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一种具有高效阻燃性能的赤泥-微硅粉复合橡胶填料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有高效阻燃性能的赤泥‑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、硅烷偶联剂、硬酯酸、赤泥和微硅粉。具体制备方法是：首先将硅烷偶联剂、硬酯酸与水进行混合、分散，得到硅烷偶联剂‑硬酯酸复合溶液；然后将赤泥与微硅粉进行混合、搅拌，得到赤泥‑微硅粉混合物；最后将赤泥‑微硅粉混合物与硅烷偶联剂‑硬酯酸复合溶液进行混合、搅拌，得到赤泥‑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，提高了橡胶的阻燃性能；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

一种具有高效阻燃性能的赤泥-微硅粉复合橡胶填料及其制 备方法
技术领域
本发明属于固废资源循环利用领域，具体涉及一种具有高效阻燃性能的赤泥-微硅粉复合橡胶填料及其制备方法。
背景技术
赤泥是氧化铝生产过程中产生的废渣，其主要组份是SiO2、CaO、Fe2O3、Al2O3、Na2O、TiO2、K2O等，此外还含灼碱成份和微量有色金属等。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。目前大量赤泥与微硅粉的堆存，不仅占用宝贵土地，而且还会对周围环境和地下水造成污染。因此，如何大规模、高效的利用赤泥与微硅粉，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，赤泥属于高碱性物质且含有大量的Al2O3具有阻燃性能；同时赤泥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，赤泥与微硅粉直接加入橡胶中极易发生团聚，以及赤泥-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高性能阻燃性能的赤泥-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高效阻燃性能的赤泥-微硅粉复合橡胶填料，该赤泥-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；所述硅烷偶联剂为工业纯；所述硬脂酸为分析纯；所述赤泥为拜尔法赤泥、烧结法赤泥、混联法赤泥，以及其混合物；所述微硅粉，其粒径为6.5μm～43.8μm。
本发明同时提供了上述赤泥-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：
首先将硅烷偶联剂、硬酯酸与水进行混合，利用超声波分散器对其进行分散10min～30min，得到硅烷偶联剂-硬酯酸复合溶液；然后将赤泥与微硅粉进行混合，利用恒温磁力搅拌器在常温密闭下对其进行搅拌6h～12h，得到赤泥-微硅粉混合物；最后将赤泥-微硅粉混合物与硅烷偶联剂-硬酯酸复合溶液进行混合，利用恒温磁力搅拌器在搅拌温度50℃～80℃下，搅拌2h～4h，得到赤泥-微硅粉复合橡胶填料。
本发明的科学原理：
一方面，赤泥属于高碱性物质且含有大量的Al2O3具有阻燃性能，同时赤泥的高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，进一步提高阻燃效果。
另一方面，硅烷偶联剂-硬酯酸复合溶液对赤泥-微硅粉混合物表面进行改性处理，形成赤泥-微硅粉复合橡胶填料，克服赤泥-微硅粉无机界面与橡胶有机界面的相容性较差的弊端。
而且，由于赤泥作为高碱性物质，将赤泥-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且不具有阻燃性能，赤泥与微硅粉直接加入橡胶中极易发生团聚，以及赤泥-微硅粉无机界面与橡胶有机界面的相容性较差的问题。
2、本发明利用赤泥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、本发明一种具有高效阻燃性能的赤泥-微硅粉复合橡胶填料的制备方法实施例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；所述硅烷偶联剂为工业纯；所述硬脂酸为分析纯；所述赤泥为烧结法赤泥；所述微硅粉，其粒径为6.8μm～42.1μm。
首先将硅烷偶联剂、硬酯酸与水进行混合，利用超声波分散器对其进行分散10min，得到硅烷偶联剂-硬酯酸复合溶液；然后将赤泥与微硅粉进行混合，利用恒温磁力搅拌器在常温密闭下对其进行搅拌9h，得到赤泥-微硅粉混合物；最后将赤泥-微硅粉混合物与硅烷偶联剂-硬酯酸复合溶液进行混合，利用恒温磁力搅拌器在搅拌温度75℃下，搅拌3h，得到赤泥-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；所述硅烷偶联剂为工业纯；所述硬脂酸为分析纯；所述赤泥为拜尔法赤泥；所述微硅粉，其粒径为7.3μm～43.7μm。
首先将硅烷偶联剂、硬酯酸与水进行混合，利用超声波分散器对其进行分散25min，得到硅烷偶联剂-硬酯酸复合溶液；然后将赤泥与微硅粉进行混合，利用恒温磁力搅拌器在常温密闭下对其进行搅拌12h，得到赤泥-微硅粉混合物；最后将赤泥-微硅粉混合物与硅烷偶联剂-硬酯酸复合溶液进行混合，利用恒温磁力搅拌器在搅拌温度55℃下，搅拌4h，得到赤泥-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；所述硅烷偶联剂为工业纯；所述硬脂酸为分析纯；所述赤泥为混联法赤泥；所述微硅粉，其粒径为6.8μm～38.2μm。
