CN105885159B - 一种比重可调的闭孔塑料微球及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种比重可调的闭孔塑料微球及其制备方法，该微球由低密度聚乙烯、CaCO3、NaHCO3、PE蜡、AC发泡剂和ZnO制成。本发闭孔塑料微球表面张力低，仅有30×10‑5N/cm，其表面接触角大于100°，水溶液在其表面不能铺展、难以形成润湿层，随着水体的不断运动，沉淀物逐渐被留在粒间空隙内，而微球表面则始终保持光滑，水体流动阻力小，过滤效率高。本发明微球不会出现表面滋生细菌的问题，作为滤料使用一段时间后，去除滤料之间沉淀物的方法非常简单，只需通过机械振动的方式即可使沉淀物与滤料分离，从而很方便的恢复使用。
Description
技术领域
本发明属高分子材料领域，具体涉及一种闭孔塑料微球及其制备方法。
背景技术
随着人口数量的增加，我国绝大多数城市以地面水为水源，由于地面水污染程度较大，必须经过处理后才能进入供水系统。目前城市水厂都采用混凝→沉淀→过滤→加消毒药剂→供给用户的常规处理流程。传统处理工艺中常用斜管沉淀池进行沉淀处理，再以石英砂滤料为代表的传统颗粒滤料进行过滤处理。颗粒滤料多采用石英砂、锰砂、鹅卵石、沸石、无烟煤、陶瓷颗粒等，这些滤料容易被污染，需要反冲洗，反冲过程不仅浪费大量净水且效率低，而且反冲洗又不能彻底冲洗干净，致使过滤效果越来越差，到一定时期需要进行更换。而更换一个池体的滤料的工作量非常大，耗时、耗力，成本也高。目前自来水厂基本是采用沉淀与过滤分开的方法，先进行沉淀、后进行过滤。采用先沉淀后过滤需要新建两种池体，占地面积大，基建成本高。应用闭孔塑料滤料替代传统的石英砂类颗粒滤料，可以将沉淀和过滤两个单元结合在一起。目前塑料泡沫球多为开孔结构，在作为滤料使用时，沉淀物进入泡沫空隙内难以脱掉，导致塑料泡沫滤料易被污染、使用寿命短。另外，目前市场提供的塑料泡沫滤料多数以聚氨酯为基体树脂，这类材料表面张力小，润湿性好，容易滋生细菌，长期使用后会影响水体质量，并且滤料表面会粘附大量沉淀物，水体流动阻力增加、流动速率下降，过滤效率明显下降。
发明内容
本发明的目的在于提供一种闭孔塑料微球。
本发明的另一目的在于提供一种闭孔塑料微球的制备方法。
本发明所采取的技术方案是：
一种闭孔塑料微球，该微球由低密度聚乙烯、CaCO3、NaHCO3、PE蜡、AC发泡剂和ZnO制成。
进一步的，该微球由以下质量份数的原料制成：低密度聚乙烯100份、CaCO3不超过15份、NaHCO3 0.2~2.5份、PE蜡0.05~1.5份、AC发泡剂0.15~1份、ZnO 0.02~1.2份。
进一步的，该微球的密度为0.35~0.85g/cm3。
进一步的，该微球的发泡倍率为4~12倍。
进一步的，该微球的闭孔率在98%以上。
一种闭孔塑料微球的制备方法，包括以下步骤：将称好的低密度聚乙烯、CaCO3、NaHCO3、PE蜡、AC发泡剂和ZnO混匀，加入挤出机中，经加料段、压缩段、塑化段、均化段，后经筛状口模挤出段，并进一步经旋转切刀切成颗粒状，颗粒经风冷后得到闭孔塑料微球；其中各原料的用量比为上述所述的配比。
进一步的，所述挤出机各加工段温度分别为：加料段的温度为135℃，压缩段的温度为170~180℃，塑化段的温度依次为170~180℃、150~170℃，均化段的温度依次为150~165℃、150~160℃、130~140℃，口模挤出段的温度为105~120℃。
上述闭孔塑料微球在废水过滤中的应用。
上述闭孔塑料微球作为滤砂在废水过滤中的应用。
