硫酸鈣晶體及其制造方法
【專利摘要】提供一種物質(zhì)組合物，它包含平均長(zhǎng)徑比為至少30的硬石膏硫酸鈣晶須。提供另一物質(zhì)組合物，它包含α?衍生的硬石膏硫酸鈣晶須。提供再一物質(zhì)組合物，它包含α微粒?衍生的硬石膏硫酸鈣晶須。
【專利說明】硫酸巧晶體及其制造方法
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉參考
[0002] 本申請(qǐng)要求2013年12月6日提交的美國臨時(shí)申請(qǐng)No.61/912,609,和2014年11月3 日提交的62/074,163的優(yōu)先權(quán)，其公開內(nèi)容各自在本文中通過參考引入。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明的公開內(nèi)容一般地設(shè)及硫酸巧-基產(chǎn)品和制造領(lǐng)域，和更特別地設(shè)及硫酸 巧晶須，復(fù)合材料，及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0004] 已知各種填料在復(fù)合材料，油漆，涂料，造紙，和塑料中用作增強(qiáng)劑，乳濁劑 (opacification)和/或添加劑。例如，諸如玻璃纖維，炭黑，碳酸巧，二氧化娃，滑石，高嶺± 和氨氧化侶之類的填料目前用于運(yùn)些應(yīng)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(fù)合材料改進(jìn)的勁度，強(qiáng)度，和熱穩(wěn)定性能。
[0005] 已表明與常規(guī)纖維相比，單晶纖維，也稱為"晶須"，提供復(fù)合材料改進(jìn)的性能。例 如，晶須可提供復(fù)合材料改進(jìn)的表面品質(zhì)和美學(xué)，因?yàn)樗鼈兊湫偷乇壤w維更細(xì)和更光滑。晶 須也可提供改進(jìn)的尺寸與熱穩(wěn)定性，增加的強(qiáng)度和初度，W及較高的流度(例如用于改進(jìn)的 模具鑄塑）。然而，晶須難W經(jīng)濟(jì)地制造，運(yùn)是因?yàn)榫ы毜纳L(zhǎng)速度緩慢。而且，常規(guī)的晶須 可顯示出非所需的缺陷/瑕疵和晶須幾何形狀，W及有限的強(qiáng)度和堅(jiān)固度。
[0006] 因此，需要改進(jìn)的晶須和用其制造的復(fù)合材料，及其制造方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 在一個(gè)方面中，提供包括a-衍生的硬石膏硫酸巧晶須的物質(zhì)組合物。
[000引在另一方面中，提供含平均長(zhǎng)徑比為至少30的硬石膏硫酸巧晶須的物質(zhì)組合物。
[0009] 在再一方面中，提供含微細(xì)a顆粒-衍生的硬石膏硫酸巧晶須的物質(zhì)組合物。
【附圖說明】
[0010] 現(xiàn)參考附圖，所述附圖是例舉，而不劇良制，和其中相同的元件標(biāo)記相同：
[0011] 圖1是顯示根據(jù)本文公開的方法的一個(gè)實(shí)施方案制備的Q-衍生的硬石膏硫酸巧晶 須的顯微圖。
[0012] 圖2是顯示0-衍生的硬石膏硫酸巧晶須的顯微圖。
[0013] 圖3是顯示根據(jù)本文公開的方法的一個(gè)實(shí)施方案制備的復(fù)合樣品的彈性模量的圖 表，運(yùn)根據(jù)=種測(cè)量方法測(cè)試。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 本文公開了硫酸巧-基晶須和復(fù)合材料及其使用與制造方法。通過提供具有改進(jìn) 的性能的單晶纖維和用其制造的復(fù)合材料，運(yùn)些晶須，復(fù)合材料，和方法滿足W上所述的一 個(gè)或多個(gè)需求。例如，與已知纖維相比，晶須可具有改進(jìn)的長(zhǎng)徑比，和/或更快的生長(zhǎng)速度。
[0015] 晶須和晶須的制造方法
[0016] 在某些實(shí)施方案中，提供晶須。本文中所使用的術(shù)語"晶須"是指單晶纖維。一般 地，使用硫酸巧(它也可稱為石膏（gypsum)或石膏(plaster))，制造本文公開的晶須。硫酸 巧可W W半水合物(CaS化*1/2出0)，二水合物(CaS化巧出0)，或硬石膏（CaS化)形式存在。一 般地，可使用e半水合硫酸巧(它由在高溫下，在環(huán)境壓力下般燒二水合硫酸巧而獲得），制 備硫酸巧晶須。然而，已發(fā)現(xiàn)，a半水合硫酸巧提供給晶須加工和性能令人驚奇的優(yōu)點(diǎn)。曰半 水合硫酸巧具有與e形式相同的化學(xué)組成，它經(jīng)歷了加壓般燒工藝，產(chǎn)生很好結(jié)晶的棱鏡顆 粒。例如，加壓般燒工藝可W是高壓蓋工藝。應(yīng)當(dāng)理解，盡管本發(fā)明的公開內(nèi)容一般地設(shè)及a 硫酸巧晶須，但可預(yù)見到使用其他合適的材料，且打算落在本發(fā)明公開內(nèi)容的范圍內(nèi)。例 如，可使用其他材料，例如e半水合硫酸巧，二水合硫酸巧，通過合成方法制造的石膏或單獨(dú) 的巧和硫酸根物種。另外，在某些加工條件下，可使用e硫酸巧，衍生具有本文描述的改進(jìn)的 幾何形狀和其他性能的晶須。
