内部控制指数化工行业论文提纲

论文题目：磷石膏基硫酸钙短晶的制备及其在PVC中应用研究

摘要：近几年我国磷化工行业发展迅猛,由此导致的固体废弃物磷石膏排放量随之增大的问题逐渐受到外界的广泛重视。湖北省作为国内磷石膏堆存量最大的省份,将磷石膏进行有效合理利用是摆在湖北省乃至整个国家磷化行业面前的重大课题。晶须是一种通过单晶生长制备成片状、粒状和微细短纤维状晶体,一般通过人为控制条件生长而成。其长径比高,晶体完整,原子高度有序,材料强度接近理论晶体强度和模量,存在质轻、高热分解温度、高强度、高弹性模量、高硬度等优异的物理、化学性能,并同时具备纤维增强和填料填充两大功能,是一种新型复合材料改性剂。利用磷石膏制备低成本、性能优异的硫酸钙晶须是磷石膏高值化利用的突破口。在国内外目前建材领域研究中,硫酸钙晶须可同时作为填料和增强纤维应用于塑料、橡胶等聚合物中以提高聚合物材料的力学性能、尺寸稳定性以及遇火稳定性。但是对于含结晶水的硫酸钙晶须,其受热失水温度一般低于聚合物成型加工温度,在硫酸钙晶须用作无机填料填充聚合物材料加工中,高温下,晶须结晶水脱去,变为微观无定形貌的硫酸钙粉体,在基体中分布杂乱,造成界面破坏,降低其复合材料制品的力学强度。近几年来,硫酸钙晶须研究主要集中在不同反应体系的生长机理,对晶须热脱水温度以及晶体结构稳定性这方面一直被广大研究人员所忽视。本研究依托湖北省科技支撑计划项目“磷矿伴生钙资源综合开发与利用技术研究”（YSF2015000837）。以磷石膏为原料,采用常压水热法制备在不同无机氯盐电解质溶液体系下的硫酸钙晶须,探讨了不同碱金属氯盐电解质溶液对硫酸钙晶须的晶体形貌、物相组成以及热力学性能的影响,同时对碱金属盐溶液体系下筛选出的硫酸钙晶须进行了功能化的改性处理,研究了改性工艺参数与改性剂种类对改性效果的影响,为硫酸钙晶须的加工与应用提供理论依据,并将功能改性后的硫酸钙短晶应用到PVC制品中,结果表明:在质量分数在10wt%~30wt%不同碱金属溶液体系下,CaCl2溶液体系下,合成产物绝大部分为无杂质离子掺杂的CaSO4·0.5H2O;NaCl溶液体系下,CaSO4·2H2O大部分转化为失水温度在259.4℃的水钠钙钒石（OMW）;KCl电解质溶液体系下,CaSO4·2H2O转化为受热失水温度在489.8℃的多钙钾石膏（GOY）。在一定质量分数的碱金属溶液体系下,碱金属能够通过复盐反应进入硫酸钙晶体晶格,形成更加稳定的晶体结构,提高硫酸钙基短晶的受热失水温度。其中,NaCl溶液体系下合成产物晶体形貌结构完整,热稳定性高,不易水化,适用于聚合物加工改性。表面疏水改性工艺参数在温度为90℃、时间为25min、界面改性剂掺量为8%、干燥温度为105℃、初始物料质量分数15%,其产物的表面改性效果最优。界面改性剂的选用上,硬脂酸在硫酸钙短晶表面改性中效果最好,硬脂酸在短晶表面发生了化学和物理吸附;硬脂酸在表面疏水改性过程中,仅使硫酸钙表面改性,未改变短晶的晶体结构与组成。由于金红石型TiO2单位晶格小,原子堆积紧密,具有更高的折光指数和不透明度,其在400~2500nm波段反射率更高,适宜用做硫酸钙短晶的红外热反射改性。通过添加按照一定比例的经二氧化钛包覆改性晶须,在可见光区段和近红外区段具有较高的反射率。经计算,400-2500nm波长区段的反射率达到80.34%。对于红外波段的热反射率达到84.72%。硫酸钙短晶/PVC复合材料制品中,硬脂酸改性后的硫酸钙短晶复合PVC样品力学强度最高,填料改性的PVC复合材料力学强度均存在一定程度的提升。随长径比一定的短柱状晶须在一定范围内的增加,PVC复合材料的冲击强度和拉伸强度成线性提高趋势,由于硫酸钙短晶在PVC树脂基体中分散形成复合材料界面,当无机硫酸钙短晶的掺量超过一定阈值,界面出现破坏,短晶增强效果降低。改性后短晶由于表面改性了一层疏水层,与PVC复合过程中,界面结合力更强,使晶须/PVC复合板材在拉伸和冲击过程中,填料和基体难以脱粘,提高其复合板材的力学性能。硫酸钙短晶增强PVC材料机理存在两种形式:负荷传递、拔出效应,短晶与PVC基体在界面的有效连接缓冲了外力作用下在基体内部产生的应力集中和裂纹扩展产生的能量。

