一步自催化α-半水硫酸鈣晶須的制備方法及應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種一步自催化α -半水硫酸鈣晶須的制備 方法及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] α -半水硫酸鈣晶須是一種針狀的單晶體是一種理想狀態(tài)的結(jié)晶纖維，長徑比較 大，結(jié)晶時其原子排列高度有序，幾乎不含有通常材料中所存在的缺陷（晶界、位錯、空穴 等)，其機(jī)械強(qiáng)度等于臨接原子間力，因此，α -半水硫酸鈣晶須的機(jī)械強(qiáng)度和模量接近完整 晶體材料的理論值，其力學(xué)性能遠(yuǎn)高于其他的短切纖維和粒狀填料?；谶@些優(yōu)良的性能， α -半水硫酸鈣晶須常被應(yīng)用在復(fù)合材料的增強(qiáng)、摩擦阻燃材料、環(huán)境工程等領(lǐng)域。
[0003] 目前，制備α-半水硫酸鈣晶須的常用方法主要有以下三種：加壓水熱法、蒸壓 法、常壓鹽溶液法。加壓水熱法是指以二水硫酸鈣為原料，采用高壓蒸壓法制備α-半 水硫酸鈣晶須（中國發(fā)明專利申請第201110123932. 1號)，這種方法制備的晶須長徑比 較大，但是這種方法反應(yīng)時間過長，如若投入生產(chǎn)，生產(chǎn)周期較長。蒸壓法是采用二水 硫酸鈣為原料，用蒸壓釜作為反應(yīng)容器制備α-半水硫酸鈣晶須（中國發(fā)明專利申請第 200610029067. 3號)，但是這種方法存在的缺點(diǎn)是需要反應(yīng)釜，設(shè)備較為復(fù)雜，且生產(chǎn)成本 過高，不適合大規(guī)模生產(chǎn)。常壓鹽溶液法是現(xiàn)今應(yīng)用最廣泛的一種制備α-半水硫酸鈣晶 須的方法，它是以二水硫酸鈣為原料，在反應(yīng)過程中加入轉(zhuǎn)晶劑，通過水熱反應(yīng)法在轉(zhuǎn)晶 劑的作用下二水硫酸鈣脫去1.5分子的水生成α-半水硫酸鈣晶須（中國發(fā)明專利申請 第03142607. 7號)，這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于反應(yīng)是在常壓下進(jìn)行，反應(yīng)條件比較溫和，但是這 種方法也存在著一定的缺點(diǎn)，反應(yīng)之前需要預(yù)先準(zhǔn)備二水硫酸鈣原料，延長了生產(chǎn)周期，此 夕卜，反應(yīng)過程需要加入額外的轉(zhuǎn)晶劑，增加了生產(chǎn)成本，不利于工業(yè)化的生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對傳統(tǒng)方法制備α -半水硫酸鈣晶須需要加入 額外的轉(zhuǎn)晶劑，制備過程中體系復(fù)雜，成本較高的問題，提供一種一步自催化α -半水硫酸 鈣晶須的制備方法及應(yīng)用，直接以CaClJP Na 2S04為原料，利用反應(yīng)中的副產(chǎn)物為轉(zhuǎn)晶劑， 無需加入額外的轉(zhuǎn)晶劑，大大降低了生產(chǎn)成本，得到的α -半水硫酸鈣晶須尺寸均勻。
[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案： 一種一步自催化α-半水硫酸鈣晶須的制備方法，步驟如下： (1) 將CaCljP Na 2S04分別溶于去離子水中，得到濃度為l~5mol/L的CaCl 2溶液和濃 度為l~3mol/L的Na2SO4溶液； (2) 將Na2S04溶液加入到反應(yīng)容器中，在機(jī)械攪拌的條件下逐滴將CaCl 2溶液滴加到 反應(yīng)容器中，待滴加完全后，機(jī)械攪拌25~35min，其中似250 4與CaCl 2的物質(zhì)的量之比為 1:1~3:1； (3) 向反應(yīng)容器中滴加酸溶液，控制溶液的PH為4~6,然后升高溫度至100~110°C，機(jī) 械攪拌反應(yīng)4~8h ; (4)反應(yīng)結(jié)束后，過濾，洗滌，干燥即得到α -半水硫酸鈣晶須。
[0006] 所述步驟（2)中CaCl2的滴加速率為5~10mL/min。
[0007] 所述步驟（3 )中的酸溶液為醋酸溶液或稀鹽酸溶液。
