CN113429650A - 利用纳滤海水捕集二氧化碳产物对橡胶进行改性的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用纳滤海水捕集二氧化碳产物对橡胶进行改性的方法，首先将纳滤海水捕集二氧化碳的产物碳酸钙和碳酸镁微米化，接着将微米级的碳酸钙和碳酸镁、橡胶、分散剂及抗氧化剂在混炼机中混合均匀，得到改性橡胶。与现有技术采用纳米材料、炭黑或者硅酮增强的橡胶产品相比，避免了纳米材料在橡胶体系中的分散问题，同时将微米级的碳酸钙和碳酸镁的物理和力学性能应用于橡胶，可改善橡胶力学性能和化学性能，提高橡胶产品的使用寿命。

Description

利用纳滤海水捕集二氧化碳产物对橡胶进行改性的方法
技术领域
本发明涉及一种利用纳滤海水捕集二氧化碳产物对橡胶进行改性的方法，特别是涉及到一种利用纳滤海水捕集二氧化碳回收产物碳酸钙和碳酸镁对橡胶进行改性的方法。
背景技术
气候变化是本世纪人类面临的最重大的生存与发展问题之一，为避免气候系统造成不可逆的不利影响，必须采取有效的措施减少和控制温室气体的产生和排放。
中国是全球二氧化碳排放最大的国家，占世界排放总量的27％左右。2017年数据显示：全球总排放二氧化碳361亿吨；中国全年总排放二氧化碳98.39亿吨，占27.2％；美国全年总排放二氧化碳52.67亿吨，14.6％；印度全年总排放二氧化碳24.67亿吨，6.8％。
煤炭是中国二氧化碳排放的主要原因，贡献率达73％。2018年数据：中国总排放二氧化碳100亿吨，煤炭贡献73亿吨，石油贡献15亿吨，水泥贡献7亿吨，天然气贡献5亿吨。
对温室气体的控制是未来中国发展重点研发方向，新型CCUS(碳捕集、利用与封存)技术能够有效解决该问题，利用海水中高浓度钙、镁离子，捕集烟气中二氧化碳，获取碳酸钙和碳酸镁等资源，其中回收碳酸钙和碳酸镁作为回收资源的重要成分，实现二氧化碳捕集和资源化利用。
回收的碳酸钙和碳酸镁作为无机填料，具有化学纯度高、惰性大、不易化学反应、分散性好等优点，将碳酸钙和碳酸镁混合物改性填充的橡胶具备广泛的市场应用前景，同时也能提升纳滤海水捕集二氧化碳回收产物的附加值，有效的推动实现二氧化碳捕集和资源化利用。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明目的在于提供一种利用纳滤海水捕集二氧化碳产物对橡胶进行改性的方法，利用纳滤海水捕集二氧化碳的产物碳酸钙和碳酸镁，首先将捕集二氧化碳的产物碳酸钙和碳酸镁微米化，接着将微米级的碳酸钙和碳酸镁来增强橡胶，制备改性橡胶。与现有技术采用纳米材料、炭黑或者硅酮增强的橡胶产品相比，避免了纳米材料在橡胶体系中的分散问题，同时将微米级的碳酸钙和碳酸镁的物理和力学性能应用于橡胶，可改善橡胶力学性能和化学性能，提高橡胶产品的使用寿命。
利用纳滤海水捕集二氧化碳产物对橡胶进行改性的方法，其特征在于按以下步骤进行：
步骤一，回收产物微米化：采用粉碎机将纳滤海水捕集二氧化碳的回收产物碳酸镁和碳酸钙进行粉碎，粉碎尺寸为1～10mm；接着，利用雷磨机进行研磨，尺寸为0.2～1mm；最后，将0.2～1mm尺寸的回收产物碳酸镁和碳酸钙采用湿磨方式研磨，尺寸为1～100μm，湿磨后的碳酸镁和碳酸钙进行干燥，制得微米级的碳酸镁和碳酸钙混合物；
步骤二，改性橡胶的制备：将步骤一制得的微米级的碳酸镁和碳酸钙混合物、橡胶、分散剂、抗氧化剂按质量百分比在混炼机中混合均匀，制得改性橡胶；其中：橡胶85～95.3份，微米级的碳酸镁与碳酸钙混合物2.2～14.7份，分散剂0.5～2份，抗氧化剂0.1～0.5份，总量为100份。
步骤一中湿磨方式研磨中，球料比为：10～16:1，球子材料为氧化铝和/或氧化锆，球磨时间为：6～10h，球磨温度＜60℃。
