CN111018382A - 一种利用对位芳纶纺丝废酸和废丝制备高强石膏的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种利用对位芳纶纺丝废酸和废丝制备高强石膏的方法，涉及对位芳纶纺丝废酸和废丝处理技术领域。本发明将废丝切割成短纤，加入到纺丝废酸中，搅拌使其分散，再加入碳酸钙，发生反应，进行滤除，得到液体石膏。与现有技术相比，本发明的优点：将对位芳纶纺丝中产生的废酸和废丝进行综合利用与碳酸钙结合制备高强石膏，是处理废酸和废丝的新方式；调节废酸中硫酸浓度，便于确定碳酸钙的加入量，将废丝分散于废酸中，加入碳酸钙，控制搅拌速度，提高液体石膏的质量；本发明中制备的是内部分散对位芳纶短纤的液体石膏，可以直接用于外墙涂刷，也可以倒入模具凝固干燥制成石膏板材，使用方便。
Description
技术领域
本发明涉及对位芳纶纺丝废酸和废丝处理技术领域，特别涉及一种利用对位芳纶纺丝废酸和废丝制备高强石膏的方法。
背景技术
石膏具有质量轻、隔音隔热性能好、尺寸稳定性好等优良性能，其与水泥、石灰统称为三大胶凝材料，在建筑领域应用广泛。石膏的来源可以是天然石膏，也可以将硫酸进行钙化加工。
而无机胶凝材料的特点是虽具有较高的抗压强度，但其抗折强度较低；石膏亦是如此，因此，常常采用纤维材料对石膏进行增强，使用较多的是短切玻璃纤维。大致工艺是先将石膏粉与水及其他添加剂混合搅拌成石膏料浆，再加入短切玻璃纤维，然后经凝固硬化、定长切断、干燥等工序，制成具有一定尺寸的板材，短切玻璃纤维在石膏料浆中是乱向分布的。
现有对位芳纶纺丝技术中，由于对位芳纶树脂难溶于一般溶剂，通常将对位芳纶树脂溶于浓硫酸中配制纺丝浆液，纤维干喷湿纺从凝固浴中牵引出来后，需要进行水洗、干燥等。水洗之后得到的硫酸溶液，俗称纺丝废酸，纺丝废酸不能直接排放，每年纺丝废酸处理需要一大笔费用；此外，纺丝过程中，由于断丝等原因会产生部分废丝，是一些长度随机的纤维丝，难以作为长纤使用，废丝的存在降低了生产效率。
发明内容
本发明提供了一种利用对位芳纶纺丝废酸和废丝制备高强石膏的方法，以对位芳纶纺丝产生的纺丝废酸进行钙化，并加入废丝切成的短纤进行增强，制备出高强石膏。
本发明采用的技术方案是一种利用对位芳纶纺丝废酸和废丝制备高强石膏的方法，包括下列步骤：
S1、纺丝废酸的准备，先将纺丝废酸进行过滤，再通入缓冲池中，控制硫酸浓度为5-15％的硫酸溶液；
S2、纺丝废丝的准备，将对位芳纶废丝进行切割，制成长度为3-8mm的短纤，向短纤上喷洒水使其分散；
S3、碳酸钙的准备，粒度为110-140目，白度≥93％；
S4、将缓冲池中的硫酸溶液引入到反应池中，将S2中的短纤加入其中，进行搅拌，搅拌速度为900-1100r/min，搅拌2-6min；
S5、将S3中准备的碳酸钙加入到S4的反应池中，搅拌速度200-300r/min，1-2h后停止搅拌，纺丝废酸中的硫酸与碳酸钙的摩尔比为(1.05-1.10)：1；
S6、将S3中的水滤除，留下的浆料即为高强石膏制品。
在某个实施例中，在S1中，控制硫酸浓度为8％；在S2中，短纤的长度为6mm；在S3中，碳酸钙的粒度120目；在S4中，搅拌速度为1000r/min，搅拌5min；在S5中，搅拌速度240r/min，1.5h后停止搅拌，纺丝废酸中的硫酸与碳酸钙的摩尔比为1.08：1；在S6中，采用压滤方式过滤。
本发明是将纺丝废酸和废丝进行综合利用与碳酸钙结合制备高强石膏，所得高强石膏是一种白色液体石膏，可以直接用于外墙涂刷；也可以倒入模具凝固干燥后即为石膏板材。
