CN108410020A - 一种具有补强-阻燃协同性能的脱硫灰-微硅粉复合橡胶填料 - Google Patents

一种具有补强-阻燃协同性能的脱硫灰-微硅粉复合橡胶填料 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有补强‑阻燃协同性能的脱硫灰‑微硅粉复合橡胶填料及其制备方法，属于固废资源循环利用领域。该填料包括水、硬酯酸、脱硫灰和微硅粉。上述填料的制备方法是：首先将水与硬酯酸进行混合、分散，得到硬酯酸溶液；然后将脱硫灰与微硅粉进行混合，对其进行搅拌，得到脱硫灰‑微硅粉混合物；最后将脱硫灰‑微硅粉混合物与硬酯酸溶液进行混合、搅拌，得到脱硫灰‑微硅粉复合橡胶填料。本发明不仅解决了橡胶工业主要填料炭黑和白炭黑的价格较高且功能单一，提高了橡胶的力学性能与阻燃性能；而且实现了工业废料的循环利用，促进了冶金企业增效、橡胶制品行业降成本，符合当前节能环保、循环经济的产业发展要求。

Description

一种具有补强-阻燃协同性能的脱硫灰-微硅粉复合橡胶填料
技术领域
本发明属于固废资源循环利用领域，具体涉及一种具有补强-阻燃协同性能的脱硫灰-微硅粉复合橡胶填料及其制备方法。
背景技术
随着我国控制和削减SO2排放力度的不断加大，烟气脱硫已进入快速发展阶段。伴随着脱硫装置的陆续安装，脱硫产物(半干法脱硫灰，简称脱硫灰)越来越多。半干法脱硫灰的成分极其复杂，由脱硫剂、脱硫产物与飞灰等多种成分组成，并且脱硫灰中的亚硫酸钙在被利用过程中性质十分不稳定。微硅粉是是铁合金在冶炼硅铁和工业硅(金属硅)时，矿热电炉内产生出大量挥发性很强的SiO2和Si气体，气体排放后与空气迅速氧化冷凝沉淀而成。目前脱硫灰与微硅粉的大量堆存，不仅占用宝贵土地，而且对周围环境和地下水造成污染。因此，如何大规模、高效的利用脱硫灰与微硅粉，实现环境减负，企业增效，是一个迫切需要解决的问题。
橡胶作为广泛应用的聚合物材料，其在制备加工过程中需要大量使用填料以改善其的力学性能、加工性能和填充增容。目前常用的橡胶填料主要包括炭黑、白炭黑等，但是炭黑与白炭黑的生产不仅工艺繁杂，而且需要消耗大量能源和资源，导致成本较高。面对上述问题，脱硫灰具有碱性与微硅粉均属于多孔物质是潜在的补强填料；同时脱硫灰的碱性对微硅粉具有协同反应的效果，有助于微硅粉形成致密的阻燃无定型硅质层，是潜在的阻燃填料。
发明内容
为了解决现有橡胶工业主要填料炭黑和白炭黑的价格较高且功能单一，脱硫灰与微硅粉直接加入橡胶中极易发生团聚，以及脱硫灰-微硅粉无机界面与橡胶有机界面的相容性较差的问题，本发明提供了一种具有补强-阻燃协同性能的脱硫灰-微硅粉复合橡胶填料，以期解决以上问题。
本发明是通过以下技术方案予以实现的。
本发明提供了一种具有补强-阻燃协同性能的脱硫灰-微硅粉复合橡胶填料，该脱硫灰-微硅粉复合橡胶填料按重量百分比配方如下：
所述水为去离子水；所述硬酯酸为工业纯；所述脱硫灰，其粒径为2.0μm～120.0μm；所述微硅粉，其粒径为6.5μm～43.8μm。
本发明同时提供了上述脱硫灰-微硅粉复合橡胶填料的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
首先将水与硬酯酸进行混合，利用超声波分散器对其进行分散10min～30min，得到硬酯酸溶液；然后将脱硫灰与硅藻土进行混合，利用恒温磁力搅拌器在常温密闭下对其进行搅拌6h～12h，得到脱硫灰-硅藻土混合物；最后将脱硫灰-硅藻土混合物与硬酯酸溶液进行混合，利用恒温磁力搅拌器在搅拌温度50℃～80℃下，搅拌2h～4h，脱硫灰-硅藻土复合橡胶填料。
本发明的科学原理：
一方面，脱硫灰与微硅粉均具有的多孔结构可以提高与橡胶的接触面积，达到补强效果。脱硫灰的碱性对微硅粉具有协同反应的效果，有助于微硅粉形成致密的无定型硅质层，达到阻燃效果。
另一方面，硬酯酸溶液对脱硫灰-微硅粉混合物表面进行改性处理，形成脱硫灰-微硅粉复合橡胶填料，克服脱硫灰-微硅粉无机界面与橡胶有机界面的相容性较差的弊端，进一步提高补强效果。
而且，由于脱硫灰作为碱性物质，将脱硫灰-微硅粉填充于橡胶中，可以加快橡胶硫化速度。