[0008] 所述步驟（2)和步驟（3)中機(jī)械攪拌的速率為800~1800rpm。
[0009] 所述步驟（4)中的干燥溫度為80~105°C，干燥時間為4~8h。
[0010] 所述的α -半水硫酸鈣晶須在復(fù)合材料增強(qiáng)方面的應(yīng)用。
[0011] 本發(fā)明的有益效果：（1)本方法直接以CaCljP Na 2S04為原料，得到二水硫酸鈣， 反應(yīng)中的副產(chǎn)物氯化鈉將作為催化劑(轉(zhuǎn)晶劑）促進(jìn)下一步反應(yīng)的發(fā)生，無需加入額外的轉(zhuǎn) 晶劑，大大降低了生產(chǎn)成本，在高速攪拌的條件下通過常溫水熱反應(yīng)法在氯化鈉的作用下 脫去1. 5分子的結(jié)晶水即可制得α -半水硫酸鈣晶須，得到的α -半水硫酸鈣晶須尺寸均 勻；（2)該方法有效的解決了 α -半水硫酸鈣晶須的制備過程中體系復(fù)雜，成本較高的問 題，特別適用于復(fù)合材料增強(qiáng)和高分子材料填充阻燃領(lǐng)域；（3)該方法生產(chǎn)周期較短，有利 于工業(yè)化生產(chǎn)，應(yīng)用前景較為廣闊；（4)反應(yīng)在常壓下進(jìn)行，條件溫和，綠色環(huán)保，操作易于 實(shí)施，為工業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用提供了很好的技術(shù)支持。
[0012] 說明書附圖 圖1為本發(fā)明實(shí)施例1 一步自催化法制備的α -半水硫酸鈣晶須XRD譜圖。
[0013] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例1 一步自催化法制備的α -半水硫酸鈣晶須SEM圖像。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 實(shí)施例1 本實(shí)施例的一步自催化α-半水硫酸鈣晶須的制備方法，步驟如下： 稱量27. 5g CaCl2 (0· 25mol)溶于IOOmL去離子水中，配制成2. 5mol/L的CaCl2溶液， 稱量35. 5g Na2SO4 (0. 25mol)溶于200mL去離子水中，配制成I. 25mol/L的Na2SO4溶液，然 后將兩種溶液分別進(jìn)行過濾。
[0015] 將上述Na2SOjij入三口燒瓶中，機(jī)械攪拌，然后以5mL/min的速度將CaCl 2加入到 三口燒瓶中，待CaCl2溶液滴加完全之后，繼續(xù)攪拌0. 5h。然后將溶液升溫至104°C，機(jī)械 攪拌速度為1500rpm，保持機(jī)械攪拌的速度以及溶液的溫度繼續(xù)反應(yīng)4h。反應(yīng)完全后，將反 應(yīng)液趁熱過濾，然后用l〇〇°C熱水進(jìn)行洗滌5次，再用乙醇洗滌三次。將反應(yīng)后得到的產(chǎn)物 至于80°C烘箱中干燥6h得α -半水硫酸鈣晶須，過篩，保存。
[0016] 將實(shí)施例1得到的α -半水硫酸鈣晶須進(jìn)行XRD掃描，并取少量的α -半水硫酸 媽晶須進(jìn)行SEM觀察，如圖1和圖2所示。XRD結(jié)果顯示，得到的α -半水硫酸媽晶須的晶 型與標(biāo)準(zhǔn)譜圖的峰的位置一致。SEM結(jié)果顯示，α-半水硫酸鈣晶須粒徑較為均勻。
[0017] 實(shí)施例2 本實(shí)施例的一步自催化α-半水硫酸鈣晶須的制備方法，步驟如下： 稱量55. Og CaCl2 (0. 5mol)溶于200mL去離子水中，配制成2. 5mol/L的CaCl2溶液， 稱量35. 5g Na2SO4 (0. 25mol)溶于200mL去離子水中，配制成I. 25mol/L的Na2SO4溶液，然 后將兩種溶液分別進(jìn)行過濾； 將上述Na2SO^iij入三口燒瓶中，機(jī)械攪拌，然后以lOmL/min的速度將CaCl 2加入到三 口燒瓶中，待CaCl2溶液滴加完全之后，繼續(xù)攪拌0. 5h。然后將溶液升溫至104°C，機(jī)械攪 拌速度為ISOOrpm，保持機(jī)械攪拌的速度以及溶液的溫度繼續(xù)反應(yīng)4h。反應(yīng)完全后，將反應(yīng) 液趁熱過濾，然后用l〇〇°C熱水進(jìn)行洗滌5次，再用乙醇洗滌三次。將反應(yīng)后得到的產(chǎn)