CN105330966B - 一种磷石膏作为填料生产pp材料方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及PP材料生产技术领域，尤其是一种磷石膏作为填料生产PP材料方法，通过将磷石膏进行改性处理，将其应用与PP材料的生产，使得与PP颗粒的相融性得到提高，提高了填料在PP材料中添加量，并通过对磷石膏改性处理后替代传统的碳酸钙粉体作为填料，使得PP材料生产的填料来源丰富，并且使得磷化工生产过程中产生的工业固体废物得到较大程度的综合利用，使得磷石膏资源得到有效的综合利用，降低了磷石膏在环境中的堆存量，降低了环境污染；并且结合对磷石膏改性工艺步骤以及工艺参数的控制，使得加入到PP材料中作为填料生产PP材料后的强度和柔韧性均较高。
Description
技术领域
本发明涉及PP材料生产技术领域，尤其是一种磷石膏作为填料生产PP材料方法。
背景技术
PP是由丙烯聚合而得的热塑性树脂，其具有良好的耐热性，为五大通用塑料之一，制品能在100℃以上温度进行消毒灭菌，在不受外力的条件下，150℃也不变形。聚丙烯的化学稳定性很好，除能被浓硫酸、浓硝酸侵蚀外，对其它各种化学试剂都比较稳定，聚丙烯适合制作各种化工管道和配件，防腐蚀效果良好。聚丙烯有较高的介电系数，且随温度的上升，可以用来制作受热的电器绝缘制品。它的击穿电压也很高，适合用作电器配件等。抗电压、耐电弧性好。
现有技术中，关于PP材料的生产方案均是采用PP颗粒与填料、复合稳定剂或者其他添加剂进行添加混合后，再将其在混合后挤塑成型的；并且随着对PP塑料的需求量的增大，以及PP材料生产厂商的增多，PP材料的市场饱和度也趋于饱和，使得PP材料生产过程中的原料资源不断的被消耗，其产品的成本越来越大；大多数生厂商开始追求低成本的PP材料生产工艺；但是，随着对PP材料使用，对PP材料的品质要求也越来越高，尤其是PP材料的防静电作用以及PP材料的低容重、高强度和高柔韧性的需求越来越严格。
基于此，有研究者从PP材料生产过程中的填料使用量以及填料性能入手，进而对填料的品质进行改性后，增大其在PP材料原料中的添加量，也达到降低PP材料生产成本，提高PP材料各项性能的目的。
本研究者经过检索现有技术文献来看，对于PP材料生产过程中采用的填料主要是碳酸钙粉体，并且现有技术中存在着大量对于碳酸钙粉体进行改性的技术方案，这些方案的改性工艺不仅繁琐，不便于操作，而且其能耗较大，还使得改性后的碳酸钙在PP材料生产过程中作为填料添加的量难以确保PP材料的抗拉伸强度、弯曲强度等满足要求，使得PP材料生产过程中还需要添加其他物质，造成PP材料生产成本较高；除此之外，其采用碳酸钙作为填料来添加时，由于碳酸钙本身的密度较高，使得获得的PP材料的容重较大，密度较高，降低了PP材料的品质。
鉴于上述情况，本研究者结合PP材料现有生产技术以及磷石膏所具有的特性，将磷石膏作为PP材料生产过程中用的填料生产PP材料，使得PP材料的防静电作用较强，并且获得的PP材料的各项性能参数均较优，并且使得磷石膏综合利用率得到了提高，降低了磷石膏的堆存量，避免了环境污染。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供一种磷石膏作为填料生产PP材料方法。
具体是通过以下技术方案得以实现的：
一种磷石膏作为填料生产PP材料方法，包括以下步骤：
(1)取磷石膏，将其置于温度为150-200℃的炒锅中炒制20-30min，再将其研磨后分级筛分，获得粒径在5～22um的细粉，再采用振动筛对研磨后的粉体进行分级和除杂，分级出粒径不大于10um的磷石膏粉备用；