[0017] 在某些實(shí)施方案中，制造硬石膏硫酸巧晶須的方法包括：（i)結(jié)合半水合硫酸巧和 水，形成漿液；（ii)熱壓處理該漿液，在水中形成半水合硫酸巧晶須；（iii)使該半水合硫酸 巧晶須脫水;和（iv)加熱該半水合硫酸巧晶須，形成硬石膏硫酸巧晶須。在一些實(shí)施方案 中，半水合硫酸巧是a半水合硫酸巧。
[0018] 在一個(gè)實(shí)施方案中，結(jié)合半水合硫酸巧和水的步驟包括結(jié)合半水合硫酸巧與水， 使得硫酸巧W漿液重量的約1至約30%的用量存在于漿液內(nèi)。例如，可結(jié)合半水合硫酸巧與 水，使得硫酸巧在該漿液內(nèi)W漿液重量的約2至約25%，或者漿液重量的約5至約15%的用 量存在。在一個(gè)實(shí)施方案中，可結(jié)合半水合硫酸巧與水，使得硫酸巧W漿液重量的約5至約 20%的用量存在于該漿液內(nèi)。在沒有束縛于特定理論的情況下，認(rèn)為結(jié)合半水合硫酸巧和 水導(dǎo)致漿液內(nèi)二水合晶體。
[0019] 在某些實(shí)施方案中，半水合硫酸巧的中值粒度為約1皿至約100皿，例如約1皿至約 20皿。例如，半水合硫酸巧的中值粒度可W是約1皿至約10皿，或約2至約如m。
[0020] 在某些實(shí)施方案中，半水合硫酸巧具有微細(xì)或比較微細(xì)的尺寸。本文中所使用的 術(shù)語"微細(xì)"和"比較微細(xì)"是指該顆粒的中值粒度小于商業(yè)獲得的顆粒。在某些實(shí)施方案 中，與商業(yè)獲得的顆粒相比，半水合硫酸巧微粒還具有窄的粒度分布。例如，半水合硫酸巧 微粒可具有其中90%的顆粒尺寸比50%顆粒尺寸大不超過150%的窄粒度分布。例如，半水 合硫酸巧微?？删哂衅渲?00%顆粒尺寸比50%顆粒尺寸大不超過500%的窄粒度分布。例 如，半水合硫酸巧微?？删哂衅渲?00 %顆粒尺寸比10 %顆粒尺寸大不超過2000 %的窄粒 度分布。也就是說，與商業(yè)獲得的顆粒相比，除了較小的中值粒度W外，該微粒還可具有更 加均勻的尺寸分布。
[0021] 正如W下進(jìn)一步詳細(xì)討論的，令人驚奇地發(fā)現(xiàn)，由微細(xì)的半水合硫酸巧起始材料 制造的晶須顯示出改進(jìn)的性能，例如增加的長(zhǎng)徑比和表面光滑度。
[0022] 在某些實(shí)施方案中，制造硬石膏硫酸巧晶須的方法進(jìn)一步包括在結(jié)合a半水合硫 酸巧和水形成漿液之前，分選半水合硫酸巧，形成中值粒度為約1皿至約IOwii的微細(xì)半水合 硫酸巧。例如，可分選微細(xì)的半水合硫酸巧，具有約1至約扣m的中值粒度。在某些實(shí)施方案 中，在形成漿液之后，分選顆粒。
[0023] 例如，可通過噴射磨機(jī)，粉碎，精研，分離，微米化，研磨，或本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已 知的其他合適的分選或精煉方法，分選半水合硫酸巧。
[0024] 在某些實(shí)施方案中，熱壓處理漿液，在水中形成半水合硫酸巧晶須。在一個(gè)實(shí)施方 案中，熱壓處理漿液的步驟包括在約化Sig至約SOpsig的壓力和約100°C至約150°C的溫度 下，使?jié){液置于飽和蒸汽下約30分鐘至約8小時(shí)的持續(xù)時(shí)間。例如，熱壓處理漿液的步驟可 包括在約Ipsig至約30psig的壓力和約lore至約134°C的溫度下，使?jié){液置于飽和蒸汽下 約30分鐘至約8小時(shí)的持續(xù)時(shí)間。例如，運(yùn)種熱壓處理參數(shù)可應(yīng)用到小規(guī)模生產(chǎn)裝置，例如 實(shí)驗(yàn)室中。例如，熱壓處理漿液的步驟可包括在約30psig至約52psig的壓力和約134°C至約 150°C的溫度下，使?jié){液置于飽和蒸汽下約30分鐘至約8小時(shí)的持續(xù)時(shí)間。例如，運(yùn)種熱壓處 理參數(shù)可應(yīng)用到工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)裝置中。在沒有束縛于特定理論的情況下，認(rèn)為二水合硫酸 巧晶體在加熱工藝過程中溶解并在高溫下W半水合晶須形式再形成。
[0025] 然后可使半水合硫酸巧晶須脫水，即可將晶須與水分離。在某些實(shí)施方案中，使半 水合硫酸巧晶須脫水的步驟包括過濾，抽真空，離屯、或其組合。例如，可使用網(wǎng)式過濾器，使 晶須脫水。在一個(gè)實(shí)施方案中，使半水合硫酸巧晶須脫水的步驟包括過濾a半水合硫酸巧晶 須。
[0026] 然后可加熱半水合硫酸巧晶須，或者"死燒(dead burn)"，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的不可溶的硬 石膏形式。在某些實(shí)施方案中，加熱半水合硫酸巧晶須形成硬石膏硫酸巧晶須的步驟包括 在約500°C至約900°C的溫度下加熱半水合硫酸巧晶須約20分鐘至約24小時(shí)的持續(xù)時(shí)間。
[0027] 本文還提供硬石膏硫酸巧晶須的組合物。例如，可通過本文公開的方法，生產(chǎn)運(yùn)些 晶須。例如，運(yùn)些晶須可W是通過W上所述的加熱步驟形成的產(chǎn)物。
