本发明涉及一种用于合成托贝莫来石晶须的添加剂及其应用；属于无机化工材料生产技术领域。
背景技术：
托贝莫来石(5CaO·6SiO2·5H2O)是一种水化硅酸钙矿物，由于容重小、导热系数低、脱水温度高、热稳定性好、耐高温和强度大等特点，以托贝莫来石为主要成分的水化硅酸钙保温材料已在冶金、建材、石化等行业窑炉、设备及管道反应工程中广泛应用。合成托贝莫来石晶须的原料主要有两类，即硅质原料和钙质原料，在相同的物理条件(温度、压力、搅拌强度等)下，使用不同的原料所合成的托贝莫来石晶须的形貌和性能也不一样。其主要原因是，在合成托贝莫来石晶须的过程中硅质原料和钙质原料释放或溶解Si和Ca的速度不同，导致晶须的成核数量和晶体的生长速度也不一样，从而得到了不同的产品。
表面活性剂是指具有确定的亲水和亲油基团，在两相界面吸附后可以定向排列，并能使界面张力明显降低的物质，是20世纪50年代伴随石油工业而兴起的一种新型化学品，享有“工业味精”的美称。其亲水基团一般是一些极性的基团，如羧酸、磺酸、硫酸、氨基或胺基及其盐，也可以是羟基、酰胺基、醚键等；而憎水基团常为非极性烃链，如8个碳原子以上烃链。表面活性剂由于具有润湿或抗粘、乳化或破乳、起泡或消泡以及增溶、分散、洗涤、防腐、抗静电等一系列物理化学作用及相应的实际应用，随着世界经济的发展以及科学技术领域的开拓，其应用领域从日用化学工业发展到石油、食品、农业、卫生、环境、新型材料等技术部门。
表面活性剂用于托贝莫来石晶须的合成研究较少。由于晶体生长的各向异性，添加表面活性剂选择性吸附在晶体的某一晶面，使得未被吸附的晶面快速生长，从而在短时间内合成出结晶晶面好、长径比高的晶须。托贝莫来石是典型的层状硅酸盐矿物，其晶体生长的各向异性结构比较明显，只要选择适当的表面活性剂，就很容易造成表面活性剂在晶体表面的选择性吸附，促进高长径比托贝莫来石晶须的形成。
技术实现要素：
本发明提供一种用来调控托贝莫来石晶须的结晶度和长径比的添加剂，以及该添加剂在托贝莫来石晶须合成中的应用。
本发明一种用于合成托贝莫来石晶须的添加剂，所述添加剂为表面活性剂；所述表面活性剂为胺基化合物或胺基化合物的衍生物。优选为有机胺及其衍生物。
本发明一种用于合成托贝莫来石晶须的添加剂，所述表面活性剂包含的碳原子个数为2～25。
本发明一种用于合成托贝莫来石晶须的添加剂，所述表面活性剂为一元胺或多元胺或胺的衍生物。具体为脂肪胺及其衍生物中的至少一种，进一步优选为十二胺及其衍生物。
本发明一种用于合成托贝莫来石晶须的添加剂的应用，包括下述步骤：按照Ca/N摩尔比为1～1000:1、优选为50:1、进一步优选为100～1000:1，将添加剂与将钙质原料混合均匀，得到混合浆料，然后调整混合浆料的pH值为11～14后加入硅质原料，在高压密闭容器中反应；得到托贝莫来石晶须。
作为优选方案，本发明一种用于合成托贝莫来石晶须的添加剂的应用，包括
下述步骤：步骤一
按照钙硅摩尔比为0.5～2.5:1和液固比为15ml/g～30ml/g称取一定质量的粉煤灰、生石灰和水；首先把生石灰与水按照CaO/H2O的质量比为0.2～1.0消化5～15分钟，按照Ca/N摩尔比为1～1000:1、优选为50:1、进一步优选为100～1000:1称取一定质量的添加剂，将添加剂加入消化完全的石灰乳；然后将石灰乳混合液与粉煤灰和水配制成悬浮料浆，用苛性碱或氢氧化钾调节pH值至11～14；
步骤二
将步骤一所得悬浮料浆放入压力反应釜中，搅拌升温至150℃～260℃、优选为150-200℃，在0.1MPa～5MPa压力下恒温反应1h～8h；反应结束后，自然冷却或快速冷却至室温；然后将压力反应釜中的料浆过滤、洗涤后，在65℃～105℃的温度下干燥，即获得托贝莫来石晶须产品。
本发明一种用于合成托贝莫来石晶须的添加剂的应用，在最佳条件下获得的托贝莫来石晶须为针状或簇状，长度为20μm～250μm，直径为0.01μm～2μm，长径比最高可达3000。
本发明一种用于合成托贝莫来石晶须的添加剂的应用，加入的苛性碱或氢氧化钾不仅可以促进硅质原料的溶解，加速反应进程，同时具有使托贝莫来石晶须结晶晶面更加完整的作用；但是过量的碱会在冷却时使亚稳态的晶体发生溶解进而发生团聚，不利于合成产品的分散和应用，因此，加入碱的量应适当控制。
本发明根据上述方法，在添加胺类表面活性剂的条件下，将钙质原料与硅质原料混合后加入高压密闭容器，随着温度从低到高的变化，表面活性剂分别与钙质原料发生络合和分解反应，最终合成了结晶晶面较好、长径比较高的托贝莫来石晶须。
