石膏復合改性劑制造技術

通過結合α半水合硫酸鈣和水，形成漿液，壓熱處理該漿液，在水中形成α半水合硫酸鈣晶須，使該α半水合硫酸鈣晶須脫水，和加熱該α半水合硫酸鈣晶須，形成硬石膏硫酸鈣晶須，從而制備硬石膏硫酸鈣晶須。復合材料包含α?衍生的硬石膏硫酸鈣晶須和基礎材料，且通過結合α?衍生的硬石膏硫酸鈣晶須與基礎材料，形成復合材料而制備。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】相關申請的交叉參考本申請要求2013年12月6日提交的美國臨時申請No.61/912,609，和2014年11月3日提交的62/074,163的優先權，其公開內容各自在本文中通過參考引入。
本專利技術的公開內容一般地涉及硫酸鈣-基產品和制造領域，和更特別地涉及硫酸鈣晶須，和復合材料，及其使用與制造方法。
技術介紹
已知各種填料在油漆，涂料，造紙，和塑料中用作增強劑，乳濁劑(opacification)和/或添加劑。例如，諸如玻璃纖維，炭黑，碳酸鈣，二氧化硅，滑石，高嶺土和氫氧化鋁之類的填料目前用于這些應用中。然而，與粒狀物和片狀成型填料相比，纖維填料通常提供復合材料改進的勁度，強度，和熱穩定性能。已表明與常規纖維相比，單晶纖維，也稱為“晶須”，提供復合材料改進的性能。例如，晶須可提供復合材料改進的表面品質和美學，因為它們典型地比纖維更細和更光滑。晶須也可提供改進的尺寸與熱穩定性，增加的強度和韌度，和較高的流度(例如用于改進的模具鑄塑)。然而，晶須難以經濟地制造，這是因為晶須的生長速度緩慢。因此，需要改進的晶須和用其制造的復合材料，以及使用和制造改進的晶須的方法。
技術實現思路
在一個方面中，提供制造硬石膏硫酸鈣晶須的方法，該方法包括：(i)結合α半水合硫酸鈣和水，形成漿液；(ii)壓熱處理該漿液，在水中形成α半水合硫酸鈣晶須；(iii)使該α半水合硫酸鈣晶須脫水；和(iv)加熱該α半水合硫酸鈣晶須，形成硬石膏硫酸鈣晶須。還提供通過這一方法制造的硬石膏硫酸鈣晶須。在另一方面中，提供制造復合材料的方法，該方法包括結合α-衍生的硬石膏硫酸鈣晶須與基礎材料，形成復合材料。在再一方面中，提供復合材料，它包括α-衍生的硬石膏硫酸鈣晶須與基礎材料。附圖說明現參考附圖，所述附圖是例舉，而不是限制，和其中相同的元件標記相同：圖1是顯示根據本文公開的方法的一個實施方案制備的α-衍生的硬石膏硫酸鈣晶須的顯微圖。圖2是顯示β-衍生的硬石膏硫酸鈣晶須的顯微圖。圖3是顯示根據本文公開的方法的一個實施方案制備的復合樣品的彈性模量的圖表，這根據三種測量方法測試。具體實施方式本文公開了硫酸鈣-基晶須和復合材料及其使用與制造方法。通過提供具有改進的性能的單晶纖維和用其制造的復合材料，這些晶須，復合材料，和方法滿足以上所述的一個或多個需求。例如，與已知纖維相比，晶須可具有改進的長徑比，和/或更快的生長速度。晶須和制造方法在某些實施方案中，提供晶須。本文中所使用的術語“晶須”是指單晶纖維。一般地，使用硫酸鈣(它也可稱為石膏(gypsum)或石膏(plaster))，制造本文公開的晶須。硫酸鈣可以以半水合物(CaSO4*1/2H2O)，二水合物(CaSO4*2H2O)，或硬石膏(CaSO4)形式存在。