CN111871746A - 一种表面包覆二氧化硅涂层的硫酸钙晶须及其制备方法 - Google Patents

一种表面包覆二氧化硅涂层的硫酸钙晶须及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111871746A
CN111871746A CN202010781089.5A CN202010781089A CN111871746A CN 111871746 A CN111871746 A CN 111871746A CN 202010781089 A CN202010781089 A CN 202010781089A CN 111871746 A CN111871746 A CN 111871746A
Authority
CN
China
Prior art keywords
calcium sulfate
whisker
whiskers
sulfate whisker
silicon dioxide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202010781089.5A
Other languages
English (en)
Inventor
马英剑
张紫瑞
汪燕青
徐艳茹
李小龙
马自明
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ningxia University
Original Assignee
Ningxia University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ningxia University filed Critical Ningxia University
Priority to CN202010781089.5A priority Critical patent/CN111871746A/zh
Publication of CN111871746A publication Critical patent/CN111871746A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D7/00—Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials
    • B05D7/24—Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials for applying particular liquids or other fluent materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D5/00—Processes for applying liquids or other fluent materials to surfaces to obtain special surface effects, finishes or structures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/46—Sulfur-, selenium- or tellurium-containing compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/60—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape characterised by shape
    • C30B29/62—Whiskers or needles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D2203/00—Other substrates
    • B05D2203/30—Other inorganic substrates, e.g. ceramics, silicon

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)

Abstract

本发明公开了一种新型硫酸钙晶须，属于材料技术领域。所述新型硫酸钙晶须是一种表面包覆有二氧化硅涂层的硫酸钙晶须。本发明还公开了该新型硫酸钙晶须的制备方法。本发明的新型硫酸钙晶须表面包覆二氧化硅涂层，使其能够在潮湿环境下长期保存，避免由于水化造成晶须断裂，或者从自然环境下吸水从无水晶须转变为含结晶水晶须，性能劣化。利用本发明，可以使硫酸钙晶须应用到河流、通水管道等水体环境，增加应用环境。