采用本发明可以获得的有益效果是：在不改变传统合成托贝莫来石晶须工艺的基础上，通过添加微量胺类表面活性剂即可合成出纯度较高、结晶晶面较好和长径比较大的托贝莫来石晶须产品。合成的产品可用于生产高性能的托贝莫来石基保温耐火材料，或作为复合材料的添加物，或用于医学材料等。
本发明结合胺类表面活性剂可以作为亲核试剂使用的特点，以胺类表面活性剂作为合成托贝莫来石晶须的添加剂，可以解决晶须的晶体成核—晶体生长过程中成核数量、晶体生长速度不可控等问题，可以在短时间内合成结晶度和长径比都很高的托贝莫来石晶须，从而促进托贝莫来石晶须产品的应用开发，拓展其应用领域、提高其应用价值，满足市场对高结晶度、高长径比的无机晶须的需求。
附图说明
附图1是本发明实施例1合成产品的XRD；
附图2是本发明实施例2合成产品的XRD；
附图3是本发明实施例1合成产品的SEM。
附图4是本发明实施例2合成产品的SEM。
从图1和图2可以看出：产物的衍射峰主要为1.1nm托贝莫来石物相，图2的杂峰源自粉煤灰中含有的非硅杂质；从图3和图4可以看出，托贝莫来石晶须的形貌呈明显的针状，部分晶须互相团聚成簇状，结晶晶面比较完整，长度为10μm～150μm，直径为0.01μm～1μm，长径比最高可达3000。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
对比例1：硅质原料采用分析纯试剂Na2SiO3·9H2O，钙质原料采用生石灰。将生石灰消化后直接与Na2SiO3·9H2O按照液固比为20ml/g和钙硅摩尔比为1.0配料混合，用苛性碱调节pH值为14，搅拌混匀后放入高压反应釜中，在220℃、3.2MPa压力下以150rpm的搅拌速度恒温反应3小时。反应结束后将冷却的料浆过滤、洗涤、干燥。XRD分析可知其主要物相为水化硅酸钙凝胶(CSH)和少量的托贝莫来石。
对比例2：硅质原料采用粉煤灰，钙质原料采用生石灰。将生石灰消化后直接与粉煤灰按照液固比为20ml/g和钙硅摩尔比为1.0配料混合，用苛性碱调节pH值为14，搅拌混匀后放入高压反应釜中，在200℃、3.2MPa压力下以150rpm的搅拌速度恒温反应5小时。反应结束后将冷却的料浆过滤、洗涤、干燥。XRD分析可知其主要物相为水化硅酸钙凝胶(CSH)和羟基硅钙石。
对比例3：
黄翔等以分析纯Ca(OH)2和白炭黑分别为钙质和硅质原料，以分析纯EDTA为添加剂(EDTA：Ca＝1:1)，用KOH调节溶液pH值为13，混合均匀后加入腔体为φ＝30mm、L＝90mm、加聚四氟乙烯内衬、容积约为40ml的立式高压釜中，在充填度为85％、200℃条件下水热反应5小时，制备了直径和长度分别为0.1～1μm和40～60μm的托贝莫来石晶须。(黄翔,江东亮,谭寿洪.生物活性硅酸钙晶须的螯合剂法水热合成[J].无机材料学报,2003,01:143-148.文章编号：1000-324X(2003)01-0143-06)
对比例4：
林开利以硝酸钙和硅酸钠为钙质和硅质原料，以十六烷基三甲基溴化铵和正戊醇为表面活性剂(1.1335g四水和硝酸钙、2.6g十六烷基三甲基溴化铵；换算后，Ca：CTAB＝2:3摩尔比)，用氨水调节pH约为10.8，搅拌混匀后加入高压反应釜中，在200℃下水热反应18小时，制备了直径约为30～50nm，长度最高达10多微米的托贝莫来石纳米线。(林开利.纳米磷酸钙、硅酸钙及其复合生物与环境材料的制备和性能研究[D].华东师范大学,2008.)
实施例1：
硅质原料采用分析纯试剂Na2SiO3·9H2O，钙质原料采用生石灰。将生石灰消化后按照Ca/N分子比为1000添加表面活性剂十二胺，然后与Na2SiO3·9H2O按照液固比为15ml/g和钙硅摩尔比为1.0配料混合，用苛性碱调节pH值为14，搅拌混匀后放入高压反应釜中，在200℃、3.2MPa压力下以150rpm的搅拌速度恒温反应3小时。反应结束后将冷却的料浆过滤、洗涤、干燥。XRD分析可知其主要物相为托贝莫来石和少量的水化硅酸钙凝胶(CSH)。
实施例2：
硅质原料采用粉煤灰，钙质原料采用生石灰。将生石灰消化后按照Ca/N分子比为100添加表面活性剂十二胺，然后与粉煤灰按照液固比为15ml/g和钙硅摩尔比为1.0配料混合，用苛性碱调节pH值为14，搅拌混匀后放入高压反应釜中，在180℃、2.5MPa压力下以100rpm的搅拌速度恒温反应5小时。反应结束后将冷却的料浆过滤、洗涤、干燥。XRD分析可知其主要物相为托贝莫来石。