硫酸钙晶须的制备及应用研究进展

杨宏玉　张靖羚

摘要：因硫酸钙晶须有许多优良性能，可用于塑料，橡胶，涂料等行业中。硫酸钙晶须有较好的应用前景，故对硫酸钙晶须的制备及应用进行研究具有较高的价值。本文对硫酸钙晶须的制备方法及应用做了概述。

关键词：硫酸钙晶须;制备方法;应用

硫酸钙晶须（CSW）是一种绿色环保无机材料。无水晶须可在1000℃以上使用，因而无水的CSW具有高的使用价值和极高的强度。[1]硫酸钙晶须的抗拉强度和弹性模量极高，有耐高温、高韧性、和橡胶等聚合物有较强的亲和力等优点，可用于橡胶、涂料、造纸等行业。[2]CSW的应用前景广阔。

一、硫酸钙晶须的制备

水热法

水热法是用二水硫酸钙制得的悬浮液，放入高压釜中，在高温高压的环境下制得硫酸钙晶须。Sichao Hou[3]等人研究结果表明：Mg2+对硫酸钙晶须一维方向生长有促进作用，形成的晶须长径比高。在MgCl2浓度为1.9710-3mol/L时，CSW的长径比范围50-400。

常压酸化法

除了水热法，制备CSW常用的另一种方法便是常压酸化法。

Hongjuan Sun[4]等人以烟气脱硫石膏为原料，用常压酸化法制备CSW。研究酸浸温度和盐酸浓度对硫酸钙晶须形貌的影响。结果表明：酸浸温度70℃，盐酸浓度3.7mol/L，制备的CSW纯度和白度均高。CSW长径比范围在25～80。

二、硫酸钙晶须的应用

硫酸钙晶须在沥青中的应用

李利勤[5]等人研究结果表明：加入硫酸钙晶须的沥青的高温稳定性随硫酸钙晶须的掺量增加而逐步增大。Taotao Fan[6]等人研究结果表明，两种CSW均能增强沥青混合料的抗车辙性能，且沥青混合料的高温性能随加入的硫酸钙晶须的含量增加而增加。与半水硫酸钙晶须相比，无水硫酸钙晶须对沥青混合料高温性能具有更大的影响。此外，无水硫酸钙晶须改性沥青的热稳定性优于半水硫酸钙晶须改性沥青。

硫酸钙晶须在复合材料中的应用

硫酸钙晶须可提高聚丙烯（PP）的结晶性能与力学性能，添加适量的CSW可使PP的弯曲模量、拉伸强度增加。随着硫酸钙晶须在PP中掺量增加，PP的热稳定性和耐热性增大。[7]Ying Chen[8]等人研究表明，加入改性晶须后的硅橡胶具有较好的力学性能，加入改性晶须能显著提高硅橡胶的储能模量，而DMA和DSC表明，改性晶须的加入能降低硅橡胶的玻璃化转变温度。Jiayang Cui[9]研究结果表明：改性后的CSW/PVC复合材料具有更高的储能模量和玻璃化转变温度。

硫酸钙晶须在摩擦材料中的应用

在摩擦材料中添加适量的CSW有助于提高材料的摩擦磨损性能和力学性能。Sudhan Raj Jeganmohan[10]等人研究结果表明，CSW可提高摩擦材料的力学性能。含有硫酸钙晶须的摩擦材料磨损较小。含10%硫酸钙晶须的材料即使在高速滑动时也表现出最稳定的摩擦系数。

硫酸钙晶须在造纸中的应用

硫酸钙晶须具有平滑度好，白度等特性，可代替部分植物纤维加入纸张中，并且不会降低纸张强度。郑雅思[11]等人研究了改性硫酸钙晶须作为纸张填充料对纸张性能的影响。研究结果表明：在纸张中添加30%改性硫酸钙晶须，纸张的各项物理性能满足质量要求。

3结论

目前，主要是利用工业副产石膏制备硫酸钙晶须。我国许多工业副产石膏未得到有效利用，研究副产石膏制备硫酸钙晶须的方法，既可以使副产石膏得到有效的利用，还可以保护环境，使资源可以得到更充分的利用。副产石膏制备得到的硫酸钙晶须因其优良的性能，可以作为很多材料的填充剂，使材料的性能得到改善。

参考文献

[1] 杨荣华，吴秀勇，冯晓宁. 用天然石膏制备硫酸钙晶须的研究[J]. 无机盐工业， 2010， 42（1）： 44-47.

[2] 宫海燕，李彩虹，王佩佩，等. 硫酸钙晶须的制备现状[J]. 无机盐工业， 2010， 42（10）： 1-4.

[3] Hou S，Wang J，et al. Effect of Mg2+on Hydrothermal Formation of α?CaSO4·0.5H2O Whiskers with High Aspect Ratios [J]. Langmuir， 2014， 30： 9804-9810.

[4] Sun H，Tan D，Peng T， et al. Preparation of Calcium Sulfate Whisker By Atmospheric Acidification Method From Flue Gas Desulfurization Gypsum[J]. Procedia Environmental Sciences， 2016， 31： 621-626.

[5] 李利勤，李小江，赵林懿，等. 硫酸钙晶须改性沥青性能试验研究[J]. 河南城建学院学报， 2017， 26（1）： 16-20.

[6] Fan T，Wang X. Influence of Calcium Sulfate Whisker on the High Temperature Performance of Asphalt Binder[J]. Petroleum Science and Technology， 2020， 38（4）： 1-6.

[7] 杨丽庭，吕慧，李彦涛，等. 硫酸钙晶须的制備及其改性聚丙烯性能的研究[J]. 华南师范大学学报（自然科学版）， 2020， 52（2）： 24-30.

[8] Chen Y，Ding Y，Dong Y， et al. Surface Modification of Calcium Sulfate Whisker Using Thiol‐ene Click Reaction and Its Application in Reinforced Silicone Rubber[J]. Journal of Polymer Science， 2020， 58（4）： 1-12.

[9] Cui J，Cai Y，Yuan W， et al. Preparation of a Crosslinked Chitosan Coated Calcium Sulfate Whisker and Its Reinforcement in Polyvinyl Chloride[J]. Journal of Materials Science & Technology， 2016， 32（8）： 745-752.

[10] Raj JS，Christy T，Gnanaraj SD， et al. Influence of Calcium Sulfate Whiskers on the Tribological Characteristics of Automotive Brake Friction Materials[J]. Engineering Science and Technology， an International Journal， 2019， 1-7.

[11] 郑雅思，李茂刚，罗康碧，等. 硫酸钙晶须改性及其对纸张性能的影响研究[J]. 非金属矿， 2018， 41（5）： 28-30.