上述闭孔塑料微球作为保温或/和抗震材料的应用。
本发明的有益效果是：
1）本发明专利提供的是闭孔的塑料微球，微球表面光洁没有孔隙，沉淀物不能进入球体内部的孔隙，过滤的原理是应用颗粒堆积形成的颗粒间孔隙而进行，效果类似于石英砂等传统材料。由于本发明制备的闭孔塑料微球的表面张力低，仅有30×10-5N/cm，其表面接触角大于100°，水溶液在其表面不能铺展、难以形成润湿层，随着水体的不断运动，沉淀物逐渐被留在粒间空隙内，而微球表面则始终保持光滑，水体流动阻力小，过滤效率高。另外，由于本发明制备的闭孔塑料微球的表面接触角大于100°，表面不能形成润湿层，所以也不会出现无机材料长期使用后表面滋生细菌的问题。由于闭孔塑料微球的表面性能特色，作为滤料使用一段时间后，去除滤料之间沉淀物的方法非常简单，只需通过机械振动的方式即可使沉淀物与滤料分离，从而很方便的恢复使用。
2）本发明的闭孔塑料微球是以低密度聚乙烯为基体树脂，通过配方的控制，及加工工艺的调整，实现不同发泡倍率闭孔塑料微球的制备。闭孔塑料微球的尺寸可以通过调整口模筛孔的直径尺寸而进行调整。闭孔塑料微球的密度可以通过对加入的成分的比例进行适当的调整，从而获得所需的密度。
3）在应用本发明闭孔塑料微球作为滤料使用时，可以混合使用不同尺寸的产品形成不同的颗粒间隙，实现对水中沉淀物的有效过滤。在应用本发明的闭孔塑料微球作为滤料使用时，在盛装滤料的装置附件设计一个机械或超声振动装置，闭孔塑料滤料经过一段时间使用后，通过机械或超声振动就可使沉淀物与滤料分离，使滤料恢复初始工作状态。相比于传统过滤的反冲等方法，节约了大量时间和水源。
4）本发明专利的闭孔塑料滤料表面光洁，表面极性低，表面接触角都保持在100°以上，表面不能形成润湿层，水体中的各种沉淀物极难在闭孔塑料微球的光滑表面粘附，经过3年的中试应用，经过反复使用500次以上的微球表面仍为光洁的白色，没有细菌滋生和沉淀物粘附，在长期使用后也不会对水质产生影响。另外，发泡微球光滑的表面对水的流动阻力小，过滤速度快，过滤后的滤料容易结成疏松的块状，达到一定量后能够轻易除去。
5）本发明方法制备的闭孔塑料微球其尺寸和发泡倍率均可以根据需要进行调整，从而实现在污水过滤中替代传统滤砂，实现过滤装置结构的灵活设计。本发明所提供的闭孔塑料微球可替代传统的滤砂应用于废水的过滤，也可应用于包装工业的保温、抗震材料。
具体实施方式
一种闭孔塑料微球，该微球由低密度聚乙烯、CaCO3、NaHCO3、PE蜡、AC发泡剂和ZnO制成。
优选的，该微球由以下质量份数的原料制成：低密度聚乙烯100份、CaCO3不超过15份、NaHCO3 0.2~2.5份、PE蜡0.05~1.5份、AC发泡剂0.15~1份、ZnO 0.02~1.2份。
优选的，该微球的密度为0.35~0.85g/cm3。
优选的，该微球的发泡倍率为4~12倍。
优选的，该微球的闭孔率在98%以上。
一种闭孔塑料微球的制备方法，包括以下步骤：将称好的低密度聚乙烯、CaCO3、NaHCO3、PE蜡、AC发泡剂和ZnO混匀，加入挤出机中，经加料段、压缩段、塑化段、均化段，后经筛状口模挤出段，并进一步经旋转切刀切成颗粒状，颗粒经风冷后得到闭孔塑料微球；其中各原料的用量比为上述所述的配比。
优选的，所述挤出机各加工段温度分别为：加料段的温度为135℃，压缩段的温度为170~180℃，塑化段的温度依次为170~180℃、150~170℃，均化段的温度依次为150~165℃、150~160℃、130~140℃，口模挤出段的温度为105~120℃。
