不同形貌碳酸钙晶体的制备及其对陶瓷性能的影响研究

发布时间：2017-10-07 05:23

  本文关键词：不同形貌碳酸钙晶体的制备及其对陶瓷性能的影响研究

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【摘要】：碳酸钙是一种应用广泛的工业和日常生活产品。晶型、形貌、尺寸和取向的不同将导致碳酸钙的物理化学性质发生改变,不同行业需要不同形貌和性能的碳酸钙。本论文通过化学控制法,改变碳酸钙的结晶条件和利用添加剂制备出多种形貌的碳酸钙,并研究了所制备的不同形貌的碳酸钙对陶瓷烧成温度和物理性能的影响。具体研究内容如下:(1)采用快速沉淀法,将CaCl2水溶液快速倒入添加有阳离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)的Na2CO3水溶液中,以SDS胶束为软模板合成出中空球状碳酸钙。通过改变SDS的浓度研究了中空球状碳酸钙的合成机理,结果表明只有当SDS的浓度超过其临界胶束浓度CMC时,SDS才能诱导出中空球状碳酸钙。改变SDS溶液的pH能够影响SDS胶束的大小,当溶液pH增加时能够诱导出尺寸更大的中空球状碳酸钙。而在溶液中添加非离子型聚合物聚乙烯醇(PVA)时,PVA与SDS之间由于存在相互作用,能形成类电解质胶束导致SDS胶束尺寸变小,从而制备出小尺寸的中空球状碳酸钙颗粒。此外实验结果表明温度会影响SDS胶束的形成,因此制备中空球状碳酸钙需要合适的温度。(2)采用快速沉淀法,将CaCl2溶液快速倒入添加有非离子型聚合物聚乙烯醇(PVA)的(NH4)2CO3溶液中在常温下搅拌9天后制备出分散性好的针状碳酸钙。通过改变搅拌时间与添加剂PVA的浓度,研究了针状碳酸钙形成的过程。结果表明PVA在常温下即能够诱导针状文石并且阻止文石向稳定性的方解石转化。(3)在乙醇/水混合溶剂中以CaCl2和Na2CO3为原料,PVA和SDS作为添加剂首次合成出高度有序的纳米片层自组装的棒状球霰石。这种纳米片状颗粒定向聚集生长的过程可以用Oriented Attachment定向附着生长机理来解释。实验中发现SDS的浓度和PVA的浓度对棒状球霰石的棒长度和三维结构有显著影响。(4)首次探讨了不同形貌的碳酸钙作为烧成添加剂对陶瓷性能的影响。实验结果表明在陶瓷坯料中添加中空球状、针状或者片层棒状碳酸钙后都可以在一定程度上降低陶瓷的烧成温度,但是不同形貌碳酸钙对陶瓷的物理性能影响并不一致,其中添加了中空球状碳酸钙的陶瓷不仅烧成温度降低而且抗折强度增强程度最大。
【关键词】：碳酸钙 形貌 表面活性剂 聚合物 陶瓷
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ174.1
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-24
• 1.1 引言11
• 1.2 碳酸钙的存在形式11-13
• 1.2.1 方解石12
• 1.2.2 文石12-13
• 1.2.3 球霰石13
• 1.3 碳酸钙的制备方法13-15
• 1.3.1 可溶性钙盐与碳酸盐反应法13-14
• 1.3.2 碳酸氢钙水热分解法14
• 1.3.3 尿素水解法14
• 1.3.4 气体扩散法14
• 1.3.5 Kitano法14-15
• 1.3.6 超重力反应结晶法15
• 1.4 软模板制备碳酸钙晶体15-21
• 1.4.1 小分子作为可溶性模板16-17
• 1.4.2 天然生物大分子作为可溶性模板17-18
• 1.4.3 表面活性剂胶束作为可溶性模板18-20
• 1.4.4 聚合物作为可溶性模板20-21
• 1.5 碳酸钙的工业应用21-22
• 1.5.1 造纸工业21
• 1.5.2 塑料工业21-22
• 1.5.3 涂料工业22
• 1.5.4 橡胶工业22
• 1.6 本论文的研究内容和意义22-24
• 1.6.1 研究内容22-23
• 1.6.2 研究意义23-24
• 第二章 中空球状方解石晶体的制备及表征24-38
• 2.1 引言24
• 2.2 实验部分24-26
• 2.2.1 仪器与试剂24-25
• 2.2.2 中空球状碳酸钙晶体的生长25-26
• 2.2.3 样品的表征26
• 2.3 结果与讨论26-36
• 2.3.1 中空球状碳酸钙的表征26-28
• 2.3.2 SDS的浓度对中空球状碳酸钙的影响28-31
• 2.3.3 pH值对中空球状碳酸钙结晶的影响31-34
• 2.3.4 PVA-SDS混合胶束对中空球状碳酸钙结晶的影响34-35
• 2.3.5 温度对中空球状碳酸钙结晶的影响35-36
• 2.4 本章小结36-38
• 第三章 针状碳酸钙晶体的制备及表征38-49
• 3.1 引言38
• 3.2 实验部分38-40
• 3.2.1 仪器与试剂38-39
• 3.2.2 针状状碳酸钙的制备39
• 3.2.3 样品的表征39-40
• 3.3 结果与讨论40-48
• 3.3.1 针状碳酸钙的表征40-41
• 3.3.2 反应搅拌时间对针状碳酸钙的影响41-43
• 3.3.3 PVA对针状碳酸钙的影响43-47
• 3.3.4 机理分析47-48
• 3.4 本章小结48-49
• 第四章 片层棒状球霰石晶体的制备及表征49-61
• 4.1 引言49-50
• 4.2 实验部分50-51
• 4.2.1 仪器与试剂50
• 4.2.2 棒状碳酸钙的制备50-51
• 4.2.3 样品的表征51
• 4.3 结果与讨论51-60
• 4.3.1 片层棒状碳酸钙的表征51-53
• 4.3.2 溶剂中乙醇含量对片层棒状碳酸钙的影响53-55
• 4.3.3 表面活性剂浓度对片层棒状碳酸钙的影响55-58
• 4.3.4 聚合物浓度对片层棒状碳酸钙的影响58-60
• 4.3.5 片层棒状碳酸钙形成的机理分析60
• 4.4 结论60-61
• 第五章 不同形貌碳酸钙对陶瓷性能的影响61-74
• 5.1 引言61-62
• 5.2 实验部分62-65
• 5.2.1 仪器与试剂62
• 5.2.2 烧成添加剂碳酸钙的制备62-63
• 5.2.3 陶瓷样品的工艺制备63
• 5.2.4 样品的表征63-65
• 5.3 结果与讨论65-72
• 5.3.1 陶瓷坯料成分分析65-67
• 5.3.2 不同形貌的碳酸钙掺入后对烧结试样性能的影响67-69
• 5.3.3 不同形貌的碳酸钙掺入后对体系中晶体的影响69-72
• 5.4 本章小结72-74
• 结论与展望74-75
• 参考文献75-85
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果85-86
• 致谢86-87
• 附件87

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本文编号：987162