Description

一种表面包覆二氧化硅涂层的硫酸钙晶须及其制备方法
技术领域
本发明属于材料技术领域，涉及一种新型硫酸钙晶须及其制备方法，具体是一种表面包覆有二氧化硅涂层的硫酸钙晶须及其制备方法。
背景技术
硫酸钙晶须(石膏)是一种以硫酸钙为主要成分，以单晶形式生长，长径比较高的微米材料。它呈纤维状形貌，具有均匀的横截面积，完整的外形和完善的晶体结构。由于具有良好的机械性能和与有机相的相融性，同时还具有高韧性，高强度，耐高温等特点，并且价格低廉，环保，性比价高，在国民经济中有一定产业价值。可做复合材料中的增强组元、功能型填料，也可作为过滤材料、保温材料、耐火隔热材料、包覆电线的高绝缘材料。目前国内硫酸钙晶须已大量投产并在造纸、耐磨材料等领域使用。
硫酸钙晶须分为二水硫酸钙、半水硫酸钙晶须和无水硫酸钙晶须，这几种晶须在一定条件可以相互转化，主要通过晶须中所含的结晶水来区分。由于硫酸钙微溶于水，显然对硫酸钙晶须性能影响最大的是其水化问题。有研究发现，半水硫酸钙晶须在含水潮湿环境中，20min左右就会出现裂纹，1h左右晶须膨胀粗化，4h左右裂纹逐渐增多，24h左右晶须由纤维状转变为柱状和板条状，性能劣化严重。水化问题不仅影响硫酸钙晶须的保存，而且限制了硫酸钙晶须的应用。同时，硫酸钙晶须比表面积大、表面极性很强、与基体的界面性质不同，若直接添加到基体，会产生团聚分散不均匀、与基体的粘合强度低、相容性差等问题，最终影响复合材料的性能。因此在应用前往往需要对硫酸钙晶须进行表面改性。
目前对硫酸钙晶须做表面改性，防水处理的技术方法主要有如下几种：一种是偶联剂改性硫酸钙晶须，常用偶联剂有硅烷偶联剂和酞酸酯偶联剂；其次是利用表面活性剂改性硫酸钙晶须，有离子型和非离子型表面改性剂两种；再次是复合表面改性剂，即同时使用上述两种或多种表面改性剂，共同起作用。但综合来看，上述表面改性技术制备的涂层都较薄，不能起到很好的防水作用。
发明内容
本发明的首要目的是提供一种硫酸钙晶须表面涂层的制备方法。该方法利用酸催化法或者碱催化法先制备出二氧化硅溶胶，然后利用溶胶直接对硫酸钙晶须微米材料进包覆，制备成二氧化硅薄膜包覆的硫酸钙晶须材料，旨在提升其防水能力并增强其分散性与力学强度，以使硫酸钙晶须更耐潮湿环境下的储存，并能应用于更多需要与水体接触的环境。利用本方法包覆的硫酸钙晶须具有厚度可控，且涂层厚度均匀，不易脱落，制备工艺简单的特点。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
本发明利用醇类作为溶剂，硅酸乙酯在酸性或者碱性条件下发生水解反应，形成二氧化硅溶胶。然后将硫酸钙晶须浸渗到上述二氧化硅溶胶中，通过缓慢升温或自然干燥去除掉醇溶剂，从而在硫酸钙晶须表面形成一层二氧化硅涂层。
(1)上述硫酸钙晶须可以是半水硫酸钙晶须、二水硫酸钙晶须或者无水硫酸钙晶须，可以是通过酸化法也可以是通过水热法制备而成。
(2)上述醇类可以是乙醇、异丙醇或正丁醇中的一种或多种组成的混合物。
(3)上述酸性条件可以通过加入盐酸、硫酸、硝酸、醋酸中的一种或多种产生。
(4)上述碱性条件可以通过加入氨水、氢氧化钠、氢氧化钾，氢氧化钙中的一种或多种来产生。
(5)上述硅酸乙酯的加入质量小于硫酸钙晶须质量的50％，通过调节加入硅酸乙酯的质量来控制二氧化硅涂层的厚度。
(6)上述将硫酸钙晶须浸渗到二氧化硅溶胶中的时间可以从1min到60min，过程中可以伴随搅拌，以使硫酸钙晶须充分分散包覆二氧化硅涂层。
(7)上述升温过程可以在30℃到200℃之间进行。也可以不经过升温，直接暴露于空气中自然干燥去除醇类溶剂。
(8)本发明中，经过二氧化硅溶胶浸渗的硫酸钙晶须，通过干燥或升温去除醇类后得到二氧化硅涂层包覆的硫酸钙晶须。这一过程可以重复多次，减少一次包覆涂层较厚造成的开裂和脱落现象。
本发明的有益效果
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明的新型硫酸钙晶须是直接使用溶胶-凝胶方法在硫酸钙晶须表面制备较厚二氧化硅涂层，使得新型硫酸钙晶须具有更好的防水效果，其力学强度进一步增加。
进一步地，本发明的制备方法及所得到的产物还具有如下优点及有益效果：
(1)对硫酸钙晶须表面包覆二氧化硅涂层，使其能够在潮湿环境下长期保存，避免由于水化造成晶须断裂，或者从自然环境下吸水从无水晶须转变为含结晶水晶须，性能劣化。
(2)通过本发明，可以使硫酸钙晶须的使用环境增加到河流，通水管道等水体环境，增大其使用环境。
(3)避免了硫酸钙晶须团聚，提高其分散性和相容性，在制作含硫酸钙复合材料时，可获得更加均匀和相容性更好的组织。
(4)按照本发明制备的二氧化硅涂层远比普通表面改性方法防水性能更好，涂层厚且可通过正硅酸乙酯含量调控厚度。
(5)二氧化硅涂层进一步提升了硫酸钙晶须的力学性能，防止晶须断裂，有利于保持晶须原始形貌。
(6)不仅可以用来包覆二水硫酸钙晶须，而且可以用来包覆半水硫酸钙晶须和无水硫酸钙晶须。
附图说明
图1示出了本发明制备的硫酸钙晶须实物电镜照片。
图2示出了单根硫酸钙晶须被二氧化硅涂层包覆的效果。
图3示出了二氧化硅包覆硫酸钙晶须材料表面成分EDS分析结果：显著含二氧化硅。
图4示出了本发明硫酸钙晶须水化24h后的扫描电镜照片。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。
实施例
以下例子在此用于示范本发明的优选实施方案。本领域内的技术人员会明白，下述例子中披露的技术代表发明人发现的可以用于实施本发明的技术，因此可以视为实施本发明的优选方案。但是本领域内的技术人员根据本说明书应该明白，这里所公开的特定实施例可以做很多修改，仍然能得到相同的或者类似的结果，而非背离本发明的精神或范围。