关键词：磷石膏;晶须;热稳定性;改性;聚氯乙烯

学科专业：材料科学与工程

中文摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 磷石膏

1.1.1 磷石膏的来源及现状

1.1.2 磷石膏的性质

1.1.3 磷石膏的利用

1.2 晶须及硫酸钙晶须

1.2.1 晶须的性质

1.2.2 无机晶须与无机填料的比较

1.2.3 硫酸钙晶须

1.2.4 磷石膏制备硫酸钙晶须的方法

1.2.5 晶须的改性

1.2.6 硫酸钙晶须的应用

1.3 聚氯乙烯

1.3.1 聚氯乙烯的性质

1.3.2 聚氯乙烯的加工助剂

1.3.3 聚氯乙烯的加工工艺

1.4 课题研究目的与意义

1.5 研究内容及技术路线

1.5.1 研究内容

1.5.2 技术路线图

第二章 原材料与实验过程

2.1 主要原材料及其性质

2.1.1 磷石膏

2.1.2 聚氯乙烯

2.1.3 纳米二氧化钛

2.1.4 聚氯乙烯加工助剂

2.1.5 其他化学试剂

2.2 实验方法

2.2.1 原材料的净化处理

2.2.2 硫酸钙短晶的常压水热法制备

2.2.3 硫酸钙短晶的表面改性

2.2.4 硫酸钙短晶的反射率改性

2.2.5 硫酸钙短晶/PVC复合材料的制备

2.3 测试方法及测试设备

2.3.1 pH值测定

2.3.2 硫酸钙短晶改性后接触角的测定

2.3.3 硫酸钙短晶改性后活性指数的测定

2.3.4 抗拉伸强度测定

2.3.5 抗冲击强度测定

2.3.6 红外热反射率测定

2.3.7 微观性能测试

2.3.8 主要实验仪器

第3章 硫酸钙短晶的制备

3.1 常压水热制备硫酸钙短晶的反应体系设计

3.1.1 硫酸钙短晶反应体系设计的热力学基础

3.1.2 常压制备硫酸钙短晶的反应体系设计

3.2 磷石膏-CaCl_(2-)水常压水热反应体系固相产物分析

3.2.1 CaCl_2含量对硫酸钙短晶晶体晶体形貌与结构的影响

3.2.2 CaCl_2溶液体系对硫酸钙短晶热力学性质的影响

3.3 磷石膏-NaCl-水常压水热反应体系固相产物分析

3.3.1 NaCl含量对硫酸钙短晶晶体形貌与结构的影响

3.3.2 NaCl溶液体系对硫酸钙短晶热力学性质的影响

3.4 磷石膏-KCl-水常压水热反应体系固相产物分析

3.4.1 KCl含量对硫酸钙短晶晶体形貌与结构的影响

3.4.2 KCl溶液体系对硫酸钙短晶热力学性质的影响

3.5 本章小结

第4章 硫酸钙短晶的功能化改性

4.1 硫酸钙短晶的疏水改性

4.1.1 硫酸钙短晶疏水改性机理及吸附作用模型

4.1.2 表面疏水改性的工艺参数对改性效果的影响

4.1.3 界面改性剂种类对表面疏水改性效果的影响

4.2 硫酸钙短晶的红外热反射率改性

4.2.1 纳米TiO_2对硫酸钙短晶反射率的影响

4.2.2 纳米TiO_2改性硫酸钙短晶反射率效果

4.3 本章小结

第5章 硫酸钙短晶在PVC中的应用

5.1 硫酸钙短晶与PVC复合技术研究

5.1.1 不同无机增强改性填料对PVC力学性能研究

5.1.2 硫酸钙短晶掺量对PVC力学性能研究

5.1.3 硫酸钙短晶与PVC复合工艺微观研究

5.1.4 硫酸钙短晶增强PVC复合材料的机理及其作用模型

5.2 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献