[00%]在某些實(shí)施方案中，組合物包含a-衍生的硬石膏硫酸巧晶須。本文中所使用的"a-衍生"是指由a半水合硫酸巧衍生的晶須。在某些實(shí)施方案中，組合物包含平均長(zhǎng)徑比為至 少30的硬石膏硫酸巧晶須。在某些實(shí)施方案中，組合物包含a-微粒衍生的硬石膏硫酸巧晶 須。本文中設(shè)及晶須尺寸或其他性能所使用的術(shù)語"平均"是指晶須樣品的平均尺寸或性能 測(cè)量值。
[0029] 在一個(gè)實(shí)施方案中，硬石膏硫酸巧晶須的平均長(zhǎng)徑比為至少30。本文中所使用的 術(shù)語"長(zhǎng)徑比"是指硫酸巧晶須的長(zhǎng)度對(duì)其直徑之比，或者對(duì)于晶須樣品來說，平均晶須長(zhǎng) 度對(duì)平均晶須直徑之比。在某些實(shí)施方案中，硬石膏硫酸巧晶須的平均長(zhǎng)徑比為約30至約 140。例如，硬石膏硫酸巧晶須的平均長(zhǎng)徑比可W是約40至約115。
[0030] 在某些實(shí)施方案中，硬石膏硫酸巧晶須的平均直徑為約0.3皿至約1.5皿。在一個(gè) 實(shí)施方案中，硬石膏硫酸巧晶須的平均直徑為約0.4皿至約1.4皿。在某些實(shí)施方案中，硬石 膏硫酸巧晶須的平均長(zhǎng)度為約20皿至約100皿。在一個(gè)實(shí)施方案中，硬石膏硫酸巧晶須的平 均長(zhǎng)度為約40]im至約SOiim。
[0031] 在一個(gè)實(shí)施方案中，硬石膏硫酸巧晶須的平均長(zhǎng)度為約60WI1至約75WH，平均直徑 為約1 .Owii至約1.5WI1，和平均長(zhǎng)徑比為約40至約75。
[0032] 硬石膏硫酸巧晶須可顯示出一種或多種本文描述的強(qiáng)度，硬度，或穩(wěn)定性能。在某 些實(shí)施方案中，硬石膏硫酸巧晶須的莫氏硬度為約3至約3.5。在某些實(shí)施方案中，硬石膏硫 酸巧晶須一直高到至少140(TC是熱穩(wěn)定的。本文中所使用的術(shù)語"熱穩(wěn)定"是指在給定溫度 下晶須抗分解。
[0033] 與(6-衍生的晶須相比，本文描述的a-衍生的晶須可具有改進(jìn)的硬度和光滑度性 能。本文中所使用的術(shù)語"e-衍生"是指由e硫酸巧制造的晶須。在某些實(shí)施方案中，Q-衍生 的硬石膏硫酸巧晶須的平均真實(shí)密度大于2.91g/cm 3,它通常高于0-衍生的晶須的密度。
[0034] 真實(shí)密度(也稱為骨密度或骨架密度)是材料的根本性能，它可用于推導(dǎo)材料的固 有性能，例如硬度，模量或強(qiáng)度。例如，當(dāng)諸如硬度，模量或強(qiáng)度之類的固有性能難W或者不 可能直接測(cè)量(例如在微米級(jí)晶須情況下)時(shí)，具有相同化學(xué)或原材料源的兩種材料之間的 真實(shí)密度的差別可W與運(yùn)些固有性能的差別相關(guān)。與e-衍生的晶須相比，本文描述的Q-衍 生的晶須可顯示出較高的真實(shí)密度，運(yùn)可導(dǎo)致晶須改進(jìn)的增強(qiáng)性能。
[0035] 在某些實(shí)施方案中，晶須的平均真實(shí)密度大于2.91g/cm3。例如，晶須的平均真實(shí) 密度可W是大于或等于約2.913g/cm 3。在一個(gè)實(shí)施方案中，晶須的平均真實(shí)密度可W是約 2.913g/cm3至約2.918g/cm 3。例如，晶須的平均真實(shí)密度可W是約2.92g/cm3。相反，0-衍生 的晶須可顯示出2.91g/cm 3和更低的平均真實(shí)密度。
[0036] 比表面積（例如通過化unauer-Emmett-Teller或肥T方法測(cè)量）是表征晶體，例如 晶須的表面光滑度和完美度的材料性能。高表面積(在其他性能相同的情況下)傾向于表明 晶須類材料較高的不均勻度，粗糖度，和其他較高的表面缺陷程度。與e-衍生的晶須相比， 本文描述的O-衍生的晶須可顯示出較低的比表面積，和因此增加的表面光滑度和降低的缺 陷，運(yùn)可導(dǎo)致晶須改進(jìn)的增強(qiáng)性能。
[0037] 在某些實(shí)施方案中，晶須的平均比表面積小于3.5mVg。例如，晶須的平均比表面 積可W小于或等于約3. (WVg。在一個(gè)實(shí)施方案中，晶須的平均比表面積為約2.283mVg至約 2.304m2/g。例如，晶須的平均比表面積可W是約2.3m 2/g。相反，0-衍生的晶須可顯示出 3.5mVg和更高的平均比表面積。
[0038] 在某些實(shí)施方案中，硬石膏硫酸巧晶須是a-衍生的晶須且其晶體生長(zhǎng)速度是0-衍 生的硫酸巧晶須的至少3倍。本文中所使用的術(shù)語"晶體生長(zhǎng)速度"是指由硫酸巧顆粒形成 晶須的速度。而且，通常觀察到與e-衍生的晶須相比，Q-衍生的晶須更加光滑，且具有較少 的瑕疵。運(yùn)些性能相當(dāng)于尺寸適合于增強(qiáng)或結(jié)構(gòu)應(yīng)用的更加堅(jiān)固的晶須，正如實(shí)施例中更 加詳細(xì)地描述的。
