CN104312035A - 一种含粉煤灰的聚氯乙烯塑料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种含粉煤灰的塑料及制备方法。本发明的含粉煤灰的塑料是由聚氯乙烯塑料、粉煤灰和塑料添加剂组成，其中，聚氯乙烯塑料和粉煤灰的重量比为100∶70-150。本发明使用粉煤灰替代聚氯乙烯塑料中的高岭土、滑石粉、碳酸钙等填料用于聚氯乙烯塑料的制备。经试验证明，添加粉煤灰后提高了聚氯乙烯塑料韧性、断裂伸长率和拉伸强度，体积电阻，而且粉煤灰比其它填料价格低的多，有很大的市场优势，实现了资源的变废为宝，资源再利用。

Description

一种含粉煤灰的聚氯乙烯塑料及其制备方法
技术领域
本发明涉及材料工程领域，特别涉及一种提高强度和韧性的含粉煤灰的聚氯乙烯塑料及其制备方法。 
背景技术
粉煤灰是火力发电厂煤粉锅炉排出的一种工业废渣，是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的粉末，其是电厂排出的主要固体废物。中国以煤为主要能源，电力的76％是由煤炭产生的，每年用煤4亿多吨，占全国原煤产量的1/3，因此，粉煤灰是我国当前排量较大的工业废渣之一。2005年粉煤灰排量达到1.6吨，成为世界最大的排废国，若大量的粉煤灰不加处理，就会产生扬尘，污染大气，对人体和生物造成危害，并占用大量的土地，因此如何回收利用粉煤灰已成为当前的研究热点。 
经检测，如表1所示，粉煤灰的主要成分是硅、铝、铁、钙、镁、钠的氧化物，具有潜在的化学活性。由于粉煤灰是微细粒，细度达到3500目、最大颗粒为6μm，且在高温过程中形成玻璃珠，因此粉煤灰颗粒多成球形，再经过破碎分级，经扫描电镜分析结果显示粉煤灰为硅酸盐片状结构，较规则状，有极高的活性和吸附性，与高分子有很好的相容性，具备了高岭土的特性。片状结构的性质具备了应用于高分子材料的条件。 
表1粉煤灰的化学组成 
化学成分 含量(重量百分比)
灼减 2.44
三氧化二铝 36.11
二氧化硅 47.69
三氧化二铁 5.60
氧化钙 4.90
氧化镁 0.85
 
氧化钾 0.41
氧化钠 0.01
二氧化钛 1.51
发明内容
本发明提供一种含粉煤灰的聚氯乙烯塑料及其制备方法，旨在解决聚氯乙烯塑料强度韧度差的问题。 
本发明提供一种含粉煤灰的聚氯乙烯(PVC)塑料，其其主要由以下组分制备而成，包括100重量份的聚氯乙烯塑料和70-150重量份的粉煤灰。 
本发明中，作为优选，所述的塑料主要由以下组分制备而成，包括100重量份的聚氯乙烯塑料和150重量份的粉煤灰。 
本发明中含粉煤灰的PVC塑料还包括18.5-26.6重量份的塑料添加剂。其中，塑料添加剂选自热稳定剂、增塑剂、润滑剂、偶联剂中的一种或两种以上任意比例的混合物。其中热稳定剂：防止塑料老化、胶烧；增塑剂：起增塑塑化的作用；偶联剂：铝酸脂为塑料的粘接剂，能提高塑料和其它材料的粘接力，润滑剂包括PE蜡、硬脂酸、石蜡。其中，PE蜡为加工助剂、内润活剂；硬脂酸:作为润滑剂和热稳剂；石蜡是外润活剂。 
作为优选，所述的塑料添加剂是由2-4重量份硬脂酸钙、8-10重量份DOP增塑剂、5-7重量份PE蜡、0.55-0.6重量份硬脂酸、2-4重量份石蜡、0.95-1.0重量份铝酸酯组成。 
本发明还包括一种制备所述的含粉煤灰塑料母料的方法，包括如下步骤： 
步骤A：将所述聚氯乙烯塑料、所述粉煤灰和所述塑料添加剂混合，得到一次混合的产物； 
步骤B：将所述将步骤A中得到的一次混合产物经过热挤出造粒，得到最终产物。 
作为优选，制备所述的含粉煤灰塑料母料的方法，包括如下步骤： 