首先将硅烷偶联剂、硬酯酸与水进行混合，利用超声波分散器对其进行分散20min，得到硅烷偶联剂-硬酯酸复合溶液；然后将赤泥与微硅粉进行混合，利用恒温磁力搅拌器在常温密闭下对其进行搅拌6h，得到赤泥-微硅粉混合物；最后将赤泥-微硅粉混合物与硅烷偶联剂-硬酯酸复合溶液进行混合，利用恒温磁力搅拌器在搅拌温度65℃下，搅拌2h，得到赤泥-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；所述硅烷偶联剂为工业纯；所述硬脂酸为分析纯；所述赤泥为拜尔法赤泥与烧结法赤泥，拜尔法赤泥与烧结法赤泥的质量分数比为30∶70；所述微硅粉，其粒径为7.5μm～36.9μm。
首先将硅烷偶联剂、硬酯酸与水进行混合，利用超声波分散器对其进行分散30min，得到硅烷偶联剂-硬酯酸复合溶液；然后将赤泥与微硅粉进行混合，利用恒温磁力搅拌器在常温密闭下对其进行搅拌10h，得到赤泥-微硅粉混合物；最后将赤泥-微硅粉混合物与硅烷偶联剂-硬酯酸复合溶液进行混合，利用恒温磁力搅拌器在搅拌温度80℃下，搅拌2.5h，得到赤泥-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；所述硅烷偶联剂为工业纯；所述硬脂酸为分析纯；所述赤泥为拜尔法赤泥与烧结法赤泥，拜尔法赤泥与烧结法赤泥的质量分数比为70∶30；所述微硅粉，其粒径为6.8μm～40.6μm。
首先将硅烷偶联剂、硬酯酸与水进行混合，利用超声波分散器对其进行分散15min，得到硅烷偶联剂-硬酯酸复合溶液；然后将赤泥与微硅粉进行混合，利用恒温磁力搅拌器在常温密闭下对其进行搅拌7h，得到赤泥-微硅粉混合物；最后将赤泥-微硅粉混合物与硅烷偶联剂-硬酯酸复合溶液进行混合，利用恒温磁力搅拌器在搅拌温度50℃下，搅拌3.5h，得到赤泥-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；所述硅烷偶联剂为工业纯；所述硬脂酸为分析纯；所述赤泥为混联法赤泥；所述微硅粉，其粒径为7.2μm～43.6μm。
首先将硅烷偶联剂、硬酯酸与水进行混合，利用超声波分散器对其进行分散20min，得到硅烷偶联剂-硬酯酸复合溶液；然后将赤泥与微硅粉进行混合，利用恒温磁力搅拌器在常温密闭下对其进行搅拌11h，得到赤泥-微硅粉混合物；最后将赤泥-微硅粉混合物与硅烷偶联剂-硬酯酸复合溶液进行混合，利用恒温磁力搅拌器在搅拌温度60℃下，搅拌3h，得到赤泥-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：
所述赤泥为混联法赤泥；所述微硅粉，其粒径为7.2μm～43.6μm。
将赤泥与微硅粉进行混合，利用恒温磁力搅拌器在常温密闭下对其进行搅拌11h，得到赤泥-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；所述硅烷偶联剂为工业纯；所述硬脂酸为分析纯；所述赤泥为混联法赤泥。
首先将硅烷偶联剂、硬酯酸与水进行混合，利用超声波分散器对其进行分散20min，得到硅烷偶联剂-硬酯酸复合溶液；然后将赤泥与硅烷偶联剂-硬酯酸复合溶液进行混合，利用恒温磁力搅拌器在搅拌温度60℃下，搅拌3h，得到赤泥复合橡胶填料。
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；所述硅烷偶联剂为工业纯；所述硬脂酸为分析纯；所述微硅粉，其粒径为7.2μm～43.6μm。
首先将硅烷偶联剂、硬酯酸与水进行混合，利用超声波分散器对其进行分散20min，得到硅烷偶联剂-硬酯酸复合溶液；然后将微硅粉与硅烷偶联剂-硬酯酸复合溶液进行混合，利用恒温磁力搅拌器在搅拌温度60℃下，搅拌3h，得到微硅粉复合橡胶填料。
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；所述硅烷偶联剂为工业纯；所述硬脂酸为分析纯。
将硅烷偶联剂、硬酯酸与水进行混合，利用超声波分散器对其进行分散20min，得到硅烷偶联剂-硬酯酸复合溶液。
二、本发明赤泥-微硅粉复合橡胶填料加入橡胶后的阻燃性能测试
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)与赤泥-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，获得赤泥-微硅粉复合橡胶。
《塑料燃烧性能试验方法氧指数法》(GB/T2406-1993)测试赤泥-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)测试赤泥-微硅粉复合橡胶的垂直燃烧级别。
表1.赤泥-微硅粉复合橡胶的阻燃性能

Claims (2)

1.一种具有高效阻燃性能的赤泥-微硅粉复合橡胶填料，其特征在于，按重量百分比计，所述赤泥-微硅粉复合橡胶填料组成如下：
所述水为去离子水；所述硅烷偶联剂为工业纯；所述硬脂酸为分析纯；所述赤泥为拜尔法赤泥、烧结法赤泥、混联法赤泥的一种或多种；所述微硅粉，其粒径为6.5μm～43.8μm。
2.一种如权利要求1所述具有高效阻燃性能的赤泥-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：
首先将硅烷偶联剂、硬酯酸与水进行混合，利用超声波分散器对其进行分散10min～30min，得到硅烷偶联剂-硬酯酸复合溶液；然后将赤泥与微硅粉进行混合，利用恒温磁力搅拌器在常温密闭下对其进行搅拌6h～12h，得到赤泥-微硅粉混合物；最后将赤泥-微硅粉混合物与硅烷偶联剂-硬酯酸复合溶液进行混合，利用恒温磁力搅拌器在搅拌温度50℃～80℃下，搅拌2h～4h，得到赤泥-微硅粉复合橡胶填料。
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