一种粉煤灰提铝残渣/聚丙烯复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种粉煤灰提铝残渣/聚丙烯复合材料，所述粉煤灰提铝残渣/聚丙烯复合材料由包括以下重量份数的原料制备得到：聚丙烯40.9‑96.7，粉煤灰提铝残渣3‑50，聚乙二醇0‑9，加工助剂0.1‑2。本发明专利技术还公开了该粉煤灰提铝残渣/聚丙烯复合材料的制备方法。本发明专利技术的粉煤灰提铝残渣/聚丙烯复合材料，用粉煤灰提铝残渣作为无机填料与聚丙烯复合制备复合材料，且利用聚乙二醇增加二者的相容性，不仅能够变废为宝，避免粉煤灰提铝残渣直接排放对环境造成污染，同时还能在不降低聚丙烯塑料制品的性能的基础上，降低聚丙烯塑料制品的成本，提高经济效益。制备方法简单，易操作。

Fly ash extracting aluminum residue / polypropylene composite material and preparation method thereof

The invention discloses a method for extracting aluminum from fly ash / polypropylene composite material, the fly ash residue of aluminum / polypropylene composite material from the following raw materials in parts by weight: 40.9 polypropylene was prepared by 96.7, fly ash residue after extracting aluminum from 3 50, polyethylene glycol 0 9, 0.1 and 2 processing aids. The invention also discloses a preparation method of the fly ash extracting aluminum residue / polypropylene composite material. The invention of the fly ash residue of aluminum / polypropylene composites, as the inorganic filler and polypropylene composites with aluminum fly ash residue, compatibility and the use of polyethylene glycol two increase, not only to avoid turning waste into treasure, fly ash residue after extracting aluminum from direct discharge of pollution to the environment, but also on the basis of no performance reduction polypropylene plastic products on polypropylene plastic products reduce the cost, improve economic efficiency. The preparation method is simple and easy to operate.

