一文了解石膏晶須的生產、表面改性及應用

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石膏晶須又稱硫酸鈣晶須，是硫酸鈣的纖維狀單晶體，有二水、半水和無水之分，外觀為白色蓬鬆狀固體，擁有顆粒狀填料的細度和短纖維狀填料的長徑比。

1、石膏晶須的生產

石膏晶須的製備方法主要有礦物轉化法和化學合成法兩種，原料可以是

天然石膏、磷石膏、脫硫石膏、電石渣、滷渣、廢酸和滷水、檸檬酸渣

等。

（1）礦物轉化法

礦物轉化法基本生產過程：首先精選礦石原料，然後按照液相或固相的工藝要求，置於熱力容器中，在特定的壓力和溫度條件下，二水石膏重結晶為細小纖維狀的半水石膏（半水石膏晶須）。反應完成後，經過晶型穩定化處理和改性處理，再將半水石膏晶須脫水乾燥，生產出不同要求的石膏晶須產品。

該方法

採用天然石膏為原料，投資少，工藝簡單，清潔環保，沒有二次汙染

，適用於各種礦物原料直接生產石膏晶須製品。目前，中國生產石膏晶須的成套裝置已實現國產化，

主要裝置均可在國內訂購

。

（2）化學合成法

化學合成法採用高純度的化工商品為原料，透過一系列有控制的化學反應轉化為石膏晶須，生產工藝比較複雜，裝置投資較大，但產品質量純度較好，適合沒有礦物原料的地區生產高純度的產品。

四川某公司採用氯化鈣和硫酸生產石膏晶須工藝流程

2、石膏晶須的表面改性

由於石膏晶須比表面積大、表面極性很強、與基體的介面性質不同，若直接新增到基體，會產生

團聚分散不均勻、與基體的粘合強度低、相容性差

等問題，最終影響複合材料的效能。因此在應用前往往需要對石膏晶須進行表面改性。

（1）偶聯劑改性石膏晶須

使用

矽烷偶聯劑KH-560

對石膏晶須進行表面有機化處理以提高其相容性。研究表明，偶聯劑水解後與石膏晶須表面的羥基形成氫鍵，繼而發生加熱脫水反應形成部分共價鍵，使得無機物表面被矽烷覆蓋。

由於石膏晶須含有化學和物理結合水，因此常用於石膏晶須表面改性的是耐水性較好的

單烷氧基焦磷酸酯型和配位型鈦酸酯偶聯劑

。

（2）表面活性劑改性石膏晶須

表面活性劑具有親油又親水的兩親性質，因此將其用於石膏晶須表面改性時，不但易於在晶須表面鋪展開，還能改變晶須的表面狀態，改變其固液介面的接觸角，從而減小晶須和基體的介面性質差異。

常用於石膏晶須改性的離子型表面活性劑主要以

硬脂酸、硬脂酸鹽類

為主。用於石膏晶須改性的非離子型表面活性劑只有

硼酸酯表面活性劑SBW-181

有效果，在石膏晶須表面改性中既存在化學吸附又存在物理吸附，但以化學吸附為主。

（3）複合改性劑改性石膏晶須

複合改性劑可以根據需求的不同，對石膏晶須進行有效的表面改性。例如，

有機-有機複合改性

可在石膏晶須表面形成有效的包覆塗層，塗層可分別與晶須、基體產生作用力從而提高石膏晶須的相容性；

無機-無機複合改性

主要是抑制石膏晶須溶解；

無機-有機複合改性

可以增加石膏晶須表面的羥基數量，增加有機改性劑在石膏晶須表面的鍵和程度，從而提高改性效果。

3、石膏晶須的應用領域及前景

（1）石膏晶須作為增強填料

石膏晶須可作為塑膠、橡膠、聚氨酯、金屬等的增強調料，如在塑膠中加入石膏晶須，可提高其機械強度、耐熱性及尺寸穩定性。

（2）石膏晶須作為摩擦材料

石膏晶須可代替石棉作為新興摩擦材料，可提高摩擦材料的耐磨性、摩擦穩定性和使用壽命。

（3）石膏晶須作為瀝青改性材料

石膏晶須作為瀝青填料及增強劑，與瀝青的相容性好，介面結合力高，可提高瀝青的軟化溫度、針入度，降低其延展度。

（4）石膏晶須作為過濾材料

石膏晶須比表面積大、鬆散密度小、蓬鬆度高、無毒無汙染，可用於廢氣廢水的過濾淨化材料，甚至可以飲料、藥品等充當過濾材料。

（5）石膏晶須做塗料和油漆填料

石膏晶須作為塗料和油漆填料，可有效提高塗料和油漆的附著力、耐高溫性、絕緣性和抗乾裂性等，還可在一定程度上提高其白度。

（6）石膏晶須作造紙填充劑

石膏晶須代替部分木漿造紙，不僅可改善紙張白度、強度，還可減少天然植物纖維的消耗和製漿過程中廢水的排放。

（7）石膏晶須作結構膠填料

石膏晶須用於環氧建築結構膠粘劑，可提高其機械效能，改善操作工藝，延長儲存期，方便施工操作。

在國外，

石膏晶須的研製應用等已涉及到電子、儀表、機械等領域

，未來石膏晶須將代替現有晶須產品，應用於造紙、工程塑膠、橡膠等行業，按照新增量佔基材的5-30%計，其年需求在10-30萬噸左右；若持續發展塗料、建材、汽車、電子等行業，預計年需求量將超過60萬噸，產值可突破十億元；石膏晶須的引入，可使各產業降低了生產成本，有效提高其利潤空間。

參考資料：

［1］耿世偉，曹鈺，羅康碧，等。硫酸鈣晶須的表面改性研究現狀［J］。化工新型材料，2019，47（10）：224-227。

［2］林豔，彭同江，孫紅娟，等。石膏晶須的製備方法與應用［J］。人工晶體學報，2017，46（04）：705-711+721。