一种磷尾矿/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磷尾矿/聚丙烯复合材料及其制备方法。其原料按质量百分数计如下：聚丙烯为60～95wt％，磷尾矿为5～40wt％；其中，磷尾矿的粒度在200目以下。所述聚丙烯熔融指数4g/10min。制备方法包括以下步骤：将干燥后的磷尾矿与聚丙烯粒料混合均匀得到预混料；预混料加入双螺杆挤出机中熔融挤出，其中，所述的双螺杆挤出机为同相平行双螺杆，长径比为32:1～48:1。减少了聚丙烯树脂的使用量，降低了聚丙烯复合材料的成本，同时因磷尾矿表面附着有机性的浮选助剂，能提高磷尾矿无机粒子与聚丙烯基体树脂间的界面粘接，同时提高复合材料的力学性能，并改变其加工流变性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于复合材料
，具体涉及一种磷尾矿/聚丙烯复合材料及其制备方法。
技术介绍
磷矿是一种重要的化工矿物原料，也是全球农业生产所需磷肥的原料。我国虽然是磷矿石储量大国，但是我国90％以上的磷矿品位低于26％，平均品位只有17％。为了满足工业上制取磷酸的要求，磷矿需要通过选矿技术获得达到生产要求的磷精矿，同时副产大量的磷尾矿。目前，由于磷尾矿利用比较困难，难以回收其中有用成分，大量的磷尾矿堆积如山，不仅是资源的浪费、土地的占用，更是给环境带来了严重的污染。如何将磷尾矿回收利用变废为宝，成为了磷化工行业迫切需要解决的问题。因此如何合理有效地利用磷尾矿是目前一个重要的研究课题。聚丙烯(PP)作为一种通用型热塑性塑料，因其优良的综合性能使其广泛应用于汽车、家电、装修等领域。但PP同时因其耐热性能不足、使用寿命短等缺点，限制其在某些领域的应用，因此聚丙烯填充无机粒子改性及应用受到国内外广泛关注。关于聚丙烯无机粒子填充改性及应用，实例如下：杨春荣等人，将经过机械力处理的粒径为10μm的硅灰石加入到聚丙烯中，复合体系的拉伸强度相对于聚丙烯基体提高了8.1％，弯曲强度提高了3.6％，缺口冲击强度提高了86.4％。乔辉等人，将经过表面处理剂处理过的硅藻土填充聚丙烯得到硅藻土/聚丙烯复合材料，硅藻土填充量达到20％时，复合材料的热变形温度提高了25％，弯曲强度达到37.5MPa，弯曲模量达到1760MPa，弹性模量达到1550MPa。刘庆峰等采用碳酸钙晶须对聚丙烯进行改性，其拉伸强度和冲击强度均随晶须填充量的增加而增加，当填充量大于30％时，材料的冲击强度大幅度提高，刘庆峰等还发现碳酸钙晶须聚丙烯的拉伸强度为纯聚丙烯的1.18倍。马长宝将用偶联剂改性过的滑石粉填充聚丙烯，随着滑石粉含量的增加,经偶联剂处理的PP/滑石粉复合材料的拉伸强度先升后降,在滑石粉含量为10％～20％时达到最大,经混合偶联剂处理的复合体系，拉伸强度比未处理的提高2倍，冲击强度比未处理的高约2.15。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种聚丙烯复合材料，不仅提高聚丙烯材料的热变形温度和拉伸强度，并降低其生产成本，同时拓展填充聚合物复合材料的应用范围，提高磷尾矿的附加值，
可望有效解决磷尾矿所带来的环境问题。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：一种磷尾矿/聚丙烯复合材料，其原料按质量百分数计如下：聚丙烯为60～95wt％，磷尾矿为5～40wt％；其中，磷尾矿的粒度在200目以下。按上述方案，所述聚丙烯熔融指数4g/10min。所述磷尾矿/聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：1)将干燥后的磷尾矿与聚丙烯粒料混合均匀得到预混料；2)预混料加入双螺杆挤出机中熔融挤出，其中，所述的双螺杆挤出机为同相平行双螺杆，长径比为32:1～48:1。按上述方案，所述的双螺杆挤出机的转速为160～250r/min。按上述方案，所述的双螺杆挤出机加工温度为165～190℃。本专利技术以磷尾矿作为聚丙烯复合材料的无机填料，与现有的碳酸钙、滑石粉、凹凸棒土等无机填料相比，可以减少或不用添加表面改性剂、增容剂等，也可以达到相应的力学性能。因为，磷矿浮选剂中最重要成分是捕收剂，捕收剂通常为硫代化合物、胺类、烃油类等有机物，其作用机理是提高被浮矿物的表面疏水性和亲油性，比较有效的选择性的对磷矿中的白云石等无机物的表面产生吸附，并实现比较牢固的粘附。磷尾矿表面吸附的有机类浮选助剂，使其表面性能有亲水性转变成疏水性，能提高其与聚丙烯基体树脂间的界面粘接和复合材料的力学性能，并改善其加工流变性能。