在S1中，纺丝废酸进行过滤，主要过滤的是对位芳纶低聚物及部分废丝，由于对位芳纶纤维耐酸性能好，而且纤维本身也具备增强能力，可以不必滤除。根据硫酸的浓度以及硫酸与碳酸钙的摩尔比就可以确定碳酸钙加入量，以便于促进稀硫酸与碳酸钙的反应。在S2中，短纤的长度与纤维的纤度有关，所讨论的纤维纤度在10dtex左右；对于10dtex的纤维，短纤的长度在3-8mm时，对常见的材料具有良好的补强作用。石膏对色泽有一定要求，尤其是外墙用的直接涂刷的石膏，要求原料白度高，含杂质少，生成的石膏质量高。在S4中，主要是分散短纤，搅拌速度较大，搅拌时间在2-6min即可，使对位芳纶短纤随机均匀分布于硫酸溶液中。接着加入碳酸钙，硫酸与碳酸钙直接发生反应，在水充足的条件下，生成二水硫酸钙，即生石膏，保持一定的搅拌速度，避免生成的硫酸钙包覆于碳酸钙表面而阻碍反应的进行。S5中的搅拌速度低于S4的搅拌速度，能够提供碳酸钙与硫酸的接触反应机会，也能够保证短纤在二水硫酸钙溶液中的均匀分散。
与现有技术相比，本发明的优点：
1)将对位芳纶纺丝中产生的废酸和废丝进行综合利用与碳酸钙结合制备高强石膏，是处理废酸和废丝的新方式；
2)调节废酸中硫酸浓度，便于确定碳酸钙的加入量，将废丝分散于废酸中，加入碳酸钙，控制搅拌速度，提高液体石膏的质量；
3)本发明中制备的是内部分散对位芳纶短纤的液体石膏，可以直接用于外墙涂刷，也可以倒入模具凝固干燥制成石膏板材，使用方便。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式，对本发明作进一步详细说明。
一种利用对位芳纶纺丝废酸和废丝制备高强石膏的方法，包括下列步骤：
S1、纺丝废酸的准备，先将纺丝废酸进行过滤，再通入缓冲池中，控制硫酸浓度为5-15％的硫酸溶液；
S2、纺丝废丝的准备，将对位芳纶废丝进行切割，制成长度为3-8mm的短纤，向短纤上喷洒水使其分散；
S3、碳酸钙的准备，粒度为110-140目，白度≥93％；
S4、将缓冲池中的硫酸溶液引入到反应池中，将S2中的短纤加入其中，进行搅拌，搅拌速度为900-1100r/min，搅拌2-6min；
S5、将S3中准备的碳酸钙加入到S4的反应池中，搅拌速度200-300r/min，1-2h后停止搅拌，纺丝废酸中的硫酸与碳酸钙的摩尔比为(1.05-1.10)：1；
S6、将S3中的水滤除，留下的浆料即为高强石膏制品。
实施例1：
在S1中，控制硫酸浓度为5％；在S2中，短纤的长度为3mm，纤度为10dtex，向短纤上喷洒少量的水，水量相对于废酸总量可以忽略不计，即基本不影响硫酸浓度；在S3中，碳酸钙的粒度110目，白度为93％；在S4中，搅拌速度为900r/min，搅拌6min；在S5中，搅拌速度300r/min，1h后停止搅拌，纺丝废酸中的硫酸与碳酸钙的摩尔比为1.10：1；在S6中，采用压滤方式过滤，滤除大量多余水，留下液体石膏。
实施例2：
在S1中，控制硫酸浓度为8％；在S2中，短纤的长度为4mm，纤度为10dtex，向短纤上喷洒少量的水，水量相对于废酸总量可以忽略不计，即基本不影响硫酸浓度；在S3中，碳酸钙的粒度120目，白度为93％；在S4中，搅拌速度为1000r/min，搅拌5min；在S5中，搅拌速度280r/min，2h后停止搅拌，纺丝废酸中的硫酸与碳酸钙的摩尔比为1.05：1；在S6中，采用压滤方式过滤，滤除大量多余水，留下液体石膏。
实施例3：
在S1中，控制硫酸浓度为8％；在S2中，短纤的长度为6mm，纤度为10dtex，向短纤上喷洒少量的水，水量相对于废酸总量可以忽略不计，即基本不影响硫酸浓度；在S3中，碳酸钙的粒度120目，白度为94％；在S4中，搅拌速度为1000r/min，搅拌5min；在S5中，搅拌速度240r/min，1.5h后停止搅拌，纺丝废酸中的硫酸与碳酸钙的摩尔比为1.08：1；在S6中，采用压滤方式过滤，滤除大量多余水，留下液体石膏。
