一步自催化α-半水硫酸钙晶须的制备方法及应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于材料技术领域，具体涉及一种一步自催化α -半水硫酸钙晶须的制备 方法及其应用。
【背景技术】
[0002] α -半水硫酸钙晶须是一种针状的单晶体是一种理想状态的结晶纤维，长径比较 大，结晶时其原子排列高度有序，几乎不含有通常材料中所存在的缺陷（晶界、位错、空穴 等)，其机械强度等于临接原子间力，因此，α -半水硫酸钙晶须的机械强度和模量接近完整 晶体材料的理论值，其力学性能远高于其他的短切纤维和粒状填料。基于这些优良的性能， α -半水硫酸钙晶须常被应用在复合材料的增强、摩擦阻燃材料、环境工程等领域。
[0003] 目前，制备α-半水硫酸钙晶须的常用方法主要有以下三种：加压水热法、蒸压 法、常压盐溶液法。加压水热法是指以二水硫酸钙为原料，采用高压蒸压法制备α-半 水硫酸钙晶须（中国发明专利申请第201110123932. 1号)，这种方法制备的晶须长径比 较大，但是这种方法反应时间过长，如若投入生产，生产周期较长。蒸压法是采用二水 硫酸钙为原料，用蒸压釜作为反应容器制备α-半水硫酸钙晶须（中国发明专利申请第 200610029067. 3号)，但是这种方法存在的缺点是需要反应釜，设备较为复杂，且生产成本 过高，不适合大规模生产。常压盐溶液法是现今应用最广泛的一种制备α-半水硫酸钙晶 须的方法，它是以二水硫酸钙为原料，在反应过程中加入转晶剂，通过水热反应法在转晶 剂的作用下二水硫酸钙脱去1.5分子的水生成α-半水硫酸钙晶须（中国发明专利申请 第03142607. 7号)，这种方法的优点在于反应是在常压下进行，反应条件比较温和，但是这 种方法也存在着一定的缺点，反应之前需要预先准备二水硫酸钙原料，延长了生产周期，此 夕卜，反应过程需要加入额外的转晶剂，增加了生产成本，不利于工业化的生产。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是针对传统方法制备α -半水硫酸钙晶须需要加入 额外的转晶剂，制备过程中体系复杂，成本较高的问题，提供一种一步自催化α -半水硫酸 钙晶须的制备方法及应用，直接以CaClJP Na 2S04为原料，利用反应中的副产物为转晶剂， 无需加入额外的转晶剂，大大降低了生产成本，得到的α -半水硫酸钙晶须尺寸均匀。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案： 一种一步自催化α-半水硫酸钙晶须的制备方法，步骤如下： (1) 将CaCljP Na 2S04分别溶于去离子水中，得到浓度为l~5mol/L的CaCl 2溶液和浓 度为l~3mol/L的Na2SO4溶液； (2) 将Na2S04溶液加入到反应容器中，在机械搅拌的条件下逐滴将CaCl 2溶液滴加到 反应容器中，待滴加完全后，机械搅拌25~35min，其中似250 4与CaCl 2的物质的量之比为 1:1~3:1； (3) 向反应容器中滴加酸溶液，控制溶液的PH为4~6,然后升高温度至100~110°C，机 械搅拌反应4~8h ; (4)反应结束后，过滤，洗涤，干燥即得到α -半水硫酸钙晶须。
[0006] 所述步骤（2)中CaCl2的滴加速率为5~10mL/min。
[0007] 所述步骤（3 )中的酸溶液为醋酸溶液或稀盐酸溶液。
[0008] 所述步骤（2)和步骤（3)中机械搅拌的速率为800~1800rpm。
[0009] 所述步骤（4)中的干燥温度为80~105°C，干燥时间为4~8h。
[0010] 所述的α -半水硫酸钙晶须在复合材料增强方面的应用。
[0011] 本发明的有益效果：（1)本方法直接以CaCljP Na 2S04为原料，得到二水硫酸钙， 反应中的副产物氯化钠将作为催化剂(转晶剂）促进下一步反应的发生，无需加入额外的转 晶剂，大大降低了生产成本，在高速搅拌的条件下通过常温水热反应法在氯化钠的作用下 脱去1. 5分子的结晶水即可制得α -半水硫酸钙晶须，得到的α -半水硫酸钙晶须尺寸均 匀；（2)该方法有效的解决了 α -半水硫酸钙晶须的制备过程中体系复杂，成本较高的问 题，特别适用于复合材料增强和高分子材料填充阻燃领域；（3)该方法生产周期较短，有利 于工业化生产，应用前景较为广阔；（4)反应在常压下进行，条件温和，绿色环保，操作易于 实施，为工业化生产和应用提供了很好的技术支持。
[0012] 说明书附图 图1为本发明实施例1 一步自催化法制备的α -半水硫酸钙晶须XRD谱图。
[0013] 图2为本发明实施例1 一步自催化法制备的α -半水硫酸钙晶须SEM图像。
【具体实施方式】
[0014] 实施例1 本实施例的一步自催化α-半水硫酸钙晶须的制备方法，步骤如下： 称量27. 5g CaCl2 (0· 25mol)溶于IOOmL去离子水中，配制成2. 5mol/L的CaCl2溶液， 称量35. 5g Na2SO4 (0. 25mol)溶于200mL去离子水中，配制成I. 25mol/L的Na2SO4溶液，然 后将两种溶液分别进行过滤。
[0015] 将上述Na2SOjij入三口烧瓶中，机械搅拌，然后以5mL/min的速度将CaCl 2加入到 三口烧瓶中，待CaCl2溶液滴加完全之后，继续搅拌0. 5h。然后将溶液升温至104°C，机械 搅拌速度为1500rpm，保持机械搅拌的速度以及溶液的温度继续反应4h。反应完全后，将反 应液趁热过滤，然后用l〇〇°C热水进行洗涤5次，再用乙醇洗涤三次。将反应后得到的产物 至于80°C烘箱中干燥6h得α -半水硫酸钙晶须，过筛，保存。
[0016] 将实施例1得到的α -半水硫酸钙晶须进行XRD扫描，并取少量的α -半水硫酸 妈晶须进行SEM观察，如图1和图2所示。XRD结果显示，得到的α -半水硫酸妈晶须的晶 型与标准谱图的峰的位置一致。SEM结果显示，α-半水硫酸钙晶须粒径较为均匀。
[0017] 实施例2 本实施例的一步自催化α-半水硫酸钙晶须的制备方法，步骤如下： 称量55. Og CaCl2 (0. 5mol)溶于200mL去离子水中，配制成2. 5mol/L的CaCl2溶液， 称量35. 5g Na2SO4 (0. 25mol)溶于200mL去离子水中，配制成I. 25mol/L的Na2SO4溶液，然 后将两种溶液分别进行过滤； 将上述Na2SO^iij入三口烧瓶中，机械搅拌，然后以lOmL/min的速度将CaCl 2加入到三 口烧瓶中，待CaCl2溶液滴加完全之后，继续搅拌0. 5h。然后将溶液升温至104°C，机械搅 拌速度为ISOOrpm，保持机械搅拌的速度以及溶液的温度继续反应4h。反应完全后，将反应 液趁热过滤，然后用l〇〇°C热水进行洗涤5次，再用乙醇洗涤三次。将反应后得到的产