次加入钡盐分散浆料总质量0.07％的硬脂酸、0.07％的粉体表面改性剂AD8029，持续搅拌分散及改性，得钡盐物料；
步骤四、复合：
d：将步骤一得到的改性独居石分散料浆和步骤二得到的改性分散料浆按照质量比3:2混合后置于改性设备中复合，得半成品浆料；
e：将步骤d得到的半成品浆料与步骤三得到的钡盐物料按照质量比1:1混合后得混合料，将混合料置于改性设备中进行复合包覆，若复合过程中产生气泡，则需加入消泡剂，加入的消泡剂与混合料的质量比为0.002:1，得负离子粉浆料；
步骤五、干燥：将步骤四得到的负离子粉浆料用闪蒸干燥器烘干，再经打散，即得所述负氧离子粉。
实施例3
利用独居石生产负氧离子粉的方法，包括如下步骤：
步骤一、独居石料准备及预处理：将独居石料加水研磨至物料粒度分布中D98小于4μm，研磨时物料和水的质量比为1:0.5，再加入分散剂进行分散，加入的分散剂与独居石料的质量比为1:0.008，得独居石分散料，在独居石分散料中加入表面活性剂，搅拌分散，得改性独居石分散料浆；其中独居石分散料与表面活性剂的质量比为1:0.008；所述表面活性剂为硬脂酸和硅油按质量比为3:1的混合物；
步骤二、电气石料的准备及改性处理：将电气石料加水研磨至物料粒度分布中D98小于3μm，研磨时物料和水的质量比为1:0.5，再加入分散剂进行分散，加入的分散剂与物料的质量比为1:0.008，得分散料浆，在分散料浆中加入表面活性剂，搅拌分散，得改性分散料浆；其中分散料浆与表面活性剂的质量比为1:0.008；所述表面活性剂为硬脂酸和硅油按质量比为3:1的混合物；
步骤三、钡盐原料准备：
a.将天然硫酸钡原矿进行湿法研磨，先采用球磨机粗磨至物料粒度分布中D98小于5μm，再采用纳米砂磨机精磨至物料粒度分布中D98小于1μm，研磨时物料和水的质量比为1:0.5，得钡盐浆料；
b.将钡盐浆料进行分散，具体为：将钡盐浆料抽至容器中，加入钡盐浆料总质量0.5％的聚丙烯酸钠盐进行分散，得钡盐分散浆料；
c.将钡盐分散浆料进行表面活性处理，具体为：在钡盐分散浆料中依次加入钡盐分散浆料总质量0.3％的硬脂酸、0.3％的粉体表面改性剂AD8029，持续搅拌分散及改性，得钡盐物料；
步骤四、复合：
d：将步骤一得到的改性独居石分散料浆和步骤二得到的改性分散料浆按照质量比3:2混合后置于改性设备中复合，得半成品浆料；
e：将步骤d得到的半成品浆料与步骤三得到的钡盐物料按照质量比1:1混合后得混合料，将混合料置于改性设备中进行复合包覆，若复合过程中产生气泡，则需加入消泡剂，加入的消泡剂与混合料的质量比为0.002:1，得负离子粉浆料；
步骤五、干燥：将步骤四得到的负离子粉浆料用闪蒸干燥器烘干，再经打散，即得所述负氧离子粉。
实施例4
利用独居石生产负氧离子粉的方法，包括如下步骤：
步骤一、独居石料准备及预处理：将独居石料加水研磨至物料粒度分布中D98小于4μm，研磨时物料和水的质量比为1:0.5，再加入分散剂进行分散，加入的分散剂与独居石料的质量比为1:0.008，得独居石分散料，在独居石分散料中加入表面活性剂，搅拌分散，得改性独居石分散料浆；其中独居石分散料与表面活性剂的质量比为1:0.008；所述表面活性剂为硬脂酸和硅油按质量比为2.6:1的混合物；
