一種改性煤灰塑料發(fā)泡復(fù)合板及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及復(fù)合板領(lǐng)域，尤其是一種改性煤灰塑料發(fā)泡復(fù)合板及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 煤灰是熱電廠、鍋爐房產(chǎn)生的固體廢棄排放物。2012年全國煤灰的產(chǎn)生量達(dá)到5 億噸，數(shù)量巨大的煤灰若處理不當(dāng)將產(chǎn)生嚴(yán)重的污染，加重環(huán)境日益惡化。煤灰的主要成份 是二氧化硅、三氧化二鋁，并吸附有部分游離水或化學(xué)結(jié)合水，能夠進(jìn)行資源化利用?，F(xiàn)在 煤灰主要用于建筑材料制備，如加氣磚、輕質(zhì)墻體材料、煤灰磚、水泥等附加價(jià)值低，技術(shù)水 平含量低的領(lǐng)域。煤灰也逐漸用于高分子材料填充領(lǐng)域，但由于煤灰密度大，表面羥基多親 水性強(qiáng)，造成在材料中易沉降、分層，相容性差等缺點(diǎn)，用量很少。我國有豐富的煤炭資源， 在較長時(shí)間內(nèi)利用煤炭發(fā)電仍然是一種主要獲取能源的一種方式。因此，大力開發(fā)煤灰的 高質(zhì)、高附加值利用，替代高耗能的白炭黑、碳酸鈣、陶土、滑石粉等填充劑是我國經(jīng)濟(jì)持續(xù) 發(fā)展的必然要求。
[0003] 高分子材料現(xiàn)已廣泛用于經(jīng)濟(jì)生活中的各個(gè)領(lǐng)域。通用塑料包括聚乙烯、聚丙烯、 聚氯乙烯、聚苯乙烯等，其中聚氯乙烯用量占據(jù)了通用塑料中的70%。通過發(fā)泡處理可使塑 料材料密度減輕，具有減震、隔熱、隔音、比強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)。塑料發(fā)泡須保證一定的熔體流動(dòng) 性和熔體強(qiáng)度，同時(shí)調(diào)整好發(fā)泡劑、增塑劑、促進(jìn)劑等用量。若在塑料中加入煤灰共混制備 發(fā)泡復(fù)合材料，這種情況將更加復(fù)雜，發(fā)泡技術(shù)更具難度。
[0004] 為了提高煤灰在塑料中填充量，提高復(fù)合材料綜合性能，必須對(duì)煤灰進(jìn)行改性。采 用偶聯(lián)劑處理填料是活化惰性填料、提高塑料和填料相容性的主要方法。中國專利文獻(xiàn)"用 工業(yè)固廢制備高填充聚氯乙烯或聚烯烴復(fù)合材料的方法(授權(quán)號(hào)CN103319762B)"和"一 種添加大宗工業(yè)固廢制備輕質(zhì)通用塑料復(fù)合材料的方法(公開號(hào)CN104356505A)"公開了處 理粉煤灰的方法：采用200-800°C烘培0. 5-5小時(shí)，用硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、鋁酸酯偶 聯(lián)劑預(yù)處理，然后與增塑劑、樹脂、發(fā)泡劑等經(jīng)螺桿造粒或注塑。"一種資源節(jié)約型灰塑發(fā)泡 高分子復(fù)合材料及其制備方法(公開號(hào)CN102617950)"在高速混合機(jī)中用偶聯(lián)劑處理煤灰， 再加入發(fā)泡劑等助劑高速共混，直接放料。"一種利用復(fù)配偶聯(lián)劑對(duì)粉煤灰漂珠進(jìn)行表面改 性的方法及應(yīng)用（授權(quán)號(hào)CN102850825B)"采用多種偶聯(lián)劑進(jìn)行復(fù)配的處理方法：將粉煤灰 在350-450°C下燒結(jié)48h，再先后用稀酸、稀堿攪拌1. 5-2. 5h，用去離子水沖洗至中性，最后 用復(fù)配偶聯(lián)劑處理。"改性粉煤灰微珠橡塑填料的制備方法(授權(quán)公開號(hào)CN101348578B)" 采用30-47%的氫氟酸腐蝕處理2天，用氫氧化鈉、氫氧化|丐、水處理，再用二氧化碳調(diào)整PH 至中性，最后用偶聯(lián)劑處理。