一種無水硫酸鈣晶須表面改性方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及晶體制備技術領域，尤其是一種所述無水硫酸鈣晶須表面改性方法。
【背景技術】
[0002] 由于無水不溶硫酸鈣晶須表面呈極性，親水疏油，作為填料直接與有機材料復合 相容性差，因此需要進行表面改性，使無水不溶硫酸鈣晶須添加到橡膠、塑料等有機基體中 具有更好的相容性及較好的分散性，有效提高復合材料的力學性能。
[0003] 無水不溶硫酸鈣為正交晶型，晶體結構排列緊密，表面光滑，表面無羥基、Ca2+活性 小，直接采用有機表面改性劑進行表面改性，改性效果不明顯。前人的研究大多是針對二 水、半水硫酸鈣晶須和無水可溶硫酸鈣晶須的表面改性研究，針對無水不溶硫酸鈣晶須的 表面改性研究報道較少，尋找新的表面改性方法對無水不溶硫酸鈣晶須進行表面改性，進 而提高其與有機基體的相容性，對提高復合材料的力學性能具有重要意義。
[0004] 在無機沉淀包覆表面改性中，主要是針對二水、半水硫酸鈣晶須和無水可溶硫酸 鈣晶須遇水易水化，性質不穩定這個問題，通過無機沉淀包覆抑制硫酸鈣的溶解性，增加晶 須的穩定性能。在化學包覆改性法中，所用表面改性劑主要有硬脂酸、鈦酸酯、硅烷偶聯劑、 硼酸酯表面活性劑等有機表面改性劑，通過硫酸鈣晶須表面羥基與有機改性劑官能團作用 成鍵改變晶須表面物理化學性質。對于無水不溶的硫酸鈣晶須表面無羥基，晶格致密，晶須 表面活性較小，難以與有機改性劑直接作用。
【發明內容】
[0005] 為克服現有技術的不足，本發明提供一種無水硫酸鈣晶須表面改性方法，包括如 下步驟：
[0006] 將無水硫酸鈣晶須與無機鹽溶液按照質量-體積比為1:20~50的比例混合攪拌， 固液分離后獲得第一濾液和第一濾餅;所述無機鹽溶液的物質的量濃度為0.015mo 1 /?ο · lmol/L;
[0007] 在所述第一濾餅中加入硬脂酸、無水乙醇;混合后加熱至20°C~90°C配成漿料;所 述硬脂酸的用量為所述無水硫酸鈣晶須質量的6%~15%;所述無水硫酸鈣晶須與所述無 水乙醇的質量-體積比為1:20~50;
[0008] 在所述漿料繼續混合攪拌至少5min，固液分離后獲得第二濾液和第二濾餅；
[0009] 對所述第二濾餅洗滌干燥后獲得改性無水硫酸鈣晶須。
[0010] 其中，所述無水硫酸鈣晶須在無機鹽溶液中攪拌時間為10min-30min。
[0011] 其中，所述無機鹽包括磷酸鹽、硅酸鹽任一種。
[0012]其中，當所述無機鹽采用磷酸鹽，所述漿料的加熱溫度為60°C~90°C ;當所述無機 鹽采用硅酸鹽，所述漿料的加熱溫度為20°C~50°C
[0013]其中，所述第一濾餅與所述無水乙醇按照1:20~50的比例混合。
[0014]其中，所述硬脂酸是先與乙醇配成硬脂酸-乙醇溶液再與所述漿料混合，所述硬脂 酸在所述硬脂酸-乙醇溶液中的質量濃度為ο. 12 %~0.75 %
[0015] 其中，所述第一濾液、第二濾液回流后循環利用，分別代替所述無機鹽溶液、所述 硬脂酸-乙醇溶液。
[0016] 有益效果：
