硫酸鈣晶須是一種無水硫酸鈣的纖維狀單晶體,其尺寸穩定,平均長徑比為80,具有耐高溫、抗化學腐蝕、韌性好、強度高、易進行表面處理、和橡膠塑料等聚合物的親和力強等優點,重要的是其價格卻僅為碳化硅晶須的1/200-1/300,因此具有很強的市場競爭力。
硫酸鈣晶須作為聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯的添加劑,添加后所得制品性能良好,每噸塑料成本可降低190元到5300元左右。由于硫酸鈣晶須優越的性能和環保,無毒的特性而被進一步用于橡膠、涂料、塑料、膠黏劑、紡織、造紙等許多行業,具有廣闊的研究價值和市場前景。
1、功能性填料
硫酸鈣晶須是合成材料中的一種良好的添加劑,由于其具有加大的機械強度,因此能做為如橡膠、塑料等合成材料的增強組元,在不同方面優化合成材料的性能。
Lu等制備硫酸鈣晶須/聚四氟乙烯材料,發現具有該強度力學性能和良好的熱學性能。Sheng等使用硫酸鈣晶須(CSW)作為增強劑來提高PG瓷磚的機械強度,所制得的具有1%(重量)CSW的PG瓷磚的彎曲強度可達27.2MPa,與沒有添加CSW的樣品相比增加了80%;其中,機械強度的增強主要歸因于這樣的事實:瓷磚主體中分散的CSW充當“橋”并與石膏晶體牢固結合,從而形成完整的緊密鏈接的瓷磚網絡。
此外,Liu等運用乙醇改性硫酸鈣晶須,然后作為添加劑制備的聚丙烯片材產品,發現其具有出色的機械性能。Yang等研究了硫酸鈣晶須對聚乳酸復合材料力學性能,形態結構和熱降解的影響,結果發現,玻璃化轉變和冷結晶過程在低濃度的CSW時滯后,但隨著晶須的進一步添加又加速,這也影響了實際結晶度的變化。然而,熱穩定性顯著提高,熱分解動力學分析表明,隨著CSW的增加,活化能降低,反應順序幾乎不變。
多項研究表明,以硫酸鈣晶須或者改性硫酸鈣晶須為添加劑改性符合材料的性能,能在材料的機械性能方面提高0.6—3.5倍,還能作為防水增強添加劑,特別是再經改性后的硫酸鈣晶須作為添加劑,合成材料的性能變化更為顯著。
硫酸鈣晶須不僅在合成有機復合材料中具有廣泛的運用價值,在無機復合材料和無機金屬材料中同樣具有顯著的改性性能,如無機建筑材料等,經過一系列物理測試結果表明,添加晶須大大改善了機械性能,并略微提高了熱穩定性。除此之外,硫酸鈣晶須還可作為瀝青填料,在瀝青中加入硫酸鈣晶須,可顯著提高瀝青的軟化溫度。
2、吸附劑
硫酸鈣晶須還能直接或改性后作為吸附劑使用,并具有良好的吸附性能。Chen等通過冷卻重結晶法合成的硫酸鈣晶須(CSW,二水合物或無水石膏)從水溶液中吸收As(Ⅲ)/As(Ⅴ)的行為表明As(Ⅴ)和CSW之間的相互作用機制是一個復雜的吸附過程,結合了表面溶解和化學沉淀。Fan等運用不同改性的硫酸鈣晶須制備瀝青粘結劑,發現瀝青粘結劑在高溫性能、抗變形性能、溫度敏感性性能、黏溫特性、流變性能和低溫性能等方面的影響。
3、環境功能材料
由于硫酸鈣晶須(CSW)具有較小的密度和巨大的比表面積,因此可以在環境工程領域中被用作過濾材料,可以過濾包括廢氣、水體中有害雜質等高溫或具有腐蝕性的污染物,且在過濾之前不用進行冷卻和中和操作,因此具有使用方便、過濾高效等優點;除此之外,硫酸鈣晶須無毒,因此還可以廣泛用于果汁、啤酒及藥物的過濾。
4、摩擦材料中石棉替代物
硫酸鈣晶須還可代替石棉,添加到摩擦材料中,在剎車片和輪胎等部件中使用,使耐磨材料在達到耐磨要求的同時,安全性也能顯著提高,并有效避免了在生產和使用過程中石棉對人體健康造成危害。王澤紅等用合成的硫酸鈣晶須生產了不含石棉的摩擦片,并對其耐磨性能進行了檢測,結果顯示,含硫酸鈣晶須的摩擦材料的耐磨性能顯著提高。
5、特種紙張
硫酸鈣晶須可作為無機纖維制造難燃紙張。美國曾有學者采用碳酸鈣晶須與多種無機物混合,制造出了性能優異的無機紙張,該紙張難燃且穩定性強,因此可作為防火材料用于室內外的裝飾。
6、其他用途
硫酸鈣晶須除上述應用外,在隔熱材料、輕質建材、鑄造型砂及涂料等方面也有應用。
資料來源:《趙晨陽,吳豐輝,瞿廣飛,等.廢石膏制備硫酸鈣晶須的高附加值利用前景[J].環境化學:2022》,由【粉體技術網】編輯整理,轉載請注明出處!
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