(2)将钛白粉与水、以及步骤(1)中分级出来剩余的磷石膏粉混合后搅拌，并将其置于研磨机中研磨并过300-800目的筛，将筛底料置于陈化槽中，并将其搅拌处理10-20min后，再向其中通入含有二氧化碳的气体进行游离钙离子的碳化，使得游离钙离子碳化率达到15-30％时，调整陈化槽温度为80-150℃，搅拌反应20-40min，再在恒温下，向其中加入纳米二氧化硅，加入量为钛白粉的1-3倍，将其搅拌反应5-10min后，将其置于研磨机中研磨过300-800目的筛，并将其置于温度为150-200℃炒制50-60min，得初物料；
(3)将步骤(1)获得的备用的磷石膏粉与步骤(2)获得的初物料进行混合后，再将其置于温度为150-200℃的炒锅中炒制60-80min，并将其置于研磨机中研磨至600-800目的粉末后，再将其按照占PP原料成分20-30％加入混合后，并将其在高速搅拌混合机，采用转速为350-550r/min搅拌混合20-30min后，再将其采用双螺杆挤压机在温度为210℃，挤出螺杆转速为400r/min，挤出成型，冷却，即可。
所述的纳米二氧化硅的粒径为200-500nm。
所述的步骤(2)，其中钛白粉、水以及分级出来剩余的磷石膏粉混合的质量比为0.005-0.01∶1-2∶1。
所述的步骤(2)，其中钛白粉、水以及分级出来剩余的磷石膏粉混合的质量比为0.007∶1.5∶1。
所述的步骤(3)，在研磨处理步骤之后，还包括加入石蜡后，置于炒锅中采用温度为180-200℃炒制10-20min后，再将其研磨处理步骤。
所述的石蜡为液态石蜡。
所述的石蜡的加入量为占磷石膏质量的1-3％。
上述的含二氧化碳的气体，其中二氧化碳的体积浓度为40-55％；并且气体通入流速为1.1-3.5m3/min。
与现有技术相比，本发明的技术效果体现在：
通过将磷石膏进行改性处理，将其应用与PP材料的生产，使得与PP颗粒的相融性得到提高，提高了填料在PP材料中添加量，并通过对磷石膏改性处理后替代传统的碳酸钙粉体作为填料，使得PP材料生产的填料来源丰富，并且使得磷化工生产过程中产生的工业固体废物得到较大程度的综合利用，使得磷石膏资源得到有效的综合利用，降低了磷石膏在环境中的堆存量，降低了环境污染；并且结合对磷石膏改性工艺步骤以及工艺参数的控制，使得加入到PP材料中作为填料生产PP材料后的强度和柔韧性均较高。
本发明尤其是将磷石膏经过炒制后，再将其研磨分级筛分，并且结合炒制温度以及时间的限定，使得磷石膏中的结晶水得到快速的除去，并促进磷石膏粉体中的成分向半水硫酸钙和III型硬石膏转变，并结合研磨过程，使得结晶水得到深度的裸露，以及磷石膏中的杂质得到较大程度的除去，结合分级过程，使得含有半水硫酸钙与II型硬石膏得到保留；再将分级不满足的磷石膏粉再与钛白粉、水混合后研磨，使得在水溶液中形成游离态的钙离子，并经过钙离子碳化处理以及纳米二氧化硅的加入，使得磷石膏中的氟元素以及其他杂志元素在溶液中发生玻化现象，进而提高磷石膏的可塑性和流变性，降低磷石膏中杂质含量，提高了磷石膏的白度；再结合处理后，再将其研磨筛分，进一步的降低了杂质的含量，并且使得磷石膏中的成分向II型硬石膏转变，再将分级满足的磷石膏粉体加入混合，使得磷石膏粉体中含有多种类型的石膏产品的复合体，提高了磷石膏粉体填料的可塑性和流变性；再将其混合后再忆当年温度环境下炒制一定的时间，使获得的磷石膏填料中的成分较为丰富，可塑性较强，流变性较优，在加入PP材料生产中作为填料后，能够有效的改变PP材料的抗静电性能，并且提高了PP材料的强度和柔韧度，使得抗拉伸强度在直接采用碳酸钙粉体作为填料的基础上增加了10％左右，弯曲强度在直接采用碳酸钙粉体作为填料的基础上增加了5％左右。
具体实施方式
下面结合具体的实施方式来对本发明的技术方案做进一步的限定，但要求保护的范围不仅局限于所作的描述。
实施例1
一种磷石膏作为填料生产PP材料方法，包括以下步骤：
(1)取磷石膏，将其置于温度为150℃的炒锅中炒制20min，再将其研磨后分级筛分，获得粒径在5～22um的细粉，再采用振动筛对研磨后的粉体进行分级和除杂，分级出粒径不大于10um的磷石膏粉备用；
