常压酸化法制备硫酸钙晶须综述

猛发展。目前,硫酸钙晶须在沈阳立昂新材料有限公司已得到试验生产;北京化工大学材料学院、沈阳化工学院、天津轻工业学院等对其制备的硫酸钙晶须产品进行了应用研究[5]。

Saito O把100份多元醇,10份丁二醇,3份锡催化剂,2份硅消泡剂,0.3份水,17份氟氯烷和33份硫酸钙晶须的混合物与一定量的聚异氰酸醋混合,在45℃下注射塑,所得制品具有187MPa的弯曲模量,152MPa的弯曲强度,20MPa的压缩强度。玻璃短纤维增强聚氨醋泡沫体相比,前者具有填充量大,粘度低,浇口生热小,易操作的优点,因此可作为反应注射成型聚氨醋的补强剂。NakabayashiA[6]等人对硫酸钙晶须先进行表面预处理,然后涂敷上质量分数10%一80%的金属(如Ag,Au,Cu,Pt,Ni和Co等。将这种表面金属化的硫酸钙晶与丙烯酸醋涂料共混,涂刷到聚醋片的表面,干燥后,就形成了一层导电性良好的膜。此时,这种硫酸钙晶须就成为了优秀的抗静电剂。

Kubota K[7]等人以聚苯硫醚对硫酸钙晶须进行改性,改性后的硫酸钙晶须填充到脂中,使树脂有良好的耐磨性,可制作轴承或齿轮。

我国咸阳非金属矿研究所于1990年成功研制出硫酸钙晶须,是以天然矿物石为原料,通过化学反应生成硫酸钙晶须。并用硫酸钙晶须作为石棉的代用品,开发出使用温度在600℃以上的无机泡沫保温材料。

1996年,沈阳立昂新材料有限公司建立的硫酸钙晶须中试车间也是用水热法制备的,他们以生石膏为原料制备出性能优良的硫酸钙晶须产品,但是由于国内相关应用行业对晶须产品的认识不足,大规模投产一直未能进行。

东北大学韩跃新[6]等采用水热法制备硫酸钙晶须,并对其在EP一塑性弹性体的增强性能方面进行了研究,表面改性后的硫酸钙晶须可以提高材料的强度、硬度、阻燃性和抗老化性能,同时考察了晶须复合材料性能随晶须添加量的变化规律。

北京化工大学张立群和刘玲研[5]究了硫酸钙晶须增强弹性热塑体复合材料的热性能和摩擦性能的影响,考察了晶须复合材料物理性能与晶须用量、界面特性和弹性模量等之间的关系。试验表明:干燥的硫酸钙晶须经硅烷偶联剂处理后,与热塑体复合材料具有良好的界面粘结性,并且随着硫酸钙晶须添加量的增加,复合材料的耐热和耐磨损性能均有不同程度的提高。分析认为,这是由于硫酸钙晶须加入后,改变了磨屑的形成机理,使其由大的片状磨屑变为复合材料的小磨屑,从而减少了复合材料的磨损。

天津轻工业学院沈慧玲等研究了硫酸钙晶须用量、界面改性剂马来酸配接枝聚丙烯(MPP)及其用量变化对PP复合材料的影响。试验结果表明:未加改性剂的CSW/P复合体系的拉伸强度没有明显改善,而使用了改性剂的晶须复合材料的拉伸强度相对于纯PP均有不同程度的提高。其原因是硫酸钙晶须简单填充到聚丙烯中时,晶须与基体之间的界面结合作用比较差,难以起到增强作用,而MPP的加入提高了树脂和填料两相界面的粘结力,形成了趋于完整的粘结面,从而使材料的拉伸强度得到极大改善。

目前,硫酸钙晶须的制备方法多种多样,根据制备原料的不同,主要分为以下几种:

1.2.3.1以石膏为原料制备硫酸钙晶须

王力等[7]以天然石膏为原料,MgCl2·6H2O为晶须助长剂,控制料浆质量分数为3%,Ca与Mg物质的量比为13,反应温度为130℃,

反应时间在9~10 h,采用水热法合成出硫酸钙晶须。所得硫酸钙晶须的长径比为50~60,且产品形貌均一,生石膏转化率高。采用氯化镁做晶须助长剂,由于同离子效应提高了生石膏在水中的溶解度,同时Mg2+可附着在硫酸钙晶核周围,能增大晶核在某方向上的表面能,使晶体沿着晶核的(001)面单向生长。中科院青海盐湖所李胜利等[8]利用当地丰富的石膏资源制备出纯度在98%以上的硫酸钙晶须。适宜条件为:固液质量比为1∶5,反应压力在0. 16~0. 20MPa,反应时间在7.5~8 h。

1.2.3.2电石渣制备硫酸钙晶须

电石渣是电石水解制乙炔产生的废渣,电石水解法制乙炔在中国已有几十年的工业史,目前仍占较大比重,每年电石渣的排放量逾千万t。电石渣的主要成分是Ca(OH)2,由于其具有强碱性且为浆状,不仅给存储及运输带来困难,还严重污染环境。邱杨率等利用宜化公司提供的电石渣制备出长度在10~3 000μm、长径比在10~300、白度为96%的硫酸钙晶须。其制备方法为:先将电石渣加水制成质量分数为25%的料浆,与质量分数为35%的硫酸反应制得二水石膏,产物移入高压反应釜,在125℃和0. 135 MPa的饱和蒸汽环境养护数小时,再经洗涤、干燥得硫酸钙晶须。

1.2.3.3 海水制盐卤渣制备硫酸钙晶须

中国是海水制盐工业大国,海水制盐的副产物卤渣每年产量在2 000万t左右。盐石膏(CaSO4·2H2O)是石灰乳处理卤渣的又一副产物,其年产量有100万t,这些盐石膏中因含有大量杂质而难以利用。肖楚民等[9]用海盐卤渣制取硫酸钙晶须获得成功,所得二水硫酸钙晶须纯度大于98%。主要原料为:卤水(密度为1. 262 g/cm3)、工业废酸(硫酸浓度在1 ~2 mol/L)、废盐酸(盐酸质量分

数为8% ~10% )、工业级CaO(CaO质量分数为95% )。工艺流程为:将除溴后的卤水用石灰乳中和,控制卤液pH在7. 6~8. 0,然后过滤,滤液用于制取针状Mg(OH)2,滤渣备用;将滤渣稀释,加入工业废酸溶解,搅拌,控制pH在2~3,加热至沸腾后立即过滤,将滤液冷却结晶即得纤维状二水硫酸钙晶须,结晶母液返回使用。在循环过程中溶液颜色发生变化时,是由于Fe杂质的存在,可采用Ca(OH)2调节pH,将铁杂质除去。

1.2.3.4 烟气脱硫直接制备硫酸钙晶须

全球每年含硫物质燃烧排放到大气中的SO2高达2亿t左右。中国2005年SO2排放总量高达2 549万,t居世界第一,预计到2010年排放量将达到3 300万t。目前,烟气脱硫技术是国内外应用最广泛和最有效的SO2控制技术。该技术是以石灰石料浆(湿法)或石灰石粉(干法)为脱硫剂,通过向吸收塔内喷入吸收剂,同时鼓入强氧化空气,使烟气中的SO2转化为二水硫酸钙(石膏),将石膏悬浮液脱水,所得产物即为颗粒细小的脱硫石膏。一个300 000 kW的燃煤电厂,如果燃煤含硫质量分数为1%,每年就要排出脱硫石膏3万t。毛常明等介绍了湿法烟气脱硫直接制备硫酸钙晶须的方法,即:废烟气冷却→吸收→调整pH (3~4)和氧化→过滤洗涤→干燥(90℃)。其中,吸收后的料浆需掺入晶须助长剂和氧化催化剂如NH4C,l MnCl2, CuSO4,MnSO4等,掺入质量分数在0. 01% ~0. 2%。所得硫酸钙晶须直径在1~2μm、长度为100μm。使用该方法所得产品价格低廉,适宜工业生产。

1.2.3.5 柠檬酸渣制备硫酸钙晶须

柠檬酸渣是柠檬酸生产过程中H2SO4酸解柠檬酸钙产生的工业废渣,主要成分为CaSO4·2H2O,每生产1 t柠檬酸约产生2. 4 t

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