磷石膏改性及其在聚合物的应用研究进展

2018-03-29尹书琴尹晓刚

山东化工 2018年22期

尹书琴,李航,尹晓刚,陈卓

(贵州师范大学化学与材料科学学院，贵州省功能材料化学重点实验室，贵州贵阳 550001)

磷石膏是一种具有多种化学成分的白色粉末状固体，其主要成份是二水硫酸钙(CaSO4·2H2O)和六氟硅酸钠(Na2SiF6)[1]，还含有机磷、氟化物以及无机物等其它物质。在磷酸生产过程中，每生产1吨磷酸大约产生5吨的磷石膏副产物。如今磷肥产量不断增加以及磷酸工业的加速发展，磷石膏的累积数量剧增。人们对磷石膏的大量堆积所造成的一系列问题已开始担忧[2-3]。Rutherford P M[4]等人很早就对磷石膏对环境的影响做了相关概述，作者还对磷石膏的化学成分以及性质等相关方面进行了分析。目前对磷石膏回收综合利用以减少环境危害，一些发达国家取得的效果相对较好[5]。但是从整体来看，磷石膏的回收利用比例不容乐观。因为磷石膏产量大且难再回收利用，在工厂大量堆积，造成土地资源的浪费，随意的堆积对土壤、地下水等环境造成了不同程度的破环。

如今高分子聚合材料已融入到我们的生活中，且需求量大。若将磷石膏资源大量用作于聚合物的填料，这对磷石膏资源的利用率的提高做出巨大贡献。综述了近几年有关磷石膏的改性以及在聚合物中的应用研究进展。

1 磷石膏的有机改性

为了进一步获得品性好的磷石膏，对磷石膏使用有机试剂改性再填入到应用的聚合物材料中，对材料的性能有显著提升。为改变磷石膏亲水的性质，使之与聚合物更好点混溶，常常需要使用有机试剂对磷石膏的表明进行改性，从而得到高性能的聚合物材料。秦军[10]等实现对磷石膏的疏水性改善，使用硬脂酸为表面改性剂,对改性后的磷石膏进行红外表征，初步断定改性剂与磷石膏有键合作用。而秦军的在另一研究中利用球磨机添加硅烷偶联剂以及钛酸酯偶联剂对磷石膏进行不同转速以及不同时间的改性研究，测试两种改性剂与磷石膏存在化学吸附，并有着化学键合作用[6]。

Denev Y G[7]等在对磷石膏进行有机试剂改性做了大量工作。研究表明使用聚乙二醇(PEG)为改性剂的最佳用量在1%与3%。改性结果表明改性后的磷石膏与聚合物有更好的相融行。而使用硅烷偶联剂对其改性，也同样能提高无机物磷石膏与高分子聚合物共混时的结合。此时偶联剂的作用好比桥梁。石文建[13]等借助超声使用硅烷偶联剂(KH570)对磷石膏晶须进行表面改性。从时间、温度、KH570用量等条件考察了对磷石膏晶须的表面改性影响。由红外光谱分析表明磷石膏晶须表面的羟基与KH570发生了化学键的作用。使用有机试剂对磷石膏的改性成功，拓展磷石膏资源化多元化应用，对磷石膏的有机改性为磷石膏资源能有效的提高利用率提供了新的思路方向。

2 磷石膏在聚合物中的应用

2.1 磷石膏用于聚丙烯(PP)填料

聚丙烯最为一种常见的材料，常用于塑料包装袋、注塑产品以及塑料管等。近几年我国对聚丙烯的需求量依然很大，产能保持增长，因此高品质的聚丙烯材料，在我国是很有运用前景。聚丙烯因有优良的性能，而被广泛的应用。但其才存在低温易脆断、成型收缩率大、热变形温度低等缺陷[8-9]。因此有必要对聚丙烯填料改性，进一步提升其应用。

E Kowalska[10]等研究表明将磷石膏填料到聚丙烯，复合材料的力学性能在弯曲、拉伸、扰曲性能有着明显的增强，试验考察了巯基硅烷和氨基硅烷偶联剂改性后的磷石膏用于聚丙烯填料的用量与性能的相关性。经试验测试，复合材料重金属的含量极低，这为材料能安全的用于汽车部件打下基础。对于磷石膏这种无机材料，将其用作高分子聚合物的填料，需要攻破的难题是磷石膏在聚合物中分散。Hamid Essabir等[11]制备了合适的磷石膏的颗粒用于填料，通过电镜图片能观察到磷石膏在聚丙烯中有着良好的分散性，磷石膏的添加量为40%时聚丙烯的拉伸性和热稳定性较纯的聚丙烯都有提升。

2.2 磷石膏用于聚氯乙烯(PVC)填料

聚氯乙烯作为通用塑料，可广泛运用于建筑、电线、发泡等材料。但韧性差、耐热性差等缺陷在某些方面限制了其应用。可将聚氯乙烯进行填料以获得高性能材料。E Kowalska等[12]对磷石膏用作聚丙烯的填料对复合材料应用于地板材料，研究表明，将磷石膏填充到聚丙烯中有两种方案可部分或全部代替填充到聚丙烯中的白垩粉。其一是填充50%的磷石膏替代白垩粉后能得到好的耐磨性能；其二是百分百使用磷石膏代替白垩粉，但需要添加更多的增塑剂，确保材料的稳定性。