一种孔隙状半水石膏的制备方法与流程

本发明属于材料化学无机非金属材料制备技术领域，涉及一种无机材料，更具体地说涉及一种孔隙状半水石膏的制备方法。

背景技术：

随着科技进步，人类对材料性能的要求日益增加，常规材料已无法满足更高的需求，因而具有特殊形貌及性能的材料逐渐得到科学界的重视。

石膏是一种应用历史悠久的建筑材料，它与石灰、水泥并列为无机胶凝材料中的三大支柱，主要成分为硫酸钙。按照结晶水含量可分为二水石膏、半水石膏和无水石膏。二水石膏是形成脱水石膏的原始材料，又是脱水石膏水化的最终产物，半水石膏有两个变种，α-半水石膏和β-半水石膏，二水石膏在饱和蒸气介质或者某些酸盐类介质中脱水可以生成α-半水石膏，而在干燥的环境中脱水则生成β-半水石膏。一般认为α-半水石膏为高强石膏，β-半水石膏为建筑石膏。但需要指出并非所有的α-半水石膏都是高强石膏。要视最终形成的α-半水石膏晶体形貌而定。如果所成α-半水石膏晶体呈现纤维状或针状，则其拌合标准稠度需水量要比β-半水石膏还要还要大，其制品的强度也要比β-半水石膏制品强度低很多。无水石膏也称为硬石膏，分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个类型。其中Ⅲ型硬石膏也称为可溶性无水石膏，能在有水存在的情况下缓慢水化。Ⅱ型硬石膏是二水石膏、半水石膏和Ⅲ型硬石膏经过高温脱水后在常温下稳定的最终产物。Ⅰ型硬石膏只有温度高于1180℃时才能存在，温度降低时转变为Ⅱ型硬石膏。

半水石膏遇水反应出现胶凝性，具有较高的力学性能，按水化后力学强度大小分石膏有α和β两种形态。α-半水石膏晶体为五角十二面体，六棱双锥柱状，通常晶体结构密实、晶面完整，具有标稠需水量低、水化热小、流动性好和生物相容性好等特点，广泛应用于铸造模具、高档建材、陶瓷模具、功能填料、骨修复材料等。β-半水石膏商业名为建筑石膏，属于三方晶系，晶体结构往往不够完整，有微孔隙，水化时需水量大，胶凝体强度低，常用于普通建材，如石膏板和石膏砌块。

由于人类对石膏材料性能的要求日益增加，尤其对于高强度和高性能石膏产品，如贵金属饰品模具石膏、高档医疗石膏，无法满足社会和经济需求。因此，针对石膏结晶规律、颗粒特性的基础研究及高附加值石膏产品的制备技术研究，从而制备出具有特殊形貌和性能的石膏材料具有深远而重要的意义。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，为丰富材料的种类，解决常规材料无法满足人们需求的问题。本发明提供了一种孔隙状半水石膏的制备方法。该方法以乙酸钙为钙和硫酸铵为原料，在弱碱性溶液体系中水热法制备出一种孔隙状半水石膏。该方法工艺简单、操作方便、产率较高，其产品可作为建筑材料，水处理材料等，因其孔隙较多，有望成为一种药物运输材料。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种孔隙状半水石膏的制备方法，其包含如下步骤：

A.材料的制备：将一定量的乙酸钙和硫酸铵加入至弱碱性溶液中，一定温度下水热反应后冷却至室温，过滤得到材料滤饼；

B.洗涤：将过滤得到的材料滤饼直接以去离子水洗涤，或烘干后直接以去离子水洗涤；

C.干燥：将去离子水洗涤过的复合材料滤饼烘干得到孔隙状半水石膏材料。

所述的步骤A中乙酸钙的添加量为25.0-200.0g/L，硫酸铵的添加量为15.0-150.0g/L，弱碱性溶液为氨水稀释水溶液，质量百分含量为28％的分析纯氨水在弱碱性溶液中的浓度为5.0-100.0g/L，水热反应温度为,80.0-150.0℃，反应时间为6.0-24.0小时。

