雅致化工有限公司
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| 更新時(shí)間：2011.04.12 瀏覽次數(shù)： | ||||||
| 硅灰石是含有偏硅酸鈣的鹽類礦物，化學(xué)分子式表示為CaSiO3,理論含量CaO48.3%和SiO251.7%。硅灰石是一種天然礦物，屬于具有鏈狀結(jié)構(gòu)的似輝石類礦物。天然硅灰石系針狀、纖維狀晶體，具有良好的絕緣性能，無(wú)毒、具有低吸油性、吸水性、熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性、白度高等優(yōu)良的物化性質(zhì)。作為一種新興工業(yè)礦物，在陶瓷、涂料、塑料、橡膠、建筑材料、新型復(fù)合材料等許多工業(yè)領(lǐng)域作為填料得到廣泛使用。硅灰石作油漆涂料的填料，可改善制品的物化性能、持久性和耐侯性。目前，硅灰石在該領(lǐng)域的消耗量尚小，僅占總消耗量的5%。本研究以硅灰石為原料，進(jìn)行表面改性及其在防火涂料中的應(yīng)用研究，拓展硅灰石的應(yīng)用領(lǐng)域， 1試驗(yàn)材料與方法 1.1材料、試劑和儀器 本研究采用硅灰石為原料�！� 主要試劑：硬脂酸（AR，天津福辰化學(xué)品公司）；苯（AR，天津福辰化學(xué)品公司）；液體石蠟（AR，天津福辰化學(xué)品公司）；聚乙二醇（AR，天津百世化工有限公司出品）。 主要儀器：日本MAC公司M18XHF22-SRA型X-射線衍射儀，德國(guó)產(chǎn)LEO1430VP型掃描電鏡FTS-40傅利葉紅外光譜儀，XKSY-SE-36原子吸收儀，DZF-6020真空干燥箱，LD4-2A離心機(jī)。 1.2制備方法 1.2.1改性硅灰石的制備：取一定量提純硅灰石粉碎至200目置于反應(yīng)釜中，加苯配置成一定濃度的礦漿液；然后加入一定量的硬脂酸，在特定的溫度，充分?jǐn)嚢钘l件下反應(yīng)一定時(shí)間，后經(jīng)真空過(guò)濾、干燥、粉碎過(guò)200目篩，密封備用�！ � 1.2.2防火涂料的制備：將燒杯中加放一定量的分散劑和二氧化硅粉體，在旋轉(zhuǎn)攪拌器下充分混合分散，慢慢加入一定量的消泡劑、鈦白粉、防腐劑、改性硅灰石，攪拌數(shù)分鐘，即得成品�！ � 1.3性能測(cè)試方法硅灰石改性性能測(cè)試采用沉降體積法；防火涂料性能測(cè)試按鋼結(jié)構(gòu)防火涂料GB14907-2002進(jìn)行�！ � 1.4微觀結(jié)構(gòu)表征表征主要為FTIR、SEM分析。 2試驗(yàn)結(jié)果與討論 2.1硅灰石礦物學(xué)及化學(xué)成分分析取硅灰石經(jīng)人工精選的原礦進(jìn)行礦物分析。礦石中硅灰石的含量在80%~90%,白度在83.5%~88.4%。晶體大小0.1~0.5mm，最長(zhǎng)15mm,以0.2~0.5mm最多。礦石新鮮面為瓷白色，具有玻璃光澤或珍珠光澤。 取硅灰石經(jīng)過(guò)人工精選的原礦粉碎至200目，進(jìn)行化學(xué)成分分析。 化學(xué)成分SiO2Al2O3CaOMgOFe2O3 含量/wt%51.170.4743.690.382.24 由于硅灰石中氧化物理論含量為CaO48.25%，SiO251.75從以上分析可知硅灰石含量較高，屬于高品位礦�！ � 2.2改性因素對(duì)改性效果的影響硅灰石族硅酸鹽礦物，其晶體結(jié)構(gòu)是由（Si-O）四面體和（Ca-O）八面體構(gòu)成。（Si-O）的鍵能較（Ca-O）高得多，在機(jī)械研磨過(guò)程中，硅灰石晶體將沿Ca-O鍵斷開，斷鍵使得表面鍵性失衡，形成新的活性點(diǎn)。在一定的溫度和時(shí)間條件下，經(jīng)過(guò)強(qiáng)烈的機(jī)械力的作用，硬脂酸首先解離形成羧酸根離子再與硅灰石表面實(shí)現(xiàn)改性。在本試驗(yàn)中選用硬脂酸對(duì)硅灰石礦進(jìn)行改性，用沉降體積法表征測(cè)試。 2.2.1改性劑用量對(duì)改性效果的影響：稱取一定質(zhì)量的硅灰石粉配成濃度為40%的料漿，分別加入0.5%、1.0%、1.5%、2%、2.5%的硬脂酸，溫度為65℃時(shí)改性15min，考察改性劑加入量對(duì)硅灰石改性效果的影響。隨改性劑用量的增加，沉降體積不斷增大，當(dāng)改性劑用量達(dá)到1.0%時(shí)，表面改性的效果最好。 2.2.2改性時(shí)間對(duì)改性效果的影響：稱取一定質(zhì)量的硅灰石粉配成40%的料漿，加入1.0%的硬脂酸，在65℃的溫度下分別反應(yīng)10、15、20、25、30min，考察改性時(shí)間對(duì)硅灰石改性效果的影響。