【科普】硫酸钙晶须制备及应用

作者:pokerking扑克王APP | 2019-11-12 13:33

  硫酸钙晶须(石膏晶须),有无水、半水、和二水3 种。其平均长径比通常在30~80 之间,平均长度为30~150 μm,平均直径为1~4 μm,与其它短纤维相比,具有耐高温(耐热性超过石棉,在1800 ℃下加热2 h 仅失重0.75 %,而同样条件下,石棉失重13.77 %)、耐酸碱性、抗化学腐蚀性、韧性好、电绝缘性好、强度高、易进行表面处理以及和橡胶、塑料等聚合物的亲和性能强等优点。与其它无机晶须相比,硫酸钙晶须是毒性最低的绿色环保材料。这些良好的特性,使其具有广阔的应用前景。

  目前国内研究最多的是半水和无水石膏晶须。若让石膏晶须取代磷石膏,既解决磷石膏的堆积问题,又改善了当地环境。

  而且,石膏晶须用途广泛,其耐酸碱性,韧性,强度都比磷石膏优异,可让磷石膏变废为宝。

  用水或酸来使磷石膏溶解,然后过滤。除去磷石膏中不溶的成分,如钙盐、镁盐、硅酸盐等。

  将所得的硫酸钙晶须再溶解,在高温下干燥,进一步提纯硫酸钙晶须,让硫酸钙晶须中的结晶水以水分子的形式脱掉。

  目前制备硫酸钙晶须的方法有:离子交换法、微乳法、超声波法、水热法、常压酸化法、响应曲面法等,但研究最多的是水压热法和常压酸化法。

  水压热法是指在水压热容器中,在饱和蒸汽压作用下使生石膏转变为细小针状晶须的过程。此方法制备的磷石膏晶须纯度高,形貌均由,分散性好,但体系反应温度大都高于100℃,需要较高温度和压力,应用受到一定限制。

  常压酸化法是指在一定温度下,高浓度生石膏悬浮液在酸性溶液中,可转变成针状或纤维状的硫酸钙晶须。该方法不需高温高压反应条件,降低生产成本,易于工业化生产。但制备过程在酸性环境中,对设备的腐蚀增加,亦产生新的环境问题。

  硫酸钙晶须化学性质稳定,白度高,且具有很强的吸附性,若在造纸时加入硫酸钙晶须,不仅降低植物纤维的消耗,而且减少造纸废水的排放,市场应用前景较广阔。王成海等将硫酸钙晶须用于纸张加填时发现纸张的灰分和强度都得到较大提高。张迎等首先对硫酸钙晶须进行改性并将其应用做造纸填料,研究发现改性后硫酸钙晶须在纸张中留着率大约是未改性硫酸钙晶须的3 倍。

  硫酸钙晶须代替木浆纤维造纸,成本相对低廉,而且还改善了纸张的白度、强度等部分性能。但加入硫酸钙晶须也有一定的缺点,因其水溶性高易导致设备腐蚀,材料浪费。

  硫酸钙晶须具有直径小、长度短、强度高以及耐高温性能显著等特性,因而赋予高分子材料理想的物理性能和加工性能。晶须在聚合物中起到骨架作用,从而能收到外载荷作用时有效传递应力,阻止聚合物基体裂纹扩展,显著提高聚合物材料如LLDPE薄膜、聚己内酯等的力学性能。张九枝等成功制备了硫酸钙晶须掺杂的环氧树脂复合材料,发现其弯曲、拉伸等强度都有提高,磨损量下降。杨磊等将硫酸钙晶须用于PVC 焊缝密封胶中不仅可以起到增强、增韧作用,而且还可以增强复合材料相容性。

  硫酸钙晶须能与沥青较好的融合,硫酸钙晶须改性的高模量沥青混合料可以在不降低混合料低温性能的同时,有效地提高混合料的高温稳定性、水稳性和抗疲劳性能。硫酸钙晶须可作为沥青填料使用,它对提高沥青的软化温度有着决定性的影响。在沥青中加入质量分数为18%的硫酸钙晶须后,软化点可提高20℃以上。

  硫酸钙晶须具有优良的耐热、防腐蚀、防火、绝缘等物理化学性质,将其分散在涂料中能够增强其性能和节约成本。可应用于防水、防火等多功能涂料中。温绍国等制备出光泽度、硬度均可在350 ℃高温下使用的硫酸钙晶须聚酯粉末涂料。陈小卫等通过掺杂硫酸钙晶须制备聚氨酯防水涂料,发现涂膜拉伸强度有明显改善。张熠等通过硫酸钙晶须在乳胶漆中的应用研究表明在乳胶漆中添加0.5 %~2.5 %硫酸钙晶须时,能明显增加漆膜的消光性、弹性、附着力和抗洗刷性能,还可以降低漆膜的光泽,替代消光剂使用。

  硫酸钙晶须具有良好的催化性,对催化合成醋酸正丁酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯等酯合成反应的催化效率高,酯化产率达90 %以上,且催化剂重复使用次数几乎不影响其催化性能。王琦等进行了硫酸钙晶须催化合成醋酸正丁酯研究,发现产率高达91 %。

  硫酸钙晶须是一种优良的骨传导材料,具有良好的生物相容性。李伟等在硫酸钙复合材料中掺杂锶后发现该复合材料能够改善和修复骨缺损。

  硫酸钙晶须可以代替有毒的石棉有效的增强摩擦材料的耐拉伸强度、弹性和稳定性。陈辉等将硫酸钙晶须掺杂到酚醛树脂基体中,发现复合材料的热稳定性和抗摩擦性能都有提高。卢明宇等在制动片制备过程中加入少许硫酸钙晶须,研究表明在高达350 ℃时,制动片仍具有较高的磨损率和摩擦系数,平均硬度值约为50RHM。

  硫酸钙晶须具有大的比表面积和表面自由能,可应用到废水中重金属离子的去除。姚京君等将硫酸钙晶须用于含磷废水的去除,除磷率可达到90 %以上。刘玲等利用硫酸钙晶须对废水中的浮华油进行去除研究,发现具有高效的除油效果并且所需量少,不会产生二次污染。杨双春等分别研究了硫酸钙晶须在各种染料废水的脱色效果和对Pb2+的吸附性能,发现脱色率高达80 %以上,重复性好,利用率高。


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