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硫酸钙晶须,作为一种新型高档功能型晶须填料,在塑料、橡胶、聚氨酯、摩擦材料、过滤材料、轻质建材、隔热材料和涂料等领域具有广阔的应用前景,但其具有巨大的比表面积和很高的表面能,本身处于热力学不稳定状态,且表面呈强极性,亲水疏油,与有机基体相容性差,导致复合材料的某些性能下降。因此,除了具有一定的直径和长度之外,还必须对硫酸钙晶须进行表面改性,以调节疏水性,降低表面能,增强与有机基体的相容性,从而满足现代新材料、新技术的要求。硫酸钙晶须的表面改性工艺有湿法改性和干法改性两种。本文首先采用几种表面改性剂对硫酸钙晶须分别进行干法和湿法改性试验,然后从中找出两种改性效果较好的硼酸酯表面活性剂SBW-181和硬脂酸对硫酸钙晶须再分别进行单因素条件改性试验。改性硫酸钙晶须产品采用活化指数、接触角、扫描电子显微镜、X射线衍射和红外光谱分析进行表征。
硼酸酯表面活性剂SBW-181改性硫酸钙晶须采用干法改性工艺。试验系统研究了改性剂用量、改性温度、改性时间和搅拌速率等工艺因素对自制硫酸钙晶须表面改性的影响,获得的最佳工艺条件为改性剂用量4%,改性温度100℃,改性时间8min,搅拌速率650r/min。在最佳工艺条件下,改性产品的活化指数为0.996,接触角为103.4度。硬脂酸改性硫酸钙晶须采用湿法改性工艺。试验系统研究了改性剂用量、初始料浆浓度、改性温度、改性时间、搅拌速率、烘干温度、烘干时间等工艺因素对自制硫酸钙晶须表面改性的影响,获得的最佳工艺条件为改性剂用量4%,初始料浆浓度13%,改性温度90℃,改性时间20min,搅拌速率2000r/min,烘干温度100℃,烘干时间1h。在最佳工艺条件下,改性产品的活化指数为1.00,接触角为123.6度。
通过对硼酸酯表面活性剂SBW-181、硬脂酸、未改性以及洗涤改性硫酸钙晶须的红外光谱分析可知,硼酸酯表面活性剂SBW-181和硬脂酸在硫酸钙晶须表面均既发生了化学吸附(两者之间形成了化学键),又发生了物理吸附,以化学吸附为主,并建立了这两种表面改性剂与硫酸钙晶须的作用模型。
上述研究成果对硫酸钙晶须表面改性的工业化生产具有重要的指导意义,并为硫酸钙晶须的应用研究奠定了基础。