无水硫酸钙晶须的表面改性方法
【专利摘要】本发明公开了一种无水硫酸钙晶须的表面改性方法，包括步骤：A、将无水硫酸钙晶须置于第一溶剂中并混合均匀，获得浆料；B、将改性剂置于第二溶剂中获得混合溶液，并向混合溶液中加入碱溶液直至该混合溶液的pH为12～14，获得改性溶液；其中，改性剂为烷基磷酸酯或烷基磷酸酯盐；C、向浆料中加入改性溶液，混合并进行表面改性，获得改性无水硫酸钙晶须；所述第一溶剂及第二溶剂均选自无水乙醇或水。根据本发明的无水硫酸钙晶须的表面改性方法能够取得良好的改性效果，从而使无水硫酸钙晶须能够更好地应用于塑料、橡胶、涂料、造纸等领域；与此同时，根据本发明的表面改性方法所使用的改性剂廉价易得，改性方法简单，易于扩大生产。
【专利说明】
无水硫酸钙晶须的表面改性方法
技术领域
[0001 ]本发明属于表面改性技术领域，具体地讲，涉及一种无水硫酸钙晶须的表面改性 方法。
【背景技术】
[0002] 无水硫酸钙晶须是硫酸钙晶须中性能较好的晶须，其拉伸强度为2.058GPa，弹性 模量为176.4GPa，耐热温度可达1000°C，而且非常稳定，在诸多领域潜在着广泛的应用前 景。无水硫酸钙晶须通常可作为填料应用于塑料、橡胶、涂料、造纸等领域，但其作为填料直 接与有机材料复合时，存在与基体的相容性差的问题，需要通过表面改性的方法改善其相 容性，从而将其添加到橡胶、塑料等有机基体中以获得更好的相容性及较好的分散性;无水 硫酸钙晶须可分为无水可溶硫酸钙晶须(CaS0 4in型）和无水不溶硫酸钙晶须(CaS04 Π 型）， 但一般所讲无水硫酸钙晶须即指无水不溶硫酸钙晶须。
[0003] 目前，硫酸钙晶须在进行表面改性时，常用的表面改性剂主要有硬脂酸、硅烷偶联 剂、钛酸酯、硼酸酯表面活性剂等，但上述表面改性剂主要针对是半水可溶硫酸钙晶须或无 水可溶硫酸钙晶须，采用上述表面改性剂进行表面改性的主要原理为：半水可溶硫酸钙晶 须或无水可溶硫酸钙晶须的表面羟基与表面改性剂的官能团相互作用成键，以使表面改性 剂包覆于半水可溶硫酸钙晶须或无水可溶硫酸钙晶须的表面，从而改变半水可溶硫酸钙晶 须或无水可溶硫酸钙晶须的表面物理化学性质。但是，无水不溶硫酸钙晶须的表面无羟基， 晶格致密，晶须表面活性较小，难以与上述表面改性剂直接作用，因此，当采用上述表面改 性剂处理无水不溶硫酸钙晶须时，难以获得理想的改性效果。
【发明内容】
[0004] 为解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种无水硫酸钙晶须的表面改性 方法，该表面改性方法可对无水硫酸钙晶须的表面进行改性，且获得了良好的改性效果。
[0005] 为了达到上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：
[0006] -种无水硫酸钙晶须的表面改性方法，包括步骤:A、将无水硫酸钙晶须置于第一 溶剂中并混合均匀，获得浆料;其中，所述第一溶剂选自无水乙醇或水;B、将改性剂置于第 二溶剂中获得混合溶液，并向所述混合溶液中加入碱溶液直至所述混合溶液的pH为12~ 14，获得改性溶液;其中，所述改性剂为烷基磷酸酯或烷基磷酸酯盐，所述第二溶剂选自无 水乙醇或水;C、向所述浆料中加入所述改性溶液，混合并进行表面改性，获得改性无水硫酸 钙晶须。
[0007] 进一步地，所述改性剂选自C12~C18的直链或带有支链的烷基磷酸单酯、或C12~ C18的直链或带有支链的烷基磷酸单酯盐中的至少一种。
[0008] 进一步地，所述改性剂与所述无水硫酸钙晶须的质量之比为1:100~6:100。
[0009] 进一步地，在所述步骤C中，控制所述浆料的温度为20°C~60°C后，向所述浆料中 加入所述改性溶液。
[0010] 进一步地，在所述步骤C中，所述表面改性的时间为5min~45min。
[0011] 进一步地，在所述步骤A中，在所述浆料中，所述无水硫酸钙晶须的质量百分数为 2% ~6%〇
[0012] 进一步地，在所述步骤B中，所述碱溶液选自Κ0Η水溶液、NaOH水溶液中的任意一 种。
[0013] 进一步地，在所述步骤C中，在所述表面改性后，还包括过滤、洗涤并干燥，获得所 述改性无水硫酸钙晶须。
