CN115960405A - 聚合物/矿渣复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种聚合物/矿渣复合材料的制备方法，具体步骤如下：S1、将矿渣加入到高速搅拌机中，密封后进行高速搅拌；S2、于搅拌机上方的第一喷嘴喷入扩孔剂，并于第二喷嘴喷入高分子材料，并且，第一喷嘴与第二喷嘴同时喷入；S3、待液体全部喷完后，继续搅拌3min，取出改性矿渣进行干燥；S4、将步骤S3得到的不同含量的改性矿渣与聚合物在密炼机中进行熔融共混，得到聚合物/矿渣复合材料。本发明采用上述的一种聚合物/矿渣复合材料的制备方法，采用原位刻蚀高分子接枝技术对矿渣进行改性，形成表面接枝长链高分子化合物的矿渣，提升了矿渣与聚合物之间界面相容性，降低了矿渣之间的聚集。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料生产技术领域，尤其是涉及一种聚合物/矿渣复合材料的制备方法。
背景技术
黑色冶金工业的矿渣是影响环境负荷的主要固体废弃物，冶炼废渣堆存侵占土地，污染毒化土壤、水体和大气，严重影响生态环境，造成明显或潜在的经济损失和资源浪费。所以，冶炼废渣的无害化、资源化处理是世界各国十分重视的焦点，也是各国推进循环经济的中心内容之一，因此，开展矿渣的综合利用具有重要的意义。
随着国民经济水平的提高和科学技术的不断发展，塑料、纤维和橡胶等聚合物材料及其制品在近年来得到了蓬勃发展，它们正逐步代替一些传统材料，如：钢材、金属、水泥及木材等材料，广泛应用于工业、农业、军事等各个领域。聚合物具有相对密度小、耐化学药品性、耐水性好、良好的机械强度、电绝缘性等特点，可用于薄膜、管材、板材、各种成型制品、电线电缆等。
在农业、包装、电子、电气、汽车、机械、日用杂品等方面有广泛的用途。矿渣的化学成分有CaO、SiO2、Al2O3、MgO、MnO、Fe2O3等氧化物和少量硫化物如CaS、MnS等，一般来说，CaO、SiO2和Al2O3的含量占90％以上。其中CaO、SiO2和Al2O3的常被作为填料用于聚合物产品的填充，降低产品的价格。因此，可以通过矿渣与聚合物进行复合，制备出聚合物/矿渣复合材料，既解决了矿渣对环境的污染问题，又可以有效的降低聚合物的成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种聚合物/矿渣复合材料的制备方法，采用原位刻蚀高分子接枝技术对矿渣进行改性，形成表面接枝长链高分子化合物的矿渣，提升了矿渣与聚合物之间界面相容性，降低了矿渣之间的聚集。
为实现上述目的，本发明提供了一种聚合物/矿渣复合材料的制备方法，具体步骤如下：
S1、将矿渣加入到高速搅拌机中，密封后进行高速搅拌；
S2、于搅拌机上方的第一喷嘴喷入扩孔剂，并于第二喷嘴喷入高分子材料，并且，第一喷嘴与第二喷嘴同时喷入；
S3、待液体全部喷完后，继续搅拌3min，取出改性矿渣进行干燥；
S4、将步骤S3得到的不同含量的改性矿渣与聚合物在密炼机中进行熔融共混，得到聚合物/矿渣复合材料。
优选的，步骤S2中，所述扩孔剂为酸，且为盐酸、硫酸、磷酸、硝酸、甲酸、醋酸、甲磺酸中的一种或几种。
优选的，步骤S2中，所述高分子材料的端基为氨基、羧基、环氧基、醛基、酰胺基中的一种，优选为羧基。
优选的，步骤S2中，扩孔剂与矿渣重量比为0.1～5：100，高分子材料与矿渣重量比为0.1～20：100。
优选的，步骤S3中，干燥温度为100℃，时间为8h。
优选的，步骤S4中，温度为200℃，共混时间为10min。
优选的，步骤S4中，聚合物为聚乙烯、聚丙烯、天然橡胶、聚丁二烯、ABS、聚碳酸酯、尼龙、乙丙橡胶、丁苯橡胶中的一种或几种。