以磷化工废弃物磷尾矿作为聚丙烯复合材料的填料，同时可大幅度降低复合材料的生产成本，提高产品的经济效益，并获得良好的环境效益。本专利技术与现有技术相比，技术效益是：1)本专利技术以磷尾矿与聚丙烯为原料，采用双螺杆挤出机制备磷尾矿/聚丙烯复合材料，制备方法简单易操作，可控性强，易于规模化生产。2)本专利技术所用的无机填料为磷尾矿，易于得到，无二次污染，很大程度上解决了磷尾矿堆积带来的环境问题。3)本专利技术减少了聚丙烯树脂的使用量，降低了聚丙烯复合材料的成本，同时因磷尾矿表面附着有机性的浮选助剂，能提高磷尾矿无机粒子与聚丙烯基体树脂间的界面粘接，同时提高复合材料的力学性能，并改变其加工流变性能。具体实施方式以下实施例进一步阐释本专利技术的技术方案，但不作为对本专利技术保护范围的限制。本专利技术的磷尾矿/聚丙烯复合材料，其组成按质量百分数计聚丙烯为60～95wt％(熔融指数4g/10min)；磷尾矿为5～40wt％，其粒度在200目以下。聚丙烯为武汉石化公司生产，所述聚丙烯熔融指数4g/10min。所使用的磷尾矿来自湖北省西部地区，其最大粒度为200目。本专利技术复合材料的制备过程：将磷尾矿在干燥箱中干燥；将干燥后的磷尾矿与聚丙烯按照配方比例预混，使得原料初步混合均匀，得到预混料，其中所述的配方比例以重量百分比计数，聚丙烯为50％～90％，磷尾矿为10％～50％。将预混料加入双螺杆挤出机中进行混炼，其中：所述的双螺杆挤出机为同相平行双螺杆，长径比为32:1～48:1；转速为160～250r/min；加工温度为165～190℃。对比例1：以百分之百的聚丙烯为原料。所用双螺杆挤出机为直径25cm，长径比为32:1，转速为210r/min，加工温度为一区165℃，二区170℃，三区175℃，四区180℃，机头170℃。遵从上述制备方法制备本实施例的磷尾矿/聚丙烯复合材料。实施例1原料组成：质量百分比聚丙烯为95％，磷尾矿为5％。所用双螺杆挤出机为直径25cm，长径比为32:1，转速为210r/min，加工温度为一区165℃，二区170℃，三区175℃，四区180℃，机头170℃。遵从上述制备方法制备本实施例的磷尾矿/聚丙烯复合材料。实施例2原料组成：质量百分比聚丙烯为90％，磷尾矿为10％。所用双螺杆挤出机为直径25cm，长径比为32:1，转速为210r/min，加工温度为一区170℃，二区175℃，三区180℃，四区185℃，机头175℃。遵从上述制备方法制备本实施例的磷尾矿/聚丙烯复合材料。实施例3料组成：质量百分比聚丙烯为80％，磷尾矿为20％。所用双螺杆挤出机为直径25cm，长径比为32:1，转速为210r/min，加工温度为一区170℃，二区175℃，三区180℃，四区185℃，机头175℃。遵从上述制备方法制备本实施例的磷尾矿/聚丙烯复合材料。实施例4原料组成：质量百分比聚丙烯为70％，磷尾矿为30％。所用双螺杆挤出机为直径25cm，长径比为32:1，转速为210r/min，加工温度为一区170℃，二区175℃，三区185℃，四区190℃，机头180℃。实施例5原料组成：质量百分比聚丙烯为60％，磷尾矿为40％。所用双螺杆挤出机为直径25cm，长径比为32:1，转速为210r/min，加工温度为一区170℃，二区175℃，三区180℃，四区185℃，机头175℃。遵从上述制备方法制备本实施例的磷尾矿/聚丙烯复合材料。以上实施例按照国标要求制样，性能测试结果见表1所示。表1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磷尾矿/聚丙烯复合材料，其特征在于原料按质量百分数计如下：聚丙烯为60～95wt％，磷尾矿为5～40wt％；其中，磷尾矿的粒度在200目以下。

【技术特征摘要】
1.一种磷尾矿/聚丙烯复合材料，其特征在于原料按质量百分数计如下：聚丙烯为60～95wt％，磷尾矿为5～40wt％；其中，磷尾矿的粒度在200目以下。2.如权利要求1所述磷尾矿/聚丙烯复合材料，其特征在于所述聚丙烯熔融指数4g/10min。3.权利要求1所述磷尾矿/聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：1)将干燥后的磷尾矿与聚丙烯粒料混...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘生鹏，殷祥，丁一刚，许莉莉，龙秉文，邓伏礼，樊庆春，
申请(专利权)人：武汉工程大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42