【技术实现步骤摘要】
一种粉煤灰提铝残渣/聚丙烯复合材料及其制备方法
本专利技术属于高分子材料加工领域，具体涉及一种粉煤灰提铝残渣/聚丙烯复合材料及其制备方法。
技术介绍
聚丙烯是五大通用塑料之一，已广泛应用于生活用品、汽车、家电、机械等领域。随着原材料、人工、运输、电力等各项成本的上涨，塑料制品成本不断增加，采用价格远低于塑料原料的填料填充塑料已成为降低塑料制品成本的最主要途径。粉煤灰是我国排量较大的工业废渣之一。粉煤灰的大量排放不仅会占用大片农田耕地，而且会对水环境、大气环境造成污染。因此，粉煤灰的充分利用，对于减少污染、改善环境、节约能源和资源，具有重要的现实意义。目前，可利用酸法从铝含量高的粉煤灰中提取氧化铝，此方法有效地利用了粉煤灰，缓解了我国铝土资源匮乏的问题，但粉煤灰在酸法提取氧化铝后残留大量固体残渣，即粉煤灰提铝残渣；而粉煤灰提铝残渣颗粒细小、结构疏松、密度低、分散性好、活性高。固体残渣的排放不仅对环境造成二次污染，还造成原料的浪费。将粉煤灰提铝残渣作为无机填料填充于聚合物基体中生产复合材料可以很好地解决上述问题。而无机填料与聚合物基体的界面相容性是影响材料性能的关键，改善无机填料与聚合物基体的相容性能明显提高复合材料的综合性能。中国专利CN103756133A公开了一种以聚丙烯、粉煤灰、偶联剂等为原料，经干混、熔融挤出制得粉煤灰改性聚丙烯组合物的方法。该方法用偶联剂改性粉煤灰，使粉煤灰由亲水性变成亲油性，改善了粉煤灰与聚丙烯的相容性，提高了复合材料的综合性能。粉煤灰酸法提铝残渣是指粉煤灰采用酸法提取氧化铝之后形成的残渣，与粉煤灰相比，其主要成分是非晶态氧化硅及未被提取剩余的氧化铝，该残渣结构疏松，易于磨细，颗粒表面含有大量的硅羟基，因此，粉煤灰提铝后剩余的残渣结构与特性与粉煤灰完全不同，作为塑料的填料，需要根据提铝残渣的结构和特性来开发其应用价值。CN102775816B公开了一种酸法提铝后的粉煤灰弃渣改性制备橡胶填料的方法，具体是将提铝后的粉煤灰弃渣淋洗、干燥、粉碎至小于300目，并加入硅烷、十八烷酸、二乙醇胺或三乙醇胺对其进行改性，得到橡胶填料。该方法将是将粉煤灰提铝残渣淋洗、干燥后再磨细，即干法磨细，制备得到的粉煤灰残渣粒度较大，用于橡胶填料不能起到很好的补强效果。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种粉煤灰提铝残渣/聚丙烯复合材料，以更好地利用粉煤灰提铝残渣，将其变废为宝。本专利技术的另一个目的在于提供上述粉煤灰提铝残渣/聚丙烯复合材料的制备方法，以利用粉煤灰提铝残渣制备得到粉煤灰提铝残渣/聚丙烯复合材料。本专利技术提供的粉煤灰提铝残渣/聚丙烯复合材料采用的技术方案如下：一种粉煤灰提铝残渣/聚丙烯复合材料，所述粉煤灰提铝残渣/聚丙烯复合材料由包括以下重量份数的原料制备得到：优选地，所述聚乙二醇的重量份数为1-9，优选3-7，比如5。优选地，所述聚丙烯的重量份数为35-80，优选50-70，比如67；所述粉煤灰提铝残渣的重量份数为20-40，优选25-35，比如30。在本专利技术中，所述的粉煤灰提铝残渣是指粉煤灰提取氧化铝之后形成的残渣。粉煤灰提铝残渣是本领域所已知的，可以通过常规方法获得。例如，可以通过CN102153117A、CN101870489A、CN102145904A、CN102145905A等方法获得粉煤灰提铝残渣。例如CN102145905A中公开的酸溶提铝工艺，将其通过引用的方式并入到本申请中。具体地，所述粉煤灰提铝残渣的制备方法可以包括以下步骤：1)、粉煤灰磁选除铁:粉煤灰经粉碎达到100目以下，加水配成固含量为20～40wt％的浆料，在立环式磁选机上进行磁选，磁选场强1.0～2.0万GS；磁选后的浆料经固液分离后得到固含量为25～50wt％的滤饼；2)、酸溶:将磁选后的滤饼置于耐酸反应釜中进行盐酸酸溶，盐酸浓度为20～35wt％，盐酸中HCl与粉煤灰中氧化铝的摩尔比为4:1～9:1，溶出温度为100℃～200℃，溶出压力0.1～2.5MPa，溶出时间为0.5h～4h；优选地，盐酸浓度为20～30wt％，盐酸中HCl与粉煤灰中氧化铝的摩尔比为4.5:1～9:1，溶出温度为130℃～150℃，溶出压力0.3～1.0MPa，溶出时间为1.5h～2.5h；酸溶后产物经固液分离，得到所述粉煤灰提铝残渣。上述步骤2)中，所述粉煤灰酸溶渣经干燥脱水后，其各组分以氧化物形式计，包含：41.0～56.0wt％的SiO2、16.0～32.0wt％的Al2O3、2.0～3.9wt％的TiO2、0.4～0.9wt％的Fe2O3。粉煤灰结构以四配位硅和四配位铝为主，在酸性条件下，四配位的硅结构稳定，基本不受酸溶影响，而四配位的铝容易溶出，破坏了粉煤灰的原始结构，使得提铝后剩余的粉煤灰残渣结构疏松，有利于提铝残渣的磨细。酸法提铝后排出的残渣是含有水的，故本专利技术采用洗涤至pH为6-7后，采用湿法搅拌磨剥机进行湿法磨剥，这样得到的粒度比干法磨细的粒度更细，湿法磨细后，经烘干、打散，得到粒度较细的粉煤灰提铝残渣粉体。聚丙烯树脂的晶态结构有α、β、γ、δ和拟六方态5种，其中以α晶型最为常见与稳定。在通常的加工条件下，由熔体自然冷却的均相结晶主要为α晶型，在特定的条件下，如添加成核剂，可以产生β晶型的聚丙烯结构。β晶型的聚丙烯结构疏松，在β晶的多孔结晶区域存在大量的连续分子链联接形成的扩展型链段网络，使基体在受到应力作用时能进行有效的应力传递而消除内应力，并且β晶向刚性的α晶的转变过程中能吸收较多的能量，因此，β晶型的聚丙烯具有比α晶型的聚丙烯更高的抗冲击强度。本专利技术中，由于粉煤灰提铝残渣结构疏松，易于磨细，采用湿法搅拌磨剥机进行湿法磨细，得到的粉煤灰提铝残渣粉体粒度较细，加入到聚丙烯中制备复合材料，发现在粉煤灰提铝残渣粉体添加量较小(<10wt％)的条件下，复合材料中有β晶型的结构产生，即α和β晶型共存，且聚丙烯复合材料的性能明显提高；但当添加量较大(>10wt％),复合材料中只有α晶型的聚丙烯结构。由此可知，磨细的粉煤灰提铝残渣具有诱导聚丙烯β晶型成核的作用，并且当粉煤灰提铝残渣粉体的添加量>10wt％时，β晶型消失。粉煤灰提铝残渣主要成分是非晶态氧化硅及未被提取剩余的氧化铝，颗粒表面含有大量的硅羟基，表面呈亲水疏油性，与聚丙烯的相容性差，添加量大时容易团聚，难以在胶料中分散均匀，使得聚丙烯复合材料的性能较差。由于粉煤灰提铝残渣表面含有大量硅羟基，本专利技术在材料中加入聚乙二醇作为表面改性剂，以改善粉煤灰提铝残渣与聚丙烯的界面相容性。聚乙二醇的有机基团与聚丙烯有较好的相容性，且聚乙二醇的醚基、羟基与粉煤灰提铝残渣颗粒表面的硅羟基形成氢键，使粉煤灰提铝残渣颗粒表面包覆上聚乙二醇，从而提高复合材料中粉煤灰提铝残渣颗粒与聚丙烯的相容性和结合力，使复合材料的综合性能提高；同时，在本专利技术中，聚乙二醇还具有诱导聚丙烯产生β晶型结构的作用，在粉煤灰提铝残渣添加量大于10％的条件下，添加聚乙二醇的复合材料中的聚丙烯有β晶型的结构产生，使得粉煤灰提铝残渣/聚丙烯复合材料冲击强度明显提高。而且，聚乙二醇还可同时作为复合材料的分散剂和润滑剂，进一步改善复合材料的加工性能。聚乙二醇的重量份数为1-9，尤其是3-7，比如5时，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种粉煤灰提铝残渣/聚丙烯复合材料，其特征在于，所述粉煤灰提铝残渣/聚丙烯复合材料由包括以下重量份数的原料制备得到：

