[发明专利]一种改性油页岩半焦及其制备方法和在高分子材料中的应用

说明书

本发明公开了一种改性油页岩半焦，该改性油页岩半焦为表面接枝了对氨基苯磺酰基团的油页岩半焦。通过包括：(1)油页岩半焦与硅烷偶联剂在水介质中反应，得到硅烷偶联剂改性的油页岩半焦；(2)硅烷偶联剂改性的油页岩半焦与对氨基苯磺酰氯反应，得到所述的改性油页岩半焦。与现有油页岩半焦相比，本发明的改性油页岩半焦可显著提高高分子材料的力学性能，阻燃性，抑烟性，耐候性和绝缘性能，降低烟气毒性，是一种优良的高分子材料添加剂。

技术领域

本发明涉及一种改性油页岩半焦及其制备方法和在高分子材料中的应用。

背景技术

油页岩又称油母页岩，是一种高灰分的固体可燃有机矿产，低温干馏可获得页岩油，含油率大于3.5％，有机质含量较高，主要为腐泥质、腐殖质或混合型，其发热量一般大于4187J/g。世界油页岩资源十分丰富，其世界总储量折算成发热量仅次于煤炭而居第二位。油页岩在世界许多地区都有分布，但分布并不均匀，主要分布于美国、中国、加拿大、爱沙尼亚和巴西等国家。根据目前全球油页岩现状，若将它折算成页岩油，可以达到50多亿吨，这一数字将随着油页岩资源进一步开发、利用的加大而增大。

油页岩炼油后的废渣称作半焦，或者低温焦，或者兰炭。页岩油的炼制，会产生大量的废渣即半焦，大部分半焦被直接丢弃堆置在附近的灰渣场。堆积的半焦不但占用大量的土地，而且半焦中含有重金属、放射性元素和致癌物质等，这些物质经过雨水淋浸，分化扩散后严重污染周围生态环境、破坏土壤结构，使土地毒化、酸化和失去生产能力，严重危害人民的健康。爱沙尼亚是世界上油页岩工业比较发达的国家，废渣堆积物已经超过8×10⁹吨，结果大片森林被毁坏，地下水位下降，空气、河流、湖泊都受到严重污染，这与油页岩半焦堆积物密切相关。我国油页岩资源的开发利用已有多年的历史，仅广东茂名石油公司每年就会产生万吨的油页岩半焦或灰渣，覆盖面积达到9749亩，酸性水渗进农田，使土壤发臭，污染作物，给当地造成了严重的环境污染。随着油页岩炼油和发电规模的不断扩大，解决油页岩半焦的堆积问题显得尤为重要。

目前，油页岩半焦的综合利用研究较多，涉及多个领域。工业中用作水泥的制备原料，这个应用相对成熟，以油页岩半焦为原料制备水泥和混凝土材料不但能够降低生产成本，而且减少了半焦对环境的污染；制备外墙保温用隔热板，该材料具有多孔质轻、强度高和保温隔热性能好等优点，可以用作承重和非承重空心砌块，外墙保温材料，广泛用于高层建筑，桥梁工程等，工地临时工棚建设等；制备微晶玻璃，该是一种在玻璃相中均匀分布着大量气孔和微晶体的新型环保建筑材料，具有轻质高强、隔热、吸声、防火、耐腐蚀及可加工等优越性能，因此广泛用于建筑承重墙、热油储罐、隔音材料和石油化工生产领域；用于吸附领域，油页岩半焦具有较大的比表面积，较高的孔隙率，已被成功的应用于污水处理，地基防潮，污染土壤修复等领域；用于农业肥料领域，主要是农业用肥料、土壤改良剂等；用于塑料和橡胶领域，作为添加剂加入能够提高橡胶的拉伸强度，300％定伸应力、硬度及扯断伸长率，使产品具有更好的耐热性、耐磨性、硬度、尺寸稳定性和抗老化性。

申请人在研究本发明产品前期，调查了市场中橡塑添加剂的种类，发现半焦用于高分子材料领域，仅仅是文献报道，未见实际市售产品。在文献报道中，仅仅有几篇文献中提到或者研究了半焦在橡塑材料中添加的工艺及对复合材料性能带来的影响。

蒋鹏等人报道的《油页岩碴超细粉碎及其在天然橡胶中的应用》(非金属矿，2006)将油页岩渣超细粉碎后，按不同粒度、不同份数添加到天然橡胶中制备硫化胶，测试结果表明：平均粒径为5.16μm的油页岩碴，添加量为10份时，胶片拉伸强度达到最高，为26.3MPa，撕裂强度为37.5kN·m^-1，添加量为60份时，胶片拉伸强度为14.4MPa，撕裂强度为26.9kN·m^-1。

中国专利CN 1098117A报道了《油页岩灰聚烯烃填充剂及其制备方法》，是由油页岩灰、偶联剂、分散剂、润滑剂、树脂按一定比例在高速混合机中高速混合，再切成所需的颗粒。该发明的填充剂由于使用合适的偶联剂，从而提高了填充剂的抗冲强度、剪切强度、拉伸强度，而且制备工艺简单，填充剂易与塑料、橡胶混合。