千枚岩型废石制备阻燃性塑料填料的研究

发布时间：2020-08-08 10:10

【摘要】：酒钢竖炉磁化焙烧流程会排出大量的千枚岩型废石,该废石堆存于废石山,目前酒钢废石山已堆满,无法承载更多废石的排放,现需投资大量资金新建废石运输系统和废石料场。为了解决废石的堆存问题,有必要研究开发废石山千枚岩的有效利用途径,变废为宝,在能够产生一定效益的同时,也可解决废石山堆场已堆满的问题。千枚岩废石的主要矿物相结构与目前塑料填料市场所用的铝硅酸盐矿物结构类似,在塑料填料市场有着广阔的应用前景。本研究考察了千枚岩废石超细加工和表面改性工艺,得到适用于聚丙烯的有机化千枚岩废石填料。然后对制备的复合材料力学性能及微观结构进行分析,探究废石及改性剂对聚丙烯基体的影响机理,并复配了阻燃性千枚岩废石填料及考察其对聚丙烯的阻燃影响。得到主要结论如下:(1)千枚岩废石中TFe的含量较低,仅为7.25%,主要物相及含量为石英35%,绢云母42%,钠长石14%,绿泥石7%,另外有少量白云石、赤铁矿和菱铁矿,其中,铁主要赋存于镜(赤)铁矿、磁铁矿、菱铁矿和硅酸盐矿物中,且嵌布粒度细,回收难度大,钛、锌、铅等有价金属含量太低,回收废石中金属的价值不大。(2)千枚岩废石样品中都含有大量羟基,具有亲水性;表面的硅醇基有较高的反应活性,容易与外来的有机官能团发生反应,有利于对其进行表面改性。高温焙烧后,废石表面粗糙,易磨,废石热稳定性好,适合作为聚合物填料。(3)使用球磨机先磨矿5min后入料行星磨,再磨16min可得D_(50)和D_(90)分别为3.489μm和13.315μm的超细粉料,可以达到无机矿物填料中等细度(800目)要求。采用十八胺对废石的改性效果最好,最优条件为,改性温度100℃,用量1.2wt%,改性时间30min,此时,废石活性指数99.01%,吸油值为25.1g/100g。(4)经十八胺改性后的废石填充后复合材料力学性能有相对较好的表现,在十八胺改性剂用量1.2wt%、填料添加的份数为30phr时,对应的复合材料抗冲击强度、抗弯曲强度、抗弯曲模量和拉伸强度分别为:21.37KJ/m~2,49.10MPa,1642.29MPa,36.46MPa,与未改性时复合材料力学性能相比分别升高了42.47%、0.95%、4.62%和10.15%。废石的加入能缓解PP的氧化和分解,提高复合材料热稳定性。在制品对白度无要求前提下,千枚岩型废石可以很好的替代高岭土。(5)千枚岩废石填料本身阻燃效果不明显,填充量在30phr时PP复合物的氧指数为20.7,垂直燃烧等级为无等级,不能单独作为阻燃型填料,与Sb_2O_3(千枚岩废石:Sb_2O_3=3:1)复配使用时,有明显的阻燃效果,在填充量30phr时极限氧指数可达27.1%,但垂直燃烧仍为无等级。阻燃型废石微粉填料的复配比例为:千枚岩废石微粉:阻燃剂(DBDPE(十溴二苯乙烷)):阻燃协效剂(Sb_2O_3)=20:7.5:2.5,在塑料制品中添加量仍然是30phr,其复合材料极限氧指数可达到30.8%,燃烧等级达到V-0等级。
【学位授予单位】：武汉科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ325.14;TB332

【参考文献】