CN1282748A

CN1282748A - 造纸废浆污泥纤维复合填充剂及其在塑料制备中的应用

Info

Publication number: CN1282748A
Application number: CN 00119681
Authority: CN
Inventors: 黄发荣; 沈学宁; 王彬芳; 韩晓伟; 李永杰
Original assignee: East China University of Science and Technology
Current assignee: East China University of Science and Technology
Priority date: 2000-08-22
Filing date: 2000-08-22
Publication date: 2001-02-07

Abstract

本发明提供了一种造纸废浆污泥纤维复合填充剂及其在塑料制备中的应用。本发明将造纸废浆污泥通过干燥、细化、表面改性等预处理过程,使之成为干燥的有一定细度的有机和无机复合的、纤维与粉状复合的复合填充剂,该复合填充剂可以作为塑料的填料,使废物资源得到充分的利用,且消除了造纸污泥对环境的污染。

Description

造纸废浆污泥纤维复合填充剂及其在塑料制备中的应用

本发明属于环境保护技术领域，涉及造纸工业的废弃物，尤其涉及一种造纸工业废浆污泥及其应用。

纸张广泛用于各行各业，但造纸业给环境带来了严重的污染，这已引起世界各国的高度重视。目前世界上对造纸废浆常用焚烧和填埋等方法进行处理。文献：Marimuthu P，GunasekaranJP，et al，IPPTA，1999，H(1)：11～18．报道了把污泥进行燃烧，烧去有机物，可得到有用的石灰石；文献：Kato K，SuzukiM，et al，Kami Pa Gikyoshi，1998，52(10)：1366。1372(J)．利用纸浆污泥在高温旋转窑中燃烧制造碳化材料，用于热绝缘和抗氧化；文献：王淑君编译(日本特许公报)，建材工业信息，1991，(1)：16-17，则利用废纸浆焚烧灰来制造轻质无机板材。上述的焚烧处理方法设备投资大，需要造价昂贵的焚烧炉，还要消耗大量的辅助燃料，因此从资源利用角度来讲是不理想的，况且焚烧造成二次污染。填埋处理则将需要宝贵的土地和空间，并易造成二次污染。因此造纸废浆污泥的再生利用成为人们积极探索的一个课题。

造纸废浆污泥的再生利用有许多方法，较长纤维如一段污泥用于制造纤维复合材料；含纤维较多的污泥可用于生产乳酸；造纸污泥也可用超临界技术氧化成有机物，用于有机合成，其无机残留物可作它用；污泥还可用于作燃料回收能量或作材料，但许多工作处于研究阶段，还未进入实用阶段。中国专利：申请号89105558将造纸废浆经干燥后，以该细纤维为主要原料，与各种适量的填充剂包括乳胶、松节油、颜料等混合制成装饰膏，用于建筑行业的内墙装饰；中国专利：CN1156126A则提及利用污泥的木质素等有机物与制浆造纸中的粗浆渣或废纸浆制造纤维板。上述专利涉及废纸浆污泥的利用，所利用的污泥以一段污泥(含较长纤维)为主，很少利用二段污泥(含较短纤维)，且目前未对污泥进行预处理，因此，进一步开发研究造纸废浆污泥的新的处理方法和再生利用，将具有十分重要的意义。

本发明的目的之一在于提供一种经过干燥、表面处理、用于塑料可改善塑料性能的造纸废浆污泥再生纤维复合填充剂；

本发明的目的之二在于公开上述的造纸废浆污泥再生纤维复合填充剂在塑料中的应用，以替代传统的木粉、碳酸钙、高岭土等填充剂。

本发明的构思是这样的：

造纸废浆污泥的主要成份为纸短纤维等有机物和钙、硅、铝化合物等无机物，呈灰黑色的污泥状，其含水量高达60～65％，短纸纤维等有机物与含钙、硅、铝等无机物的比例为53／47左右，无毒性。本发明将它通过干燥、细化、表面改性等预处理过程，使之成为干燥的有一定细度的有机和无机复合的、纤维与粉状复合的复合填充剂，该复合填充剂可以作为塑料的填料，使废物资源得到充分的利用，且消除了造纸污泥对环境的污染。

实现本发明目的的技术方案如下所述：

本发明所说的造纸废浆污泥再生纤维填充剂是这样进行制备的：

(1)干燥：

造纸废浆污泥的含水量高达60～65％(Wt)，应先进行干燥脱水，可以采用常规的干燥器进行脱水，但最好采用单级滚筒干燥器或串联的二级滚筒干燥器，进风温度为600～800℃，最佳为750℃左右，出风温度在70～120℃，最佳在100℃左右，可以通过控制物料在干燥器内停留时间的方法对出风温度进行控制，干燥后含水量为7％～16％，最好为12％～15％(wt)。