[0039] 在某些實(shí)施方案中，特別是其中微細(xì)的半水合硫酸巧用作起始材料的那些中，硬 石膏硫酸巧晶須的平均長(zhǎng)徑比為至少50。也就是說，與其他顆粒衍生的晶須相比，微粒-衍 生的晶須可具有增加的長(zhǎng)徑比。在一個(gè)實(shí)施方案中，晶須的平均長(zhǎng)徑比為約55至約140。
[0040] 在某些實(shí)施方案中，硬石膏硫酸巧晶須的平均直徑為約0.4皿至約1.0皿。在一個(gè) 實(shí)施方案中，硬石膏硫酸巧晶須的平均直徑為約0.4皿至約0.祉m。在某些實(shí)施方案中，硬石 膏硫酸巧晶須的平均長(zhǎng)度為約40WI1至約sown。在一個(gè)實(shí)施方案中，硬石膏硫酸巧晶須的平 均長(zhǎng)度為約45WI1至約55WI1。
[0041] 在一個(gè)實(shí)施方案中，微粒-衍生的硬石膏硫酸巧晶須的平均長(zhǎng)度為約45皿至約55y m，平均直徑為約0.4WI1至約0.8WI1和平均長(zhǎng)徑比為約55至約140。
[0042] 復(fù)合材料和制造方法
[0043] 在某些實(shí)施方案中，還提供包含晶須的復(fù)合材料。例如，本文描述的晶須可W是輕 質(zhì)的且具有供結(jié)構(gòu)增強(qiáng)W及熱和聲音絕緣的所需性能。例如，晶須可提供改進(jìn)的尺寸和熱 穩(wěn)定性，增加的強(qiáng)度和初度，和較高的流度(例如，用于改進(jìn)的模具鑄塑）。而且，晶須可提供 復(fù)合材料改進(jìn)的表面品質(zhì)和美學(xué)，因?yàn)樗鼈兊湫偷乇壤w維更加微細(xì)和更加光滑。
[0044] 在某些實(shí)施方案中，復(fù)合材料的制造方法包括結(jié)合a-衍生，微粒-衍生的，和/或其 他硬石膏硫酸巧晶須與基礎(chǔ)材料，形成復(fù)合材料。在某些實(shí)施方案中，復(fù)合材料包括Q-衍生 的硬石膏硫酸巧晶須和基礎(chǔ)材料。
[0045] 例如，基礎(chǔ)材料可包括復(fù)合材料，彈性體，熱固性樹脂，油漆，涂層，紙張，紙張前 體，塑料，樹脂，及其組合。一般地，可在其中目前使用常規(guī)填料，乳濁劑或增強(qiáng)添加劑，例 如，但不限于玻璃纖維，炭黑，碳酸巧，二氧化娃，滑石，高嶺±，或氨氧化侶的任何應(yīng)用中使 用曰-衍生的硬石膏硫酸巧晶須。例如，可結(jié)合Q-衍生的硬石膏硫酸巧晶須與紙張材料，塑 料，其中包括彈性體，熱塑性材料，和熱固性材料，和/或樹脂，其中包括環(huán)氧樹脂，酪樹脂， 和熱固性樹脂。在某些實(shí)施方案中，基礎(chǔ)材料是聚乙締，聚下締，聚丙締，尼龍6,尼龍66,聚 氨醋，環(huán)氧樹脂，臘類橡膠，下基橡膠，娃橡膠或PT陽。
[0046] 在一個(gè)實(shí)施方案中，結(jié)合硬石膏硫酸巧晶須和基礎(chǔ)材料的步驟包括結(jié)合硬石膏硫 酸巧晶須和基礎(chǔ)材料，使得硬石膏硫酸巧晶須W復(fù)合材料重量的約1至約50%，例如該復(fù)合 材料重量的約3至約40%，或者該復(fù)合材料重量的約4至約25%的用量存在于該復(fù)合材料 內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施方案中，復(fù)合材料包括硬石膏硫酸巧晶須重量的約3至約10%。
[0047] 在復(fù)合材料的一個(gè)實(shí)施方案中，基礎(chǔ)材料包括聚丙締，復(fù)合材料包括a-衍生的硬 石膏硫酸巧晶須重量的約2至約20%，例如a-衍生的硬石膏硫酸巧晶須重量的約4至約 10 %，和該復(fù)合材料的彈性模量為至少1 OOOMPa。
[004引實(shí)施例
[0049]制造并測(cè)試本文公開的硫酸巧晶須和復(fù)合材料的實(shí)施方案。在W下和在圖1-3中 示出了結(jié)果。
[(K)加]實(shí)施例1
[0051] 根據(jù)下述方法，使用由相同來源開采的a和0半水合顆粒，制備硫酸巧晶須。結(jié)合半 水合硫酸巧與水，形成含5wt%硫酸巧的漿液。在IOpsig的壓力和115°C的溫度下熱壓處理 該漿液2小時(shí)，形成晶須。通過網(wǎng)式過濾器，使所得晶須脫水5分鐘。在600°C的溫度下加熱脫 水的晶須3小時(shí)，形成穩(wěn)定的不可溶的硫酸巧硬石膏晶須。然后拍攝所得a和0硫酸巧硬石膏 晶須。
[0052] 圖1是通過光學(xué)顯微法拍攝的顯微圖（600x400微米），它示出了根據(jù)上述方法制備 的曰-衍生的硬石膏硫酸巧晶須。圖2是通過光學(xué)顯微法拍攝的顯微圖（600x400微米），它示 出了根據(jù)與a晶須相同的方法制備的e-衍生的硬石膏硫酸巧晶須。運(yùn)些顯微圖示出了 a相對(duì) 于0晶須的不同形貌(例如，長(zhǎng)度，直徑）。例如，a晶須比0晶須長(zhǎng)得多，且具有比0晶須大的長(zhǎng) 徑比。此外，該顯微圖掲露了 a晶須比e晶須的生長(zhǎng)速度快得多。
