一种用于橡胶填料的改性多孔钢渣及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于橡胶填料的改性多孔钢渣及其制备方法，属于资源循环利用领域。该改性多孔钢渣包括磷酸溶液、硅烷偶联剂、硬酯酸和钢渣，所述磷酸溶液的质量分数为70％～90％；所述钢渣的粒径为2.2μm～115.0μm。上述改性多孔钢渣的制备方法是：首先将磷酸溶液与钢渣进行混合，在常温下对其进行搅拌4h～6h，得到多孔钢渣；然后再将多孔钢渣与硅烷偶联剂、硬酯酸进行混合，利用恒温磁力搅拌器搅拌获得。本发明专利技术解决了现有橡胶工业主要填料炭黑和白炭黑的价格较高，钢渣直接加入橡胶中极易发生团聚，以及钢渣无机界面与橡胶有机界面的相容性较差的问题，实现了工业废料的循环利用。

Modified porous steel slag for rubber filler and preparation method thereof

The invention discloses a modified porous steel slag used for a rubber filler and a preparation method thereof, belonging to the field of resource recycling. The modified porous steel slag comprises phosphoric acid solution, silane coupling agent, stearic acid and steel slag, wherein the mass fraction of the phosphoric acid solution is 70% to 90%, and the particle size of the steel slag is 2.2 m to 115 mu m. The modified porous slag preparation method is: firstly, phosphoric acid and slag were mixed at room temperature, the stirring 4H ~ 6h, and then get the porous slag; the porous slag with silane coupling agent and stearic acid were mixed by constant temperature magnetic stirrer for. The invention solves the problems existing in rubber industry the main filler of carbon black and silica slag directly into higher prices, prone to aggregation of rubber, rubber and steel slag and inorganic organic interface has poor compatibility problems, realize the industrial waste recycling.