一般地，可使用β半水合硫酸鈣(它由在高溫下，在環境溫度下煅燒二水合硫酸鈣而獲得)，制備硫酸鈣晶須。然而，已發現，α半水合硫酸鈣提供給晶須加工和性能令人驚奇的優點。α半水合硫酸鈣具有與β形式相同的化學組成，它經歷了加壓煅燒工藝，產生很好結晶的棱鏡顆粒。例如，加壓煅燒工藝可以是高壓釜工藝。應當理解，盡管本專利技術的公開內容一般地涉及α硫酸鈣晶須，但可預見到使用其他合適的材料，且打算落在本專利技術公開內容的范圍內。例如，也可使用進行過加壓水熱反應工藝的其他顆粒。在某些實施方案中，制造硬石膏硫酸鈣晶須的方法包括：(i)結合α半水合硫酸鈣和水，形成漿液；(ii)壓熱處理該漿液，在水中形成α半水合硫酸鈣晶須；(iii)使該α半水合硫酸鈣晶須脫水；和(iv)加熱該α半水合硫酸鈣晶須，形成硬石膏硫酸鈣晶須。在一個實施方案中，結合α半水合硫酸鈣和水的步驟包括結合α半水合硫酸鈣與水，使得α硫酸鈣以漿液重量的約1至約30％的用量存在于漿液內。例如，可結合α半水合硫酸鈣與水，使得α硫酸鈣在該漿液內以漿液重量的約1至約20％，漿液重量的約2至約15％，或者漿液重量的約2至約10％的用量存在。在一個實施方案中，可結合α半水合硫酸鈣與水，使得α硫酸鈣以漿液重量的約5至約8％的用量存在于該漿液內。在沒有束縛于特定理論的情況下，認為結合α半水合硫酸鈣和水導致漿液內二水合晶體。在某些實施方案中，α半水合硫酸鈣的中值粒度為約1微米至約100微米,例如約1微米至約20微米。例如，α半水合硫酸鈣的中值粒度可以是約2至約5微米。在某些實施方案中，制造硬石膏硫酸鈣晶須的方法進一步包括在結合α半水合硫酸鈣和水形成漿液之前，分選α半水合硫酸鈣為約1微米至約10微米的中值粒度。例如，可通過噴射磨或者本領域普通技術人員已知的其他合適的分選或粉碎工藝，分選α半水合硫酸鈣。在某些實施方案中，壓熱處理漿液，在水中形成α半水合硫酸鈣晶須。在一個實施方案中，壓熱處理漿液的步驟包括使漿液置于在約0psig至約50psig的壓力和約100℃至約150℃的溫度下的飽和蒸汽下約30分鐘至約8小時的持續時間。例如，壓熱處理漿液的步驟可包括使漿液置于在約1psig至約30psig的壓力和約101℃至約134℃的溫度下的飽和蒸汽下約30分鐘至約8小時的持續時間。例如，這種壓熱處理參數可應用到小規模生產裝置，例如實驗室中。例如，壓熱處理漿液的步驟可包括使漿液置于在約30psig至約52psig的壓力和約134℃至約150℃的溫度下的飽和蒸汽下約30分鐘至約8小時的持續時間。例如，這種壓熱處理參數可應用到工業規模的生產裝置中。在沒有束縛于特定理論的情況下，認為二水合硫酸鈣晶體在高壓釜工藝過程中溶解并在高壓下以半水合晶須形式再形成。然后可使α半水合硫酸鈣晶須脫水，即可將晶須與水分離。在某些實施方案中，使α半水合硫酸鈣晶須脫水的步驟包括過濾，抽真空，離心或其組合。例如，可使用網式過濾器，使晶須脫水。在一個實施方案中，使α半水合硫酸鈣晶須脫水的步驟包括過濾α半水合硫酸鈣晶須。然后可加熱α半水合硫酸鈣晶須，或者“死燒(dead burn)”，實現穩定的不可溶的硬石膏形式。在某些實施方案中，加熱α半水合硫酸鈣晶須形成硬石膏硫酸鈣晶須的步驟包括在約500℃至約900℃的溫度下加熱α半水合硫酸鈣晶須約1至約24小時的持續時間。可通過本文公開的方法，生產硬石膏硫酸鈣晶須。