优选的，步骤S4中，改性矿渣与聚合物重量比为5～100：100。
因此，本发明采用上述一种聚合物/矿渣复合材料的制备方法，采用原位刻蚀高分子接枝技术对矿渣进行改性，形成表面接枝长链高分子化合物的矿渣，提升了矿渣与聚合物之间的界面相容性，降低了矿渣之间的聚集，最后将改性后的矿渣与商品化聚合物进行熔融共混，得到聚合物/矿渣复合材料。与聚合物原料和聚合物/矿渣复合材料相比，加入改性矿渣后的聚合物具有更加优异的力学性能。
下面通过实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的主旨或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其它实施方式。这些其它实施方式也涵盖在本发明的保护范围内。
还应当理解，以上所述的具体实施例仅用于解释本发明，本发明的保护范围并不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明/发明的保护范围之内。
本公开使用的所有术语(包括技术术语或者科学术语)与本公开所属领域的普通技术人员理解的含义相同，除非另外特别定义。还应当理解，在诸如通用词典中定义的术语应当被理解为具有与它们在相关技术的上下文中的含义相一致的含义，而不应用理想化或极度形式化的意义来解释，除非本文有明确地这样定义。
本发明说明书中引用的现有技术文献所公开的内容整体均通过引用并入本发明中，并且因此是本发明公开内容的一部分。
实施例一
一种聚合物/矿渣复合材料的制备方法，具体步骤如下：
S1、将1kg矿渣(～200目，吉林省大黑山钼矿渣)投入到高速搅拌机中，密封后进行高速搅拌，转速1000rpm。随后通过搅拌机上方的第一喷嘴喷入稀释后的盐酸(5g盐酸，50g水)和第二喷嘴喷入端位为羧基的丁苯橡胶胶乳(20g，固含量40％)，两个喷嘴同时喷入。待液体全部喷完后，继续搅拌3min，取出改性矿渣进行干燥，干燥温度为100℃，干燥过程中丁苯胶的端羧基与矿渣表面的羟基发生酯化反应，反应时间为8h。
S2、将不同含量的改性矿渣与商品化聚乙烯(埃克森美孚，HMA025)在密炼机中进行熔融共混，温度为200℃，共混时间为10min，得到聚乙烯/矿渣复合材料。聚乙烯/矿渣复合材料的性能详见表1。
表1聚乙烯/矿渣复合材料性能
实施例二
一种聚合物/矿渣复合材料的制备方法，具体步骤如下：
S1、将1kg矿渣(～200目，吉林省大黑山钼矿渣)投入到高速搅拌机中，密封后进行高速搅拌，转速1000rpm。随后通过搅拌机上方的第一喷嘴喷入稀释后的盐酸(5g磷酸，50g水)和第二喷嘴喷入端位为羧基的丁苯橡胶胶乳(20g，固含量40％)，两个喷嘴同时喷入。待液体全部喷完后，继续搅拌3min，取出改性矿渣进行干燥，干燥温度为100℃，干燥过程中丁苯胶的端羧基与矿渣表面的羟基发生酯化反应，反应时间为8h。
S2、将100g天然橡胶在开炼机上进行混炼，温度为70℃，采取左四刀右四刀的方法进行割胶，依次加入改性矿渣，0.5g硬脂酸，5g氧化锌，0.7g促进剂M和3g硫磺，最后打三角包(次数在3～4次)，获得密炼胶。将上述密炼胶在平板硫化仪上进行硫化，硫化温度为145℃，硫化时间为30min。性能详见表2。
表2天然橡胶/矿渣复合材料性能
实施例三
一种聚合物/矿渣复合材料的制备方法，具体步骤如下：
S1、将1kg矿渣(～200目，吉林省大黑山钼矿渣)投入到高速搅拌机中，密封后进行高速搅拌，转速1000rpm。随后通过搅拌机上方的第一喷嘴喷入稀释后的盐酸(10g磷酸，50g水)和第二喷嘴喷入端位为氨基的聚乙二醇(20g，水30g)，两个喷嘴同时喷入。待液体全部喷完后，继续搅拌3min，取出改性矿渣进行干燥，干燥温度为100℃，干燥过程中聚乙二醇的端氨基与矿渣表面的羟基发生脱水反应，反应时间为8h。
