CN103012930A - 大宗固体废弃物高填充低比重复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种大宗固体废弃物高填充低比重复合材料。所述复合材料由以下重量百分数计的原料组成：大宗固体废弃物超细粉体（已经表面改性剂处理）50-85%、环境友好型聚合物14-48%、热稳定剂0.4-0.6%、发泡剂0.2-0.8%、干燥剂0.2-0.8%。所述复合材料的制备方法是将大宗固体废弃物粉体和表面处理剂于高速搅拌机内进行表面改性处理；再将经改性处理好的固体废弃物粉体、环境友好型聚合物于密炼机内熔融共混，挤出造粒；最后将该粒料、干燥剂和发泡剂熔融共混，发泡成型即可。在获得的复合材料中，固体废弃物占50-85%，比重0.35-0.85g/cm³，实现废弃物高填充低比重。该复合材料可广泛用于水果、蛋品、礼品等包装的防碎、减震等领域。

Description

大宗固体废弃物高填充低比重复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及发泡复合材料技术领域，也涉及到固体废弃物高值化回收利用领域，具体地说是涉及大宗固体废弃物高填充低比重复合材料及其制备方法。

    背景技术

大宗固体废弃物是指年产生量在1,000万吨以上、对环境和安全影响较大的固体废弃物，主要包括：尾矿、煤矸石、粉煤灰、冶炼渣、工业副产石膏、赤泥、电石渣和稻麦秸秆等。“十二五”期间”，随着我国工业化和城镇化进程加快，对电力、煤炭等资源的需求越来越大，大宗固体废物的产生量将逐年增加。目前，大宗固体废弃物污染（堆放压力和释放出的一些有毒元素对水源、大气污染）已成为一个新的主要污染源。如何实现这些废弃物的资源化、高值化是确保社会健康、可持续发展的有力保障。

无论从设备还是粉体改性方面国内外都已开展了大量研究工作，目前已能实现一些无机粉体尤其是碳酸钙粉体在聚合物中的高填充（CN 102085736 A， CN 1597763A， CN 102585486 A）并能保持聚合物良好的性能。如发明专利CN 101845172 A中提到在聚丙烯中填充60%的碳酸钙粉体，仍能保持塑料原有优异性能（断裂伸长率223%，拉伸强度22.53MPa等）。另外，也有少量涉及大宗固体废弃物高填充的专利报道，如专利CN 102372880提到一种粉煤灰高填充聚氯乙烯塑料地板。组成配方中主要包括聚氯乙烯树脂100-120份，粉煤灰400-500份，二甲基二巯基乙酸异辛酯锡8-10份，邻苯二甲酸二辛酯25-30份，硅烷偶联剂4-5份。该地板耐磨性和尺寸稳定性好，达到国家塑料地板标准。

通常，大宗固体废弃物较纯高分子材料有更大的比重，其高填充常会导致复合体系具有较高分子基体更大的比重，而且其比重随着填充量的增多而单调增大，而重量的增加直接导致使用过程中能耗特别是电能的增大，因此，如何解决大宗固体废弃物高填充的同时保持体系较低的重量成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的正是基于上述不足，在拓展大宗固体废弃物资源化利用的同时确保较低的比重而提供的一种大宗固体废弃物高填充低比重复合材料及其制备方法。所得复合材料可广泛用于水果、蛋品、礼品等包装的防碎、减震等领域。

采用的技术方案是：

    一种大宗固体废弃物高填充低比重复合材料及其制备方法。其组成及各组成的重量百分比如下：

    大宗固体废弃物超细粉体（已经表面改性剂处理） 50-85份

环境友好型聚合物                                 14-48份

热稳定剂                                          0.4-0.6份

发泡剂                                            0.2-0.8份

干燥剂                                            0.2-0.8份

所得复合材料的比重为0.35-0.85 g/cm³。

上述的大宗固体废弃物超细粉体为尾矿、煤矸石、粉煤灰、冶炼渣、工业副产石膏、赤泥、脱硫石膏和稻麦秸秆中的一种，其粉体粒径为1000-4000目。

上述的大宗固体废弃物超细粉体在填充到聚合物之前需要经过表面处理，处理剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂中的一种。偶联剂用量为超细粉体重量的0.5-1%。

上述的硅烷偶联剂为KH550、KH560、KH570、KH792、DL602、DL171等中的一种；钛酸酯偶联剂为TMC-101、TMC-102、TMC-105、TMC-201、TMC-311、TMC-311w、TMC-TTS、TMC-114、TMC-2、TMC-27中的一种；铝酸酯偶联剂为SG-Al821、DL-411、DL-411AF、DL-411D、DL-411DF中的一种。

上述的环境友好型聚合物为聚乙烯类如高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯中的一种；或芳香族聚酯类如聚对苯二甲酸丙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯中的一种。