以上方法存在如下缺陷：偶聯(lián)劑成本高，預(yù)處理工藝復(fù)雜，時(shí)間 長、效率低；特別是采用高腐蝕性酸和堿對(duì)設(shè)備要求非常高，也對(duì)人身體健康產(chǎn)生極大的危 害；煤灰改性不均勻，影響復(fù)合材料加工和材料物理性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明針對(duì)上述問題提出了一種改性煤灰塑料發(fā)泡復(fù)合板及其制備方法，采用改 性煤灰有效提升塑料發(fā)泡復(fù)合板的性能。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案，一種改性煤灰塑料發(fā)泡復(fù)合板包 括芯層與皮層，芯層原料按重量份計(jì)包括：PVC樹脂粉100份，改性煤灰40~120份、皮層 原料按重量份計(jì)包括：PVC樹脂粉100份，改性煤灰20~60份，所述改性煤灰以水溶性酚 醛樹脂、樹脂水乳液為復(fù)合改性劑對(duì)煤灰進(jìn)行改性。
[0007]所述的復(fù)合改性劑組成按重量份計(jì)為酚醛樹脂水溶液：樹脂水乳液=25~100:100,重量份計(jì)，所述復(fù)合改性劑：煤灰為10~50 :100。
[0008]所述芯層原料按重量份計(jì)還包括：穩(wěn)定劑1. 5~2. 5份，潤滑劑0. 2~1. 2份，增 塑劑0. 5~1. 2份，增韌劑0. 5~2份，發(fā)泡劑0. 8~1. 5份，回料10~50份；所述皮層按 重量份計(jì)還包括：穩(wěn)定劑2~3份，潤滑劑0. 5~1. 5份，增塑劑0. 5~1. 2份，增韌劑3~ 6份。
[0009] -種制備改性煤灰塑料發(fā)泡復(fù)合板的方法，包括以下步驟： a改性煤灰制備：按重量份計(jì)煤灰：復(fù)合改性劑=100 :10~50選取煤灰及復(fù)合改性 劑，加入捏合裝置，于常溫下捏合混合5~15min;然后再在該捏合機(jī)中攪拌的同時(shí)，升溫到 120~150°C干燥、反應(yīng)；最后冷卻到室溫得到改性煤灰； b芯、皮層混合料制備：分別按芯層和皮層物料配比稱好物料加入到高溫混合機(jī)中，邊 攪拌邊加熱至100~120°C，再控制溫度在100~120°C下混合5~20min;將上述高溫混 合物料通過密封管道排入到低溫低速混合機(jī)中混合、攪拌、冷卻，最后冷卻到30~60°C停 止攪拌，得到皮層混合料和芯層混合料； c擠出熔融：將皮層混合料在第一擠壓設(shè)備中經(jīng)熔融、壓縮、均化，通過?？跀D出成熔 融狀片材A，將芯層混合料在第二擠壓設(shè)備中熔融、壓縮、均化、發(fā)泡，通過?？跀D出成熔融 狀片材B; d成型：將熔融狀片材A與熔融狀片材B移入同一模具中，經(jīng)連續(xù)加壓、粘合、復(fù)合成芯 層發(fā)泡，皮層不發(fā)泡密實(shí)的復(fù)合板材半成品，再移入冷卻裝置，冷卻、定型； e切割：根據(jù)需要長度進(jìn)行切割，得到產(chǎn)品。
[0010] 所述的樹脂水乳液為氯乙烯-醋酸乙烯酯共聚物水乳液，氯乙烯-丙烯酸酯共 聚物水乳液、氯乙烯-醋酸乙烯酯-馬來酸酐共聚物水乳液、聚氨酯水性乳液中的一種或 兩種；所述的酚醛樹脂水溶液重量百分比為30%~60%、所述的樹脂水乳液重量百分比為 10% ~50%。
[0011] 所述的PVC樹脂粉選用通用的懸浮聚合8型（SG-8 )或7型（SG-7 )樹脂中的一種 或兩種。
[0012]穩(wěn)定劑選用無鉛的環(huán)保PVC鈣鋅復(fù)合穩(wěn)定劑、稀土穩(wěn)定劑中的一種或兩種；潤滑 劑選用聚乙烯蠟（PE-WAX)、硬脂酸鈣、氯化聚乙烯蠟、石蠟、脂肪酸醇、脂肪酰胺中的一種或 兩種；增塑劑選用環(huán)氧大豆油、花生油、鄰苯二甲酸二辛酯、鄰苯二甲酸二異辛酯、低分子量 液體聚酯中的一種或兩種，特別的低分子量液體聚酯來自于聚酯瓶如礦泉水瓶、飲料瓶、食 物油桶的裂解產(chǎn)物；發(fā)泡劑選用偶氮二甲酰胺(發(fā)泡劑AC)、偶氮二異丁腈、偶氮二甲酸異 丙酯、偶氮二甲酸二乙酯、碳酸氫鈉中的一種或兩種；增韌劑選用氯化聚乙烯、丁腈橡膠、羧 基丁腈橡膠、氯丁橡膠、氯化丁基橡、熱塑性聚氨酯、乙烯-醋酸乙烯共聚物，丙烯酸酯類橡 膠中的一種或兩種。
[0013] 所述的芯層擠壓設(shè)備的溫度參數(shù)為：輸送段140°c、壓縮段180°C、熔融段220°C、 均化段210°C。
[0014] 皮層擠壓設(shè)備的溫度參數(shù)為：輸送段160°c、壓縮段20(TC、熔融段220°C、均化段 21(TC。
[0015] 所述的模具溫度為180°C。