[0017] 本發明通過無機/有機復合表面改性的方法，首先在無水不溶硫酸鈣晶須表面反 應附著一層無機化合物(硅酸鹽、磷酸鹽），這層強堿弱酸鹽表面在含水溶液中羥基較多，增 加了晶須表面活性，易與硬脂酸等脂肪酸有機表面改性劑反應。該方法采用的改性原料廉 價易得，改性方法易于擴大生產。
【附圖說明】
[0018] 圖1為對比例改性無水硫酸鈣晶須的X射線衍射(XRD)圖。
[0019] 圖2為對比例改性無水硫酸鈣晶須的掃描電鏡圖。
[0020] 圖3為對比例改性無水硫酸鈣晶須的接觸角測定結果圖。
[0021 ]圖4為實施例1所得無水硫酸鈣晶須的X射線衍射(XRD)圖。
[0022] 圖5為實施例1改性無水硫酸鈣晶須的掃描電鏡圖。
[0023] 圖6為實施例1改性無水硫酸鈣晶須的接觸角測定結果圖。
[0024] 圖7為實施例3改性無水硫酸鈣晶須的接觸角測定結果圖。
[0025] 圖8為實施例4改性無水硫酸鈣晶須的接觸角測定結果圖。
[0026] 圖9為實施例5改性無水硫酸鈣晶須的接觸角測定結果圖。
【具體實施方式】
[0027] 下面，將結合附圖對本發明實施例做詳細介紹。
[0028] 本發明提供一種無水硫酸鈣晶須表面改性方法，包括如下步驟：
[0029] 步驟一:將無水硫酸鈣晶須與無機鹽溶液按照質量-體積比為1:20~50的比例混 合攪拌10min-30min，固液分離后獲得第一濾液和第一濾餅。其中，所述無機鹽溶液包括磷 酸鹽、硅酸鹽水溶液任一種。控制所述無機鹽溶液的物質的量濃度為0.015mo 1 /L-0. lmo 1 / L〇
[0030] 步驟二:在所述第一濾餅中加入硬脂酸、無水乙醇;混合后加熱至20 °C~90 °C配成 漿料;所述硬脂酸的用量為所述無水硫酸鈣晶須質量的6%~15%;所述無水硫酸鈣晶須與 所述無水乙醇的質量-體積比為1:20~50。
[0031] 第一濾液回流后循環利用，例如，若檢測第一濾液中無機鹽的濃度仍在優選范圍， 可代替所述無機鹽溶液。
[0032]步驟三:將所述漿料攪拌至少5min，趁熱過濾，固液分離后獲得第二濾液和第二濾 餅。其中，第二濾液也可回流后循環利用，例如，若檢測硬脂酸濃度尚在優選范圍，可用于分 別代替所述硬脂酸-乙醇溶液。
[0033]進一步地，步驟一中選擇的無機鹽溶液不同，將使得步驟三中的加熱溫度以及加 熱方式也有所不同。例如，若所述無機鹽采用磷酸鹽，所述漿料的加熱溫度為60°C~90°C， 且選擇油浴加熱對溫度控制更佳;若所述無機鹽采用硅酸鹽，所述漿料的加熱溫度為20°C ~50°C，此時采用水浴加熱即可。加熱方式及溫度不同是由于無水硫酸鈣晶須表面與硅酸 鹽或磷酸鹽反應后可能會在晶須表面形成一層硅酸鈣或磷酸鈣等物質，反應物不同，反應 條件也不同。經過條件試驗，在此溫度范圍，改性效果較好。
[0034]最后，無水乙醇對所述第二濾餅洗滌，100°C烘干干燥后獲得改性無水硫酸鈣晶 須，測試接觸角。
[0035] 本發明還設計了對比例:將2.5g無水硫酸鈣晶須與50mL無水硫酸鈣晶須質量15% 的硬脂酸-乙醇溶液混合，配制濃度為5 %的漿料，30 °C水浴加熱，混合改性5min后趁熱過 濾，無水乙醇洗滌，l〇〇°C烘干，即得改性產品，測試接觸角。
[0036]下面，通過對比例以及幾個實施例來展示本發明的特征，如表1所示：
[0037]表1對比例、實施例1~5及其反應參數