上述的热稳定剂为亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯、四（2,4-二-叔丁基苯）4,4’亚联苯基-二亚磷酸酯、2,6-二叔丁基对甲酚、2-叔丁基-4,6-二甲基苯酚、3,3,3,5,5,5－六叔丁基－a,a,a－(1,3,5－三甲基苯－2,4,6－三基)三－p－甲酚等一种。

上述的发泡剂为化学类发泡剂，包括偶氮类化合物、N-亚硝基化合物、磺酰肼类、唑类化合物中一种。

上述的偶氮类化合物为偶氮二甲酰胺、偶氮二异丁腈、二偶氮氨基苯中的一种；N-亚硝基化合物为N,N′-二甲基-N,N′-二亚硝基对苯二甲酰胺、N,N′-二亚硝基五次甲基四胺中的一种；磺酰肼类化合物为对甲苯磺酰肼、3,3′-二磺酰肼二苯砜、1,3-苯二磺酰肼、4,4′-氧代双苯磺酰肼中一种；唑类化合物为5-苯基四唑。

上述的干燥剂为无水氯化钙、硅胶等中的一种。

大宗固体废弃物高填充低比重复合材料的制备方法包括以下步骤：

（1）将一定量已干燥的大宗固体废弃物超细粉体加入高速搅拌机，于40-100 ^oC边搅拌边加入表面处理剂，处理时间30-120 min；

（2）按一定比例称取已表面处理的大宗固体废弃物超细粉体和已烘干的环境友好型聚合物，于150-250 ^oC在密炼机内熔融共混10-30 min；

（3）将（2）所得熔融共混体系挤出造粒；

（4）按比例称取（3）所得粒料、干燥剂和发泡剂，经粗混、熔融挤出、发泡成型得大宗固体废弃物高填充低比重复合材料。

本发明制备的大宗固体废弃物高填充低比重复合材料，着眼于大宗固体废弃物对环境带来的堆放压力和由此引起的水污染和空气污染，提高这些废弃物的附加值。并采用化学发泡技术，实现废弃物高填充低比重，所得复合材料可广泛用于水果、蛋品、礼品等包装的防碎、减震等领域。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进行具体描述，需要指出的是以下实施例仅用于对本发明作进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述本发明内容对本发明做出一些非本质的改进和调整。

实施例一

大宗固体废弃物高填充低比重复合材料，其制备方法包括以下步骤：

（1）将100份已干燥的大小为1000目超细粉煤灰加入高速搅拌机，于40 ^oC边搅拌边加入0.5份KH550，处理时间120 min即可得表面改性粉煤灰，包好备用；

（2）称取上述表面改性好的粉煤灰50份，高密度聚乙烯48份，于140^oC在密炼机内熔融共混30 min得高密度聚乙烯-粉煤灰共混物；

（3）将（2）所得熔融共混体系经双螺杆挤出造粒，各区温度为：进料段175 ^oC、塑化段180 ^oC、均化段177 ^oC、机头175 ^oC，主机转速为15 rpm/min；

（4）在（3）所得粒料中，加入0.4份热稳定剂2,6-二叔丁基对甲酚、0.8份干燥剂无水氯化钙和0.8份发泡剂N,N′-二亚硝基五次甲基四胺，经粗混、熔融挤出、发泡成型得成品。测试结果：拉伸强度为20.55 MPa，断裂伸长率为350.8%，比重为0.35 g/cm³。

实施例二

大宗固体废弃物高填充低比重复合材料，其制备方法包括以下步骤：

（1）将100份已干燥的大小为4000目超细粉煤灰加入高速搅拌机，于80 ^oC边搅拌边加入0.5份KH560，处理时间60 min即可得表面改性粉煤灰，包好备用；

  （2）称取上述表面改性好的粉煤灰85份，高密度聚乙烯14份，于150^oC在密炼机内熔融共混30 min得高密度聚乙烯-粉煤灰共混物；

（3）将（2）所得熔融共混体系经双螺杆挤出造粒，各区温度为：进料段175 ^oC、塑化段180 ^oC、均化段177 ^oC、机头175 ^oC，主机转速为20 rpm/min；

（4）在（3）所得粒料中，加入0.6份热稳定剂2,6-二叔丁基对甲酚、0.2份干燥剂无水氯化钙和0.2份发泡剂N,N′-二亚硝基五次甲基四胺，经粗混、熔融挤出、发泡成型得成品。测试结果：拉伸强度为15.40 MPa，断裂伸长率为198.4%，比重为0.85 g/cm³。

实施例三

大宗固体废弃物高填充低比重复合材料，其制备方法包括以下步骤：

（1）将100份已干燥的大小为2000目超细煤矸石粉加入高速搅拌机，于100 ^oC边搅拌边加入1份KH792，处理时间30 min即可得表面改性煤矸石粉，包好备用；

（2）称取上述已处理好的煤矸石粉65份，聚对苯二甲酸丙二醇酯33份，0.2份热稳定剂2-叔丁基-4,6-二甲基苯酚，于250 ^oC在密炼机内熔融共混10 min得聚对苯二甲酸丙二醇酯-煤矸石共混物；