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
1、本发明解决了现有橡胶工业主要填料炭黑和白炭黑的价格较高功能单一，脱硫灰与微硅粉直接加入橡胶中极易发生团聚，以及脱硫灰-微硅粉无机界面与橡胶有机界面的相容性较差的问题。
2、本发明利用脱硫灰与微硅粉进行复合作为橡胶填料，不仅解决了橡胶工业主要填料炭黑和白炭黑的价格较高，提高了橡胶的力学性能与阻燃性能；而且实现了工业废料的循环利用，促进了冶金企业增效、橡胶制品行业降成本，符合当前节能环保、循环经济的产业发展要求。
具体实施方式
以下结合具体实施例详述本发明，但本发明不局限于下述实施例。
一、本发明一种具有补强-阻燃协同性能的脱硫灰-微硅粉复合橡胶填料的制备
实施例1
以制备本发明产品100g为例所用的组分及其质量配比为：
所述水为去离子水；所述硬酯酸为工业纯；所述脱硫灰，其粒径为2.6μm～20.4μm；所述微硅粉，其粒径为6.8μm～35.2μm。
首先将水与硬酯酸进行混合，利用超声波分散器对其进行分散20min，得到硬酯酸溶液；然后将脱硫灰与微硅粉进行混合，利用恒温磁力搅拌器在常温密闭下对其进行搅拌9h，得到脱硫灰-微硅粉混合物；最后将脱硫灰-微硅粉混合物与硬酯酸溶液进行混合，利用恒温磁力搅拌器在搅拌温度65℃下，搅拌4h，得到脱硫灰-微硅粉复合橡胶填料。
实施例2
以制备本发明产品100g为例所用的组分及其质量配比为：
所述水为去离子水；所述硬酯酸为工业纯；所述脱硫灰，其粒径为2.4μm～20.5μm；所述微硅粉，其粒径为7.8μm～42.1μm。
首先将水与硬酯酸进行混合，利用超声波分散器对其进行分散30min，得到硬酯酸溶液；然后将脱硫灰与微硅粉进行混合，利用恒温磁力搅拌器在常温密闭下对其进行搅拌7h，得到脱硫灰-微硅粉混合物；最后将脱硫灰-微硅粉混合物与硬酯酸溶液进行混合，利用恒温磁力搅拌器在搅拌温度75℃下，搅拌3h，得到脱硫灰-微硅粉复合橡胶填料。
实施例3
以制备本发明产品100g为例所用的组分及其质量配比为：
所述水为去离子水；所述硬酯酸为工业纯；所述脱硫灰，其粒径为2.9μm～22.4μm；所述微硅粉，其粒径为8.3μm～43.1μm。
首先将水与硬酯酸进行混合，利用超声波分散器对其进行分散25min，得到硬酯酸溶液；然后将脱硫灰与微硅粉进行混合，利用恒温磁力搅拌器在常温密闭下对其进行搅拌10h，得到脱硫灰-微硅粉混合物；最后将脱硫灰-微硅粉混合物与硬酯酸溶液进行混合，利用恒温磁力搅拌器在搅拌温度60℃下，搅拌3h，得到脱硫灰-微硅粉复合橡胶填料。
实施例4
以制备本发明产品100g为例所用的组分及其质量配比为：
所述水为去离子水；所述硬酯酸为工业纯；所述脱硫灰，其粒径为2.6μm～21.5μm；所述微硅粉，其粒径为8.2μm～36.5μm。
首先将水与硬酯酸进行混合，利用超声波分散器对其进行分散35min，得到硬酯酸溶液；然后将脱硫灰与微硅粉进行混合，利用恒温磁力搅拌器在常温密闭下对其进行搅拌8h，得到脱硫灰-微硅粉混合物；最后将脱硫灰-微硅粉混合物与硬酯酸溶液进行混合，利用恒温磁力搅拌器在搅拌温度80℃下，搅拌2h，得到脱硫灰-微硅粉复合橡胶填料。
实施例5
以制备本发明产品100g为例所用的组分及其质量配比为：
所述水为去离子水；所述硬酯酸为工业纯；所述脱硫灰，其粒径为2.4μm～22.6μm；所述微硅粉，其粒径为8.9μm～42.9μm。
首先将水与硬酯酸进行混合，利用超声波分散器对其进行分散15min，得到硬酯酸溶液；然后将脱硫灰与微硅粉进行混合，利用恒温磁力搅拌器在常温密闭下对其进行搅拌9h，得到脱硫灰-微硅粉混合物；最后将脱硫灰-微硅粉混合物与硬酯酸溶液进行混合，利用恒温磁力搅拌器在搅拌温度70℃下，搅拌4h，得到脱硫灰-微硅粉复合橡胶填料。
实施例6
以制备本发明产品100g为例所用的组分及其质量配比为：
所述水为去离子水；所述硬酯酸为工业纯；所述脱硫灰，其粒径为2.7μm～22.3μm；所述微硅粉，其粒径为7.4μm～43.2μm。
首先将水与硬酯酸进行混合，利用超声波分散器对其进行分散30min，得到硬酯酸溶液；然后将脱硫灰与微硅粉进行混合，利用恒温磁力搅拌器在常温密闭下对其进行搅拌8h，得到脱硫灰-微硅粉混合物；最后将脱硫灰-微硅粉混合物与硬酯酸溶液进行混合，利用恒温磁力搅拌器在搅拌温度75℃下，搅拌3h，得到脱硫灰-微硅粉复合橡胶填料。