实施例4：
在S1中，控制硫酸浓度为11％；在S2中，短纤的长度为6mm，纤度为10dtex，向短纤上喷洒少量的水，水量相对于废酸总量可以忽略不计，即基本不影响硫酸浓度；在S3中，碳酸钙的粒度130目，白度为93％；在S4中，搅拌速度为1100r/min，搅拌4min；在S5中，搅拌速度260r/min，1h后停止搅拌，纺丝废酸中的硫酸与碳酸钙的摩尔比为1.05：1；在S6中，采用压滤方式过滤，滤除大量多余水，留下液体石膏。
实施例5：
在S1中，控制硫酸浓度为15％；在S2中，短纤的长度为8mm，纤度为10dtex，向短纤上喷洒少量的水，水量相对于废酸总量可以忽略不计，即基本不影响硫酸浓度；在S3中，碳酸钙的粒度140目，白度为93％；在S4中，搅拌速度为1100r/min，搅拌2min；在S5中，搅拌速度220r/min，1h后停止搅拌，纺丝废酸中的硫酸与碳酸钙的摩尔比为1.08：1；在S6中，采用压滤方式过滤，滤除大量多余水，留下液体石膏。
表1为实施例1-5制备的高强液体石膏制成石膏板后与普通石膏板间的力学性能对比表。其中，测试标准参照GB/T 17669.3-1999。
表1
| 样品名称 | 抗压强度(<u>MPa</u>) | 抗折强度(<u>MPa</u>) |
| 普通石膏 | 20.5 | 6.5 |
| 实施例1石膏 | 24.7 | 7.9 |
| 实施例2石膏 | 25.2 | 8.6 |
| 实施例3石膏 | 28.9 | 11.9 |
| 实施例4石膏 | 26.3 | 9.8 |
| 实施例5石膏 | 25.1 | 11.2 |
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。
Claims (7)
1.一种利用对位芳纶纺丝废酸和废丝制备高强石膏的方法，其特征在于，
包括下列步骤：
S1、纺丝废酸的准备，先将纺丝废酸进行过滤，再通入缓冲池中，控制硫酸浓度为5-15％的硫酸溶液；
S2、纺丝废丝的准备，将对位芳纶废丝进行切割，制成长度为3-8mm的短纤，向短纤上喷洒水使其分散；
S3、碳酸钙的准备，粒度为110-140目，白度≥93％；
S4、将缓冲池中的硫酸溶液引入到反应池中，将S2中的短纤加入其中，进行搅拌，搅拌速度为900-1100r/min，搅拌2-6min；
S5、将S3中准备的碳酸钙加入到S4的反应池中，搅拌速度200-300r/min，1-2h后停止搅拌，纺丝废酸中的硫酸与碳酸钙的摩尔比为(1.05-1.10)：1；
S6、将S3中的水滤除，留下的浆料即为高强石膏制品。
2.根据权利要求1所述的一种利用对位芳纶纺丝废酸和废丝制备高强石膏的方法，其特征在于，在S1中，控制硫酸浓度为8％。
3.根据权利要求1所述的一种利用对位芳纶纺丝废酸和废丝制备高强石膏的方法，其特征在于，在S2中，短纤的长度为6mm。
4.根据权利要求1所述的一种利用对位芳纶纺丝废酸和废丝制备高强石膏的方法，其特征在于，在S3中，碳酸钙的粒度120目。
5.根据权利要求1所述的一种利用对位芳纶纺丝废酸和废丝制备高强石膏的方法，其特征在于，在S4中，搅拌速度为1000r/min，搅拌5min。
6.根据权利要求1所述的一种利用对位芳纶纺丝废酸和废丝制备高强石膏的方法，其特征在于，在S5中，搅拌速度240r/min，1.5h后停止搅拌，纺丝废酸中的硫酸与碳酸钙的摩尔比为1.08：1。
7.根据权利要求1所述的一种利用对位芳纶纺丝废酸和废丝制备高强石膏的方法，其特征在于，在S6中，采用压滤方式过滤。
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