CN101747585B - 一种煤矸石改性酚醛树脂制取热固性塑料的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种煤矸石改性酚醛树脂制取热固性塑料的方法，包括以下步骤：(1)将煤矸石原料破碎制粉；(2)将煤矸石粉用偶联剂作表面处理；(3)将经表面处理的煤矸石粉与酚醛树脂、木粉、丁腈橡胶混合热炼；(4)将热炼后的物料冷却并粉碎得到酚醛模塑粉；(5)将酚醛模塑粉用固化剂固化成型。本发明方法利用煤矸石作为填料对酚醛树脂进行改性处理，达到降低酚醛塑料成本的目的，还可改善酚醛塑料的各种机械和力学性能，同时为煤矸石的综合利用开辟了一条新路。

Description

一种煤矸石改性酚醛树脂制取热固性塑料的方法

技术领域

本发明属于三废处理及塑料制造领域，具体涉及煤矸石废物利用及热固性塑料的制造技术，更具体涉及一种煤矸石改性酚醛树脂制取热固性塑料的方法。

背景技术

煤矸石是与煤伴生的岩石，是煤炭开采、洗选加工过程中产生的固体废弃物。我国煤炭开采和洗选加工过程中产生的煤矸石约占煤炭产量的10％-20％，其利用率不到30％。大多数煤矿都堆积了大量的煤矸石，侵占良田，严重污染环境。在资源日益短缺、环境保护日益严格的形势下，如何实现煤矸石的资源化利用，是当前必须解决的问题。利用煤矸石作为主要原料，加入适当助剂，制备性能优异的化工材料，不仅可有效地处理一部分煤矸石，更因其来源丰富、价格低廉，还可给企业带来显著的经济效益。

目前塑料工业的发展势头迅猛，酚醛树脂用量巨大，但酚醛树脂的价格较高，且酚醛塑料的性能欠佳。因此，有必要选择一种填充剂来改善其性能，同时降低成本。用碳酸钙填充酚醛树脂可以提高其性能，但仍需要花费成本。煤矸石作为一种固体废弃物，目前其主要利用途径是制砖，另外也可用来发电，也有用煤矸石做复合土壤改良剂(CN1083510)和生产铝盐和硅酸盐(CN1281820)等等。利用煤矸石作为聚氯乙烯和橡胶的填料已有报道(CN1064493，CN1032018，CN1631956)，但用煤矸石改性酚醛树脂制热固性塑料国内外未见文献报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种煤矸石改性酚醛树脂制取热固性塑料的方法，达到煤矸石的废物利用和塑料生产成本的降低。

本发明提供的煤矸石改性酚醛树脂制取热固性塑料的方法包括以下步骤：

(1)将煤矸石原料破碎制粉；

(2)将煤矸石粉用偶联剂作表面处理；

(3)将经表面处理的煤矸石粉与酚醛树脂、木粉、丁腈橡胶混合热炼；

(4)  将热炼后的物料冷却并粉碎得到酚醛模塑粉；

(5)将酚醛模塑粉用固化剂固化成型。

本发明方法采用的煤矸石原料，其灰分质量百分比在60％-75％之间，固定碳含量在10％-20％之间。

本发明方法中的破碎制粉步骤包括在破碎机中破碎、烘焙干燥、冷却及在球磨机中球磨。

本发明方法的表面处理步骤中，采用的偶联剂选自KH550，B201，A172，其用量为1.5％-2.0％。

本发明方法的热炼步骤在热炼机中进行，温度为100℃-130℃，时间为30-60min。

本发明方法的热炼步骤中，煤矸石粉与酚醛树脂的用量比例为55/45。

本发明方法的热炼步骤中，采用的木粉的用量为煤矸石和酚醛树脂混合料质量的10％-16％。

本发明方法的热炼步骤中，采用的丁腈橡胶的用量为煤矸石和酚醛树脂混合料质量的6％-14％。

本发明方法的固化成型步骤中，采用的固化剂的用量为酚醛模塑料质量的2％-12％。

本发明方法的固化成型步骤中，还可采用炭黑，其用量为酚醛模塑料质量的1％-4％。

本发明的方法中，由于煤矸石经过了偶联剂的处理过程，同时煤矸石中也含有部分煤的大分子有机物，在热炼的过程中，煤的大分子会与酚醛树脂发生反应生成牢固的化学键，另外，偶联剂的处理也使煤矸石中的惰性分子(如Al2O3，SiO2等)有效地均匀分散开来，提高了煤矸石粉与树脂基体的界面结合力，从而有利于提高酚醛塑料的综合力学性能和加工性能。本发明充分利用了采煤工业产生的工业废弃物煤矸石，大大降低了制取酚醛塑料的成本，有利于环境的保护。