(2)将钛白粉与水、以及步骤(1)中分级出来剩余的磷石膏粉混合后搅拌，并将其置于研磨机中研磨并过300目的筛，将筛底料置于陈化槽中，并将其搅拌处理10min后，再向其中通入含有二氧化碳的气体进行游离钙离子的碳化，使得游离钙离子碳化率达到15％时，调整陈化槽温度为80℃，搅拌反应20min，再在恒温下，向其中加入纳米二氧化硅，加入量为钛白粉的1倍，将其搅拌反应5min后，将其置于研磨机中研磨过300目的筛，并将其置于温度为150℃炒制50min，得初物料；
(3)将步骤(1)获得的备用的磷石膏粉与步骤(2)获得的初物料进行混合后，再将其置于温度为150℃的炒锅中炒制60min，并将其置于研磨机中研磨至600目的粉末后，再将其按照占PP原料成分20％加入混合后，并将其在高速搅拌混合机，采用转速为350r/min搅拌混合20min后，再将其采用双螺杆挤压机在温度为210℃，挤出螺杆转速为400r/min，挤出成型，冷却，即可。
所述的纳米二氧化硅的粒径为200nm。
所述的步骤(2)，其中钛白粉、水以及分级出来剩余的磷石膏粉混合的质量比为0.005∶1∶1。上述的含二氧化碳的气体，其中二氧化碳的体积浓度为40％；并且气体通入流速为1.1m3/min。
实施例2
一种磷石膏作为填料生产PP材料方法，包括以下步骤：
(1)取磷石膏，将其置于温度为200℃的炒锅中炒制30min，再将其研磨后分级筛分，获得粒径在5～22um的细粉，再采用振动筛对研磨后的粉体进行分级和除杂，分级出粒径不大于10um的磷石膏粉备用；
(2)将钛白粉与水、以及步骤(1)中分级出来剩余的磷石膏粉混合后搅拌，并将其置于研磨机中研磨并过800目的筛，将筛底料置于陈化槽中，并将其搅拌处理20min后，再向其中通入含有二氧化碳的气体进行游离钙离子的碳化，使得游离钙离子碳化率达到30％时，调整陈化槽温度为150℃，搅拌反应40min，再在恒温下，向其中加入纳米二氧化硅，加入量为钛白粉的3倍，将其搅拌反应10min后，将其置于研磨机中研磨过800目的筛，并将其置于温度为200℃炒制60min，得初物料；
(3)将步骤(1)获得的备用的磷石膏粉与步骤(2)获得的初物料进行混合后，再将其置于温度为200℃的炒锅中炒制80min，并将其置于研磨机中研磨至800目的粉末后，再将其按照占PP原料成分30％加入混合后，并将其在高速搅拌混合机，采用转速为550r/min搅拌混合30min后，再将其采用双螺杆挤压机在温度为210℃，挤出螺杆转速为400r/min，挤出成型，冷却，即可。
所述的纳米二氧化硅的粒径为500nm。
所述的步骤(2)，其中钛白粉、水以及分级出来剩余的磷石膏粉混合的质量比为0.01∶2∶1。上述的含二氧化碳的气体，其中二氧化碳的体积浓度为55％；并且气体通入流速为3.5m3/min。
实施例3
一种磷石膏作为填料生产PP材料方法，包括以下步骤：
(1)取磷石膏，将其置于温度为180℃的炒锅中炒制25min，再将其研磨后分级筛分，获得粒径在5～22um的细粉，再采用振动筛对研磨后的粉体进行分级和除杂，分级出粒径不大于10um的磷石膏粉备用；
(2)将钛白粉与水、以及步骤(1)中分级出来剩余的磷石膏粉混合后搅拌，并将其置于研磨机中研磨并过500目的筛，将筛底料置于陈化槽中，并将其搅拌处理15min后，再向其中通入含有二氧化碳的气体进行游离钙离子的碳化，使得游离钙离子碳化率达到25％时，调整陈化槽温度为120℃，搅拌反应30min，再在恒温下，向其中加入纳米二氧化硅，加入量为钛白粉的2倍，将其搅拌反应8min后，将其置于研磨机中研磨过600目的筛，并将其置于温度为190℃炒制55min，得初物料；
(3)将步骤(1)获得的备用的磷石膏粉与步骤(2)获得的初物料进行混合后，再将其置于温度为180℃的炒锅中炒制70min，并将其置于研磨机中研磨至700目的粉末后，再将其按照占PP原料成分25％加入混合后，并将其在高速搅拌混合机，采用转速为450r/min搅拌混合25min后，再将其采用双螺杆挤压机在温度为210℃，挤出螺杆转速为400r/min，挤出成型，冷却，即可。