[0053] 具體地，已經(jīng)確定了 a硫酸巧的晶體生長(zhǎng)速度是0硫酸巧的至少3-5倍。因此，制造 相同長(zhǎng)度的晶須所需的熱壓處理時(shí)間比a硫酸巧短得多，從而降低必須的加工時(shí)間。運(yùn)是重 要的，因?yàn)閑硫酸巧晶須的低生長(zhǎng)速度導(dǎo)致高的制造成本，從而使得硫酸巧晶須的實(shí)際應(yīng)用 昂貴。在沒有束縛于特定理論的情況下，認(rèn)為由于它的"預(yù)先熱壓處理"性質(zhì)，因此在高壓蓋 環(huán)境下，a硫酸巧能更加快速地生長(zhǎng)成長(zhǎng)晶須。然而，具有與a衍生的晶須類似幾何形狀，但 使用其他起始材料制造的晶須也打算落在本發(fā)明公開內(nèi)容的范圍內(nèi)。
[0054] 實(shí)施例2
[0055] 根據(jù)實(shí)施例1的方法，制備a和e硫酸巧晶須。結(jié)合該晶須與聚丙締，形成復(fù)合材料， W及根據(jù)化ord方法，測(cè)量每一復(fù)合材料的勁度/彎曲模量，并與單獨(dú)的聚丙締的勁度/彎曲 模量相比較。在下表1中示出了結(jié)果。
[0056] 晶須與聚丙締或者預(yù)混或者側(cè)面進(jìn)料。預(yù)混是指在烙融之前，結(jié)合晶須與擠出的 聚丙締粒料，形成復(fù)合材料。側(cè)面進(jìn)料是指將晶須進(jìn)料到擠出機(jī)內(nèi)，當(dāng)聚丙締已經(jīng)烙融時(shí)。
[0化7]
[005引運(yùn)些結(jié)果表明，具有a晶須增強(qiáng)劑的聚丙締復(fù)合材料比具有相當(dāng)?shù)?晶須增強(qiáng)劑的 復(fù)合材料顯示出好得多的機(jī)械性能。在沒有束縛于特定理論的情況下，認(rèn)為預(yù)混工藝引起 晶須被未烙融的聚丙締粒料粉碎，運(yùn)可導(dǎo)致晶須減少的增強(qiáng)效果。然而，預(yù)混的a晶須表現(xiàn) 令人驚奇地好，與預(yù)混的e晶須相比，顯示出勁度增加40%，預(yù)混的0晶須顯示出可忽略不計(jì) 的勁度增加。
[0059] 圖3示出了聚丙締相對(duì)于聚丙締與4.39wt%a硫酸巧晶須的彈性模量，運(yùn)根據(jù) Flexural Qiord,Flexural Tangent和Flexural Secant方法來測(cè)量。正如所示的，在添加 a 晶須情況下，聚丙締復(fù)合材料的勁度顯著增加(最高到65% )。
[0060] 實(shí)施例3
[0061] 在前述實(shí)施例中使用的商業(yè)獲得的a硫酸巧顆粒的中值粒度為15.4皿和最大粒度 為120WI1。還制備并測(cè)試具有窄分布的比較微細(xì)的a硫酸巧顆粒。具體地，在噴射磨機(jī)中粉碎 商業(yè)獲得的a硫酸巧顆粒成3.06WI1的中值粒度和約12WI1的最大粒度。因此，與商業(yè)獲得的硫 酸巧顆粒相比，比較微細(xì)的顆粒較少且尺寸更加均勻，正如表2所示的。
[0062]
[0063] 在流體能研磨機(jī)內(nèi)，使用壓縮空氣，噴射研磨顆粒，生產(chǎn)較小的顆粒。在研磨機(jī)內(nèi) 高速旋轉(zhuǎn)對(duì)硫酸巧顆粒進(jìn)行顆粒在顆粒上的沖擊。使用激光衍射粒度分析儀(商購于日本 冊(cè)RIBA Of Kyoto的LA-950)，測(cè)量顆粒尺寸。正如表2所示的，比較微細(xì)的顆粒顯示出比商 業(yè)獲得的顆粒小10倍的最大尺寸。比較微細(xì)的顆粒也具有比平均粒度小4倍的最大粒度。
[0064] 通過實(shí)施例1的方法，使用a微粒，制備硫酸巧晶須。還使用商業(yè)獲得的a顆粒和a微 粒，制備晶須，但在漿液內(nèi)2.5wt %的較低濃度下。在漿液內(nèi)在5wt %的濃度下，審雌由使用 商業(yè)獲得的硫酸巧制造的a晶須的對(duì)比樣品。通過掃描電鏡，測(cè)量所得晶須的平均長(zhǎng)度與直 徑，并計(jì)算長(zhǎng)徑比。在表3中示出了結(jié)果。
[00 化]
[0066] 如表3所示，微粒-衍生的a晶須令人驚奇地具有比標(biāo)準(zhǔn)a晶須顯著高的長(zhǎng)徑比（幾 乎大40% )，W及略短的長(zhǎng)度和較小的直徑。低濃度的商業(yè)顆粒-衍生的晶須還顯示出比標(biāo) 準(zhǔn)晶須略高的長(zhǎng)徑比，而低濃度的微粒-衍生的晶須顯示出比所有其他樣品顯著高的長(zhǎng)徑 比。一般地，30W上的長(zhǎng)徑比對(duì)于增強(qiáng)應(yīng)用來說是所需的，其中較高的長(zhǎng)徑比提供較好的結(jié) 構(gòu)增強(qiáng)。比較微細(xì)的晶須在熱壓處理之后也傾向于不在分散體內(nèi)沉降，使得它們可避免擁 擠，所述擁擠常常導(dǎo)致局部過高的晶體濃度和因此短的晶須。然而，分選硫酸巧增加晶須制 造工藝的加工時(shí)間和成本?？傊\(yùn)些實(shí)施例示出了可制造具有應(yīng)用特異的尺寸的a硫酸巧 晶須。
[0067] 實(shí)施例4
[0068] 根據(jù)標(biāo)題為('Determination of density by volumetric displacement- Skeleton density by gas pycnomehy"的ISO 12154方法，在氣體比重瓶，Accupyc II 1340儀器(獲自Micromeri tics, NorcrosSiGA)上測(cè)定通過實(shí)施例1的方法制備的a和0-衍生 的硫酸巧晶須的真實(shí)密度。該方法使用氣體(氮?dú)?置換技術(shù)測(cè)定樣品的體積。氣體比重瓶 測(cè)量樣品的體積，但不包括在本體晶須內(nèi)的間隙和氣體接近其中的單獨(dú)晶須內(nèi)的任何開放 的孔隙。內(nèi)部（即，閉合的）孔隙包括在該體積內(nèi)，如果有的話。然后使用在高分辨率天平上 測(cè)量的樣品重量，計(jì)算晶須的密度。