步骤二中混炼机中，混合条件为：转速10r/min～100r/min，时间5～25min，温度100～170℃。
纳滤海水捕集二氧化碳的回收产物碳酸镁和碳酸钙具体按以下方法得到：步骤A，将含有纳滤海水捕集二氧化碳的产物废水进行沉降处理，具体步骤为：加入碳酸钠或碳酸钾调节废水的pH值至7-9，以处理的产物废水为基准，持续加入质量分数0.05％-2％碱式聚合氯化铝、浓度0.5ppm-100ppm阴离子聚丙烯酰胺(APAM)、质量分数0.05％-0.1％亚甲基双萘磺酸钠(NNO)，直至含有纳滤海水捕集二氧化碳的产物废水中形成大片的絮状的碳酸钙和碳酸镁，将产物废水温度降低到5-10℃，加速碳酸钙和碳酸镁的沉降，将沉降的碳酸钙和碳酸镁的废水通过管道排入浓缩池，用压滤机将碳酸钙和碳酸镁压干，得到块状的碳酸钙和碳酸镁；步骤B，切块：将步骤A得到块状的碳酸钙和碳酸镁进行机械切块，然后采用粉碎机将块状的碳酸钙和碳酸镁破成小块状的碳酸镁和碳酸钙；步骤C，烘干：将步骤C得到的小块状的碳酸镁和碳酸钙通过物料传输系统输送至热红外干燥加热腔内进行热红外干燥烘干，得到纳滤海水捕集二氧化碳产物碳酸钙和碳酸镁。
所述步骤A中阴离子聚丙烯酰胺(APAM)的分子量为1000-1800万。
所述步骤C中小块状的碳酸镁和碳酸钙在热红外干燥加热腔内停留时间为0.1h-0.5h，烘干得到的碳酸镁和碳酸钙含水率为0.5％-5％。
由于采用了以上技术方案，本发明的制备的改性橡胶具有以下优点：
1、与现有技术采用纳米材料、炭黑或者硅酮增强的橡胶产品相比，将微米级的碳酸钙和碳酸镁的物理和力学性能应用于橡胶，能显著改善橡胶力学性能和化学性能，增强橡胶的耐磨性和抗老化性能，提橡胶产品的使用寿命，同时避免了纳米材料在橡胶体系中的分散问题；
2、本发明利用的碳酸钙和碳酸镁等改性填充的橡胶具备广泛的市场应用前景，同时也能提升纳滤海水捕集二氧化碳回收产物的附加值。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细描述。
本发明各实施例所用的纳滤海水捕集二氧化碳的回收产物碳酸镁和碳酸钙具体按以下方法得到：步骤A，将含有纳滤海水捕集二氧化碳的产物废水进行沉降处理，具体步骤为：加入碳酸钠或碳酸钾调节废水的pH值至8.5，以处理的产物废水为基准，持续加入质量分数1％碱式聚合氯化铝、浓度0.5ppm阴离子聚丙烯酰胺(APAM)、质量分数0.05％亚甲基双萘磺酸钠NNO，阴离子聚丙烯酰胺(APAM)的分子量为1000万，直至含有纳滤海水捕集二氧化碳的产物废水中形成大片的絮状的碳酸钙和碳酸镁，将产物废水温度降低到6.5℃，加速碳酸钙和碳酸镁的沉降，将沉降的碳酸钙和碳酸镁的废水通过管道排入浓缩池，用压滤机将碳酸钙和碳酸镁压干，得到块状的碳酸钙和碳酸镁；步骤B，切块：将步骤A得到块状的碳酸钙和碳酸镁进行机械切块，然后采用粉碎机将块状的碳酸钙和碳酸镁破成小块状的碳酸镁和碳酸钙；步骤C，烘干：将步骤C得到的小块状的碳酸镁和碳酸钙通过物料传输系统输送至热红外干燥加热腔内进行热红外干燥烘干，停留时间20min。经检测，其水分为0.42％，得到纳滤海水捕集二氧化碳产物碳酸钙和碳酸镁。
实施例1
首先，回收产物微米化：采用粉碎机将纳滤海水捕集二氧化碳的回收产物碳酸镁和碳酸钙进行粉碎，其粉碎尺寸大小1.5mm；接着，利用雷磨机进行研磨，其研磨尺寸大小0.5mm；最后，将0.5mm尺寸大小的回收产物碳酸镁和碳酸钙采用湿磨方式研磨，碳酸镁和碳酸钙尺寸大小10μm，球料比为：16:1，球子材料为氧化铝，球磨时间10h，球磨温度45℃；湿磨后的碳酸镁和碳酸钙进行干燥，制得微米级的碳酸镁和碳酸钙混合物。