S2、将不同含量的改性矿渣与商品化尼龙6(法国罗地亚)在密炼机中进行熔融共混，温度为240℃，共混时间为10min，得到聚乙烯/矿渣复合材料。聚乙烯/矿渣复合材料的性能详见表3。
表3尼龙6/矿渣复合材料性能
对比例一
一种聚合物/矿渣复合材料的制备方法，具体步骤如下：
将不同含量的未改性矿渣与商品化聚乙烯(埃克森美孚，HMA025)在密炼机中进行熔融共混，温度为200℃，共混时间为10min，得到聚乙烯/矿渣复合材料。聚乙烯/矿渣复合材料的性能详见表4。
表4聚乙烯/矿渣(未改性)复合材料性能
由于未改性矿渣在聚乙烯中分散性及界面相容性较差，当加入量超过20wt％时可能发生了矿渣聚集现象，从而导致力学性能的下降。
对比例二
一种聚合物/矿渣复合材料的制备方法，具体步骤如下：
将不同含量的未改性矿渣与商品化聚丙烯(齐鲁石化，T30S)在密炼机中进行熔融共混，温度为200℃，共混时间为10min，得到聚丙烯/矿渣复合材料。性能详见表5。
表5聚丙烯/矿渣(未改性)复合材料性能
由于未改性矿渣在聚丙烯中分散性及界面相容性较差，当加入量超过10wt％时可能发生了矿渣聚集现象，从而导致力学性能的下降。
因此，本发明采用上述一种聚合物/矿渣复合材料的制备方法，采用原位刻蚀高分子接枝技术对矿渣进行改性，形成表面接枝长链高分子化合物的矿渣，提升了矿渣与聚合物之间界面相容性，降低了矿渣之间的聚集。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种聚合物/矿渣复合材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
S1、将矿渣加入到高速搅拌机中，密封后进行高速搅拌；
S2、于搅拌机上方的第一喷嘴喷入扩孔剂，并于第二喷嘴喷入高分子材料，并且，第一喷嘴与第二喷嘴同时喷入；
S3、待液体全部喷完后，继续搅拌3min，取出改性矿渣进行干燥；
S4、将步骤S3得到的改性矿渣与聚合物在密炼机中进行熔融共混，得到聚合物/矿渣复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种聚合物/矿渣复合材料的制备方法，其特征在于：步骤S2中，所述扩孔剂为酸，且为盐酸、硫酸、磷酸、硝酸、甲酸、醋酸、甲磺酸中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的一种聚合物/矿渣复合材料的制备方法，其特征在于：步骤S2中，所述高分子材料的端基为氨基、羧基、环氧基、醛基、酰胺基中的一种，优选为羧基。
4.根据权利要求1所述的一种聚合物/矿渣复合材料的制备方法，其特征在于：步骤S2中，扩孔剂与矿渣重量比为0.1～5：100，高分子材料与矿渣重量比为0.1～20：100。
5.根据权利要求1所述的一种聚合物/矿渣复合材料的制备方法，其特征在于：步骤S3中，干燥温度为100℃，时间为8h。
6.根据权利要求1所述的一种聚合物/矿渣复合材料的制备方法，其特征在于：步骤S4中，温度为200℃，共混时间为10min。
7.根据权利要求1所述的一种聚合物/矿渣复合材料的制备方法，其特征在于：步骤S4中，聚合物为聚乙烯、聚丙烯、天然橡胶、聚丁二烯、ABS、聚碳酸酯、尼龙、乙丙橡胶、丁苯橡胶中的一种或几种。
8.根据权利要求1所述的一种聚合物/矿渣复合材料的制备方法，其特征在于：步骤S4中，改性矿渣与聚合物重量比为5～100：100。
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