[发明专利]一种聚合物包覆磷石膏复合母粒制备方法

说明书

本发明提供了一种聚合物包覆磷石膏复合母粒制备方法，涉及无机填料疏水改性和复合材料制备技术领域。该方法包括以下步骤：采用磷石膏废渣为原料，经梯度炉中煅烧，磨细筛分得到无水磷石膏，用氢氧化钠和无水硫酸钠对无水磷石膏进行处理得到羟基化的磷石膏，用改性剂对羟基化磷石膏进行表面改性得到改性磷石膏，改性磷石膏与乙烯基类单体及反应助剂原位悬浮聚合制得疏水型聚合物包覆磷石膏复合母粒。聚合物包覆磷石膏复合母粒能用作塑料或橡胶等高分子材料中的填料，能显著增强磷石膏与高分子基体之间的分子缠绕和界面作用，显著提升高分子复合材料的综合性能。同时本发明对磷石膏的资源化利用具有重要意义，可拓宽磷石膏的应用范围。

技术领域

本发明涉及无机填料改性及复合材料制备技术领域，具体是一种聚合物包覆磷石膏复合母粒制备方法。

背景技术

磷石膏是磷酸湿法工艺过程中产生的主要固体废渣，每生产1t磷酸就会副产约5t磷石膏渣，主要成分为CaSO₄·2H₂O，还含有未分解的磷矿、氟化物、磷酸、有机质、酸不溶物等杂质。磷石膏综合利用率低，国内磷石膏年产量7000万t，综合利用率约40%，导致磷石膏的堆存对生态环境造成了巨大的压力。露天每堆积1万t的磷石膏约占4000m²的土地，而且随时间风化后，容易造成扬尘天气，污染大气，影响人们的呼吸健康，其中可溶性的磷、氟、有机物等在雨水冲刷下浸入土壤和地下水，严重制约了中国磷化工行业的可持续化战略，因此，提升磷石膏综合利用率迫在眉睫。

磷石膏晶体形貌多以片状为主，含有少量纤维状和圆球形晶体，应用于塑料制品中能改善材料的稳定性、刚性、硬度等，因此可以替代部分轻质碳酸钙和重质碳酸钙作为塑料或橡胶等高分子材料的填料。但是，磷石膏与聚合物的界面性能差异性大，直接共混，易相互团聚，在高分子材料基体中分散不均匀，材料在受力过程中则易从基体中剥落和团聚。因此，需要对磷石膏进行预处理和表面改性。通常采用硅烷、酞酸酯等偶联剂和硬脂酸等与无机粒子表面羟基反应进行改性，但这些改性剂分子链较短，无法伸入高分子基体中，包覆层薄，对高分子材料的力学性能提升有限。

发明内容

本发明的目的在于提供聚合物包覆磷石膏复合母粒制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种聚合物包覆磷石膏复合母粒制备方法，包含以下步骤：

步骤（1）将磷石膏废渣放入梯度炉中煅烧，再磨细筛分得到无水磷石膏，用氢氧化钠和无水硫酸钠对无水磷石膏进行处理，得到羟基化磷石膏；

步骤（2）在氮气气氛下，将羟基化磷石膏、改性剂、乙醇水溶液在30-70℃条件下进行搅拌，混合得到混合液，依次进行过滤、洗涤和干燥处理，得到改性磷石膏；

步骤（3）在氮气气氛下，将改性磷石膏、去离子水、分散剂、乙烯基单体、引发剂的混合物分散30-60min，升温至50-75℃进行悬浮聚合反应，得到反应混合物，依次进行过滤、洗涤和干燥后，得到疏水的聚合物包覆磷石膏复合母粒。

作为本发明的进一步技术方案，所述磷石膏为磷酸湿法工艺过程的固体废渣。

作为本发明的进一步技术方案，所述磷石膏煅烧温度为450-800℃，煅烧时间为0.5-3h。

作为本发明的进一步技术方案，所述改性剂优选钛酸酯、硬脂酸、硬脂酸钙、油酸钠、铝酸酯、硅烷偶联剂中的一种。

作为本发明的进一步技术方案，所述羟基化磷石膏与改性剂的质量比范围为9：1至40：1。

作为本发明的进一步技术方案，所述分散剂为羟丙基甲基纤维素、甲基纤维素、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或多种。

作为本发明的进一步技术方案，所述乙烯基单体为甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸异冰片酯、丙烯酸甲酯、苯乙烯中的一种或多种。