然后，改性橡胶的制备：将上述制得的4.4份微米级的碳酸镁和碳酸钙混合物、94.6份橡胶、0.5份蜡和树脂分散剂、0.5份亚磷酸酯抗氧化剂在混炼机中混合均匀，混合条件：转速30r/min，时间10min，温度120℃，制得改性橡胶。经检测：得到的改性橡胶的拉应力为20MPa，在300％应变时的应力为18.5MPa。
实施例2
首先，回收产物微米化：采用粉碎机将纳滤海水捕集二氧化碳的回收产物碳酸镁和碳酸钙进行粉碎，其粉碎尺寸大小1.5mm；接着，利用雷磨机进行研磨，其研磨尺寸大小0.5mm；最后，将0.5mm尺寸大小的回收产物碳酸镁和碳酸钙采用湿磨方式研磨，碳酸镁和碳酸钙尺寸大小10μm，球料比为：16:1，球子材料为氧化铝，球磨时间10h，球磨温度45℃；湿磨后的碳酸镁和碳酸钙进行干燥，制得微米级的碳酸镁和碳酸钙混合物。
然后，改性橡胶的制备：将上述制得的8份微米级的碳酸镁和碳酸钙混合物、91份橡胶、0.5份蜡和树脂分散剂、0.5份亚磷酸酯抗氧化剂在混炼机中混合均匀，混合条件：转速30r/min，时间10min，温度120℃，制得改性橡胶。经检测：得到的改性橡胶的拉应力为25MPa，在300％应变时的应力为23.2MPa。
实施例3
首先，回收产物微米化：采用粉碎机将纳滤海水捕集二氧化碳的回收产物碳酸镁和碳酸钙进行粉碎，其粉碎尺寸大小2mm；接着，利用雷磨机进行研磨，其研磨尺寸大小1mm；最后，将1mm尺寸大小的回收产物碳酸镁和碳酸钙采用湿磨方式研磨，碳酸镁和碳酸钙尺寸大小100μm，球料比为：10:1，球子材料为氧化锆，球磨时间6h，球磨温度40℃；湿磨后的碳酸镁和碳酸钙进行干燥，制得微米级的碳酸镁和碳酸钙混合物。
然后，改性橡胶的制备：将上述制得的2.2份微米级的碳酸镁和碳酸钙混合物、95.3份橡胶、2份蜡和树脂分散剂、0.5份亚磷酸酯抗氧化剂在混炼机中混合均匀，混合条件：转速30r/min，时间10min，温度120℃，制得改性橡胶，制得改性橡胶。经检测：得到的改性橡胶的拉应力为24.3Mpa，在300％应变时的应力为26.3MPa。
实施例4
首先，回收产物微米化：采用粉碎机将纳滤海水捕集二氧化碳的回收产物碳酸镁和碳酸钙进行粉碎，其粉碎尺寸大小1.5mm；接着，利用雷磨机进行研磨，其研磨尺寸大小0.5mm；最后，将0.5mm尺寸大小的回收产物碳酸镁和碳酸钙采用湿磨方式研磨，碳酸镁和碳酸钙尺寸大小10μm，球料比为：16:1，球子材料为氧化铝，球磨时间10h，球磨温度45℃；湿磨后的碳酸镁和碳酸钙进行干燥，制得微米级的碳酸镁和碳酸钙混合物。
然后，改性橡胶的制备：将上述制得的10.5份微米级的碳酸镁和碳酸钙混合物、88.5份橡胶、0.5份蜡和树脂分散剂、0.5份亚磷酸酯抗氧化剂在混炼机中混合，混合条件：转速30r/min，时间10min，温度120℃，制得改性橡胶。经检测：得到的改性橡胶的拉应力为27.5MPa，在300％应变时的应力为14.1MPa。
实施例5
首先，回收产物微米化：采用粉碎机将纳滤海水捕集二氧化碳的回收产物碳酸镁和碳酸钙进行粉碎，其粉碎尺寸大小1.5mm；接着，利用雷磨机进行研磨，其研磨尺寸大小0.5mm；最后，将0.5mm尺寸大小的回收产物碳酸镁和碳酸钙采用湿磨方式研磨，碳酸镁和碳酸钙尺寸大小10μm，球料比为：16:1，球子材料为氧化铝，球磨时间10h，球磨温度45℃；湿磨后的碳酸镁和碳酸钙进行干燥，制得微米级的碳酸镁和碳酸钙混合物。
然后，改性橡胶的制备：将上述制得的12.5份微米级的碳酸镁和碳酸钙混合物、86.5份橡胶、0.5份蜡和树脂分散剂、0.5份亚磷酸酯抗氧化剂在混炼机中混合均匀，混合条件：转速100r/min，时间5min，温度170℃，制得改性橡胶。经检测：得到的改性橡胶的拉应力为21.5MPa，在300％应变时的应力为17.3MPa。
实施例6