(2)细化：

步骤(1)所获得的造纸废浆污泥干燥物内含纤维状有机物和粉状无机物，可以采用常规的方法将其粉碎，为不影响纤维性质，最好采用超级涡流磨粉碎机，将其细化成50～300目左右的纤维细粉，即为所说的复合填充剂。

为改善所得复合填充剂的性能，可进一步对其进行表面改性处理：

将步骤(2)所获得的复合填充剂与处理剂高速混合，使处理剂均匀地吸附在复合填充剂表面，即可获得经过表面处理的复合填充剂。

所说的处理剂为硅烷偶联剂或有机高分子化合物。

所说的硅烷偶联剂，如上海耀华玻璃厂生产的KH-550，KH-560等；

所说的有机高分子化合物可以是低分子量的酚醛树脂等，其平均分子量为150～500；

处理剂用量为2～20％，以纤维细粉的重量为基准，前者用量以2～10％为好，后者用量以5～20％为好。

上述的复合填充剂可以作为塑料填料，用于酚醛塑料，纤维复合填充剂在塑料中的填充量以纯树脂为基准的重量比为20％～120％。也可用纤维复合填充剂与木粉的混合物作为填料，木粉与纤维复合填充剂的重量比为0～1．0。塑料的基本配方可以参考专著：(A．Knop，L．A．，pilato．Phenolic Resin，Berlin．Springer-Verlag，1985．)：如可以采用下述的配方：

线型酚醛树脂-------------------------------35～50％

固化剂(六次甲基四胺等)---------------------4～8％

固化促进剂(氧化镁、氢氧或氢氧化钙等)-------0．8～2．0％

润滑剂(硬脂酸、硬脂酸锌等)-----------------0．8～2．5％

着色剂(苯胺黑、氧化铁等)-------------------0．8～2％

纤维复合填充剂-----------------------------40-50％

以上均为重量百分比。

上述的酚醛模塑料亦是这样进行制备的：

将粉碎的酚醛树脂与纤维复合填充剂、固化剂及其它添加剂混合均匀，然后在开炼机上塑炼，开炼机的低温辊控制在85～110°C，高温辊控制在100～150℃左右，前辊转速为19r／min，后辊转速为17r／min(速比1～1．12左右)，开炼数分钟后，物料经冷却，粗粉碎、细粉碎即为酚醛模塑粉。

上述的酚醛模塑粉可以采用压塑成型，模具一般要预热至140～180℃，模压温度为140～195°C，模压压力为10～40MPa，模压时间为50～70s／mm；该模塑粉还可注射成型。

采用上述配方和加工工艺所获得的酚醛塑料的性能十分优良，符合国家标准，GB1404-1995(PF2A2-131，141，161)，测试结果如下：

冲击强度(缺口) 1．5～1．7kJ／m²

弯曲强度 70～80Mpa

介电强度(90℃)：6～7MV／m

绝缘电阻 1010～10¹¹Ω

吸水性～14mg。

所说的纤维复合填充剂也可以用于制备热塑性塑料，将纤维复合填充剂用于热塑性树脂中，可获得性能优良的塑料材料，其中热塑性塑料包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等，纤维复合填充剂用量为20～200％(以纯树脂计)。

上述的热塑性塑料是这样制备的：按配比将该纤维复合填充剂、热塑性树脂、助剂等进行混合并进行塑炼，可在混合机和塑炼机上分别进行，也可在螺杆或双螺杆挤出机上进行，混炼后的混合料可模压成型、注射成型和挤出成型，制成板材、异型材、管材等。

用该复合填充剂填充的塑料具有优良的性能，如用该填充剂制成的PVC塑料的弯曲强度可达80MPa以上。

以下将通过实施例对本发明的有关内容作进一步的说明。

实施例1

将造纸废浆置于单级滚筒干燥器中，进风温度为750°C，出风温度为100℃，干燥效率为89％，造纸废浆的含水量从65％降至13％。干燥后的造纸废浆在超级涡流磨粉碎机内粉碎成80目，同时其含水量可进一步降至8％，即获得复合填充剂。该复合填充剂可加入纤维细粉重量的10％的上海耀华玻璃厂生产的KH-550，并在高速混合机中进行充分混合，即可获得经过表面处理的复合填充剂。

