(中國粉體技術網/三水)硫酸鈣晶須是一種微細短纖維,具有高強度、高模量、耐高溫、耐磨耗、韌性好、抗腐蝕、易進行表面處理、易與塑料、樹脂、橡膠等聚合物復合(親和力強)等優良性能,且無毒、價廉(僅為碳化硅晶須的1/300), 作為一種增韌補強的綠色環保材料,也可以起耐磨、凈化過濾、阻燃、增加白度等效果,可廣泛用于塑料、橡膠、樹脂、膠粘劑、摩擦材料、油漆、涂料、環境工程、造紙等行業和領域,并且是所有晶須產品中價格最優,質量優良的新型無機晶須材料。
1、在復合材料中的應用
無機晶須在復合材料中的主要作用就是增強增韌。硫酸鈣晶須本身結構纖細,具有較高的強度和彈性模量,加入到熱固或熱塑性樹脂中能夠均勻分散,并且由于其骨架作用,可形成穩定的聚合物/晶須復合材料。硫酸鈣晶須可以作為高分子塑料、樹脂、橡膠、金屬及陶瓷材料的增強組元;還可作為摩擦材料,代替石棉等。
江蘇技術師范學院周健等采用活性硫酸鈣晶須、增韌劑(乙烯/辛烯)共聚物(POE)和其它助劑與共聚聚丙烯(PP)通過熔融擠出共混制得PP/硫酸鈣晶須復合材料。結果表明, 當硫酸鈣晶須質量分數為5%時,硫酸鈣晶須在PP中分布均勻,能起到明顯的增強作用。經KH-550處理的硫酸鈣晶須對PP的增強作用明顯優于未處理的硫酸鈣晶須。
河南科技大學牛永平等以硫酸鈣晶須(CSW)作為填料填充改性超高分子量聚乙烯(UHMWPE),采用熱壓成型法制備了不同硫酸鈣晶須含量的UHMWPE/CSW復合材料;在銷-盤摩擦磨損試驗機上考察了硫酸鈣晶須對UHMWPE/CSW復合材料摩擦學性能的影響,利用掃描電子顯微鏡對UHMWPE復合材料的磨損表面進行了微觀分析。結果表明:隨著硫酸鈣晶須填充量的增加,復合材料的硬度逐漸增大,耐磨性能逐漸增加,摩擦因數逐漸減小;當硫酸鈣晶須填充質量分數為20%時, UHMWPE/CSW復合材料的摩擦學性能最好。
2、在瀝青改性中的應用
瀝青中加入硫酸鈣晶須后,瀝青的軟化溫度可顯著提高,從而可改善瀝青制品的高溫性能及使用壽命。
山東科技大學馬繼紅研究了硫酸鈣晶須對道路改性瀝青的性能影響,結果表明:與生石膏相比,硫酸鈣晶須(CSW)改性瀝青性能較基質瀝青要好。硫酸鈣晶須在降低瀝青針入度的同時可降低其軟化點,對瀝青高溫性能改善更好,對瀝青的適應性更高。未改性CSW與瀝青基體相容性不好,瀝青性能改善不太明顯且容易出現離析現象;對CSW進行表面處理后,瀝青性能改善明顯,晶須與瀝青基體相容性提高。
3、在環境工程中的應用
硫酸鈣晶須比表面積大、松散密度小、蓬松度高、無毒無污染,可以用于廢氣廢水中的過濾凈化,甚至可以在飲料、藥品等充當過濾材料。同時硫酸鈣晶須耐高溫,在過濾高溫或有腐蝕性的液體或氣體前不必進行冷卻或中和,而可以直接進行過濾。
在石油開采、加工、運輸及其他過程中都會產生含油廢水, 經浮選、過濾等機械方法處理后,油在水中呈乳狀液,易形成O/W型乳化微粒,體系較穩定,不易上浮于水面,處理難度較大。遼寧石油化工大學劉玲等研究了硫酸鈣晶須破乳除油的性能,試驗結果表明, 硫酸鈣晶須破乳除油效果較好, pH、溫度、時間、硫酸鈣晶須用量均會對除油效果產生影響。最佳的工藝條件: 加熱溫度30℃、加熱時間 30min、投加量 0.2g、pH為9, 此方法可用于工業化生產。
4、在造紙行業中的應用
把硫酸鈣晶須用抄紙粘結劑固定或混合在紙漿中10%(重量比)以上,利用抄取法能制備特殊紙張。作為紙張的填充劑,硫酸鈣晶須可以改善紙張的不透明性、可塑性、阻燃性以及印刷性能等。
東北林業大學劉焱等探討了硫酸鈣晶須對紙張強度的增強效果。硫酸鈣晶須對紙張具有一定的增強作用,當硫酸鈣晶須加入量低于 10%時,紙頁各項強度均有一定程度下降,當加入量高于10%時,紙頁各項強度隨加入量的增加而升高,硫酸鈣晶須加入量為25%時,紙頁各項強度達到最大值,繼續加入硫酸鈣晶須,紙頁強度則逐漸下降;紙漿打漿度為50 -55°SR 時,硫酸鈣晶須用于紙張增強的效果最佳。
5、其他方面的應用
除用于上述幾個主要方面以外,硫酸鈣晶須還可用于膠粘劑、催化劑、涂料、油漆、輕質建材和隔熱材料等的制造等方面。
東北大學于福家等以硫酸鈣晶須為填充劑,進行了配制環氧膠粘劑的研究。結果表明,其抗伸強度可提高50%-120%,剪切強度相對可提高40%-140%,效果明顯。硫酸鈣晶須是膠粘劑非常優良的填充劑。
東北大學張連紅等以三羥甲基丙烷(TMP)、丙烯酸(AA)為原料,硫酸鈣晶須為催化劑,環己烷和甲苯混合物為帶水劑,合成三羥甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)。結果表明:以對苯二酚和吩噻嗪做混合阻聚劑,n(AA):n(TMP)=3.40,硫酸鈣晶須的質量分數(以三羥甲基丙烷用量為基準)為2.0%,、環己烷用量20%、甲苯用量30%;酯化反應溫度為98℃,反應時間為5h,在此條件下合成的三羥甲基丙烷三丙烯酸酯酯化率大于96.8%,純度達到97.6%。
我國的石膏資源非常豐富,儲量和年產量均較大,現已探明儲量達到 600 億噸,據統計其年產量在 3000 萬噸以上,占世界首位。硫酸鈣晶須以石膏為原料,資源多,成本低,同時也為生石膏的深度加工提供了新途徑。此外,還可選用工業廢料、廢酸,鹽類等作為原料,成本低,綠色環保,因此硫酸鈣晶須具有廣泛的應用領域和廣闊的市場需求。
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