除非另有定义，所有在此使用的技术和科学的术语，和本发明所属领域内的技术人员所通常理解的意思相同，在此公开引用及他们引用的材料都将以引用的方式被并入。
那些本领域内的技术人员将意识到或者通过常规试验就能了解许多这里所描述的发明的特定实施方案的许多等同技术。这些等同将被包含在权利要求书中。
下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的仪器设备，如无特殊说明，均为实验室常规仪器设备；下述实施例中所用的试验材料，如无特殊说明，均为自常规生化试剂商店购买得到的。
实施例1
量取28mL无水酒精，22mL正硅酸乙酯和6.2mL去离子水，在水浴锅中用磁力搅拌器搅拌2h，使得正硅酸乙酯和水在乙醇溶剂中充分混合均匀；搅拌结束后，溶液呈澄清透明状。待溶液自然冷却到室温，用胶头滴管滴入0.8mL盐酸；滴完后，室温下继续用磁力搅拌机搅拌24h，从而得到二氧化硅的溶胶。称取50g无水硫酸钙晶须，用医用纱布包裹后，浸入上述二氧化硅溶胶30min后取出，挤出多余溶液，然后置于烘箱中，在50℃条件下保温5h，即得到二氧化硅包覆的硫酸钙晶须材料，其电镜照片如图1所示。进一步，单根硫酸钙晶须被二氧化硅涂层包覆的效果如图2所示。
对二氧化硅包覆硫酸钙晶须材料表面成分进行EDS(X射线能谱分析)分析，结果发现，晶须表面显著含二氧化硅(图3)。
将制备得到的硫酸钙晶须放入水中，24小时后进行电镜扫描，结果如图4所示，可见二氧化硅包覆硫酸钙晶须材料可有效防止水化。
实施例2
量取28mL无水酒精，22mL正硅酸乙酯和6.2mL去离子水，在水浴锅中用磁力搅拌器搅拌2h，使得正硅酸乙酯和水在乙醇溶剂中充分混合均匀；搅拌结束后，溶液呈澄清透明状。待溶液自然冷却到室温，用胶头滴管滴入1.5mL氨水；滴完后，室温下继续用磁力搅拌机搅拌24h，从而得到二氧化硅的溶胶。称取50g二水硫酸钙晶须，用医用纱布包裹后，浸入上述二氧化硅溶胶30min后取出，挤出多余溶液，然后置于烘箱中，在50℃条件下保温5h，即得到二氧化硅包覆的硫酸钙晶须材料。
本实施例制备的硫酸钙晶须性能与实施例1制备的硫酸钙晶须性能一致。
实施例3
量取28mL无水酒精，22mL正硅酸乙酯和6.2mL去离子水，在水浴锅中用磁力搅拌器搅拌2h，使得正硅酸乙酯和水在乙醇溶剂中充分混合均匀；搅拌结束后，溶液呈澄清透明状。待溶液自然冷却到室温，用胶头滴管滴入0.6mL硝酸；滴完后，室温下继续用磁力搅拌机搅拌24h，从而得到二氧化硅的溶胶。称取50g二水硫酸钙晶须，用医用纱布包裹后，浸入上述二氧化硅溶胶30min后取出，挤出多余溶液，然后置于空气中自然干燥24h，即得到二氧化硅包覆的硫酸钙晶须材料。
本实施例制备的硫酸钙晶须性能与实施例1制备的硫酸钙晶须性能一致。
在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种新型硫酸钙晶须，其特征在于，所述硫酸钙晶须表面包覆有二氧化硅涂层。
2.根据权利要求1所述的新型硫酸钙晶须，其特征在于，所述硫酸钙晶须为二水硫酸钙晶须，半水硫酸钙晶须或无水硫酸钙晶须。
3.权利要求1所述新型硫酸钙晶须的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，将硅酸乙酯和水加入到醇类溶剂中，充分混合均匀；
S2，在酸性或碱性条件下，使得硅酸乙酯发生水解反应，形成二氧化硅溶胶；
S3，将硫酸钙晶须浸渗到S2中形成的二氧化硅溶胶中1-60min后取出，
S4，去除醇类后即得到所述新型硫酸钙晶须。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述醇类选自乙醇、异丙醇和正丁醇的一种或多种。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述酸性条件是通过加入盐酸、硫酸、硝酸和醋酸中的一种或多种产生的。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述碱性条件是通过加入氨水、氢氧化钠、氢氧化钾和氢氧化钙中的一种或多种产生的。
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述硅酸乙酯的加入质量小于硫酸钙晶须质量的50%。
8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤S4中所述去除醇类是通过升温或者自然干燥进行的。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，重复步骤S4，使得二氧化硅涂层厚度减少。
10.根据权利要求3-9任一所述的制备方法，其特征在于，所述硫酸钙晶须为二水硫酸钙晶须，半水硫酸钙晶须或无水硫酸钙晶须。
CN202010781089.5A 2020-08-06 2020-08-06 一种表面包覆二氧化硅涂层的硫酸钙晶须及其制备方法 Pending CN111871746A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010781089.5A CN111871746A (zh) 2020-08-06 2020-08-06 一种表面包覆二氧化硅涂层的硫酸钙晶须及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010781089.5A CN111871746A (zh) 2020-08-06 2020-08-06 一种表面包覆二氧化硅涂层的硫酸钙晶须及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111871746A true CN111871746A (zh) 2020-11-03