所述的纳米二氧化硅的粒径为300nm。
所述的步骤(2)，其中钛白粉、水以及分级出来剩余的磷石膏粉混合的质量比为0.007∶1.5∶1。上述的含二氧化碳的气体，其中二氧化碳的体积浓度为45％；并且气体通入流速为1.8m3/min。
实施例4
一种磷石膏作为填料生产PP材料方法，包括以下步骤：
(1)取磷石膏，将其置于温度为150℃的炒锅中炒制20min，再将其研磨后分级筛分，获得粒径在5～22um的细粉，再采用振动筛对研磨后的粉体进行分级和除杂，分级出粒径不大于10um的磷石膏粉备用；
(2)将钛白粉与水、以及步骤(1)中分级出来剩余的磷石膏粉混合后搅拌，并将其置于研磨机中研磨并过800目的筛，将筛底料置于陈化槽中，并将其搅拌处理10min后，再向其中通入含有二氧化碳的气体进行游离钙离子的碳化，使得游离钙离子碳化率达到30％时，调整陈化槽温度为80℃，搅拌反应40min，再在恒温下，向其中加入纳米二氧化硅，加入量为钛白粉的1倍，将其搅拌反应5min后，将其置于研磨机中研磨过800目的筛，并将其置于温度为150℃炒制60min，得初物料；
(3)将步骤(1)获得的备用的磷石膏粉与步骤(2)获得的初物料进行混合后，再将其置于温度为150℃的炒锅中炒制80min，并将其置于研磨机中研磨至600目的粉末后，加入石蜡，置于炒锅中采用温度为180℃炒制10min后，再将其研磨处理10min，再将其按照占PP原料成分30％加入混合后，并将其在高速搅拌混合机，采用转速为350r/min搅拌混合30min后，再将其采用双螺杆挤压机在温度为210℃，挤出螺杆转速为400r/min，挤出成型，冷却，即可。
所述的纳米二氧化硅的粒径为400nm。
所述的步骤(2)，其中钛白粉、水以及分级出来剩余的磷石膏粉混合的质量比为0.005∶1.5∶1。上述的含二氧化碳的气体，其中二氧化碳的体积浓度为49％；并且气体通入流速为2.1m3/min。
所述的石蜡为液态石蜡。
所述的石蜡的加入量为占磷石膏质量的1％。
实施例5
一种磷石膏作为填料生产PP材料方法，包括以下步骤：
(1)取磷石膏，将其置于温度为200℃的炒锅中炒制30min，再将其研磨后分级筛分，获得粒径在5～22um的细粉，再采用振动筛对研磨后的粉体进行分级和除杂，分级出粒径不大于10um的磷石膏粉备用；
(2)将钛白粉与水、以及步骤(1)中分级出来剩余的磷石膏粉混合后搅拌，并将其置于研磨机中研磨并过300目的筛，将筛底料置于陈化槽中，并将其搅拌处理20min后，再向其中通入含有二氧化碳的气体进行游离钙离子的碳化，使得游离钙离子碳化率达到30％时，调整陈化槽温度为150℃，搅拌反应20min，再在恒温下，向其中加入纳米二氧化硅，加入量为钛白粉的3倍，将其搅拌反应5min后，将其置于研磨机中研磨过300目的筛，并将其置于温度为200℃炒制50min，得初物料；
(3)将步骤(1)获得的备用的磷石膏粉与步骤(2)获得的初物料进行混合后，再将其置于温度为150℃的炒锅中炒制80min，并将其置于研磨机中研磨至600目的粉末后，加入固态石蜡，置于炒锅中采用温度为200℃炒制20min后，再将其研磨处理30min，再将其按照占PP原料成分30％加入混合后，并将其在高速搅拌混合机，采用转速为350r/min搅拌混合30min后，再将其采用双螺杆挤压机在温度为210℃，挤出螺杆转速为400r/min，挤出成型，冷却，即可。上述的含二氧化碳的气体，其中二氧化碳的体积浓度为53％；并且气体通入流速为3.1m3/min。
所述的纳米二氧化硅的粒径为200nm。
所述的步骤(2)，其中钛白粉、水以及分级出来剩余的磷石膏粉混合的质量比为0.005∶2∶1。
所述的石蜡的加入量为占磷石膏质量的3％。