对比例1
以制备本发明产品100g为例所用的组分及其质量配比为：
所述脱硫灰，其粒径为2.7μm～22.3μm；所述微硅粉，其粒径为7.4μm～43.2μm。
将脱硫灰与微硅粉进行混合，利用恒温磁力搅拌器在常温密闭下对其进行搅拌8h，得到脱硫灰-微硅粉复合橡胶填料。
对比例2
以制备本发明产品100g为例所用的组分及其质量配比为：
所述水为去离子水；所述脱硫灰，其粒径为2.7μm～22.3μm；所述微硅粉，其粒径为7.4μm～43.2μm。
首先将脱硫灰与微硅粉进行混合，利用恒温磁力搅拌器在常温密闭下对其进行搅拌8h，得到脱硫灰-微硅粉混合物；最后将脱硫灰-微硅粉混合物与水进行混合，利用恒温磁力搅拌器在搅拌温度75℃下，搅拌3h，得到脱硫灰-微硅粉复合橡胶填料。
对比例3
以制备本发明产品100g为例所用的组分及其质量配比为：
所述水为去离子水；所述硬酯酸为工业纯；所述脱硫灰，其粒径为2.7μm～22.3μm。
首先将水与硬酯酸进行混合，利用超声波分散器对其进行分散30min，得到硬酯酸溶液；然后将脱硫灰与硬酯酸溶液进行混合，利用恒温磁力搅拌器在搅拌温度75℃下，搅拌3h，得到脱硫灰橡胶填料。
对比例4
以制备本发明产品100g为例所用的组分及其质量配比为：
所述水为去离子水；所述硬酯酸为工业纯。
将水与硬酯酸进行混合，利用超声波分散器对其进行分散30min，得到硬酯酸溶液。
二、本发明脱硫灰-微硅粉复合橡胶填料加入橡胶后的力学性能测试与阻燃性能测试
制备实施例1～6及对比例1～4，其性能检测过程如下：
将丁苯橡胶(50份)、天然橡胶(50份)放入开炼机薄通3～5次后，将丁苯橡胶与天然橡胶加入密炼机(密炼温度70℃)混炼3min，依次加入氧化锌(2.5份)混合样混炼1min、加入炭黑(25份)与脱硫灰一微硅粉复合橡胶填料(25份)混合样混炼1min、加入促进剂(1.0份)和硫磺(1.5份)混炼1min后取出备用，即密炼胶；将密炼胶放入开炼机薄通6～8次，打三角包5次后停放12h后，称取60g的密炼胶，采用四柱式平板硫化机进行硫化，硫化温度为145℃，硫化一定时间后放置24h，获得脱硫灰-微硅粉复合丁苯橡胶。
《硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定》(GB/T528-2009)测试脱硫灰-微硅粉复合橡胶的拉伸性能；《硫化橡胶或热塑性橡胶撕裂强度的测定(裤型、直角形、新月形试样)》(GB/T529-2008)测试脱硫灰-微硅粉复合橡胶的撕裂强度；《硫化橡胶或热塑性橡胶压入硬度试验方法第1部分：邵氏硬度计法(邵尔硬度)》测试脱硫灰-微硅粉复合橡胶的硬度；《塑料燃烧性能试验方法氧指数法》(GB/T2406-1993)测试脱硫灰-微硅粉复合橡胶的极限氧指数(LOI)；《设备及器件塑料材料燃烧性能试验方法UL94》(ISBN 0-7629-0082-2)测试脱硫灰-微硅粉复合橡胶的垂直燃烧级别。
表1.脱硫灰-微硅粉复合橡胶的力学性能与阻燃性能

Claims (2)

1.一种具有补强-阻燃协同性能的脱硫灰-微硅粉复合橡胶填料，其特征在于，按重量百分比计，所述脱硫灰-微硅粉复合橡胶填料组成如下：
所述水为去离子水；所述硬酯酸为工业纯；所述脱硫灰，其粒径为2.0μm～23.0μm；所述微硅粉，其粒径为6.5μm～43.8μm。
2.一种如权利要求1所述具有补强-阻燃协同性能的脱硫灰-微硅粉复合橡胶填料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
首先将水与硬酯酸进行混合，利用超声波分散器对其进行分散15min～35min，得到硬酯酸溶液；然后将脱硫灰与微硅粉进行混合，利用恒温磁力搅拌器在常温密闭下对其进行搅拌7h～10h，得到脱硫灰-微硅粉混合物；最后将脱硫灰-微硅粉混合物与硬酯酸溶液进行混合，利用恒温磁力搅拌器在搅拌温度60℃～80℃下，搅拌2h～4h，得到脱硫灰-微硅粉复合橡胶填料。
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