硬石膏精细化加工技术及其应用

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11μm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。

目录

声明

摘要

第1章 文献综述

1．1 引言

1．2 硬石膏的研究进展

1．2．1 硬石膏的分布及其特性

1．2．2 硬石膏的应用现状

1．3 无机粉体的表面改性

1．3．1 表面改性剂种类及改性原理

1．3．2 粉体改性方法

1．4 无机矿物粉体填充塑料的应用现状

1．4．1 常见塑料种类及特性

1．4．2 塑料中常用的矿物粉体

1．4．3 矿物粉体在塑料中应用存在的问题

1．5 硬石膏／聚合物复合材料的可行性分析

1．6 本论文的研究内容、目的及意义

第2章 硬石膏的超细加工

2．1 引言

2．2 实验方法

2．2．1 实验原料和仪器设备

2．2．2 实验方案

2．2．3 实验结果测试及表征

2．3 粉磨物料性质

2．4 结果与分析

2．5 本章小结

第3章 硬石膏粉体的表面改性

3．1 引言

3．2 实验方法

3．2．1 实验原料及设备

3．2．2 实验方案

3．3 结果与分析

3．3．1 活化指数分析

3．3．2 FT-IR、SEM结果与分析

3．4 本章小结

第4章 硬石膏／PVC复合材料的制备及表征

4．1 引言

4．2 实验原料及设备

4．2．1 实验原料和仪器设备

4．2．2 硬石膏填充PVC管材性能测试

4．2．3 实验方案

4．3 硬石膏／PVC复合材料的制备及性能表征

4．3．1 硬石膏／PVC通信电缆套管的制备与性能

4．3．2 硬石膏／PVC埋地电力电缆套管的制备与性能

4．4 本章小结

第5章 硬石膏表面纳米化修饰

5．1 引言

5．2 实验原料及设备

5．2．1 实验原料和仪器设备

5．2．2 实验方案

5．2．3 实验结果测试及表征

5．3 结果与分析

5．3．1 pH值与CO2通气时间的关系

5．3．2 X射线衍射(XRD)分析

5．3．3 白度分析

5．3．4 FT-IR红外分析

5．3．5 扫描电镜(SEM)分析

5．4 硬石膏表面纳米化机理分析

5．5 本章小结

第6章 结论

参考文献

攻读硕士期间的主要成绩

致谢