上述实施例中，采用液态石蜡比采用固态石蜡对磷石膏粉体填料的塑化性、流变性带来的效果更优，并且在加入到PP塑料制备中后，对PP塑料的强度和柔韧性的改善，能够明显优于采用固态石蜡；并根据石蜡在其中加入的量的不同，其磷石膏粉体填料中的成分组成是完全不相同的，其在石蜡加入量为2％时，其能够明显的确保磷石膏中的成分组成有半水石膏占50-63％左右，III型硬石膏占13-17％，II型硬石膏占1.5-3.7％，并且对于其杂质的含量能够明显的低于1％，提高了磷石膏的白度。
经过将其获得的磷石膏填料按照本发明的方法进行PP材料的生产作为实验组；将磷石膏粉体填料直接替换成传统的碳酸钙粉体填料后，再按照本发明的上述与PP颗粒混合的方法，在高速搅拌混合机中混合，再将其双螺杆挤出机挤塑成型后冷却的步骤制备的PP材料作为对照组，并对上述实验组和对照组获得的PP材料的抗拉伸强度和弯曲强度进行进行检测，得出实验组的PP材料的抗拉伸强度比对照组高出10％左右，弯曲强度比对比组高出5％左右具有较优的强度和柔韧性；并且对对照组和实验组的PP材料的表面接触电阻进行检测，实验组的PP材料比对照组的高0.3～0.5×106Ω，可见其抗静电效果明显优于对照组，可见，采用本发明的方法将磷石膏作为填料生产PP材料时，能够达到比直接采用碳酸钙粉体填料时的效果，并且能够有效的将磷石膏这种工业固体废弃物进行综合利用，降低了磷石膏堆存量，降低了环境污染，并且使得磷石膏本身具有的密度比碳酸钙密度低的特点对PP材料的容重改变带来了技术效果，降低了PP材料生产成本。
Claims (6)
1.一种磷石膏作为填料生产PP材料方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)取磷石膏，将其置于温度为150-200℃的炒锅中炒制20-30min，再将其研磨后分级筛分，获得粒径在5～22um的细粉，再采用振动筛对研磨后的粉体进行分级和除杂，分级出粒径不大于10um的磷石膏粉备用；
(2)将钛白粉与水、以及步骤(1)中分级出来剩余的磷石膏粉混合后搅拌，并将其置于研磨机中研磨并过300-800目的筛，将筛底料置于陈化槽中，并将其搅拌处理10-20min后，再向其中通入含有二氧化碳的气体进行游离钙离子的碳化，使得游离钙离子碳化率达到15-30％时，调整陈化槽温度为80-150℃，搅拌反应20-40min，再在恒温下，向其中加入纳米二氧化硅，加入量为钛白粉的1-3倍，将其搅拌反应5-10min后，将其置于研磨机中研磨过300-800目的筛，并将其置于温度为150-200℃炒制50-60min，得初物料；
(3)将步骤(1)获得的备用的磷石膏粉与步骤(2)获得的初物料进行混合后，再将其置于温度为150-200℃的炒锅中炒制60-80min，并将其置于研磨机中研磨至600-800目的粉末后，再将其按照占PP原料成分20-30％加入混合后，并将其在高速搅拌混合机，采用转速为350-550r/min搅拌混合20-30min后，再将其采用双螺杆挤压机在温度为210℃，挤出螺杆转速为400r/min，挤出成型，冷却，即可；所述的步骤(2)，其中钛白粉、水以及分级出来剩余的磷石膏粉混合的质量比为0.005-0.01:1-2:1。
2.如权利要求1所述的磷石膏作为填料生产PP材料方法，其特征在于，所述的纳米二氧化硅的粒径为200-500nm。
3.如权利要求1所述的磷石膏作为填料生产PP材料方法，其特征在于，所述的步骤(2)，其中钛白粉、水以及分级出来剩余的磷石膏粉混合的质量比为0.007:1.5:1。
4.如权利要求1所述的磷石膏作为填料生产PP材料方法，其特征在于，所述的步骤(3)，在研磨处理步骤之后，还包括加入石蜡后，置于炒锅中采用温度为180-200℃炒制10-20min后，再将其研磨处理步骤。
5.如权利要求4所述的磷石膏作为填料生产PP材料方法，其特征在于，所述的石蜡为液态石蜡。
6.如权利要求4所述的磷石膏作为填料生产PP材料方法，其特征在于，所述的石蜡的加入量为占磷石膏质量的1-3％。
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