所述的步骤B中洗涤是指过滤得到的复材料滤饼加去离子水室温下过滤淋洗，或过滤得到的材料滤饼55.0-85.0℃烘干后加去离子水室温下过滤淋洗。

所述的步骤C中干燥是指洗涤过的复合材料滤饼经55.0-85.0℃烘干4.0-8.0小时得到孔隙状半水石膏材料。

本发明实施的具体工艺过程为：

首先，室温下将一定体积的分析纯氨水以去离子水稀释成质量分数为5.0-100.0g/L的弱碱性水溶液，搅拌中加入当量浓度25.0-200.0g/L的乙酸钙，以及当量浓度15.0-150.0g/L的硫酸铵，于80.0-150.0℃下水热反应6.0-24.0小时，冷却至室温后过滤，再将得到的材料滤饼直接以去离子水室温下过滤淋洗，或55.0-85.0℃下烘干后以去离子水室温下过滤淋洗；最后，洗涤过的材料滤饼经55.0-85.0℃烘干4.0-8.0小时得到孔隙状半水石膏材料。

本发明的一种孔隙状半水石膏材料的制备方法，以乙酸钙和硫酸铵为原料，在弱碱性的水溶液体系中水热法制备得到一种孔隙状半水石膏材料。与现有技术相比，本发明提供的方法合成路线简单，操作方便，生产周期短，产率较高，易实现工业化生产，并且所得的半水石膏材料表具有大量孔隙，所得孔隙状半水石膏整体为柱状结构，所得孔的长度方向与柱轴向平行。

附图说明

为了更详实地表述该发明实施例的技术方案，以下对实施例描述中所使用的附图作简单介绍。显然，以下描述中的附图仅为本发明的一些实施例，对于该领域普通技术人员来讲，在未付诸创造性劳动的前提下，还可依据此类附图获得其它的附图。

图1为本发明一种孔隙状半水石膏材料的整个合成路线图；

图2为本发明一种孔隙状半水石膏材料的扫描电子显微镜照片，分别为不同比例尺寸的；

图3为本发明一种孔隙状半水石膏材料的X-射线粉末衍射图；

图4为本发明一种孔隙状半水石膏材料的衰减全反射傅里叶变换红外光谱图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，使本领域技术人员更好地理解本发明，下面结合附图与实施例对本发明的实施方式作进一步地详细阐述。

实施例1

首先，将3.5g乙酸钙和2.6g硫酸铵加入到100.0ml反应釜中，然后加入50.0ml水和1ml质量百分含量28％的氨水，120.0℃下水热反应12.0小时，冷却至室温后过滤，再将得到的材料滤饼直接以去离子水室温下过滤淋洗，或65.0℃下烘干后以去离子水室温下过滤淋洗；最后，洗涤过的材料滤饼经80.0℃烘干5小时得到孔隙状半水石膏材料。

对上述制备得到的一种孔隙状半水石膏材料材料进行微观形貌与相结构测量，得到如图2所示的扫描电子显微镜照片，如图3所示的X-射线粉末衍射图，如图4所示的衰减全反射傅里叶变换红外光谱图。

实施例2

首先，将3.5g乙酸钙和2.6g硫酸铵加入到100.0ml反应釜中，然后加入50.0ml水和5.0ml质量百分含量28％的氨水，100.0℃下水热反应15.0小时，冷却至室温后过滤，再将得到的材料滤饼直接以去离子水室温下过滤淋洗，或65.0℃下烘干后以去离子水室温下过滤淋洗；最后，洗涤过的材料滤饼经75.0℃烘干6.0小时得到孔隙状半水石膏材料。

对上述制备得到的一种孔隙状半水石膏材料材料进行微观形貌与相结构测量，得到类似如图2所示的扫描电子显微镜照片，类似如图3所示的X-射线粉末衍射图，类似如图4所示的衰减全反射傅里叶变换红外光谱图。

实施例3

首先，将3.0g乙酸钙和2.0g硫酸铵加入到80.0ml反应釜中，然后加入40.0ml水和2.0ml质量百分含量28％的氨水，140.0℃下水热反应8.0小时，冷却至室温后过滤，再将得到的材料滤饼直接以去离子水室温下过滤淋洗，或85.0℃下烘干后以去离子水室温下过滤淋洗；最后，洗涤过的材料滤饼经85.0℃烘干8.0小时得到孔隙状半水石膏材料。

对上述制备得到的一种孔隙状半水石膏材料材料进行微观形貌与相结构测量，得到类似如图2所示的扫描电子显微镜照片，类似如图3所示的X-射线粉末衍射图，类似如图4所示的衰减全反射傅里叶变换红外光谱图。

以上所述实施方式仅为本发明做进一步描述，然而本发明并非局限于此，凡在不脱离本发明核心的情况下所做的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围内。