[0016]所述的?？跒殚L矩形模口，?？陂g隙可調(diào)，可根據(jù)需要調(diào)節(jié)芯層與皮層厚度。
[0017]所述的酚醛樹脂水溶液，采用苯酚、甲醛為原料，以氫氧化鈉，氫氧化鉀，氫氧化鋇 等為催化劑合成得到。
[0018]所述的樹脂水乳液為氯乙烯-醋酸乙烯酯共聚物水乳液，氯乙烯-丙烯酸酯共聚 物水乳液、氯乙烯-醋酸乙烯酯-馬來酸酐共聚物水乳液、聚氨酯水性乳液中的一種或兩 種。
[0019]所述的酚醛樹脂水溶液重量百分比為30%~60% ;所述的樹脂水乳液重量百分比 為10%~50%。
[0020] 樹脂水乳液是以0P-10,十二烷基苯磺酸鈉，十二烷基硫酸鈉，聚氧乙烯醚為表面 活性劑形成的乳液，再加樹脂單體和引發(fā)劑聚合得到。
[0021] 回料選用回收的PVC片材，或生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢料和下腳料，經(jīng)過粗破碎，再磨 粉制得。
[0022] 本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)： 1. 所采用的煤灰采用水溶性酚醛樹脂、水溶性共聚物作為改性處理劑，成本低，避免采 用昂貴的偶聯(lián)劑；不含有毒有害的有機(jī)溶劑，以及腐蝕性極強(qiáng)的強(qiáng)酸強(qiáng)堿。原料間的輸送采 用密封管道，改善工作環(huán)境，減少環(huán)境污染； 2. 采用較高濃度的樹脂溶液和用量，以及采用捏合機(jī)進(jìn)行捏合再干燥反應(yīng)的方法， 使得混合更加均勻，表面涂覆更佳，樹脂與煤灰的接觸更牢固，同時(shí)改性流程縮短、效率提 尚； 3.增塑劑選用低分子量液體聚酯，低分子量液體聚酯來自于聚酯瓶如礦泉水瓶、飲料 瓶、食物油桶的裂解產(chǎn)物，產(chǎn)品原料價(jià)格低廉； 4.經(jīng)過改性后的煤灰能提高在PVC樹脂中的填充量，性能更優(yōu)；采用來自廢棄聚酯裂 解的低分子量聚酯以及PVC片材，或生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢料和下腳料作為回料，具有變廢 為寶，實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)利用，并能有效降低成本； 5.由兩臺(tái)擠壓設(shè)備組成復(fù)合機(jī)，將芯層和皮層的兩種材料進(jìn)行熔融復(fù)合，有效提升了 生產(chǎn)效率； 6. ?？跒殚L矩形?？冢？陂g隙可調(diào)，可根據(jù)需要調(diào)節(jié)芯層與皮層厚度。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 為進(jìn)一步闡述本發(fā)明所達(dá)到的預(yù)定目的與技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明的具體實(shí)施方案進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0024]實(shí)施例1 :一種改性煤灰塑料發(fā)泡復(fù)合板包括芯層、皮層，芯層原料按重量份計(jì)包 括：懸浮聚合8型PVC樹脂粉100份，改性煤灰80份，穩(wěn)定劑2份，發(fā)泡劑1份，潤滑劑0. 7 份，增塑劑0. 8份，增韌劑1. 2份，回料30份；皮層原料按重量份包括：懸浮聚合8型PVC樹 脂粉100份，改性煤灰40份，穩(wěn)定劑2. 5份，潤滑劑1份，增塑劑0. 9份，增韌劑4. 5份；改 性煤灰以水溶性酚醛樹脂、樹脂水乳液為復(fù)合改性劑對(duì)煤灰進(jìn)行改性，按重量份計(jì)煤灰：復(fù) 合改性劑=100 :30,所述樹脂水乳液為氯乙烯-醋酸乙烯酯共聚物水乳液，其重量百分比為 30%，酚醛樹脂水溶液重量百分比為45%，按重量份計(jì)，氯乙烯-醋酸乙烯酯共聚物水乳液： 酚醛樹脂水溶液=1:1。
[0025]制備如上所述的改性煤灰塑料發(fā)泡復(fù)合板，包括以下步驟： a改性煤灰制備：按重量份計(jì)煤灰：復(fù)合改性劑=100 :30選取煤灰及復(fù)合改性劑，改性 復(fù)合劑重量百分比為30%氯乙烯-醋酸乙烯酯共聚物水乳液與重量百分比為45%的酚醛樹 脂水溶液構(gòu)成，按重量