步骤A：将所述聚氯乙烯塑料和1-90％的所述粉煤灰混合，再与剩余粉煤灰和所述塑料添加剂混合，得到一次混合的产物； 
步骤B：将所述一次混合的产物经过双螺杆挤出造粒，得到最终的产物； 
更优选的，步骤A中加入90％所述粉煤灰。 
优选的，制备所述的含粉煤灰塑料母料的方法步骤B为将步骤A得到所述一次混合产物经过双螺杆二次挤出，得到最终母料的产物。 
其中，步骤A中的混炼温度为75-85℃，步骤B中的挤出塑炼温度为145-165℃。 
本发明为粉煤灰的回收利用提供了一个新方向：替代PVC塑料中的碳酸钙、高岭土、滑石粉填料，用于PVC塑料母料的制备。与传统技术中填料制成的塑料母料相比，本发明的PVC塑料母料具有以下优势：1、增韧、增强优异，拉伸强度和断裂伸长率、体积电阻提高；2、资源优势：粉煤灰属资源废物综合利用，节省资源；3、价格优势：其它填料材料3500-5200元/吨，粉煤灰综合加工后500-650元/吨，大幅度降低PVC塑料制品母料的成本。 
具体实施方式
下面将结合本发明中的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 
实施例1 
将100重量份的PVC塑料和70重量份的粉煤灰在75℃下混合，得到一次混合的产物。 
向一次塑料的产物中加入3重量份硬脂酸钙、5质量份PE蜡，9质量份DOP增塑剂、0.59质量份硬脂酸、0.95质量份铝酸酯、3质量份石蜡后在75℃下混合，得到二次混合的产物。 
将得到的二次混合物产物，在145℃下经过塑化挤出造粒，得到本发明含粉煤灰的PVC塑料。 
实施例2 
将100重量份的PVC塑料和80重量份的粉煤灰在84℃下混合，得到一次混合的产物。 
向一次塑料的产物中加入3重量份硬脂酸钙、5.3质量份PE蜡，9质量份DOP增塑剂、0.595质量份硬脂酸、0.985质量份铝酸酯、3质量份石蜡后在84℃下混合，得到二次混合的产物。 
将得到的二次混合物产物，在162℃下经过塑化挤出造粒，得到本发明含粉煤灰的PVC塑料。 
实施例3 
将100重量份的PVC塑料和95重量份的粉煤灰在79℃下混合，得到一次混合的产物。 
向一次塑料的产物中加入3重量份硬脂酸钙、5.7质量份PE蜡，9质量份DOP增塑剂、0.599质量份硬脂酸、0.988质量份铝酸酯、3质量份石蜡后在79℃下混合，得到二次混合的产物。 
将得到的二次混合物产物，在152℃下经过塑化挤出造粒，得到本发明含粉煤灰的PVC塑料。 
实施例4 
将100重量份的PVC塑料和90重量份的粉煤灰在81℃下混合，再加入10重量份的粉煤灰、3重量份硬脂酸钙、6.2质量份PE蜡，9质量份DOP增塑剂、0.6质量份硬脂酸、0.99质量份铝酸酯、3质量份石蜡后在81℃下混合，得到一次混合的产物。 
将得到的一次混合物产物，在158℃下经过塑化挤出造粒，得到本发明含粉煤灰的PVC塑料。 
实施例5 
将100重量份的PVC塑料和110重量份的粉煤灰在77℃下混合，再加入3重量份硬脂酸钙、6质量份PE蜡，9质量份DOP增塑剂、0.602质量份硬脂酸、0.992质量份铝酸酯、3质量份石蜡后在77℃下混合，得到一次混合的产物。 
将得到的一次混合物产物，在148℃下经过塑化挤出造粒，得到本发明含粉煤灰的PVC塑料。 
实施例6 
将100重量份的PVC塑料和40重量份的粉煤灰在85℃下混合8min，再加入0.605质量份硬脂酸、0.995质量份铝酸酯混炼5min，再加80重量份的粉煤灰、3重量份硬脂酸钙、6.6质量份PE蜡，9质量份DOP增塑剂、3质量份石蜡后在85℃下混合6min，得到一次混合的产物。 
