[發明專利]一種高長徑比半水硫酸鈣晶須的制備方法

有效

• 申請號: 201210107042.6
• 申請日: 2012-04-13
• 公開（公告）號: CN102677177A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: 李滬萍;羅康碧;李春梅;向蘭;夏家群;蘇毅;趙榆林
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: C30B29/62
• 分類號: C30B29/62;C30B29/46;C30B7/10
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技術領域

本發明涉及一種高長徑比半水硫酸鈣晶須的水熱合成制備方法，屬于無機化工工藝技術領域。

背景技術

與其它晶須相比，硫酸鈣晶須具有無毒、綠色環保、價格低廉的優點，其價格在所有晶須中最低（為10~20元/kg），應用范圍非常廣泛。硫酸鈣晶須作為塑料、橡膠、聚氨酯等材料的增強劑，可顯著提高制品的彎曲彈性模量、抗拉強度、尺寸穩定性和熱畸變溫度，增強制品可廣泛用于機械、電子裝置的零部件中，提高相關性能。硫酸鈣晶須松散密度小，具有很大的比表面積，且對人體無毒性，可應用于啤酒、飲料，藥品的過濾以及替代石棉用于摩擦材料，此外，還能應用于建筑材料、隔熱材料、輕質建材、涂料、難燃紙張的制造等方面。

美國、德國、日本早在二十世紀七十年代便已開始著手研究硫酸鈣晶須。1976年的美國專利US3961105介紹了半水硫酸鈣晶須的制備方法，將二水硫酸鈣與水配成固含率為2～30?g/L的懸浮液后置于高壓反應釜中，密封后在105~150?℃加熱處理一定時間，制備出直徑0.5～5?μm，長徑比為6～100的半水硫酸鈣晶須。在140?℃以上焙燒轉可化成無水可溶硫酸鈣晶須，高于200?℃則轉化成無水不可溶硫酸鈣晶須。1976年的德國專利DE2613651也介紹了半水硫酸鈣晶須的制備方法，該法將二水硫酸鈣料漿在120~150?℃下水熱處理一定時間，調節pH在3左右，制得直徑1～2?μm，長度100?μm以上的半水硫酸鈣晶須，在200～800?℃焙燒得到無水硫酸鈣晶須。

近年來，采用水熱法制備硫酸鈣晶須的工作日益受到人們關注。但制備得到的硫酸鈣晶須的長徑比均較低。

發明內容

為了克服現有硫酸鈣晶須制備中存在的長徑比較小、形貌不夠均勻、有團塊物共存等問題，本發明提供一種制備形貌規則、高長徑比的半水硫酸鈣晶須的新方法；該方法利用共沉淀-活化-水熱技術實現硫酸鈣晶須的定向生長，該方法制得的產品形貌規則、粒徑均一、分散良好、純度高、附加值高。

本發明技術方案如下：

以無機鈣鹽及硫酸鹽或硫酸為原料，首先在10~90?℃條件下進行共沉淀，然后在40~150?℃下進行活化處理1~6h，最后通過水熱反應得到半水硫酸鈣晶須，具體步驟如下：

1）配制濃度為0.2~1.5?mol/l的無機鈣鹽及無機硫酸鹽溶液或硫酸，在10~90℃及攪拌條件下，以1~10?ml/min的速度將硫酸鹽溶液或硫酸滴加到含無機鈣鹽的溶液中，控制鈣鹽與硫酸鹽的摩爾比為1?:?0.5~2，得到白色沉淀漿液；?

2）將上述漿液過濾，濾渣洗滌得初級前驅體，然后將初級前驅體在40~150?℃下進行活化處理1~6h，得到水熱前驅體；

3）將水熱前驅體制成固含率為1～12?%的懸浮液，放入水熱反應器中，加入前驅體量0.1~10?wt?%的晶型控制劑，在80~180?℃下恒溫反應2~10?h；

4）將水熱處理所得漿料冷卻、過濾、洗滌得水熱產物，將水熱產物在100～110?℃干燥1～12?h，得到直徑0.1~4?μm、長度20~3000?μm、長徑比50~1000、形貌規則、尺寸均一的半水硫酸鈣晶須。

在上述制備方法中，所述的無機鈣鹽為氯化鈣、硝酸鈣、氫氧化鈣、氧化鈣中的任一種。

在上述制備方法中，所述的硫酸鹽為硫酸鈉、硫酸銨、硫酸鉀的任一種。

在上述制備方法中，所述的晶型控制劑優選硫酸鐵、氯化鐵、硝酸鐵、檸檬酸鐵中的任一種。

本發明提出采用共沉淀-活化-水熱法制備半水硫酸鈣晶須，該工藝優點如下：（1）原料廉價易得，采用共沉淀方式、無需使用分散劑制備出初級前驅體；（2）采用較溫和的熱處理方式對初級前驅體進行活化處理，得到有利于后續水熱處理的活化前驅體；（3）在較低的水熱條件下通過晶型控制劑進行硫酸鈣晶須的定向生長，過程溫和易控、產物形貌規則、粒徑均勻、長徑比大、純度高。

本發明提出的共沉淀-活化-水熱方法有工藝簡單、成本低廉、過程易控、環境友好、易于工業推廣等優點，由此制得的半水硫酸鈣晶須長徑比大、形貌規則、粒徑均一、純度高、附加值高，可望作為高性能增強材料用于造紙、食品、陶瓷、塑料、橡膠等行業。與現有的制備半水硫酸鈣晶須的方法相比，本發明在制備水熱前驅體時無需使用價格較高的分散劑，而采用較低溫度的熱處理方式進行前驅體的活化處理，從而降低了水熱處理溫度，提高了最終產物的純度。另外，本發明重新篩選了新劑型的晶型控制劑，使得制備出的晶須長徑比更大、晶須更均勻、產物純度更高。

附圖說明

圖1為本發明的實施例3產物的形貌示意圖。