一种粉煤灰提铝残渣/橡胶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/橡胶复合材料及其制备方法，粉煤灰提铝残渣/橡胶复合材料由包括以下重量份数的原料制备得到：橡胶100、粉煤灰提铝残渣30‑60、硫磺1.0‑2.5、促进剂1.3‑2.5、活性剂5‑9、防老剂1‑3、增塑剂1.5‑3、改性添加剂0.3‑3.0；其中，所述改性添加剂为多元醇。本发明专利技术的粉煤灰提铝残渣/橡胶复合材料，用粉煤灰提铝残渣作为无机填料与橡胶复合制备复合材料，且利用多元醇类改性添加剂提高复合材料性能，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，而且还能降低橡胶制品的成本，实现粉煤灰提铝残渣价值的综合利用，提高经济效益。本发明专利技术的制备方法简单、易操作。

【技术实现步骤摘要】

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/橡胶复合材料及其制备方法。
技术介绍
我国电力工业的高速发展使得粉煤灰排量日益增加，其中大部分的粉煤灰是湿排灰，需耗用大量水。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。橡胶工业中常用的补强剂炭黑一般由天然气和焦油等制成。由于天然气和焦油资源的短缺，使得炭黑价格上涨，橡胶制品的成本增加。采用价格远低于橡胶制品原料(如炭黑)的填料填充于橡胶中已成为降低橡胶制品成本的最主要途径，同时也可以缓解炭黑价格上涨造成的橡胶成本增加的问题。在橡胶制品中，填料的主要作用是填充和补强，其补强效果与填料粒度大小、形状、表面特性及化学成分等有关。填料的表面特性对橡胶的硫化性能、力学性能有重要影响。粒度越细，其补强效果越好。中国专利CN102775816B公开了一种酸法提铝后的粉煤灰弃渣经冲洗、干燥粉碎、表面改性制备橡胶填料的方法。该专利中粉煤灰提铝残渣磨细方法为干燥后直接粉碎，此方法得到的粉煤灰提铝残渣粒度较粗，仅达到300目，对橡胶不能起到很好的补强作用。粉煤灰提铝残渣的主要成分是非晶态氧化硅，颗粒表面含有大量极性基团硅羟基，表面呈亲水疏油性，与橡胶相容性差，难以在橡胶中分散均匀，橡胶制品性能降低；同时，粉煤灰提铝残渣颗粒表面的硅羟基对橡胶中常用的促进剂具有吸附性，减弱了硫化促进作用，造成橡胶硫化时间的延长，降低生产效率。
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/橡胶复合材料，能够降低橡胶制品的成本。本专利技术的另一目的在于提供上述粉煤灰提铝残渣/橡胶复合材料的制备方法，该制备方法易操作，能够使粉煤灰提铝残渣分散均匀。本专利技术提供的粉煤灰提铝残渣/橡胶复合材料采用的技术方案如下：一种粉煤灰提铝残渣/橡胶复合材料，所述粉煤灰提铝残渣/橡胶复合材料由包括以下重量份数的原料制备得到：橡胶100、粉煤灰提铝残渣30-60、硫磺1.0-2.5、促进剂1.3-2.5、活性剂5-9、防老剂1-3、增塑剂1.5-3、改性添加剂0.3-3.0；其中，所述改性添加剂为多元醇。优选地，所述橡胶为天然橡胶。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>6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。而改性添加剂的加入，能够缩短硫化时间，改善粉煤灰提铝残渣在橡胶中的分散性，以及粉煤灰提铝残渣与橡胶的相容性。本专利技术的改性添加剂为多元醇类改性添加剂。一方面，多元醇类改性添加剂与粉煤灰提铝残渣表面的硅羟基优先结合，使得粉煤灰提铝残渣表面呈现亲油性，增强粉煤灰提铝残渣和橡胶之间的界面相容性，改善粉煤灰提铝残渣的分散效果，提高硫化胶的力学性能；另一方面，多元醇类改性添加剂在橡胶硫化过程中还能起到活性剂的作用，可平衡硅羟基对促进剂的吸附，改善硫化延迟效应，缩短硫化时间，提高生产效率，增加橡胶制品的经济效益。本专利技术的技术方案，实现了粉煤灰提铝残渣的废物利用，变废为宝的同时，避免了粉煤灰提铝残渣直接排放对环境造成污染，也降低了橡胶制品的生产成本，提高了橡胶制品的质量，提高了经济效益。由于酸法得到的粉煤灰提铝残渣结构疏松、密度低，容易磨细，可作为填料用于橡胶中。优选地，所述改性添加剂的重量份数为0.5-2.0，优选1.5-2，以进一步缩短硫化时间，改善粉煤灰提铝残渣在橡胶中的分散性，以及粉煤灰提铝残渣与橡胶的相容性。优选地，所述粉煤灰提铝残渣的重量份数为40-50，以使制得的粉煤灰提铝残渣/橡胶复合材料中粉煤灰提铝残渣的量合适，保证粉煤灰提铝残渣/橡胶复合材料的性能。优选地，所述改性添加剂为二甘醇、丙三醇和PEG6000中的任意一种或多种的组合。PEG6000是聚乙二醇6000。进一步优选地，所述改性添加剂为重量份数比为1:(1-3)的二甘醇和PEG6000，以提高改性添加剂对粉煤灰提铝残渣的改性效果，显著缩短硫化时间，并提高粉煤灰提铝残渣在橡胶中的分散性，显著提高粉煤灰提铝残渣与橡胶的相容性，缩短硫化时间，使得制备得到的粉煤灰提铝残渣/橡胶复合材料综合性能提高较大，质量显著提高，有利于降低生产成本，提高经济效益。优选地，所述粉煤灰提铝残渣的粒度为D90≤2μm，比如1.8或1.5μm、pH为6-7。粉煤灰提铝残渣的粒度为D90≤2μm时，可增强其在橡胶中的补强效果，提高橡胶的力学性能。粉煤灰提铝残渣的粒度越小，制得的复合材料性能越好。而其pH影响表面改性剂对其的改性效果，最终影响复合材料的性能。pH值大于6时，制得的复合材料性能较好。所述促进剂可以为本领域常用的促进剂。一般地，促进剂可促使硫化剂活化，从而加快硫化剂与橡胶分子的交联反应，达到缩短硫化时间和降低硫化温度的效果。优选地，所述促进剂为促进剂CZ、促进剂TMTD本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种粉煤灰提铝残渣/橡胶复合材料，其特征在于，所述粉煤灰提铝残渣/橡胶复合材料由包括以下重量份数的原料制备得到：橡胶100、粉煤灰提铝残渣30‑60、硫磺1.0‑2.5、促进剂1.3‑2.5、活性剂5‑9、防老剂1‑3、增塑剂1.5‑3、改性添加剂0.3‑3.0；其中，所述改性添加剂为多元醇。