隨改性時(shí)間延長(zhǎng)，沉降體積也在快速增加。當(dāng)改性時(shí)間大于15min后，繼續(xù)延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間，沉降體積反而快速下降，因此控制改性時(shí)間為15min，表面改性效果最好 2.2.3礦漿濃度對(duì)改性效果的影響：稱取一定質(zhì)量的硅灰石粉分別配成30%、33%、40%、50%的料漿，加入1%的硬脂酸，在65℃的溫度下改性15min，考察不同礦漿濃度對(duì)硅灰石改性效果的影響。，在礦漿濃度逐漸增大時(shí)，沉降體積隨礦漿濃度的變化出現(xiàn)了明顯的波峰，因此將礦漿濃度控制在40%硅灰石表面改性效果最好。 2.24改性溫度對(duì)改性效果的影響：稱取一定質(zhì)量的硅灰石粉，配成40%的料漿后，加入1.0的硬脂酸，分別在50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃下改性15min，考察不同反應(yīng)溫度對(duì)硅灰石改性效果的影響。隨改性溫度不斷升高，沉降體積開始變化緩慢，當(dāng)溫度達(dá)到65℃時(shí)，沉降體積達(dá)到4.1mL，繼續(xù)升高溫度，沉降體積明顯下降，因此，在控制改性溫度為65℃，其改性效果最好。 2.3微觀結(jié)構(gòu)表征 2.3.1紅外光譜分析：未改性的硅灰石原礦和經(jīng)1%硬脂酸改性的硅灰石的紅外光譜。與未改性的硅灰石原礦相比，改性硅灰石在2917.21cm-1和2849.63cm-1處出現(xiàn)強(qiáng)吸收峰，在1540~1580cm-1處出現(xiàn)兩個(gè)較弱的峰。根據(jù)紅外吸收光譜的特征頻率所知，前兩者正是硬脂酸中的C-H（CH3-和CH2-）的伸縮振動(dòng)，而1540~1580cm-1處的峰則表明物質(zhì)中已形成-R-Si-O-的產(chǎn)物，與相關(guān)文獻(xiàn)[5]報(bào)道相同，由此說(shuō)明硬脂酸在硅灰石表面產(chǎn)生化學(xué)吸附和化學(xué)鍵和作用，使硅灰石表面實(shí)現(xiàn)改性[4]。 2.3.2SEM分析：硅灰石原礦和改性硅灰石SEM照片。硅灰石具有典型完整的針狀結(jié)構(gòu)，即使是粉碎后最微細(xì)的晶體也依然保持著長(zhǎng)針狀結(jié)構(gòu)。未改性硅灰石粉體與改性硅灰石粉體均稱針狀，只是未經(jīng)處理的硅灰石粒子表面上存著很多硅灰石微粒，而經(jīng)改性劑處理的硅灰石粒子表面有物質(zhì)包覆沉積，說(shuō)明硬脂酸在硅灰石表面進(jìn)行了反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了硅灰石表面的改性，這與紅外表征結(jié)果一致。 3改性硅灰石在防火涂料中的應(yīng)用 由于硅灰石中偏硅酸鈣分子是以附聚的形式聚集，組成中等大小的粒子。這些附聚粒子的間隙很小。以至于分散的樹脂不能進(jìn)入到聚集體中。結(jié)果，當(dāng)涂料漆膜干燥后，這些微小的空氣空間被保持下來(lái)，以空氣的形式存在，從而提高了各組之間的折光差，這樣客觀上提高了涂料的散射能力，從而增加了遮蓋力[6]，所以硅灰石粉用于某些涂料中，可代替部分鈦白粉。將改性硅灰石按照1.2.2節(jié)防火涂料的制備方法加入到涂料中代替40%~60%鈦白粉，制的的防火涂料根據(jù)GB14907-2002標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)其性能。 以上結(jié)果可以看出，改性硅灰石用于防火涂料中，完全符合GB14907-2002標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量指標(biāo)。改性硅灰石的加入可以減少40%-60%鈦白粉的價(jià)量，因而也就降低了涂料的成本。 4結(jié)論 利用硅灰石，以硬質(zhì)酸作表面改性劑，制備改性硅灰石。當(dāng)改性劑用量為1.0%，改性溫度65°C,改性時(shí)間15min，礦漿濃度40%時(shí)，硅灰石改性效果較好。紅外圖譜和SEM照片均表明硬脂酸對(duì)硅灰石表面進(jìn)行了改性。將制備的改性硅灰石應(yīng)用于防火涂料中，表干時(shí)間在3h，碳化體積28cm³，耐水浸泡性大于24h，其它各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到CB14907-2002的規(guī)定要求。 |
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