优选的，所述筛状口模的筛孔直径为1~3mm。
上述闭孔塑料微球在废水过滤中的应用。
上述闭孔塑料微球作为滤砂在废水过滤中的应用。
上述闭孔塑料微球作为保温或/和抗震材料的应用。
上述保温或/和抗震材料为包装工业中用到的保温或/和抗震材料。
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，但并不局限于此。
实施例1
将质量份100份LDPE（低密度聚乙烯）、0.5份CaCO3、1份NaHCO3、0.05份PE蜡、0.15份AC发泡剂及0.02份ZnO按比例混合后加入到挤出机中，挤出机各段温度控制为：135℃、180℃、175℃、160℃、155℃、155℃、135℃、115℃（即加料段的温度为135℃，压缩段的温度为180℃，塑化段的温度依次为175℃、160℃，均化段的温度依次为155℃、155℃、135℃，口模挤出段的温度为115℃），经直径为1mm的筛状口模挤出，并进一步经旋转切刀切成颗粒状，颗粒经风冷后得到闭孔微球。
所制备的微球直径为1.8mm，发泡倍率为5.8倍，该微球密度为0.41g/ cm3，闭孔率为98.5~99.5%，应用3H-200TD 闭孔率仪依据国标GB/T10799-2008测定塑料微球的闭孔率。
实施例2
将100份LDPE、10份CaCO3、0.2份NaHCO3、0.5份PE蜡、0.3份AC发泡剂及0.5份ZnO按比例混合后加入到挤出机中，挤出机各段温度控制为：135℃、175℃、180℃、165℃、165℃、160℃、140℃、115℃（即加料段的温度为135℃，压缩段的温度为175℃，塑化段的温度依次为180℃、165℃，均化段的温度依次为165℃、160℃、140℃，口模挤出段的温度为115℃），经直径为3.0mm的筛状口模挤出，并进一步经旋转切刀切成颗粒状，颗粒经风冷后得到闭孔微球。
所制备的微球直径为6mm，发泡倍率为8倍，微球密度为0.76g/ cm3，闭孔率为98.5~99.5%，应用3H-200TD 闭孔率仪依据国标GB/T10799-2008测定塑料微球的闭孔率。
实施例3
将100份LDPE、15份CaCO3、2.5份NaHCO3、1.5份PE蜡、1份AC发泡剂及1.2份ZnO按比例混合后加入到挤出机中，挤出机各段温度控制为：135℃、170℃、180℃、170℃、150℃、150℃、130℃、105℃（即加料段的温度为135℃，压缩段的温度为170℃，塑化段的温度依次为180℃、170℃，均化段的温度依次为150℃、150℃、130℃，口模挤出段的温度为105℃），经直径为3.0mm的筛状口模挤出，并进一步经旋转切刀切成颗粒状，颗粒经风冷后得到闭孔微球。
实施例4
将100份LDPE、0.05份CaCO3、1份NaHCO3、0.05份PE蜡、0.15份AC发泡剂及0.02份ZnO按比例混合后加入到挤出机中，挤出机各段温度控制为：135℃、180℃、180℃、170℃、165℃、150℃、130℃、105℃（即加料段的温度为135℃，压缩段的温度为180℃，塑化段的温度依次为180℃、170℃，均化段的温度依次为165℃、150℃、130℃，口模挤出段的温度为105℃），经直径为3.0mm的筛状口模挤出，并进一步经旋转切刀切成颗粒状，颗粒经风冷后得到闭孔微球。
实施例5