将得到的一次混合物产物，在165℃下经过塑化挤出造粒，再次经过双螺杆二次挤出，得到挤出母料的产物，即为本发明含粉煤灰的PVC塑料。 
实施例7 
将100重量份的PVC塑料和75重量份的粉煤灰在80℃下混合8min，再加入0.61质量份硬脂酸、1质量份铝酸酯混炼5min，再加75重量份的粉煤灰、3重量份硬脂酸钙、7质量份PE蜡，9质量份DOP增塑剂、3质量份石蜡后在80℃下混合6min，得到一次混合的产物。 
将得到的一次混合物产物，在165℃下经过塑化挤出造粒后，得到挤出母料的产物，即为本发明含粉煤灰的PVC塑料母粒。 
另外，在添加粉煤灰之前，还可以对粉煤灰作预处理，以提高塑料的质量和性能。例如，先将粉煤灰表面改性处理由亲水性改变为疏水性：粉煤灰是亲水性粉末，和塑料相容较差，将粉煤灰改性为表面疏水性(即改性为亲油性材料)，使其和塑料有更好的相容性，提高塑料的使用性能和使用效果。 
实施例8 
将100重量份的PVC塑料和150重量份的粉煤灰在80℃下混合，再加入3重量份硬脂酸钙、7质量份PE蜡，9质量份DOP增塑剂、0.61质量份硬脂酸、1质量份铝酸酯、3质量份石蜡后在80℃下混合，得到一次混合的产物。 
将得到的一次混合物产物，在155℃下经过塑化挤出造粒后，得到本发明含粉煤灰的PVC塑料母料。 
实施例9 
将100重量份的PVC塑料和150重量份的粉煤灰在80℃下混合，再加入3重量份硬脂酸钙、7质量份PE蜡，9质量份DOP增塑剂、0.61质量份硬脂酸、1质量份铝酸酯、3质量份石蜡后在80℃下混合，得到一次混合的产物。 
将得到的一次混合物产物，在155℃下经过塑化挤出造粒后，得到本发明含粉煤灰的PVC塑料母料。 
实施例10 
将100重量份的PVC塑料和150重量份的粉煤灰在80℃下混合，再加入3重量份硬脂酸钙、7质量份PE蜡，9质量份DOP增塑剂、0.61质量份硬脂酸、1质量份铝酸酯、3质量份石蜡后在80℃下混合，得到一次混合的产物。 
将得到的一次混合物产物，在155℃下经过塑化挤出造粒后，得到本发明含粉煤灰的PVC塑料母料。 
对照例1 
将100重量份的PVC塑料和150重量份的高岭土在80℃下混合，再加入3重量份硬脂酸钙、7质量份PE蜡，9质量份DOP增塑剂、0.61质量份硬脂酸、1质量份铝酸酯、3质量份石蜡后在80℃下混合，得到一次混合的产物。 
将得到的一次混合物产物，在155℃下经过塑化挤出造粒后，得到本发明含粉煤灰的PVC塑料母料。 
对照例2 
将100重量份的PVC塑料和150重量份的滑石粉在80℃下混合，再加入3重量份硬脂酸钙、7质量份PE蜡，9质量份DOP增塑剂、0.61质量份硬脂酸、1质量份铝酸酯、3质量份石蜡后在80℃下混合，得到一次混合的产物。 
将得到的一次混合物产物，在155℃下经过塑化挤出造粒后，得到本发明含粉煤灰的PVC塑料母料。 
对照例3 
将100重量份的PVC塑料和150重量份的碳酸钙在80℃下混合，再加入3重量份硬脂酸钙、7质量份PE蜡，9质量份DOP增塑剂、0.61质量份硬脂酸、1质量份铝酸酯、3质量份石蜡后在80℃下混合，得到一次混合的产物。 
将得到的一次混合物产物，在155℃下经过塑化挤出造粒后，得到本发明含粉煤灰的PVC塑料母料。 
本发明的PVC塑料与其它塑料的性能对比试验。 
将本发明各实施例的含粉煤灰的PVC塑料与含有其它填料的塑料做对比，检测这些塑料的厚度、抗拉强度、断裂伸长率和体积电阻率，结果如表2所示。检测的方法：抗拉强度和断裂伸长率由专用的万能拉力机完成，导电电阻率的测定方法由专用的电阻仪完成。 
表2本发明的塑料与其它塑料的性能 