[0038]
[0039] 從表1、以及結合圖1~9可知，五個實施例均沒有通過灼燒，在水浴中常壓加熱便 可以獲得改性無水硫酸鈣晶須。圖1、圖4說明，全部改性無水硫酸鈣晶須為正交晶型的無水 硫酸鈣。
[0040]本發明通過無機/有機復合表面改性的方法，首先在無水不溶硫酸鈣晶須表面反 應附著一層無機化合物(硅酸鹽、磷酸鹽），這層強堿弱酸鹽表面在水溶液中易于增加羥基， 增加晶須表面活性，易與硬脂酸等脂肪酸有機表面改性劑反應;然后在無機沉淀反應后進 行有機表面改性，增加晶須在有機基體中的相容性及分散性。
【主權項】
1. 一種無水硫酸鈣晶須表面改性方法，其特征在于，包括如下步驟： 將無水硫酸鈣晶須與無機鹽溶液按照質量-體積比為1:20~50的比例混合攪拌，固液 分離后獲得第一濾液和第一濾餅;所述無機鹽溶液的物質的量濃度為0.015m〇l/L-0.1m〇l/ L； 在所述第一濾餅中加入硬脂酸、無水乙醇;混合后加熱至20°C~90°C配成漿料;所述硬 脂酸的用量為所述無水硫酸鈣晶須質量的6%~15%;所述無水硫酸鈣晶須與所述無水乙 醇的質量-體積比為1:20~50; 在所述漿料繼續混合攪拌至少5min，固液分離后獲得第二濾液和第二濾餅； 對所述第二濾餅洗滌干燥后獲得改性無水硫酸鈣晶須。2. 根據權利要求1所述無水硫酸鈣晶須表面改性方法，其特征在于，所述無水硫酸鈣晶 須在無機鹽溶液中攪拌時間為l〇min-30min。3. 根據權利要求1所述無水硫酸鈣晶須表面改性方法，其特征在于，所述無機鹽包括磷 酸鹽、硅酸鹽任一種。4. 根據權利要求1所述無水硫酸鈣晶須表面改性方法，其特征在于，當所述無機鹽采用 磷酸鹽，所述漿料的加熱溫度為60°C~90°C ;當所述無機鹽采用硅酸鹽，所述漿料的加熱溫 度為20°C~50°C。5. 根據權利要求1所述無水硫酸鈣晶須表面改性方法，其特征在于，所述硬脂酸是先與 乙醇配成硬脂酸-乙醇溶液再與所述漿料混合，所述硬脂酸在所述硬脂酸-乙醇溶液中的質 量濃度為0.12%~0.75%。6. 根據權利要求1所述無水硫酸鈣晶須表面改性方法，其特征在于，所述第一濾液、第 二濾液回流后循環利用，分別代替所述無機鹽溶液、所述硬脂酸-乙醇溶液。
【專利摘要】本發明提供一種無水硫酸鈣晶須表面改性方法，其特征在于，包括如下步驟：將無水硫酸鈣晶須與無機鹽溶液按照質量比為1：20～50的比例混合攪拌，固液分離后獲得第一濾液和第一濾餅；所述無機鹽溶液的物質的量濃度為0.015mol/L-0.1mol/L；在所述第一濾餅中加入硬脂酸、無水乙醇；混合后加熱至20℃～90℃配成漿料；所述硬脂酸的用量為所述無水硫酸鈣晶須質量的6％～15％；在所述漿料中加入混合攪拌至少5min，固液分離后獲得第二濾液和第二濾餅；對所述第二濾餅洗滌干燥后獲得改性無水硫酸鈣晶須。本發明增加了晶須表面活性，易與硬脂酸等脂肪酸有機表面改性劑反應，易于擴大生產。
【IPC分類】C08K7/08, C08K9/04, C08K9/02
【公開號】CN105646941
【申請號】
【發明人】乃學瑛, 呂智慧, 洪天增, 董亞萍, 李武
【申請人】中國科學院青海鹽湖研究所
【公開日】2016年6月8日
【申請日】2015年12月31日