[0069] 在表4中示出了樣品的真實(shí)密度值。
[0070]
[0071] 基于單獨(dú)測(cè)量(總計(jì)20次測(cè)量)的統(tǒng)計(jì)分析(t-試驗(yàn)），運(yùn)些結(jié)果證明在至少95%的 置信度區(qū)間內(nèi)，Q-衍生的晶須比e-衍生的晶須具有高的真實(shí)密度。較高的真實(shí)密度可與改 進(jìn)的固有性能，例如增加的硬度，模量和強(qiáng)度值有關(guān)。正因?yàn)槿绱?，與用e-衍生的晶須增強(qiáng) 的復(fù)合材料相比，Q-衍生的晶須增強(qiáng)的復(fù)合材料(例如，塑料或其他基體材料的復(fù)合材料） 將顯示出改進(jìn)的性能。
[0072] 實(shí)施例5
[0073] 根據(jù)標(biāo)題為('Determination of the specific surface area of solids by gas adsorption-邸T method"的ISO 9277,在表面表征分析儀T;ris1:ar II Plus 3030(獲 自MicromeritiCS, NorcroSS, GA)上測(cè)定a和0-衍生的晶須的表面積。通過加熱，同時(shí)在樣品 上抽真空或者流動(dòng)空氣除去釋放的雜質(zhì)，從而制備晶須樣品。然后用液氮冷卻所制備的樣 品，并通過測(cè)量在具體壓力下吸收的氣體體積(在運(yùn)一情況下，化)來分析?；诟鞣N壓力下 的氣體體積變化，針對(duì)每一晶須樣品計(jì)算比表面積(根據(jù)BET方法）。
[0074] 在表5中示出了樣品的邸化k表面積值。
[0075]
[0076] 運(yùn)些結(jié)果表明，a-衍生的晶須具有比0-衍生的晶須低得多的表面積，從而表明更 加完美的晶體表面。再者，與e-衍生的晶須相比，Q-衍生的晶須似乎更加完美地生長(zhǎng)且顯示 出改進(jìn)的表面特征。
[0077] 本發(fā)明公開內(nèi)容的實(shí)施方案進(jìn)一步包括下述段落中的任何一個(gè)或多個(gè)：
[0078] I.-種物質(zhì)組合物，它包含a-衍生的硬石膏硫酸巧晶須。
[0079] 2.段落1的組合物，其中該晶須的平均長(zhǎng)徑比為至少30。
[0080] 3.段落1的組合物，其中該晶須的平均長(zhǎng)徑比為約30至約140。
[0081] 4.段落1的組合物，其中該晶須的平均長(zhǎng)徑比為約40至約115。
[0082] 5.段落1-4的組合物，其中晶須的平均直徑為約0.3皿至約1.5皿。
[0083] 6.段落1-4的組合物，其中晶須的平均直徑為約0.4皿至約1.4皿。
[0084] 7.段落1 -6的組合物，其中晶須的平均長(zhǎng)度為約20WI1至約1 OOwii。
[00化]8.段落1-6的組合物，其中晶須的平均長(zhǎng)度為約40WI1至約80WI1。
[0086] 9.段落1的組合物，其中晶須的平均長(zhǎng)度為約60WI1至約75WI1，平均直徑為約1. Own 至約1.5WI1，和平均長(zhǎng)徑比為約40至約75。
[0087] 10.段落1的組合物，其中晶須包括a微粒-衍生的硬石膏硫酸巧晶須。
[0088] 11.段落10的組合物，其中晶須的平均長(zhǎng)度為約45皿至約55WI1，平均直徑為約0.化 m至約0.祉m，和平均長(zhǎng)徑比為約55至約140。
[0089] 12.段落1-11的組合物，其中晶須的莫氏硬度為約3至約3.5。
[0090] 13.段落1-12的組合物，其中晶須一直到高至少1400°C熱穩(wěn)定。
[0091] 14.段落1-13的組合物，其中晶須的平均真實(shí)密度大于2.91g/cm3。
[0092] 15.段落1-13的組合物，其中晶須的平均真實(shí)密度為約2.913g/cm3至約2.918g/ cm]。
[0093] 16.段落1-15的組合物，其中晶須的晶體生長(zhǎng)速度是(6-衍生的硫酸巧晶須的至少3 倍。
[0094] 17.段落1-16的組合物，其中晶須的平均比表面積小于3.5m^g。
[00對(duì) 18.段落1-16的組合物，其中晶須的平均比表面積為約2.283mVg至約2.304mVg。
[0096] 19. -種物質(zhì)組合物，它包含平均長(zhǎng)徑比為至少30的硬石膏硫酸巧晶須。
[0097] 20.段落19的組合物，其中晶須的平均長(zhǎng)徑比為30至約140。
[0098] 21.段落19的組合物，其中晶須的平均長(zhǎng)徑比為約40至約115。
[0099] 22.段落19-21的組合物，其中晶須的平均直徑為約0.3皿至約1.5皿。
[0100] 23.段落19-21的組合物，其中晶須的平均直徑為約0.4WI1至約1.4WI1。