由表2结果可知，本发明的含粉煤灰的PVC塑料的强度和伸长率电阻率都超过高岭土、滑石粉、碳酸钙材料、配方母料的指标，并且强度和断裂伸长率都高于用其它的配方的塑料。粉煤灰于与塑料配方中最优异的性能是增韧增强，伸长率、强度比其它材料表现的优异性能同等，以实施例7效果最好。 
经试验证明，除了提高韧性强度外，粉煤灰还可以提高拉伸强度和断裂伸长率。因此，粉煤灰可以替代塑料中的多种填料，从而为粉煤灰的回收利用提供了一个全新的方向。粉煤灰与塑料混合挤出后母料的伸长率，强度、韧软性、电阻高于其他材料结构；而且粉煤灰比专用填料材料价格低的多，有很大的市场优势。这种添加了粉煤灰的PVC塑料韧性、断裂伸长率和抗拉强度都有明显提高，可以应用于PVC塑料板、及其它制品中。总之，与传统技术中制成的塑料母料相比，本发明的PVC塑料母料具有以下优势：1、增韧、增强优异，拉伸强度和断裂伸长率、体积电阻提高；2、资源优势：粉煤灰属资源废物综合利用，节省资源；3、价格优势：其它填料材料3500-5200元/吨，粉煤灰综合加工后500-650元/吨。大幅度降低PVC塑料制品母料的成本。 
上述实施方式旨在举例说明本发明可为本领域专业技术人员实现或使用，对上述实施方式进行修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，故本发明包括但不限于上述实施方式，任何符合本权利要求书或说明书描述，符合与本文所公开的原理和新颖性、创造性特点的方法、工艺、产品，均落入本发明的保护范围之内。 

Claims (10)

1.一种含粉煤灰的聚氯乙烯塑料，其特征在于其主要由以下组分制备而成：包括100重量份的聚氯乙烯塑料和70-150重量份的粉煤灰。
2.根据权利要求1所述的含粉煤灰的聚氯乙烯塑料，其特征在于其主要有以下组分制备而成：包括100重量份的聚氯乙烯塑料和150重量份的粉煤灰。
3.根据权利要求1所述的含粉煤灰的聚氯乙烯塑料，其特征在于还包括18.5-26.6重量份的塑料添加剂，所述的塑料添加剂选自热稳定剂、增塑剂、润滑剂、偶联剂中的一种或两种以上任意比例的混合物。
4.根据权利要求3所述的含粉煤灰的聚氯乙烯塑料，其特征在于：所述的塑料添加剂由2-4重量份硬脂酸钙、8-10重量份DOP增塑剂、5-7重量份PE蜡、0.55-0.6重量份硬脂酸、2-4重量份石蜡、0.95-1.0重量份铝酸酯组成。
5.一种制备如权利要求1-4中任一项所述的含粉煤灰聚氯乙烯塑料的方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤A：将所述聚氯乙烯塑料、所述粉煤灰和所述塑料添加剂混合，得到一次混合的产物；
步骤B：将所述将步骤A中得到的一次混合产物经过热挤出造粒，得到最终产物。
6.一种制备如权利要求1-4中任一项所述的制备含粉煤灰聚氯乙烯塑料的
方法，其特征在于：
步骤A：将所述聚氯乙烯塑料和1-90％的所述粉煤灰混合，再与剩余粉煤灰和所述塑料添加剂混合，得到一次混合的产物；
步骤B：将所述将步骤A中得到的一次混合产物经过热挤出造粒，得到最
终产物。
7.根据权利要求6所述的含粉煤灰聚氯乙烯塑料的制备方法，其特征在于，步骤A中加入90％所述粉煤灰。
8.根据权利要求5或6所述的含粉煤灰聚氯乙烯塑料的制备方法，其特征在于，
步骤B为将步骤A得到所述一次混合产物经过双螺杆二次挤出，得到最终产物。
9.根据权利要求5-7中任一项所述的含粉煤灰聚氯乙烯塑料的制备方法，其特征在于：步骤A中的混炼温度为75-85℃。
10.根据权利要求5-7中任一项所述的含粉煤灰聚氯乙烯塑料的制备方法，其特征在于：步骤B中的挤出塑炼温度为145-165℃。
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