将100份LDPE、0.05份CaCO3、1.5份NaHCO3、0.08份PE蜡、0.6份AC发泡剂及0.9份ZnO按比例混合后加入到挤出机中，挤出机各段温度控制为：135℃、180℃、180℃、170℃、165℃、150℃、130℃、105℃（即加料段的温度为135℃，压缩段的温度为180℃，塑化段的温度依次为180℃、170℃，均化段的温度依次为165℃、150℃、130℃，口模挤出段的温度为105℃），经直径为3.0mm的筛状口模挤出，并进一步经旋转切刀切成颗粒状，颗粒经风冷后得到闭孔微球。
下面对上述实施例制备的微球作进一步的性能检测。
对实施例1制备的闭孔塑料微球进行表面张力检测，其表面张力低，仅有30×10- 5N/cm，表面接触角大于100°，水溶液在其表面不能铺展、难以形成润湿层，随着水体的不断运动，沉淀物逐渐被留在粒间空隙内，而微球表面则始终保持光滑，水体流动阻力小，过滤效率高。
经过3年的中试应用，经过反复使用500次以上的微球表面仍为光洁的白色，没有细菌滋生和沉淀物粘附，在长期使用后也不会对水质产生影响；本发明制备的闭孔塑料微球表面接触角都保持在100°以上，表面不能形成润湿层，水体中的各种沉淀物极难在闭孔塑料微球的光滑表面粘附。另外，发泡微球光滑的表面对水的流动阻力小，过滤速度快，过滤后的滤料容易结成疏松的块状，达到一定量后能够轻易除去；作为滤料使用一段时间后，去除滤料之间沉淀物的方法非常简单，只需通过机械振动的方式即可使沉淀物与滤料分离，从而很方便的恢复使用；相比于传统过滤的反冲等方法，节约了大量时间和水源。
本发明方法制备的闭孔塑料微球其尺寸和发泡倍率均可以根据需要进行调整，从而实现在污水过滤中替代传统滤砂，实现过滤装置结构的灵活设计。
本发明所提供的闭孔塑料微球可替代传统的滤砂应用于废水的过滤，也可应用于包装工业的保温、抗震材料。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种闭孔塑料微球，其特征在于，该微球由以下质量份数的原料制成：低密度聚乙烯100份、CaCO3不超过15份、NaHCO3 0.2～2.5份、PE蜡0.05～1.5份、AC发泡剂0.15～1份、ZnO0.02～1.2份。
2.根据权利要求1所述的一种闭孔塑料微球，其特征在于，该微球的密度为0.35～0.85g/cm3。
3.根据权利要求1所述的一种闭孔塑料微球，其特征在于，该微球的发泡倍率为4～12倍。
4.根据权利要求1所述的一种闭孔塑料微球，其特征在于，该微球的闭孔率在98％以上。
5.权利要求1～4任一所述的一种闭孔塑料微球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将称好的低密度聚乙烯、CaCO3、NaHCO3、PE蜡、AC发泡剂和ZnO混匀，加入挤出机中，经加料段、压缩段、塑化段、均化段，后经筛状口模挤出段，并进一步经旋转切刀切成颗粒状，颗粒经风冷后得到闭孔塑料微球；
其中各原料的用量比为权利要求1所述的配比。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述挤出机各加工段温度分别为：加料段的温度为135℃，压缩段的温度为170～180℃，塑化段的温度依次为170～180℃、150～170℃，均化段的温度依次为150～165℃、150～160℃、130～140℃，口模挤出段的温度为105～120℃。
7.权利要求1～4任一所述闭孔塑料微球在废水过滤中的应用。
8.权利要求1～4任一所述闭孔塑料微球作为滤砂在废水过滤中的应用。
9.权利要求1～4任一所述闭孔塑料微球作为保温或/和抗震材料的应用。
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