[0014] 本发明以烷基磷酸酯或烷基磷酸酯盐为改性剂，可对无水硫酸钙晶须的表面进行 改性，并取得了良好的改性效果，从而使无水硫酸钙晶须能够更好地应用于塑料、橡胶、涂 料、造纸等领域;本申请所述的表面改性方法，相比现有技术中的改性方法，能够克服因无 水硫酸钙晶须的表面无羟基、晶格致密、晶须表面活性较小等特性而造成的改性剂不适用 或改性效果不良的问题。与此同时，根据本发明的表面改性方法所使用的改性剂廉价易得， 改性方法简单，易于扩大生产。
【附图说明】
[0015] 通过结合附图进行的以下描述，本发明的实施例的上述和其它方面、特点和优点 将变得更加清楚，附图中：
[0016]图1是根据本发明的实施例1的改性无水硫酸钙晶须的XRD图片；
[0017]图2是根据本发明的实施例1的改性无水硫酸钙晶须的SEM图片；
[0018] 图3是根据本发明的实施例1的改性无水硫酸钙晶须的接触角测试图；
[0019] 图4是根据本发明的实施例2的改性无水硫酸钙晶须的接触角测试图；
[0020] 图5是根据本发明的实施例3的改性无水硫酸钙晶须的接触角测试图；
[0021]图6是根据本发明的实施例4的改性无水硫酸钙晶须的接触角测试图；
[0022]图7是根据本发明的实施例5的改性无水硫酸钙晶须的接触角测试图；
[0023]图8是根据本发明的实施例6的改性无水硫酸钙晶须的接触角测试图；
[0024]图9是根据本发明的实施例7的改性无水硫酸钙晶须的接触角测试图。
【具体实施方式】
[0025]以下，将参照附图来详细描述本发明的实施例。然而，可以以许多不同的形式来实 施本发明，并且本发明不应该被解释为限制于这里阐述的具体实施例。相反，提供这些实施 例是为了解释本发明的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够理解本发明 的各种实施例和适合于特定预期应用的各种修改。
[0026]将理解的是，尽管在这里可使用术语"第一"、"第二"等来描述各种物质，但是这些 物质不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个物质与另一个物质区分开来。
[0027] 本发明公开了一种无水硫酸钙晶须的表面改性方法，包括下述步骤：
[0028] 在步骤一中，将无水硫酸钙晶须置于第一溶剂中并混合均匀，获得浆料;其中，第 一溶剂选自无水乙醇或水。
[0029] 值得说明的是，在本实施例中，所述无水硫酸钙晶须为无水不溶硫酸钙晶须，属于 CaS〇4lI 型。
[0030] 具体地，在所述浆料中，无水硫酸钙晶须的质量百分数控制为2%~6%即可;一般 地，在所述浆料足够均匀时，其中无水硫酸钙晶须的浓度（即质量百分数)对后续的表面改 性效果的影响不大。
[0031] 在步骤二中，将烷基磷酸酯或烷基磷酸酯盐置于第二溶剂中并获得混合溶液，再 向该混合溶液中加入碱溶液直至该混合溶液的pH达到12~14，获得改性溶液;其中，第二溶 剂选自无水乙醇或水;也就是说，此处烷基磷酸酯或烷基磷酸酯盐作为一种改性剂。
[0032] 具体地，所述烷基磷酸酯可选自C12~C18的直链或带有支链的烷基磷酸单酯中的 任意一种或至少两种的混合，而烷基磷酸酯盐选自C12~C18的直链或带有支链的烷基磷酸 单酯中的任意一种或至少两种的混合;且所述改性剂的用量为其与无水硫酸钙晶须的质量 之比为1:100~6:100。
[0033]更为具体地，所述碱溶液可选自Κ0Η水溶液、NaOH水溶液中的任意一种，且对其浓 度并无严格限制，只需保证所述改性溶液的pH控制为12~14之间，一方面可将作为改性剂 的烷基磷酸酯转变为其对应的盐，以保证这些盐能够在第二溶剂中具有良好的溶解度，另 一方面也可使烷基磷酸酯或烷基磷酸酯盐中的磷酸基团以去质子的形式存在，如R-0-P0，，其中R表示所述烷基磷酸酯或烷基磷酸酯盐中的烷基，从而获得改性溶液。
[0034]在步骤三中，控制所述浆料的温度为20°C~60°C，并向其中加入改性溶液，混合并 进行表面改性5min~45min后，经过滤、洗涤并干燥，获得改性无水硫酸钙晶须。