[0101] 24.段落19-23的組合物，其中晶須的平均長(zhǎng)度為約20皿至約100皿。
[0102] 25.段落19-23的組合物，其中晶須的平均長(zhǎng)度為約40皿至約80皿。
[0103] 26.段落19的組合物，其中晶須的平均長(zhǎng)度為約60皿至約75WI1，平均直徑為約1.化 m至約1.5WI1，和平均長(zhǎng)徑比為約40至約75。
[0104] 27.段落19的組合物，其中晶須包括a-微粒衍生的硬石膏硫酸巧晶須。
[01化]28.段落27的組合物，其中晶須的平均長(zhǎng)度為約45皿至約55WI1，平均直徑為約0.化 m至約0.祉m，和平均長(zhǎng)徑比為約55至約140。
[0106] 29.段落19-28的組合物，其中晶須的莫氏硬度為約3至約3.5。
[0107] 30.段落19-29的組合物，其中晶須一直高到至少1400°C是熱穩(wěn)定的。
[0108] 31.段落19-30的組合物，其中晶須的平均真實(shí)密度大于2.91g/cm3。
[0109] 32.段落19-30的組合物，其中晶須的平均真實(shí)密度為約2.913g/cm3至約2.918g/ cm]。
[0110] 33.段落19-32的組合物，其中晶須的平均比表面積小于3.5m^g。
[0111] 34.段落19-32的組合物，其中晶須的平均比表面積為約2.283mVg至約2.304mVg。
[0112] 35. -種物質(zhì)組合物，它包含a-微粒衍生的硬石膏硫酸巧晶須。
[0113] 36.段落35的組合物，其中晶須的平均長(zhǎng)徑比為至少50。
[0114] 37.段落35的組合物，其中晶須的平均長(zhǎng)徑比為約55至約140。
[0115] 38.段落35-37的組合物，其中晶須的平均直徑為約0.4WI1至約1. Owii。
[0116] 39.段落35-37的組合物，其中晶須的平均直徑為約0.4WI1至約0.祉m。
[0117] 40.段落35-39的組合物，其中晶須的平均長(zhǎng)度為約40WI1至約80WI1。
[0118] 41.段落35-39的組合物，其中晶須的平均長(zhǎng)度為約45WI1至約55WI1。
[0119] 42.段落35-41的組合物，其中晶須的莫氏硬度為約3至約3.5。
[0120] 43.段落35-442的組合物，其中晶須一直高到至少1400°C是熱穩(wěn)定的。
[0121] 44.段落35-43的組合物，其中晶須的平均真實(shí)密度大于2.91g/cm3。
[0122] 45.段落35-43的組合物，其中晶須的平均真實(shí)密度為約2.913g/cm3至約2.918g/ cm]。
[0123] 46.段落35-45的組合物，其中晶須的平均比表面積小于3.5m^g。
[0124] 47.段落35-45的組合物，其中晶須的平均比表面積為約2.283mVg至約2.304mVg。
[0125] 48.段落35-47的組合物，其中該晶須的晶體生長(zhǎng)速度是(6-衍生的硫酸巧晶須的至 少3倍。
[01 %] 49. -種制造硬石膏硫酸巧晶須的方法，它包括：
[0127] 結(jié)合半水合硫酸巧和水，形成漿液；
[0128] 熱壓處理該漿液，在水中形成半水合硫酸巧晶須；
[0129] 使該半水合硫酸巧晶須脫水;和
[0130] 加熱該半水合硫酸巧晶須，形成平均長(zhǎng)徑比為至少30的穩(wěn)定硬石膏硫酸巧晶須。
[0131] 50.段落49的方法，其中硬石膏硫酸巧晶須的平均長(zhǎng)徑比為30至約140。
[0132] 51.段落49的方法，其中硬石膏硫酸巧晶須的平均長(zhǎng)徑比為約40至約115。
[0133] 52.段落49-51的方法，其中硬石膏硫酸巧晶須的平均直徑為約0.3皿至約1.5皿。
[0134] 53.段落49-51的方法，其中硬石膏硫酸巧晶須的平均直徑為約0.4WI1至約1.4WI1。 [0 1巧]54.段落49-53的方法，其中硬石膏硫酸巧晶須的平均長(zhǎng)度為約20皿至約100皿。
[0136] 55.段落49-53的方法，其中硬石膏硫酸巧晶須的平均長(zhǎng)度為約40皿至約80皿。
[0137] 56.段落49的方法，其中在加熱步驟中形成的硬石膏硫酸巧晶須的平均長(zhǎng)度為約 60WI1至約75WI1，平均直徑為約1. Owii至約1.5WI1，和平均長(zhǎng)徑比為約40至約75。
[0138] 57.段落49-56的方法，其中硬石膏硫酸巧晶須的莫氏硬度為約3至約3.5。
[0139] 58.段落49-57的方法，其中硬石膏硫酸巧晶須一直高到至少1400°C是熱穩(wěn)定的。
[0140] 59.段落49-58的方法，其中硬石膏硫酸巧晶須的平均真實(shí)密度大于2.91g/cm3。
[0141] 60.段落49-58的方法，其中硬石膏硫酸巧晶須的平均真實(shí)密度為約2.913g/cm3至 約2.918g/cm3。
[0142] 61.段落49-60的方法，其中硬石膏硫酸巧晶須的平均比表面積小于3.5m^g。
[0143] 62.段落49-60的方法，其中硬石膏硫酸巧晶須的平均比表面積為約2.283mVg至 約 2.304m^g。
[0144] 63.段落49-62的方法，其中半水合硫酸巧是a半水合硫酸巧。