本发明的煤矸石改性酚醛树脂制取热固性塑料方法，具体工艺过程如下：

(1)煤矸石的破碎制粉  取灰分质最百分比在60％-75％之间，固定碳含量在10％-20％之间的煤矸石若干加入破碎机进行破碎。将破碎后的煤矸石首先放入温度控制在105℃的干燥箱中干燥3h，取出冷却后放入装有若干不同直径铁球的球磨机中球磨24h后，取出备用。

(2)煤矸石的表面处理将煤矸石浸入用100ml蒸馏水稀释的偶联剂溶液中，浸渍时间为3-4h，然后将处理的煤矸石取出放入干燥箱中在105℃条件下通风干燥10h后，冷却备用。

(3)煤矸石与酚醛树脂及其它添加物质的混合热炼  所添加的木粉在105-110℃条件下干燥2-3h，粒度在20目以下；所添加的丁腈橡胶撕成小碎片。将经过处理的煤矸石、酚醛树脂、木粉、丁腈橡胶按比例充分混合后加入热炼机，在两轮温度为100℃-130℃条件下进行热炼，热炼时间为30-60min。

(4)热炼后物料的粉碎热炼后的物料冷却后，放入粉碎机中进行粉碎，粉碎后的酚醛模塑粉放入指定容器备用。

(5)酚醛模塑粉的固化成型将酚醛模塑粉和固化剂以及炭黑按一定的质量配比充分混合后加入制作的模具中，将模具放入热压机中，控制上板温度为105℃，下板温度为70℃，模塑压力为10吨，模具终温为65℃，将粉料热压成型为各种形状的酚醛模塑料。

本发明的有益效果：

1、由于煤矸石中含有部分煤的大分子有机质，在热炼的过程中，煤的大分子会与酚醛树脂发生化学作用，从而生成比较牢固的化学键，有利于煤矸石与酚醛树脂之间的结合。

2、由于煤矸石利用偶联剂进行了处理，偶联剂是亲水性物质与疏水性物质相互结合的桥梁，从而有利于煤矸石粉在酚醛树脂中的均匀分散，从而有利于煤矸石填充酚醛树脂生成的酚醛模塑料的强度和韧性的提高。

3、由于木粉中存在大量的有机质木质纤维素，在热炼的过程中与矸石中煤的大分子以及酚醛树脂发生交联反应，从而可以较好的改善酚醛树脂的脆性。

4、丁腈橡胶为粘弹性物质，丁腈橡胶的加入能够较好的改善酚醛树脂的脆性，增加其韧性。炭黑的加入也对材料起到一定的补强作用。

5、由于煤矸石为采煤中的废弃物，将煤矸石用来改性酚醛树脂制取热固性塑料为煤矸石的综合利用开辟了一条新路，保护了环境，同时为酚醛模塑料的生产节约了成本。

附图的简单说明

图1是煤矸石改性酚醛树脂制取热固性塑料的工艺流程图。

具体实施方法

以下结合实施例和附图对本发明作更详细的描述。这些实施例和附图仅仅是对本发明最佳实施方式的描述，并不对本发明的范围有任何限制。

实施例1

将灰分为72.41％、固定碳含量为13.58％的煤矸石破碎、球磨后用偶联剂KH550水溶液进行处理，KH550的用量为煤矸石用量的1.5％。然后，通风干燥备用。

取处理后的煤矸石，按质量比55/45与酚醛树脂混合，加入煤矸石和酚醛树脂混合料质量的15％的木粉，并加入煤矸石和酚醛树脂混合料质量的14％的丁腈橡胶。将这些物质混合后加入对辊热炼机，在120℃条件下进行对辊热炼30-60min。热炼料冷却粉碎后加入3％的炭黑，并加入8％的固化剂乌洛托品，混合后放入模具，在上板温度为105℃、下板温度为70℃、模塑压力为10吨、模具终温为65℃的条件下固化成型，制得酚醛模塑板。

