水化硅酸钙粉体改性-开题报告

毕业设计（论文）开题报告

课题名称：水化硅酸钙粉体改性

1 课题的目的及意义

1.1 水化硅酸钙粉体简介

水化硅酸钙粉体是粉煤灰预脱硅生产氧化铝的产物。水化硅酸钙粉体具有孔隙极为发育、疏松、比表面积大、表面活性强、质轻、色白[1]，且粒径小、表面能高、易团聚、亲水疏油且与有机聚合物相容性差的特点。

1.2 研究现状

彭小芹、贺芳等用油浴锅作为改性设备，以铝酸酯偶联剂H-4、铝酸酯偶联剂 H-3、硅烷偶联剂 KH-570、硬脂酸钠为改性剂对水化硅酸钙粉体进行改性，发现改性剂铝酸酯H-4对水化硅酸钙粉体的改性效果最好, 硬脂酸钠改性效果次之, 铝酸酯H-3的改性效果较差。以铝酸酯H-4为改性剂时，铝酸酯H-4质量分数 5% ，料浆质量分数 10%，改性温度70 ℃，改性时间 30 min. 改性剂用量对改性效果影响最大. 在此工艺条件下, 改性粉体的活化指数提高到95%, 吸油值降低为 69. 5 mL /100 g, 透射电镜图显示, 改性后水化硅酸钙的分散性得到了较大的提高[2]。

彭小芹,赵会星等以生石灰和石英砂为原料自行制备了水化硅酸钙粉体，并以硅烷偶联剂SG-Si900、铝酸酯偶联剂501、铝酸酯偶联剂502、铝酸酯偶联剂H-4、铝酸酯偶联剂F-2、酞酸脂偶联剂XZT-2D、硬脂酸1801为改性剂对粉体进行干法改性。实验证明偶联剂改性水化硅酸钙超细粉体是有效的。多种偶联剂以干法工艺改性水化硅酸钙粉体,铝酸脂类改性剂效果较好,而该类偶联剂中又以铝酸酷偶联剂H-4 改性效果最好,501和502次之,硅烷偶联剂SG-Si900效果最差。经1%的铝酸酯偶联剂H-4 干法改性处理后平均粒径由原来的0.972μm降低到0.56μm，分散性大为提高[3]。

刘钦甫等将水化硅酸钙粉体填充三元乙丙橡胶时，具有显著的促进前期硫化的作用，选用合适的改性剂对其改性，则会改善这一现象。同时，以改性粉体为填

料的EPDM的撕裂强度、拉伸强度、屈服强度比纯EPDM有所提高[3]。彭小芹，赵会星等实验发现动态水热合成工艺制备的白色超细硅酸钙粉体可以取代

N220炭黑在天然橡胶中使用，能使硫化胶扯断断裂率明显提高。改性剂对水化硅酸钙粉体进行球磨改性后，能很好地改善其复合橡胶的性能[4]。张士龙等研究发现填充硅酸钙后，天然橡胶的拉伸及撕裂强度有不同程度的降低。但硅酸钙填充量为 50 份、S 基改性剂用量为 4% 时，复合材料的拉伸强度与填充 50 份炭黑时相当，可在低拉伸率应用范围内代替炭黑[5]。

1.3 研究的目的和意义

目前，在浅色填料中占据绝对主导地位的是白炭黑，但气相法白炭黑的生产工艺复杂,对设备要求严格,能耗大,价格昂贵，因此寻求一种经济的具有补强性能的浅色填料具有重要意义。

水化硅酸钙粉体是一种工业副产品，也可采用生石灰与石英砂在较低温度与压力条件下水热合成，价格低廉，且经过一定的研究发现该粉体具备一定的补强性能。因而水化硅酸钙粉体作为一种无机填料，在充当橡胶的补强填充剂方面有广阔的应用前景[4]。但水化硅酸钙超细粉体表面能高、易团聚、亲水疏油且与有机聚合物相容性差，所以在使用前必须对其进行改性。

2 课题任务、研究内容和途径以及技术路线

2.1 课题任务

本课题通过不同改性方式对粉体的改性程度的进行分析、探讨。做一些振动磨和行星式球磨机对改性的效果分析，干法搅拌对改性的试验。湿法：准备用蒸压釜，考虑压力因素。通过对湿的的粉体添加改性剂，改变温度实现压力的改变，找出压力对粒径大小的影响。

2.2 研究内容

①干法改性、湿法改性的最佳改性温度和时间，找出一种较优的改性剂，确定其掺量；改性后粉体的性能和微观形态。

②对比改性后的水化硅酸钙粉体与纳米碳酸钙和白炭黑在性能上的差别，研究其作为填料对硅橡胶性能的不同影响。

2.3 实验方案

① 测定水化硅酸钙粉体的吸油值、沉降值、沉降速度、活化指数以及湿润接触角，观察其微观形貌。

② 采用湿法、干法改性等手段，考虑改性剂种类（硬脂酸、硬脂酸钠、油酸、铝酯酸ZF-101A）、改性剂掺量（1%、2%、3%、4%）、改性温度（120℃、140℃、160℃、180℃）、改性时间（0.5h、1h、2h、3h）的影响，对水化硅酸钙粉体进行改性

③测定改性后水化硅酸钙粉体的吸油值、沉降值、沉降速度、活化指数以及湿润接触角，观察其微观形貌。

④选择性能较优的一组为填料，制备硅橡胶。测试硅橡胶的拉伸强度、拉伸伸长率、撕裂强度、硬度。

⑤以白炭黑、纳米碳酸钙为填料，制备硅橡胶并测试其性能，与硅酸钙硅橡胶做对比。

2.4 实现途径

①以蒸压釜为改性设备进行改性

②采用烘箱，将粉体的干燥至恒重

③用开放式炼胶机、平板硫化机制备硅橡胶

3 创新之处与拟解决的关键问题

3.1 创新点

本课题采用蒸压釜作为水化硅酸钙粉体湿法改性设备。

3.2 拟解决的关键问题

粉体改性后各种指标差异很大，采取何种指标来评判改姓效果是本实验的关键问题。

4 进度计划

5 参考文献

[1]刘钦甫，张士龙，吉雷波，孙俊民，伍泽广.活性硅酸钙填充三元乙丙橡胶复合材料性能的研究[J].化工新型材料，2013，41（6）：162—166．

[2]彭小芹，贺芳，张乐，祈学军，田元艳.水化硅酸钙超细粉体表面湿法改性[J].西南交通大学学报，2009，44（4）：595—599

[3]彭小芹，赵会星，蒋小花，许国伟.水化硅酸钙超细粉体制备及表面改性[J].硅酸盐学报，2008，36（51）：176—179

[4]彭小芹，赵会星，杨巧，高晓元.水化硅酸钙粉体补强橡胶的性能[J].高分子材料科学与工程，2008，24（8）：90—92

[5]张士龙，刘钦甫，丁述理，梁鹏，李晓光.活性硅酸钙填充天然橡胶复合材料性能的研究[J].河北工程大学学报(自然科学版)，2013，30（1）：52—58

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