[0145] 64.段落63的方法，其中a硫酸巧晶須的晶體生長(zhǎng)速度是0硫酸巧晶須的至少3倍。
[0146] 65.段落49-64的方法，其中半水合硫酸巧的中值粒度為約1皿至約20皿。
[0147] 66.段落49-64的方法，其中半水合硫酸巧的中值粒度為約1皿至約10皿。
[0148] 67.段落49-64的方法，其中半水合硫酸巧的中值粒度為約1曲1至約如m。
[0149] 68.段落67的方法，其中硬石膏硫酸巧晶須的平均長(zhǎng)徑比為至少50。
[0150] 69.段落67的方法，其中硬石膏硫酸巧的平均長(zhǎng)徑比為約55至約140。
[0151] 70.段落67-69的方法，其中硬石膏硫酸巧晶須的平均直徑為約0.4WI1至約1. Owii。
[0152] 71.段落67-69的方法，其中硬石膏硫酸巧晶須的平均直徑為約0.4WI1至約O.祉m。
[0153] 72.段落67-71的方法，其中硬石膏硫酸巧晶須的平均長(zhǎng)度為約40WI1至約80WI1。
[0154] 73.段落67-71的方法，其中硬石膏硫酸巧晶須的平均長(zhǎng)度為約45皿至約55皿。
[0155] 74.段落67的方法，其中在加熱步驟中形成的硬石膏硫酸巧晶須的平均長(zhǎng)度為約 45WI1至約55WI1，平均直徑為約0.4WI1至約O.祉m，和平均長(zhǎng)徑比為約55至約140。
[0156] 盡管參考許多實(shí)施方案描述了本發(fā)明的公開內(nèi)容，但本領(lǐng)域技術(shù)人員要理解本發(fā) 明的公開內(nèi)容不限于運(yùn)樣公開的實(shí)施方案。相反，可改性所公開的實(shí)施方案，引入本文沒有 描述的任何許多變化，改變，替代或等價(jià)的排列，但它們與本發(fā)明公開內(nèi)容的精神和范圍相 當(dāng)。另外，盡管描述了本發(fā)明的各種特征，但要理解，本發(fā)明的各方面可包括僅僅一些所描 述的特征。而且，盡管獨(dú)立地討論了實(shí)施方案的特征，但應(yīng)當(dāng)理解，可在有或無任何其他特 征或特征組合的情況下，在組合物及其制造方法中結(jié)合本文公開的任何特征。因此，本發(fā)明 不被視為受到前述說明限制，而是僅僅受到所附權(quán)利要求的范圍所限制。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種物質(zhì)組合物，它包含α-衍生的硬石膏硫酸鈣晶須。2. 權(quán)利要求1的組合物，其中該晶須的平均長(zhǎng)徑比為約30至約140。3. 權(quán)利要求1的組合物，其中該晶須的平均直徑為約0.3μπι至約1.5μπι。4. 權(quán)利要求1的組合物，其中晶須的平均長(zhǎng)度為約20μπι至約1 ΟΟμπι。 5 ·權(quán)利要求1的組合物，其中晶須的平均長(zhǎng)度為約60μπι至約75μπι，平均直徑為約1 · Ομπι 至約1.5μL?，和平均長(zhǎng)徑比為約40至約75。6.權(quán)利要求1的組合物，其中晶須包括細(xì)的α微粒-衍生的硬石膏硫酸鈣晶須。 7 ·權(quán)利要求6的組合物，其中晶須的平均長(zhǎng)度為約45μπι至約55μπι，平均直徑為約0 · 4μπι 至約0.8μπι，和平均長(zhǎng)徑比為約55至約140。8. 權(quán)利要求1的組合物，其中晶須的莫氏硬度為約3至約3.5。9. 權(quán)利要求1的組合物，其中晶須一直高到至少1400 °C是熱穩(wěn)定的。10. 權(quán)利要求1的組合物，其中晶須的平均真實(shí)密度大于2.91g/cm3。11. 權(quán)利要求1的組合物，其中晶須的平均真實(shí)密度為約2.913g/cm3至約2.918g/cm3。12. 權(quán)利要求1的組合物，其中晶須的平均比表面積為約2.283m2/g至約2.304m2/g。13. -種物質(zhì)組合物，它包括平均長(zhǎng)徑比為至少30的硬石膏硫酸鈣晶須。14. 權(quán)利要求13的組合物，其中晶須的平均直徑為約0.3μπι至約1.5μπι。15. 權(quán)利要求13的組合物，其中晶須的平均長(zhǎng)度為約20μπι至約1 ΟΟμπι。16. 權(quán)利要求13的組合物，其中晶須的平均長(zhǎng)度為約60μπι至約75μπι，平均直徑為約1.0μ m至約1.5μηι，和平均長(zhǎng)徑比為約40至約75。17. 權(quán)利要求13的組合物，其中晶須的莫氏硬度為約3至約3.5。18. 權(quán)利要求13的組合物，其中晶須一直高到至少1400 °C是熱穩(wěn)定的。19. 權(quán)利要求13的組合物，其中晶須的平均真實(shí)密度為約2.913g/cm3至約2.918g/cm3。20. 權(quán)利要求13的組合物，其中晶須的平均比表面積為約2.283m2/g至約2.304m2/g。
【文檔編號(hào)】C09C1/00GK105874013SQ201480072268
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2014年12月5日
【發(fā)明人】M·吳, J·T·菲爾茨
【申請(qǐng)人】佐治亞-太平洋石膏有限責(zé)任公司