[发明专利]一种磷石膏表面羟基化和疏水改性的方法及磷石膏

说明书

本发明公开了一种磷石膏表面羟基化和疏水改性的方法及磷石膏，涉及材料改性技术领域；包括以下步骤：将磷石膏磨细，再用试验筛筛分，得到超细磷石膏；将超细磷石膏放入梯度炉中煅烧，得到超细无水磷石膏；在水相中，用氢氧化钠和硫酸钠对超细无水磷石膏进行羟基化，得到羟基化的磷石膏；在乙醇相中，用表面改性剂对羟基化的磷石膏进行表面改性，得到表面疏水的磷石膏。

技术领域

本发明涉及材料改性技术领域，具体是一种磷石膏表面羟基化和疏水改性的方法及磷石膏。

背景技术

磷石膏是磷化工企业采用湿法工艺，在磷酸生产中用硫酸处理磷矿时产生的固体废渣，湿法生产1t磷酸就会副产5t左右磷石膏。磷石膏主要成分为二水硫酸钙，此外还含有未分解完的磷矿、氟化物、磷酸、有机质、酸不溶物、铁铝化合物等杂质。磷石膏堆存占用大量耕地，同时因含有氟化物、五氧化二磷、磷酸盐等杂质会产生大量污染物，破坏了地表生态环境。磷石膏的综合利用势在必行，迫在眉睫。

目前国内外磷石膏综合利用方式主要有：用磷石膏替代天然石膏作为水泥缓凝剂，制备石膏砌块、石膏板材、粉刷石膏、α型高强石膏等建材石膏以及制备建筑石膏粉，用作土壤调理剂，用作路基材料，制硫酸联产水泥，制备硫酸铵，制备硫酸钙晶须等。磷石膏成本低，来源广泛，并具有良好的热稳定性和化学稳定性、高的机械强度等特点。因此，磷石膏可以替代部分轻质碳酸钙和重质碳酸钙作为塑料或橡胶的填料用于高分子材料中制备复合材料。既能变废为宝解决环境问题，又能降低复合材料生产成本提升材料性能，可作为磷石膏综合利用的一大途径。但是磷石膏在高分子领域应用存在以下的问题：

(1)磷石膏杂质成分复杂，因磷矿资源的不同会导致生产的磷石膏品质不均一，导致产品质量不稳定；(2)磷石膏与聚合物的界面性能差异性大，直接共混，易相互团聚，在高分子材料基体中分散不均匀，材料在受力过程中则易从基体中剥落和团聚，起不到增韧效果，会导致这些有机-无机复合材料的性能下降。

为了解决磷石膏与聚合物相容性问题，使其能够均匀分散到基体中，使磷石膏之间相互牵搭并能与基体牢固黏结是关键。目前，主要常采用硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂和硬脂酸(钙)等对磷石膏进行有机改性，使磷石膏表面疏水，降低极性，再与聚合物共混制备复合材料。表面改性剂改性的机理是基于表面改性剂与磷石膏表面的羟基反应，从而在在磷石膏表面引入有机链，达到疏水改性的效果。疏水改性的效果依赖于磷石膏表面的羟基含量，最后决定了表面改性剂有机链在磷石膏表面的接枝率。磷石膏成分复杂，磷石膏表面的羟基较少，同时羟基易与其他分子形成氢键，导致磷石膏表面的羟基失活，降低了磷石膏与表面改性剂反应效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磷石膏表面羟基化和疏水改性的方法及磷石膏，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种磷石膏表面羟基化和疏水改性的方法，包括以下步骤：

将磷石膏磨细，再用试验筛筛分，得到超细磷石膏；

将超细磷石膏放入梯度炉中煅烧，得到超细无水磷石膏；

在水相中，用氢氧化钠和硫酸钠对超细无水磷石膏进行羟基化，得到羟基化的磷石膏；

在乙醇相中，用表面改性剂对羟基化的磷石膏进行表面改性，得到表面疏水的磷石膏。

作为本发明进一步的方案：所述磷石膏为磷化工湿法工艺的固体废渣。

作为本发明再进一步的方案：所述试验筛的目数为100目以上。

作为本发明再进一步的方案：超细磷石膏煅烧温度为400-650℃，煅烧时间为4-6h。

作为本发明再进一步的方案：超细无水磷石膏与氢氧化钠的质量比范围为2：1至8：1，超细无水磷石膏与硫酸钠的质量比范围为6：1至24：1。