【技术特征摘要】
1.一种粉煤灰提铝残渣/聚丙烯复合材料，其特征在于，所述粉煤灰提铝残渣/聚丙烯复合材料由包括以下重量份数的原料制备得到：2.根据权利要求1所述的粉煤灰提铝残渣/聚丙烯复合材料，其特征在于，所述聚乙二醇的重量份数为1-9，优选3-7。3.根据权利要求1或2所述的粉煤灰提铝残渣/聚丙烯复合材料，其特征在于，所述聚丙烯的重量份数为35-80；所述粉煤灰提铝残渣的重量份数为20-40。4.根据权利要求1-3中任一项所述的粉煤灰提铝残渣/聚丙烯复合材料，其特征在于，所述粉煤灰提铝残渣的粒度为D90≤2μm、pH为6-7。5.根据权利要求1-4中任一项所述的粉煤灰提铝残渣/聚丙烯复合材料，其特征在于，所述聚乙二醇的平均分子量为200-600；优选地，所述聚乙二醇为聚乙二醇200、聚乙二醇400和聚乙二醇600中的任意一种或多种的组合。6.根据权利要求5所述的粉煤灰提铝残渣/聚丙烯复合材料，其特征在于，所述聚乙二醇为重量比为(1.5-2.5):1的聚乙二醇200和聚乙二醇600的组合。7.根据权利要求1-6中任一项所述的粉煤灰提铝残渣/聚丙烯复合材料，其特征在于，所述加工助剂为聚乙烯蜡、液体石蜡、抗氧剂1010和抗氧剂168中的任意一种或多种的组合。8.根据权利要求7所述的粉煤灰提铝残渣...

【专利技术属性】
技术研发人员：池君洲，
申请(专利权)人：中国神华能源股份有限公司，神华准能资源综合开发有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11