（3）将（2）所得熔融共混体系经双螺杆挤出造粒，各区温度为：进料段255 ^oC、塑化段260 ^oC、均化段258 ^oC、机头255 ^oC，主机转速为15 rpm/min；

（4）在（3）所得粒料中，加入0.2份热稳定剂2-叔丁基-4,6-二甲基苯酚、0.8份干燥剂硅胶和0.8份发泡剂5-苯基四唑，经粗混、熔融挤出、发泡成型得成品。

测试结果：拉伸强度为35.33 MPa，断裂伸长率85.4%，比重为0.80 g/cm³。

以上实例表明，通过化学发泡工艺，在实现大宗固体废弃物高填充的同时，复合材料具有较低的比重且保持了基体优良的性能，可广泛适用于水果、蛋品、礼品等包装的防碎、减震等领域。

Claims (10)

1.   大宗固体废弃物高填充低比重复合材料，其特征在于，其组成及各组成的重量百分比如下：

    大宗固体废弃物超细粉体（已经表面改性剂处理） 50-85份

环境友好型聚合物                                 14-48份

热稳定剂                                          0.4-0.6份

发泡剂                                            0.2-0.8份

干燥剂                                            0.2-0.8份

所得复合材料的比重为0.35-0.85 g/cm³。

2.根据权利要求1所述的大宗固体废弃物高填充低比重复合材料，其特征在于所述的大宗固体废弃物超细粉体为尾矿、煤矸石、粉煤灰、冶炼渣、工业副产石膏、赤泥、脱硫石膏和稻麦秸秆等中的一种，其粉体粒径为1000-4000目。

3.根据权利要求1所述的大宗固体废弃物高填充低比重复合材料，其特征在于所述的大宗固体废弃物超细粉体在填充到聚合物之前需要经过表面处理，处理剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂中的一种，偶联剂用量为超细粉体重量的0.5-1%。

4.根据权利要求3所述的大宗固体废弃物高填充低比重复合材料，其特征在于所述的硅烷偶联剂为KH550、KH560、KH570、KH792、DL602、DL171等中的一种；钛酸酯偶联剂为TMC-101、TMC-102、TMC-105、TMC-201、TMC-311、TMC-311w、TMC-TTS、TMC-114、TMC-2、TMC-27中的一种；铝酸酯偶联剂为SG-Al821、DL-411、DL-411AF、DL-411D、DL-411DF中的一种。

5.根据权利要求1所述的大宗固体废弃物高填充低比重复合材料，其特征在于所述的聚合物为聚乙烯类如高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯中的一种；或芳香族聚酯类如聚对苯二甲酸丙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯中的一种。

6.根据权利要求1所述的大宗固体废弃物高填充低比重复合材料，其特征在于所述的热稳定剂为亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯、四（2,4-二-叔丁基苯）4,4’亚联苯基-二亚磷酸酯、2,6-二叔丁基对甲酚、2-叔丁基-4,6-二甲基苯酚、3,3,3,5,5,5－六叔丁基－a,a,a－(1,3,5－三甲基苯－2,4,6－三基)三－p－甲酚等一种。

7.根据权利要求1所述的大宗固体废弃物高填充低比重复合材料，其特征在于所述的发泡剂为化学类发泡剂，包括偶氮类化合物、N-亚硝基化合物、磺酰肼类、唑类化合物中一种。

8.根据权利要求7所述的大宗固体废弃物高填充低比重复合材料，其特征在于所述的偶氮类化合物为偶氮二甲酰胺、偶氮二异丁腈、二偶氮氨基苯中的一种；N-亚硝基化合物为N,N′-二甲基-N,N′-二亚硝基对苯二甲酰胺、N,N′-二亚硝基五次甲基四胺中的一种；磺酰肼类化合物为对甲苯磺酰肼、3,3′-二磺酰肼二苯砜、1,3-苯二磺酰肼、4,4′-氧代双苯磺酰肼中一种；唑类化合物为5-苯基四唑。

9.根据权利要求1所述的大宗固体废弃物高填充低比重复合材料，其特征在于所述的干燥剂为无水氯化钙、硅胶中的一种或其混合物。

10.大宗固体废弃物高填充低比重复合材料制备方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）将一定量已干燥的大宗固体废弃物超细粉体加入高速搅拌机，于40-100 ^oC边搅拌边加入表面处理剂，处理时间30-120 min；

（2）按一定比例称取已表面处理的大宗固体废弃物超细粉体和已烘干的聚合物，于150-250 ^oC在密炼机内熔融共混10-30 min；

（3）将（2）所得熔融共混体系挤出造粒；

（4）按比例称取（3）所得粒料、干燥剂和发泡剂，经粗混、熔融挤出、发泡成型得大宗固体废弃物高填充低比重复合材料。