从烟道天然气脱硫石膏制备表面改性的硫酸钙晶须外文翻译资料

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从烟道天然气脱硫石膏制备表面改性的硫酸钙晶须

刘成军，赵青，王光光，王培华，王茂芳

东北大学多金属矿物生态冶金重点实验室（教育部）沈阳110819

摘要：为了获得用于制备聚合物复合产品的疏水性晶须，硫酸钙晶须是由烟气脱硫（FGD）石膏通过水热合成制备的晶须（CSW），由各种表面活性剂改性，一些改性条件对疏水性的影响。本文调查研究了CSW的性质。硬脂酸钠被认为是合适的表面活性剂。其合理用量为乙醇溶剂的2％。在表面改性过程中发现物理和化学吸附，后者被认为优先发生在CSW表面。此外，改变温度，改变持续时间和搅拌速度是实验发现对改性行为有显着的影响。有效率达到0.845当在当前获得的合理条件下进行改性处理工作。最后，从修改后的CSW制备出聚丙烯片材产品并测试其机械性能

关键词：硫酸钙晶须 表面活性剂 表面改性 吸附 机械性能

介绍

随着对高性能材料的日益增长的需求，晶须增强聚合物复合材料吸引了更多关注，尤其使近几十年来科学家和工程师更感兴趣。晶须被广泛认为是没有内部缺陷，晶须的许多机械性能往往趋于接近最大理论值[1]。硫酸钙晶须（CSW）通常用作增强剂，颗粒添加剂或填料

聚合物复合材料，以促进材料力学性能。但是，由于高能亲水表面CSW与低能量疏水表面不相容的聚合物，CSW的表面改性是极其重要的进行必要的治疗以提高其分散性有机材料。据报道有些有机试剂是能够将亲水性表面转化为亲有机物的疏水性，认为改性行为形成了涂层在与两亲化合物相互作用的基质上[2-4]。因此，最终聚合物复合材料的性能高度依赖于该层的结构和性质代表异质两相之间的界面材料。

为了使更便宜的CSW部分取代木纤维造纸业，Feng等[5]进行了同时使用六偏磷酸钠和二氧化硅对CSW进行改性处理。结果表明，将木纤维与未修改的CSW相比疏水性和粘结能力明显提高，获得了混合纸可被用作功能通用作用。王等人[6]通过氢硅油和硅烷偶联改性CSW制备甲基乙烯基硅橡胶复合材料，报告说，这个修改后的CSW的就可以显着提高产品的拉伸和抗热性能。修改CSW的机制也受到研究人员的特别关注。尹等[7]使用硼酸盐表面活性剂SBW-181进行表面改性，从天然石膏制备的CSW阳离子和反应建立了模型，阐述了SBW-181和CSW发生化学反应在CSW表面形成单层，还有当SBW-181当范德华力更多时，可以涂在这个单层上采用SBW-181。此外，化学吸附层是证明相对于物理吸附更稳定整个层在整个修改过程中。一个类似的模型是也由王等人[8]谁进行了修改研究对于CSW使用H3PO4-Na3PO4的混合表面活性剂。 建议A Ca ₃（PO ₄）₂ - 螯合涂层形成和沉积CSW的表面，因此CSW在水中的溶解度显着降低。

然而，从FGD石膏制备CSW水热合成一直没有引起广泛的关注。近年来，对CSW的表面改性研究已经开始进行了，但需要更多的表面活性剂探讨并研究来使CSW的属性进一步更新。此外，由FGD石膏制备的CSW是完全不同的从其他原料生产的某些方面[9]所以需要进行新的研究来解释修改行为。 为了促进工业废物的利用制造CSW高性能材料目前，石膏被各种表面活性剂表面改性研究和修饰参数如表面活性剂的影响活性剂剂量，改变温度，改变持续时间和搅拌速度，最终 终于生产了聚丙烯片材产品。

2.实验

2.1 物料

针状CSW材料是从工业烟气脱硫制备来的水热合成石膏，其主相确定为硫酸钙半水合物（HH）晶须，具有高结晶度[9]。 CSW的平均长度为71微米，并且长径比为66.油酸钠80（C ₂₄ H ₄₄ O ₆），硬脂酸，（C₁₈H₃₆O₂）和硬脂酸钠（C₁₇H₃₅CO₂Na）用作化学表面活性剂，乙醇用作改性剂溶剂。

2.2实验方法

将表面活性剂和50mL乙醇溶剂放入锥形瓶，并通过搅拌器自动混合，使用温控电加热器，倒入10克CSW，当表面活性剂溶液在温度达到设定点后，并在整个改性过程中保持稳定。经过一段时间后，通过过滤分离浆料洗涤干燥处理后得到CSW。评估表面活性对CSW的表面改性以活跃比例表示，其中活跃比例由在水中混合并剧烈搅拌[10,11]漂浮产品与样品的总重量之比。。扫描电子通过JSM-5600LV进行显微镜（SEM）分析，经过SEM观察其形态变化CSW经表面改性处理后，红外（IR）光谱分析用NLCOLET60SXB傅立叶进行对检测结构转化。最后由聚丙烯片制成改性CSW和聚丙烯。三种机械性能拉伸强度，弯曲强度和伸长率指标测试了断裂以评估改性因子的影响关于最终产品性能。

3 结果与讨论

3.1表面活性剂的影响

三种表面活性剂，油酸钠，硬脂酸和硬脂酸钠均使用相同剂量2％。同时对乙醇体积进行了研究，在60℃进行表面改性处理20分钟，恒速搅拌速度为90 r min-1。图1给出改性CSW与各种表面活性剂的活性比例。显然易见当活性比例试验证实改变CSW的亲水性是无用的。硬脂酸钠显示出比这更好的改性的硬脂酸。当改性剂硬脂酸钠时，表面改性活性比达到0.845。

红外光谱分析显示认为是有效的用于改性效果和确定的技术表面活性剂的吸收行为[7,13,14]，所以在当前工作中研究中尤为重要。IR不同（未改性（a）），由硬脂酸改性（b），并由硬脂酸钠（c）改性）。如图2。（SO2-4），表面羟基（OH^-）和晶体水（H ₂ O）在671.89cm-1（SO2-4），1151.31cm -1（SO 2 - 4），594.36cm-1（^-），3556.27cm-1（OH），3610.27cm-1（OH），发现3434.77cm-1（H 2 O）和1621.92cm -1（H 2 O）[5,12,14]在未修改的CSW的IR谱中。表面改性后用硬脂酸处理，具有CH3的峰显示。并且在2917.91cm-1（CH3）和2850.42cm-1（CH₂）出现CH₂在IR光谱中，证明了表面活性剂吸收在CSW的表面。另外，几个基团特征位于1423.28cm-1,1461.85cm-1，558.28 cm-1可归因于不对称和对称COO^-基团的伸缩振动[13]和羧基由弱特征带的出现证实2360.56cm-1,1733.78cm -1，因为C =O伸缩振动。比较两种表面活性剂的IR谱（参见图2b和c），硬脂酸钠相对于硬脂酸酯显示出更好的结果，硬脂酸通过显示更强的特征峰强度表面活性剂[13]。进一步确定表面活性剂的吸收行为修改过程进行了更多的研究。图3显示未改性的CSW（a），高纯度（99.9％）硬脂酸的红外光谱（b），高纯度（99.9％）硬脂酸钙（c）和CSW改性通过硬脂酸钠（d）。所有额外的特征峰出现在IR中改性后的光谱由图1确定。 COO^-组的出现可归因于硬脂酸钙显示了确实发生化学吸收。此外，C=O组的特征峰存在于图1中。且表示形成了少量硬脂酸（参见图3b）并吸收在CSW上，因为这些特征峰不能可以在原材料的任何IR光谱中找到。吸收硬脂酸的方法应该是物理方法和解释。硬脂酸的形成被认为是在CSW的少量水中水解CH₃（CH₂）₁₆COO这已经被研究人员证明[15,16]。因此，它推测化学和物理吸收均发生在这个表面改性过程中。根据吸收差异提出了各种表面活性剂之间的溶解度的硬脂酸钠在热乙醇溶液中的含量高于硬脂酸，因此提供了更多的CH₃（CH₂）₁₆COO-硬脂酸钠，用于在表面上形成稳定的硬脂酸钙的CSW。所以表面活性剂越多，表面活性剂越多疏水性。然而，当有亲水层在CSW上形成一些有机表面活性剂，如硬脂酸，可以通过疏水基团表面活性剂的物理缔合吸收它造成更严重的结构上破坏。

基于上述分析，物理吸收主要发生在CSW的化学吸收层上，据根据这种物理吸收可能会降低疏水性CSW通过将亲有机质的表面反转回亲水。因此，表面活性剂用量是重要因素CSW表面改性工艺。一批有各种测试硬脂酸钠（1％，2％，3％，4％乙醇溶剂）进行了改进的CSW的有效比例如图1所示。结果表明，活性比最高当2％硬脂酸钠用于表面改性时达到CSW和更多的剂量导致活性比降低。以澄清不同硬脂酸钠的吸附行为。，SEM分析进行观察CSW的形态变化，可以在图1中看到。它可以清楚地看到，有很多凹槽存在未修改CSW的表面。当使用2％硬脂酸钠时，由于均匀的涂层，CSW表面变得光滑的表面活性剂层。没有发现槽，但表面活性剂很少随机吸附在涂层上稍微恶化光滑度当硬脂酸钠用量达到4％时，附着在涂层上的表面粗糙更的表面活性剂表面。参考已发表的研究[14,17]并获得实验结果表明，在较低的浓度下硬脂酸钠，表面活性剂最初被吸收在表面CSW形成（CH₃（CH₂）₁₆COO）2Ca单层，同时当存在的过量表面活性剂，涂层发展成双层层数导致疏水性表面亲水性

3.2 修改条件的效果

在本研究中调查的修改条件是温度变化（20°C，40°C，60°C和80°C）持续时间（10分钟，15分钟，20分钟和25分钟）和搅拌速度（60 r min -1，90 r min -1,120 r min -1和150 r min -1）。

3.2.1。温度变化的影响

在各种温度下20℃，40℃，60℃，80℃进行一系列CSW表面改性试验进行20分钟2％硬脂酸钠作为表面活性剂，与其之间的关系CSW的活性比和改性温度如图6所示.当改变温度从20℃升至60℃有效比例从0.602增加到0.845，呈现阳性温度在此范围内的影响。然而，进一步升高的温度至80℃导致活性比例略有下降。图 7显示了60°C（a）和80°C（b）下改性CSW的红外光谱。结果表明，CH₃，CH₂，CO₂，和COO^-都存在于两个IR光谱中，并且强度a）中表面活性剂的所有特征峰的强度更比（b），意思是活动比率的下降是由较少的表面活性剂在CSW上的吸光度。这个现象的解释可归因于在高温下乙醇的严重挥发，可以降低硬脂酸钠的溶解量。因此，合理调整温度在本次研究中获得的结果是60℃。

3.2.2修改持续时间的效果

调查CSW有效比例变化的调查进行10分钟至25分钟的持续时间，结果可以在图8中.发现活动比例随着时间的推移逐渐增加，呈下降趋势20分钟后，CSW的有效比例的最大值为0.845。当改性持续时间短如10分钟或15分钟，化学吸附可能不会完成，所以CSW表面的一些部分仍未被表面活性剂涂覆，改性效果有限。不过，表面活性剂更多时可以在涂层上吸收降低疏水性能如果改性时间持续太长时间。 因此，在为了在CSW的表面上形成均匀的疏水层需要严格控制改性的持续时间。

3.2.3 搅拌速度的影响

使用四个搅拌速度60 r min -1，90 r min -1，120 r min-1和150 r min-1在60°C，20分钟进行一些测试研究活性比变化。 参考结果如图9所示，活性比仅为0.652当搅拌速度为60 r min-1时达到0.845当搅拌速度升至90 r min-1时。搅拌速度提高了表面活性剂从体积的扩散速率对CSW表面的溶液促进化学反应，甚至通过提供强力来抑制身体吸收离心力。 结果还表明，如果搅拌速度提高，超过90 r min-1。活性比显着下降。有人建议强力的离心力也可能影响硬脂酸钠的化学吸附CSW，可以通过IR光谱分析结果证实如图1所示。与CSW修改的红外光谱相比用90 r min-1的搅拌速度，特征强度图中COO-峰。 10b显着下降和特征 无法检测到C O的峰值，表明物理和在高搅拌速度下难以发生化学吸收条件。
3.3聚合复合材料的性能
聚丙烯片材制品由CSW和聚丙烯合成。机械性能与各种聚丙烯片之间进行比较从而影响改性因素对产品性能的影响。三个重要的性能指标包括拉伸强度，检测弯曲强度和断裂伸长率，测试结果报告在表1所有测试中用于聚丙烯片材制备的CSW用量是产品总质量的30%，这是最佳的这项工作的剂量。与表1中的P1和P2相比较已知在聚丙烯中加入未改性的CSW片材明显影响了机械性能，归因于CSW在聚合物中的不相容性所导致。表面改性处理后，界面改性CSW和有机基质之间的粘附改进导致更多的CSW与聚丙烯结合18]，所以CSW对聚合物的增强作用复合材料的缘由被揭示。如表1所示，所有机械添加改性CSW提高了性能。以P3为例，拉伸强度，弯曲三个指标强度和断裂伸长率提高约15％分别为不含CSW的聚丙烯的25％和25％片（P1）。此外，CSW下修改合理的条件（2％硬脂酸钠，20分钟）呈现最好的强化属性，与以前的研究一致结果。一些CSW由化学试剂（硫酸镁）制备和氯化钙）也经过修改合理条件并用于制备聚丙烯片材产品（P6），P1（无CSW），P3（CSW）的机械性能由FGD石膏制备）和P6报告在表2中。当化学试剂制备的CSW用于聚丙烯时片材制备，拉伸强度从30.7 MPa提高到32.6 MPa，弯曲强度从36.5 MPa提高到41.5 MPa，断裂伸长率分别从550％提高到617％。此外，烟气脱硫石膏中的指标提高到较高水平准备CSW测试。之前的两个CSW的形态发现表面改性11，显示自己的大小和FGD 的较大比表面积被认为对其财产有利。而且，之后相同的表面改性处理，FGD石膏制备CSW表现较高的活性比，P3表现出更好的机械性能性能。聚丙烯的进

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