首先，回收产物微米化：采用粉碎机将纳滤海水捕集二氧化碳的回收产物碳酸镁和碳酸钙进行粉碎，其粉碎尺寸大小10mm；接着，利用雷磨机进行研磨，其研磨尺寸大小1mm；最后，将1mm尺寸大小的回收产物碳酸镁和碳酸钙采用湿磨方式研磨，碳酸镁和碳酸钙尺寸大小20μm，球料比为：14:1，球子材料为氧化锆，球磨时间8h，球磨温度50℃；湿磨后的碳酸镁和碳酸钙进行干燥，制得微米级的碳酸镁和碳酸钙混合物。
然后，改性橡胶的制备：将上述制得的14.7份微米级的碳酸镁和碳酸钙混合物、85份橡胶、0.2份蜡和树脂分散剂、0.1份亚磷酸酯抗氧化剂在混炼机中混合均匀，混合条件：转速10r/min，时间25min，温度100℃，制得改性橡胶。经检测：得到的改性橡胶的拉应力为19.8Mpa，在300％应变时的应力为15.3MPa。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (6)

1.利用纳滤海水捕集二氧化碳产物对橡胶进行改性的方法，其特征在于按以下步骤进行：
步骤一，回收产物微米化：采用粉碎机将纳滤海水捕集二氧化碳的回收产物碳酸镁和碳酸钙进行粉碎，粉碎尺寸为1～10mm；接着，利用雷磨机进行研磨，尺寸为0.2～1mm；最后，将0.2～1mm尺寸的回收产物碳酸镁和碳酸钙采用湿磨方式研磨，尺寸为1～100μm，湿磨后的碳酸镁和碳酸钙进行干燥，制得微米级的碳酸镁和碳酸钙混合物；
步骤二，改性橡胶的制备：将步骤一制得的微米级的碳酸镁和碳酸钙混合物、橡胶、分散剂、抗氧化剂按质量百分比在混炼机中混合均匀，制得改性橡胶；其中：橡胶85～95.3份，微米级的碳酸镁与碳酸钙混合物2.2～14.7份，分散剂0.5～2份，抗氧化剂0.1～0.5份，，总量为100份。
2.根据权利要求1所述的利用纳滤海水捕集二氧化碳产物对橡胶进行改性的方法，其特征在于：步骤一中湿磨方式研磨中，球料比为：10～16:1，球子材料为氧化铝和/或氧化锆，球磨时间为：6～10h，球磨温度＜60℃。
3.根据权利要求1所述的利用纳滤海水捕集二氧化碳产物对橡胶进行改性的方法，其特征在于：步骤二中混炼机中混合条件为：转速10r/min～100r/min，时间5～25min，温度100～170℃。
4.根据权利要求1所述的利用纳滤海水捕集二氧化碳产物对橡胶进行改性的方法，其特征在于：纳滤海水捕集二氧化碳的回收产物碳酸镁和碳酸钙具体按以下方法得到：步骤A，将含有纳滤海水捕集二氧化碳的产物废水进行沉降处理，具体步骤为：加入碳酸钠或碳酸钾调节废水的pH值至7-9，以处理的产物废水为基准，持续加入质量分数0.05％-2％碱式聚合氯化铝、浓度0.5ppm-100ppm阴离子聚丙烯酰胺(APAM)、质量分数0.05％-0.1％亚甲基双萘磺酸钠(NNO)，直至含有纳滤海水捕集二氧化碳的产物废水中形成大片的絮状的碳酸钙和碳酸镁，将产物废水温度降低到5-10℃，加速碳酸钙和碳酸镁的沉降，将沉降的碳酸钙和碳酸镁的废水通过管道排入浓缩池，用压滤机将碳酸钙和碳酸镁压干，得到块状的碳酸钙和碳酸镁；步骤B，切块：将步骤A得到块状的碳酸钙和碳酸镁进行机械切块，然后采用粉碎机将块状的碳酸钙和碳酸镁破成小块状的碳酸镁和碳酸钙；步骤C，烘干：将步骤C得到的小块状的碳酸镁和碳酸钙通过物料传输系统输送至热红外干燥加热腔内进行热红外干燥烘干，得到纳滤海水捕集二氧化碳产物碳酸钙和碳酸镁。
5.根据权利要求4所述的利用纳滤海水捕集二氧化碳产物对橡胶进行改性的方法，其特征在于：所述步骤A中阴离子聚丙烯酰胺(APAM)的分子量为1000-1800万。
6.根据权利要求4所述的利用纳滤海水捕集二氧化碳产物对橡胶进行改性的方法，其特征在于：所述步骤C中小块状的碳酸镁和碳酸钙在热红外干燥加热腔内停留时间为0.1h-0.5h，烘干得到的碳酸镁和碳酸钙含水率为0.5％-5％。
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