【技术特征摘要】
1.一种粉煤灰提铝残渣/橡胶复合材料，其特征在于，所述粉煤灰提铝残渣/橡胶复合材料由包括以下重量份数的原料制备得到：橡胶100、粉煤灰提铝残渣30-60、硫磺1.0-2.5、促进剂1.3-2.5、活性剂5-9、防老剂1-3、增塑剂1.5-3、改性添加剂0.3-3.0；其中，所述改性添加剂为多元醇。2.根据权利要求1所述的粉煤灰提铝残渣/橡胶复合材料，其特征在于，所述改性添加剂的重量份数为0.5-2.0，优选1.5-2。3.根据权利要求1或2所述的粉煤灰提铝残渣/橡胶复合材料，其特征在于，所述粉煤灰提铝残渣的重量份数为40-50。4.根据权利要求1-3任一项所述的粉煤灰提铝残渣/橡胶复合材料，其特征在于，所述改性添加剂为二甘醇、丙三醇和PEG6000中的任意一种或多种的组合；优选地，所述改性添加剂为重量份数比为1:(1-3)的二甘醇和PEG6000。5.根据权利要求1-4任一项所述的粉煤灰提铝残渣/橡胶复合材料，其特征在于，所述粉煤灰提铝残渣的粒度为D90≤2μm、pH为6-7。6.根据权利要求1-5任一项所述的粉煤灰提铝残渣/橡胶复合材料，其特征在于，所述促进剂为促进剂CZ、促进剂TMTD和促进剂D中的任意一种或两种；优选地，所述促进剂为重量份数比为1:(0.2～0.8)的促进剂CZ和促进剂D。7.根据权利要求1-6任一项所述的粉煤灰提铝残渣/橡胶复合材料，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：王永旺，严春杰，杜艳霞，高桂梅，罗文君，李超，王洪权，陈雷，王强，胡珊，
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