实施例2

将灰分为62.48％、固定碳含量为17.13％的煤矸石破碎、球磨后用偶联剂B201水溶液进行处理，其用量为煤矸石用量的2.0％。。然后，通风干燥、备用。

取处理后的煤矸石按质量比为55/45与酚醛树脂混合，加入煤矸石和酚醛树脂混合料质量的12％的木粉，并加入煤矸石和酚醛树脂混合料质量的10％的丁腈橡胶。将这些物质混合后加入捏合热炼机，在125℃条件下进行热炼30-60min。热炼料冷却粉碎后加入2％的炭黑，并加入6％的固化剂三羟甲基苯酚，混合后放入模具，在上板温度为105℃、下板温度为70℃、模塑压力为10吨、模具终温为65℃的条件下制得酚醛模塑板。

实施例3

将灰分为66.63％，固定碳含量为19.44％的煤矸石破碎球磨后用偶联剂KH550用量为煤矸石用量的1.5％的水溶液进行处理。然后，通风干燥后备用。

取处理后的煤矸石按质量比为55/45与酚醛树脂混合，加入煤矸石和酚醛树脂混合料质量的12％的木粉，并加入煤矸石和酚醛树脂混合料质量的6％的丁腈橡胶，将这些物质混合后加入对辊热炼机，在115℃条件下进行对辊热炼30-60min，热炼料冷却粉碎后加入2％的炭黑，并加入6％的固化剂乌洛托品，混合后放入模具，在上板温度为105℃、下板温度为70℃、模塑压力为10吨、模具终温为65℃的条件下固化成型，制得酚醛模塑管。

实施例4

将灰分为62.48％、固定碳含量为17.13％的煤矸石破碎、球磨后，用偶联剂B201水溶液进行处理，B201的用量为煤矸石用量的1.5％。然后，通风干燥后备用。

取处理后的煤矸石按质量比为55/45与酚醛树脂混合，加入煤矸石和酚醛树脂混合料质量的15％的木粉，并加入煤矸石和酚醛树脂混合料质量的8％的丁腈橡胶。将这些物质混合后加入捏合热炼机，在120℃条件下进行捏合热炼30-60min，热炼料冷却粉碎后加入3％的炭黑，并加入8％的固化剂乌洛托品，混合后放入模具，在上板温度为105℃、下板温度为70℃、模塑压力为10吨、模具终温为65℃的条件下固化成型，制得酚醛模塑管。

Claims (10)

1.一种煤矸石改性酚醛树脂制取热固性塑料的方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)将煤矸石原料破碎制粉；

(2)将煤矸石粉用偶联剂作表面处理；

(3)将经表面处理的煤矸石粉与酚醛树脂、木粉、丁腈橡胶混合热炼，温度为100℃-130℃，时间为30-60min；

(4)将热炼后的物料冷却并粉碎得到酚醛模塑粉；

(5)将酚醛模塑粉用固化剂固化成型。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述煤矸石原料的灰分质量百分比在60％-75％之间，固定碳含量在10％-20％之间。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述破碎制粉包括在破碎机中破碎、烘焙干燥、冷却及在球磨机中球磨。

4.如权利要求1所述的方法，其中所述偶联剂选自KH550，B201，A172，其用量为1.5％-2.0％。

5.如权利要求1所述的方法，其中所述热炼在热炼机中进行。

6.如权利要求1所述的方法，其中所述煤矸石粉与酚醛树脂的用量比例为55/45。

7.如权利要求1所述的方法，其中所述木粉的用量为煤矸石和酚醛树脂混合料质量的10％-16％。

8.如权利要求1所述的方法，其中所述丁腈橡胶的用量为煤矸石和酚醛树脂混合料质量的6％-14％。

9.如权利要求1所述的方法，其中所述固化成型中固化剂的用量为酚醛模塑料质量的2％-12％。

10.如权利要求9所述的方法，其中所述固化成型中还采用炭黑，其用量为酚醛模塑料质量的1％-4％。

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