[0035] 以下，将参照具体的实施例对根据本发明的无水硫酸钙晶须的表面改性方法进行 详细的描述，为方便对各实施例进行对比，以表格的形式分析对比各实施例。实施例1-7中 在不同实验参数下的对比结果如表1所示。
[0036] 表1根据本发明的实施例1-7在不同实验参数下的对比
[0037]
[0038](接上表）
[0039]
[0040] 注:表1中"质量百分数"表示浆料中无水硫酸钙晶须的质量百分数。
[0041] 根据上述实施例1-7中的表面改性方法分别制得改性无水硫酸钙晶须，分别记作 1#~7#改性无水硫酸钙晶须。首先，对1 #改性无水硫酸钙晶须进行了 X射线衍射测试（简称 XRD)及扫描电镜测试(简称SEM)，测试结果分别如图1和图2所示;然后分别对1#~7#改性无 水硫酸钙晶须的接触角进行了测试，结果分别如图3至图9所示。
[0042] 从图1中可以看出，所述1#改性无水硫酸钙晶须的晶体结构没有发生改变;从图2 中可以看出，所述1 #改性无水硫酸钙晶须的表面形貌也没有发生变化;结合图1和图2的结 果可知，经过表面改性获得的改性无水硫酸钙晶须的晶型与形貌并未较改性之前进行了改 变，也就是说，上述表面改性方法只是改变了无水硫酸钙晶须的表面物理化学性质。从图3 至图9可以看出，1 #~7#改性无水硫酸钙晶须的接触角均较大，从而说明经本发明的表面改 性方法能够获得疏水性较好的改性无水硫酸钙晶须，从而达到了通过表面改性使无水硫酸 钙晶须能够更好地应用于塑料、橡胶、涂料、造纸等领域的目的。与此同时，根据本发明的表 面改性方法所使用的改性剂廉价易得，改性方法简单，易于扩大生产。
[0043] 虽然已经参照特定实施例示出并描述了本发明，但是本领域的技术人员将理解： 在不脱离由权利要求及其等同物限定的本发明的精神和范围的情况下，可在此进行形式和 细节上的各种变化。
【主权项】
1. 一种无水硫酸钙晶须的表面改性方法，其特征在于，包括步骤： A、 将无水硫酸钙晶须置于第一溶剂中并混合均匀，获得浆料;其中，所述第一溶剂为无 水乙醇或水； B、 将改性剂置于第二溶剂中获得混合溶液，并向所述混合溶液中加入碱溶液直至所述 混合溶液的pH为12~14,获得改性溶液;其中，所述改性剂为烷基磷酸酯或烷基磷酸酯盐， 所述第二溶剂为无水乙醇或水； C、 向所述浆料中加入所述改性溶液，混合并进行表面改性，获得改性无水硫酸钙晶须。2. 根据权利要求1所述的表面改性方法，其特征在于，所述改性剂选自C12~C18的直链 或带有支链的烷基磷酸单酯、或C12~C18的直链或带有支链的烷基磷酸单酯盐中的至少一 种。3. 根据权利要求1或2所述的表面改性方法，其特征在于，所述改性剂与所述无水硫酸 钙晶须的质量之比为1:100~6:100。4. 根据权利要求1所述的表面改性方法，其特征在于，在所述步骤C中，控制所述浆料的 温度为20°C~60°C后，向所述浆料中加入所述改性溶液。5. 根据权利要求1所述的表面改性方法，其特征在于，在所述步骤C中，所述表面改性的 时间为5min~45min。6. 根据权利要求1所述的表面改性方法，其特征在于，在所述步骤A中，在所述浆料中， 所述无水硫酸钙晶须的质量百分数为2%~6%。7. 根据权利要求1所述的表面改性方法，其特征在于，在所述步骤B中，所述碱溶液选自 KOH水溶液、NaOH水溶液中的任意一种。8. 根据权利要求1所述的表面改性方法，其特征在于，在所述步骤C中，在所述表面改性 后，还包括过滤、洗涤并干燥，获得所述改性无水硫酸钙晶须。
【文档编号】D21H17/69GK106084892SQ201610410614
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月13日 公开号201610410614.6, CN 106084892 A, CN 106084892A, CN 201610410614, CN-A-106084892, CN106084892 A, CN106084892A, CN201610410614, CN201610410614.6
【发明人】乃学瑛, 洪天增, 吕智慧, 朱东海, 董亚萍, 李武
【申请人】中国科学院青海盐湖研究所