实施例2

制备过程与实施例相同，采用平均分子量为250的酚醛树脂为表面处理剂，加入量为纤维细粉重量的20％，即可获得经过表面处理的复合填充剂。

实施例3

复合填充剂在酚醛塑料中的应用。

酚醛模塑粉的基本配方：线型酚醛树脂46份，所说的纤维复合填充剂48份，乌洛托品(六次甲基四胺)7．70份，氧化镁1．5份，氢氧化钙0．5份，硬脂酸2．4份，苯胺黑1份；

将粉碎后的酚醛树脂与其他组分混合均匀后，在开炼机中塑炼，热炼温度110～120(℃，热炼时间3～4min，将物料冷却至室温，再粉碎成模塑粉或模塑粒。

酚醛模塑料的成型在压机上进行，模具预热温度150℃，模压温度175℃，模压时间3min，模压压力为15MPa。

采用GB1404-1995标准进行测试，结果如下：

酚醛塑料制件的抗冲击强度(缺口)1．6KJ／m²，

弯曲强度 70Mpa

介电强度(90℃) 6．6MV／m

绝缘电阻 2．5×10¹¹Ω

吸水性 14．1mg。

实施例4

造纸废浆即纤维复合填充剂在热塑性塑料制备中的应用。

基本配方：

PVC(XS-4)100份，所说的造纸废浆即纤维复合填剂200份，邻苯二甲酸二辛酯35份，三盐基硫酸铅3份，二盐基硬脂酸铅1份，硬脂酸铅1份，硬脂酸钡0．5份。

将各组分于高速混合机内混合均匀，在开放式塑炼机上把混合物料进行塑炼，筒辊温度控制在163℃，辊间距1～3mm，转速30r／min，辊速比1∶1．2。

该模塑料可压制成型：

PVC板材在热压机上进行压制，压制温度控制在175℃，压制前先预热7～10min，然后在15MPa压力下热压4min，再在室温下15MPa保压5min，由此得到的PVC板材的抗弯强度为50．5 MPa。

Claims

1．一种造纸废浆污泥纤维复合填充剂，其特征在于是这样制备的：

(1)干燥：

在干燥器对造纸废浆污泥进行干燥，干燥器进风温度为600～800℃，出风温度在70～120℃，干燥后造纸废浆污泥含水量以重量百分比计为7％～16％；

(2)细化：

将步骤(1)所获得的造纸废浆污泥干燥物粉碎，将其细化成50～300目的纤维细粉，即得纤维复合填充剂。

2．如权利要求1所述的造纸废浆污泥再生纤维填充剂，其特征在于，将步骤(2)所得的纤维细粉与处理剂与均匀混合，即得经过表面改性处理纤维复合填充剂；

所说的处理剂为硅烷偶联剂或低分子量的酚醛树脂，以纤维细粉的重量为基准其用量为2～20％。

3．如权利要求1或2所述的造纸废浆污泥再生纤维填充剂，其特征在于，采用单级滚筒干燥器或串联的二级滚筒干燥器进行干燥，进风温度为750℃，出风温度为100℃，干燥后含造纸废浆污泥含水量以重量百分比计为12％～15％，并采用超级涡流磨粉碎机进行粉碎。

4．如权利要求2所述的造纸废浆污泥再生纤维填充剂，其特征在于，处理剂为KH-550或KH-560，其用量以纤维细粉的重量为基准为2～10％。

5．如权利要求2所述的造纸废浆污泥再生纤维填充剂，其特征在于，处理剂为分子量为150～500的酚醛树脂，其用量以纤维细粉的重量为基准为5～20％。

6．如权利要求1-5任一所述的造纸废浆污泥纤维复合填充剂的应用，其特征在于，可以作为塑料填料。

7．如权利要求6所述的应用，其特征在于，所说的塑料为酚醛塑料，复合填充剂添加量以纯树脂重量为基准为20～120％，在开炼机上开炼，低温辊温度为85～110℃，高温辊温度为100～150℃。

8．如权利要求6所述的应用，其特征在于，所说的模塑包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯，纤维复合填充剂用量以纯树脂重量计为20～200％，在开炼机上塑炼，所获得的混合料可模压成型、注射成型或挤出成型。

9．如权利要求7所述的应用，其特征在于，采用木粉和所说的纤维复合填充剂的混合物作为酚醛塑料的填料。

10．如权利要求9所述的应用，其特征在于，木粉和纤维复合填充剂的重量比为0～1．0。