[发明专利]一种添加大宗工业固废制备轻质通用塑料复合材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种添加粉煤灰、工业石膏等大宗工业固废制备轻质通用塑料复合材料的方法,属于化工材料制备技术领域。

背景技术

通用塑料是聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯和ABS的统称。通用塑料的产量和用量占全部塑料的80％以上，是产量大、用途广、成型性能好、价格较低廉的常用塑料。通过发泡处理可使通用塑料密度降低而成为轻质材料，具有减震、隔热、隔音、比强度高、绝缘及防腐等特点，在工业、农业、交通运输、军工及航天工业得到广泛应用，节能降耗效果显著。

近年来，我国国民经济一直持续高速发展，但同时也产生了大量工业固废，如粉煤灰、脱硫石膏、磷石膏、冶金矿渣、尾矿、废弃碳酸钙石粉等。目前我国每年排放的上述大宗工业固废总量已高达数十亿吨，且呈逐年递增趋势，这些工业固废占用大量土地且污染环境，急待通过技术进步寻求出路。

将上述大宗工业固废添加到各种通用塑料中，制成高性能复合材料是变废为宝的有效途径。但是，工业固废的共同特点是密度高，例如，粉煤灰的密度为2.6g/cm³，铁矿尾矿密度约为3.0g/cm³。以这些固废为添加物制成的通用塑料复合材料密度显著加大，限制了其应用范围，从而也限制了工业固废的大规模利用。对添加固废的通用塑料复合材进行发泡处理，使其在保证力学性能的同时实现轻量化，对推动工业固废的规模化高值利用具有重要意义。

在添加粉煤灰、工业石膏等大宗工业固废制备轻质通用塑料复合材料方面，国内相关研究工作不多。例如，中国专利文献“一种矿渣聚苯乙烯复合轻质夹芯板”(公开号CN 101638925 A)；“粉煤灰泡沫塑料颗粒保温防水材料及制作方法”(公开号CN 102344268A)及实用新型专利“泡沫粉煤灰聚苯乙烯复合保温板”(专利号98202236.0)等。

纵观前人的工作可知，在添加粉煤灰、工业石膏等大宗工业固废制备轻质通用塑料复合材料方面尚处于起步阶段，主要工作侧重于将泡沫塑料(主要是聚苯乙烯泡沫塑料)与添加物机械混合制备保温板或夹芯板，且复合材料力学性能欠佳甚至无公开检测数据。

总之，利用粉煤灰、工业石膏等大宗工业固废制备轻质通用塑料复合材料方面尚需进一步开展工作，在保证复合材料具有足够力学性能条件下，尽可能提高粉煤灰、工业石膏等大宗工业固废的添加量，为扩大通用塑料应用范围和大宗工业固废的规模化高值利用开辟新途径。

发明内容

本发明的主要目的是寻求一种利用粉煤灰、工业石膏等大宗工业固废制备轻质通用塑料复合材料的方法，将粉煤灰、工业石膏或尾矿、冶金矿渣、废弃碳酸钙石粉等大宗工业固废作为填充物加入到通用塑料中，经发泡处理制成相应的复合材料，促进粉煤灰、工业石膏等大宗工业固废的规模化高值利用，同时扩大通用塑料适用领域。

本发明采用的技术方案如下:

一种添加大宗工业固废制备轻质通用塑料复合材料的方法，其特征在于该方法按如下步骤进行：

1)对添加物进行预处理和表面改性：

a.将大宗工业固废在200-800℃预焙烧0.5-5小时，除去吸附水、结晶水或有机杂质，冷却后经粉碎得到粒度小于100目的添加物粉体；

b.将添加物粉体与复合改性剂按重量比100:0.5～10混合，获得改性处理后的添加物粉体；所述的复合改性剂采用偶联剂；

2)预混合处理：

将改性处理后的添加物粉体与通用塑料、发泡剂、复合增塑剂、热稳定剂、抗氧剂和润滑剂在混合机中进行混合，其中各组份重量份数如下:

3)混炼造粒与注塑成形

将经步骤2)中处理的预混合物料在塑料造粒机上进行混炼与造粒，控制温度为150-280℃，即制得轻质通用塑料复合材料的母粒，然后注塑发泡成形；或采用注塑机直接注塑发泡成形。

上述技术方案中，所述的大宗工业固废为粉煤灰、磷石膏、脱硫石膏、氟石膏、各种尾矿、冶金矿渣和废弃碳酸钙石粉的任一种或几种的组合。所述的通用塑料为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯和丙烯腈－丁二烯－苯乙烯共聚物中的任一种。

所述的偶联剂为硅烷类偶联剂、钛酸酯偶联剂和锆类偶联剂中的一种或几种的组合；偶联剂优选由偶氮二甲酰胺、氧化锌和碳酸氢钠组成，其重量比为1:0.01-0.5:0.01-5。

本发明所述的复合发泡剂由偶氮二甲酰胺、氧化锌和碳酸氢钠组成，其重量比为1:0.01-0.5:0.01-5。