步骤二、电气石料的准备及改性处理：将电气石料加水研磨至物料粒度分布中D98小于4μm，研磨时物料和水的质量比为1:0.5，再加入分散剂进行分散，加入的分散剂与物料的质量比为1:0.008，得分散料浆，在分散料浆中加入表面活性剂，搅拌分散，得改性分散料浆；其中分散料浆与表面活性剂的质量比为1:0.008；所述表面活性剂为硬脂酸和硅油按质量比为2.5:1的混合物；
步骤三、钡盐原料准备：
a.将天然硫酸钡原矿进行湿法研磨，先采用球磨机粗磨至物料粒度分布中D98小于5μm，再采用纳米砂磨机精磨至物料粒度分布中D98小于1μm，研磨时物料和水的质量比为1:0.5，得钡盐浆料；
b.将钡盐浆料进行分散，具体为：将钡盐浆料抽至容器中，加入钡盐浆料总质量0.3％的聚丙烯酸钠盐进行分散，得钡盐分散浆料；
c.将钡盐分散浆料进行表面活性处理，具体为：在钡盐分散浆料中依次加入钡盐分散浆料总质量0.2％的硬脂酸、0.2％的粉体表面改性剂AD8029，持续搅拌分散及改性，得钡盐物料；
步骤四、复合：
d：将步骤一得到的改性独居石分散料浆和步骤二得到的改性分散料浆按照质量比3:2混合后置于改性设备中复合，得半成品浆料；
e：将步骤d得到的半成品浆料与步骤三得到的钡盐物料按照质量比1:1混合后得混合料，将混合料置于改性设备中进行复合包覆，若复合过程中产生气泡，则需加入消泡剂，加入的消泡剂与混合料的质量比为0.002:1，得负离子粉浆料；
步骤五、干燥：将步骤四得到的负离子粉浆料用闪蒸干燥器烘干，再经打散，即得所述负氧离子粉。
以本发明的负氧离子粉在负离子涂料中的应用为例，将实施例1所得本发明的负氧离子粉添加在涂料中，添加量为涂料原料总重量的1％，将所得涂料送至国家建筑材料测试中心进行放射性核素检验，样品数量3kg，样品规格1250目，检验依据GB6566-2010《建筑材料放射性核素限量》，其中A类产品内照射指数≤1.0，检测值为：0.0(+)，符合标准，外照射指数≤1.3，检测值为：0.5，符合标准。放射性核素比活度(Bq/kg)：226Ra为6.4、232Th为136.8、40K为3.3。
以本发明的负氧离子粉在污水管道中的应用为例，将实施例1制得的本发明的负氧离子粉添加在玻璃钢管材中，添加量为管材原料总重量的1％，检测管道对水样的影响，送样时，0号普通玻璃钢管道和5号负离子管道中均有相同量的污水样品，0号普通玻璃钢管道和5号负离子管道的规格尺寸相同，其内盛装的污水样品也相同，均浑浊、有臭味、微黄色，涉及的检测方法和检测仪器如下表1：
表1检测方法和检测仪器
检测结果如下表2所示：
表2检测结果
以本发明的负氧离子粉在负离子大理石瓷砖中的应用为例，将实施例1所得本发明的负氧离子粉添加在无负离子功能的普通大理石瓷砖中，添加量为涂料大理石瓷砖原料总重量的1％，对所得负离子大理石瓷砖进行甲醛、氨、甲苯、TVOC等污染物的去除率检验，检验依据QB/T 2761-2006，样品规格800mm*800mm*10mm，样品状态为块状，将4块样品同时放入1.5m3试验舱内进行试验，检测结果如下表3所示：
表3污染物去除率的检测结果
本发明制得的负氧离子粉可应用在诸多下游产品中，均可赋予下游产品良好的抑菌效果和释放负氧离子的效果，此外，如应用在家装材料中，对室内环境具有较好的净化效果，因此本发明制得的负氧离子粉具有极为广阔的应用前景。

Claims (9)

1.利用独居石生产负氧离子粉的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、独居石料准备及预处理：将独居石经研磨及分散，得独居石分散料，将独居石分散料进行表面改性，得改性独居石分散料浆；