Family

ID=73211398

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010781089.5A Pending CN111871746A (zh) 2020-08-06 2020-08-06 一种表面包覆二氧化硅涂层的硫酸钙晶须及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111871746A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114835477A (zh) * 2021-02-25 2022-08-02 李婷 一种多功能净水陶瓷材料

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05214217A (ja) * 1992-02-05 1993-08-24 Toray Ind Inc 液晶性樹脂組成物
CN103074800A (zh) * 2012-11-20 2013-05-01 东莞上海大学纳米技术研究院 无机造纸纤维硫酸钙晶须的表面包覆改性方法及其应用

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05214217A (ja) * 1992-02-05 1993-08-24 Toray Ind Inc 液晶性樹脂組成物
CN103074800A (zh) * 2012-11-20 2013-05-01 东莞上海大学纳米技术研究院 无机造纸纤维硫酸钙晶须的表面包覆改性方法及其应用

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
《熔模精密铸造》编写组: "《熔模精密铸造》", 31 December 1981 *
洪天增: "无水硫酸钙晶须的表面改性及机理研究", 《中国优秀硕博士学位论文全文数据库》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114835477A (zh) * 2021-02-25 2022-08-02 李婷 一种多功能净水陶瓷材料
CN114835477B (zh) * 2021-02-25 2023-10-31 潮州市新成陶瓷有限公司 一种多功能净水陶瓷材料

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103739307B (zh) 一种砂岩类石质文物保护材料及制备和应用方法
CN106565974B (zh) 海藻酸盐/羟基磷灰石超长纳米线复合水凝胶
CN109250964B (zh) 一种复合地聚物轻质调湿材料及其制备方法
CN109667191B (zh) 用于纸质保护的环氧环己烷改性壳聚糖加固液及应用方法
CN111871746A (zh) 一种表面包覆二氧化硅涂层的硫酸钙晶须及其制备方法
US5983488A (en) Sol-casting of molten carbonate fuel cell matrices
CN109093062B (zh) 一种纳米氧化钇改性的磷酸盐粘结剂及其制备方法
CN114133208A (zh) 一种石质文物加固保护材料、其制备方法和应用
WO2022257340A1 (zh) 一种具有控温性能的相变建材制品及其制备方法
CN215852487U (zh) 一种含气凝胶层的陶瓷器具
CN114195945A (zh) 一种苯丙-硅氧烷复合核壳乳液及其制备方法和应用
CN113953441A (zh) 一种淀粉改性硅溶胶及其制备方法
CN110835474B (zh) 一种星用低吸收比颜料颗粒及其制备方法
Shao et al. A new kind of nanocomposite Xuan paper comprising ultralong hydroxyapatite nanowires and cellulose fibers with a unique ink wetting performance
CN109082942A (zh) 耐火仿“宣纸”
CN111018414A (zh) 一种电磁屏蔽地聚合物复合材料及其制备和应用
CN110125326A (zh) 一种钛合金熔模精密铸造用复合涂料、面层涂料及其制备方法与应用
CN115536329A (zh) 一种自修复颗粒、自修复水泥基复合材料及其制备方法
CN113045232B (zh) 一种膨胀型磷酸基地质聚合物及其制备方法
CN115286270A (zh) 一种单宁酸改性氯氧镁水泥及其制备方法
CN105236906A (zh) 一种基于硅藻土材料制成的硅酸盐-石膏复合砖及其制备方法
CN110172862B (zh) 基于植酸钠改性纳米氧化镁的脱酸剂及其制备方法
CN110331621B (zh) 基于十二烷基苯磺酸钠改性纳米氧化镁的脱酸剂及其制备方法
CN109680365B (zh) 利用蒲苇纤维制备中空硼酸铝陶瓷纤维的方法
CN107412874B (zh) 可注射的半水硫酸钙/磷酸八钙/透明质酸钠硫酸酯复合人工骨材料及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination