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硬石膏精细化加工技术及其应用

赵武  
【摘要】:硬石膏资源是我国的优势非金属矿产之一,而且分布非常广泛,然而一直以来对其开采利用并不多。从现有的研究报道看,目前硬石膏的主要应用领域还是作为一种胶结材料和建筑材料,附加值较低。针对硬石膏在聚合物中的应用目前还处于起步阶段,本文的研究旨在拓宽硬石膏应用领域,为硬石膏多元化利用开辟道路。 本论文以硬石膏为原料,通过对硬石膏干法超细加工、表面改性制备得到了改性硬石膏粉体,并以改性硬石膏粉体作为聚氯乙烯(PVC)填充料在企业进行扩大实验,通过不同的配方实验制备得到了硬石膏/PVC复合材料;同时针对硬石膏白度低、表面平滑而且有尖锐的棱角的问题,对硬石膏表面纳米化修饰进行了相关研究。实验采用白度、X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、X射线能谱(EDAX)、傅里叶变换红外吸收光谱(FT-IR)、氮气吸附等表征手段对结果进行了分析。论文的主要结论如下: (1)在实验中通过干法球磨加工,硬石膏粉的D90粒径可以控制在11gm以下,而且硬石膏粉体颗粒形状主要为不规则小块状和类球状,大小分布均匀;另外通过选择硅烷、钛酸酯、铝酸酯改性剂改性不同粒度的硬石膏粉体,筛选出了铝酸酯改性剂对硬石膏粉体的改性效果最好,得到不同硬石膏粉的粒度改性后活化指数达到90%以上时,1000目和425目硬石膏粉所需铝酸酯改性剂的量分别为1.2%、0.6%。 (2)实验中选用改性后的硬石膏粉体共混PVC树脂以及各种助剂,熔融挤出,制备得到了硬石膏/PVC复合管材。检测分析表明:以适当比例的改性后硬石膏粉作为填充料填充到PVC树脂基体中后,硬石膏粉在PVC树脂基体中相容性、分散性均较好,形成的复合材料结构致密,与PVC树脂基体界面结合良好;硬石膏/PVC复合管材,各项性能均满足厂家当前管材的指标,其中维卡软化温度、环刚度分别达到了90.2℃、11.90kN/m2是明显优于厂家80℃,8.0kN/m2的具体标准。另外,改性硬石膏粉相对PVC树脂的添加比例可以达到250%。 (3)实验中通过碳化法在Ca(OH)2-H2O-CO2体系中对硬石膏表面纳米化修饰进行了相关研究。测试分析表明:实验中制备的纳米CaCO3/硬石膏复合粉体中CaCO3粒径在70nm左右,而且在硬石膏表面包覆均匀;硬石膏粉体经过表面纳米化修饰以后,其表面尖锐棱角消失,同时硬石膏的白度和粗糙度都得到了明显的提高。当CaCO3/硬石膏=1/1(质量比)时,CaCO3/硬石膏复合粉体的白度值为85.8%,远高于硬石膏原矿63.1%的白度;另外,CaCO3/硬石膏复合粉体的比表面积为26.25m2/g,几乎达到硬石膏原矿6.65m2/g的4倍。


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