在某些實施方案中，晶須的莫氏硬度為約3至約3.5。在某些實施方案中，晶須一直高到至少1450℃是熱穩定的。在某些實施方案中，晶須的平均長徑比為至少30。本文中所使用的術語“長徑比”是指硫酸鈣晶須的長度對其直徑之比，和“平均長徑比”是對于多個晶須來說，晶須平均長度對平均晶須直徑之比。復合材料和制造方法在某些實施方案中，還提供含晶須的復合材料。例如，本文描述的晶須可以是輕質的且具有供結構增強以及熱和聲音絕緣的所需性能。例如，晶須可提供改進的尺寸和熱穩定性，增加的強度和韌度，和較高的流度(例如，用于改進的模具流延)。而且，晶須可提供復合材料改進的表面品質和美學，因為它們典型地比纖維更加微細和更加光滑。在某些實施方案中，復合材料的制造方法包括結合α-衍生的硬石膏硫酸鈣晶須與基礎材料，形成復合材料。在某些實施方案中，復合材料包括α-衍生的硬石膏硫酸鈣晶須和基礎材料。例如，基礎材料可包括選自油漆，涂料，紙張，紙張前體，薄膜，塑料，樹脂，石膏墻板，銑刀盤(facer)(其中包括玻璃本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種制造硬石膏硫酸鈣晶須的方法，該方法包括：結合α半水合硫酸鈣和水，形成漿液；壓熱處理該漿液而在水中形成α半水合硫酸鈣晶須；使該α半水合硫酸鈣晶須脫水；和加熱該α半水合硫酸鈣晶須而形成硬石膏硫酸鈣晶須。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2013.12.06 US 61/912,609;2014.11.03 US 62/074,1631.一種制造硬石膏硫酸鈣晶須的方法，該方法包括：結合α半水合硫酸鈣和水，形成漿液；壓熱處理該漿液而在水中形成α半水合硫酸鈣晶須；使該α半水合硫酸鈣晶須脫水；和加熱該α半水合硫酸鈣晶須而形成硬石膏硫酸鈣晶須。2.權利要求1的方法，其中結合α半水合硫酸鈣和水的步驟包括結合α半水合硫酸鈣和水，使得α硫酸鈣以該漿液重量約1至約30％的用量存在于漿液內。3.權利要求1的方法，其中結合α半水合硫酸鈣和水的步驟包括結合α半水合硫酸鈣和水，使得α硫酸鈣以該漿液重量約2至約15％的用量存在于漿液內。4.權利要求1的方法，其中α半水合硫酸鈣的中值粒度D50為約1微米至約20微米。5.權利要求1的方法，進一步包括在結合α半水合硫酸鈣和水而形成漿液之前，分選α半水合硫酸鈣成約1微米至約10微米的中值粒度D50。6.權利要求1的方法，其中壓熱處理漿液的步驟包括將漿液置于在約5psig至約55psig的壓力和約100℃至約150℃的溫度下的飽和蒸汽下約30分鐘至約8小時的持續時間。7.權利要求1的方法，其中加熱α半水合硫酸鈣晶須而形成硬石膏硫酸鈣晶須的步驟包括在約500℃至約900℃的溫度下加熱α半水合硫酸鈣晶須約1至約24小時的持續時間。8.通過權利要求1的方法制造的硬石膏硫酸鈣晶須。9.權利要求8的硬石膏硫酸鈣晶須，其中晶須的莫氏硬度為約3至約3.5。10.權利要求8的硬石膏硫酸鈣晶須，其中晶...

【專利技術屬性】
技術研發人員：M·吳，J·T·菲爾茲，P·唐納森，B·波蒂福特，
申請(專利權)人：佐治亞太平洋石膏有限責任公司，
類型：發明
國別省市：美國;US