步骤二、电气石料的准备及改性处理：将电气石料经研磨及分散，得分散料浆，将分散料浆进行表面改性，得改性分散料浆；
步骤三、钡盐原料准备：
a.将钡盐原料进行湿法研磨，得钡盐浆料；
b.将钡盐浆料进行分散，具体为：将钡盐浆料抽至容器中，加入分散剂进行分散，得钡盐分散浆料；
c.将钡盐分散浆料进行表面活性处理，具体为：在钡盐分散浆料中依次加入表面活性剂、改性剂，持续搅拌分散及改性，得钡盐物料；
步骤四、复合：
d：将步骤一得到的改性独居石分散料浆和步骤二得到的改性分散料浆混合后置于改性设备中复合，得半成品浆料；
e：将步骤d得到的半成品浆料与步骤三得到的钡盐物料混合后得混合料，将混合料置于改性设备中进行复合包覆，得负离子粉浆料；
步骤五、干燥：将步骤四得到的负离子粉浆料用闪蒸干燥器烘干，再经打散，即得所述负氧离子粉。
2.根据权利要求1所述的利用独居石生产负氧离子粉的方法，其特征在于，步骤一中所述研磨分散具体为：将独居石料加水研磨至物料粒度分布中D98小于4μm，研磨时物料和水的质量比为1:0.5，再加入分散剂进行分散，加入的分散剂与独居石料的质量比为1:0.008。
3.根据权利要求1所述的利用独居石生产负氧离子粉的方法，其特征在于，步骤一中所述表面改性具体为：在独居石分散料中加入表面活性剂，搅拌分散，其中独居石分散料与表面活性剂的质量比为1:0.008；所述表面活性剂为硬脂酸和硅油按质量比为2~3:1的混合物。
4.根据权利要求1所述的利用独居石生产负氧离子粉的方法，其特征在于，步骤二中所述研磨分散具体为：将电气石料加水研磨至物料粒度分布中D98小于4μm，研磨时物料和水的质量比为1:0.5，再加入分散剂进行分散，加入的分散剂与物料的质量比为1:0.008。
5.根据权利要求1所述的利用独居石生产负氧离子粉的方法，其特征在于，步骤二中所述表面改性具体为：在分散料浆中加入表面活性剂，搅拌分散，其中分散料浆与表面活性剂的质量比为1:0.008；所述表面活性剂为硬脂酸和硅油按质量比为2~3:1的混合物。
6.根据权利要求1所述的利用独居石生产负氧离子粉的方法，其特征在于，步骤三a中所述钡盐原料为天然碳酸钡原矿或天然硫酸钡原矿，所述湿法研磨具体为：先粗磨至物料粒度分布中D98小于5μm，再精磨至物料粒度分布中D98小于1μm，步骤三b中加入钡盐浆料总质量0.1%~0.5%的分散剂进行分散，所述分散剂为聚丙烯酸钠盐，步骤三c中在钡盐分散浆料中依次加入钡盐分散浆料总质量0.07%~0.3%的表面活性剂、0.07%~0.3%的改性剂，所述表面活性剂为硬脂酸，所述改性剂为粉体表面改性剂。
7.根据权利要求1所述的利用独居石生产负氧离子粉的方法，其特征在于，步骤四d中将步骤一得到的改性独居石分散料浆和步骤二得到的改性分散料浆按照质量比3:2混合；步骤四e中将步骤d得到的半成品浆料与步骤三得到的钡盐物料按照质量比1:1混合，步骤四e中若复合过程中产生气泡，则需加入消泡剂，加入的消泡剂与混合料的质量比为0.002:1。
8.由权利要求1所述的利用独居石生产负氧离子粉的方法制得的负氧离子粉。
9.权利要求1制得的负氧离子粉在家装材料、包装材料、管材、卫生洁具、医疗辅材及涂料中的应用。
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