【技术实现步骤摘要】
一种用于橡胶填料的改性多孔钢渣及其制备方法
本专利技术属于资源循环利用领域，具体涉及一种用于橡胶填料的改性钢渣及其制备方法。
技术介绍
钢渣是炼钢过程中产生的固体废弃物，约占炼钢产量的15％～20％。钢渣主要由钙、铁、硅、镁和少量铝、锰、磷等的氧化物组成。主要的矿物相为硅酸三钙、硅酸二钙、钙镁橄榄石、铁铝酸钙以及硅、镁、铁、锰、磷的氧化物形成的固熔体，还含有少量游离氧化钙以及金属铁等。按照中国2014年产生的钢渣超过1.2亿吨，2015年产生的钢渣超过1.5亿吨，目前累计堆存钢渣超过10亿吨。大量钢渣的堆存，不仅占用宝贵土地，而且还会对周围环境和地下水造成污染，因此，如何大规模、高效的利用钢渣，实现环境减负，企业增效，是一个迫切需要解决的问题。橡胶作为广泛应用的聚合物材料，其在制备加工过程中需要大量使用填料以改善其的力学性能、加工性能和填充增容。目前常用的橡胶填料主要包括炭黑、白炭黑等，但是炭黑与白炭黑的生产不仅工艺繁杂，而且需要消耗大量能源和资源，导致成本较高。面对上述问题，钢渣作为一种碱性富硅物质，是一种潜在的补强填料，利用含有的SiO2、CaO、MgO、FeO等成分发挥补强作用，实现工业废料的循环利用，促进钢铁企业增效、橡胶制品行业降成本。
技术实现思路
为了解决现有橡胶工业主要填料炭黑和白炭黑的价格较高，钢渣直接加入橡胶中极易发生团聚，以及钢渣无机界面与橡胶有机界面的相容性较差的问题，本专利技术提供了一种用于橡胶填料的改性多孔钢渣，以期解决以上问题。本专利技术是通过以下技术方案予以实现的。本专利技术提供了一种用于橡胶填料的改性多孔钢渣，该改性多孔钢渣按重量百分比配方如下：所述磷酸溶液的质量分数为70％～90％；所述硅烷偶联剂为工业纯；所述硬脂酸为分析纯；所述钢渣的粒径为2.2μm～115.0μm，化学成分(质量分数)为SiO2(10.0％～18.0％)、Fe2O3(10.0％～35.0％)、Al2O3(2.0％～12.0％)、CaO(35.0％～55.0％)、MgO(3.0％～7.0％)、P2O5(0.5％～1.0％)、MnO(0.5％～4.0％)、SO3(0.1％～3.0％)和其他(4.0％～9.0％)。本专利技术同时提供了上述改性多孔钢渣的制备方法，该制备方法包括如下步骤：首先将磷酸溶液与钢渣进行混合，利用恒温磁力搅拌器在常温下对其进行搅拌4h～6h，得到多孔钢渣。然后再将多孔钢渣与硅烷偶联剂、硬酯酸进行混合，利用恒温磁力搅拌器在搅拌温度60℃～80℃与搅拌时间20min～60min下对其进行搅拌，获得改性多孔钢渣。本专利技术的科学原理：一方面，利用磷酸溶液去除钢渣中的f-CaO，从而有利于提高钢渣的比表面积、孔体积和孔径，形成多孔钢渣，实现丰富孔结构的目的，提高钢渣与橡胶的接触面积，从而提高补强效果。另一方面，多孔钢渣具有的丰富孔结构，造成吸湿性能增强，导致补强效果不明显，所以采用硅烷偶联剂、硬酯酸对多孔钢渣表面进行改性处理，形成改性多孔钢渣，既能克服多孔钢渣的弊端，又能进一步提高对橡胶的补强效果。而且，由于改性多孔钢渣作为一种碱性富硅物质，填充于橡胶中，可以加快硫化速度。与现有技术相比，本专利技术具有以下技术效果：1、本专利技术解决了钢渣直接加入橡胶中极易发生团聚，以及钢渣无机界面与橡胶有机界面的相容性较差的问题。2、本专利技术利用改性多孔钢渣作为橡胶填料，不仅解决了橡胶工业主要填料炭黑和白炭黑的价格较高，而且实现了工业废料的循环利用，促进了钢铁企业增效、橡胶制品行业降成本，符合当前节能环保、循环经济的产业发展要求。附图说明图1为本专利技术改性多孔钢渣丁苯橡胶(对比例1)的扫描电镜图；从图1可以看出，钢渣裸露在丁苯橡胶表面，同时丁苯橡胶表面出现因钢渣脱落而留下的空洞。这是因为钢渣无机界面与橡胶有机界面的相容性较差，造成丁苯橡胶包裹不完全，使钢渣容易脱落，在宏观上表现为力学性能较差。图2为本专利技术改性多孔钢渣丁苯橡胶(对比例2)的扫描电镜图；图3为本专利技术改性多孔钢渣丁苯橡胶(对比例3)的扫描电镜图；从图2与图3可以看出，钢渣在丁苯橡胶表面的脱落现象明显减少，但是钢渣在丁苯橡胶表面出现大量沉淀，并且出现明显的团聚现象。这是因为只利用硅烷偶联剂或硬酯酸改性钢渣，依然在丁苯橡胶表面出现团聚。图4为本专利技术改性多孔钢渣丁苯橡胶(实施例6)的扫描电镜图；从图4可以看出，只有少许钢渣在丁苯橡胶表面沉淀，说明硅烷偶联剂与硬酯酸共同改性钢渣，其具有良好的分散性；同时丁苯橡胶表面极少出现因改性钢渣脱落而留下的空洞，说明其具有优良的力学性能。具体实施方式以下结合具体实施例详述本专利技术，但本专利技术不局限于下述实施例。一、本专利技术一种用于橡胶填料的改性多孔钢渣的制备方法实施例1以制备本专利技术产品100g为例所用的组分及其质量配比为：所述磷酸溶液的质量分数为70％；所述硅烷偶联剂为工业纯；所述硬脂酸为分析纯；所述钢渣的粒径为5.48μm～104.30μm，化学成分(质量分数)为SiO2(11.06％)、Fe2O3(24.40％)、Al2O3(2.30％)、CaO(46.78％)、MgO(5.75％)、P2O5(0.91％)、MnO(2.19％)、SO3(0.23％)和其他(6.38％)。首先将磷酸溶液与钢渣进行混合，利用恒温磁力搅拌器在常温下对其进行搅拌4h，得到多孔钢渣。然后再将多孔钢渣与硅烷偶联剂、硬酯酸进行混合，利用恒温磁力搅拌器在搅拌温度65℃与搅拌时间40min下对其进行搅拌，获得改性多孔钢渣。实施例2以制备本专利技术产品100g为例所用的组分及其质量配比为：所述磷酸溶液的质量分数为80％；所述硅烷偶联剂为工业纯；所述硬脂酸为分析纯；所述钢渣的粒径为5.04μm～105.30μm，化学成分(质量分数)为SiO2(14.75％)、Fe2O3(12.92％)、Al2O3(10.97％)、CaO(46.93％)、MgO(3.06％)、P2O5(0.50％)、MnO(1.67％)、SO3(1.26％)和其他(7.94％)。首先将磷酸溶液与钢渣进行混合，利用恒温磁力搅拌器在常温下对其进行搅拌5h，得到多孔钢渣。然后再将多孔钢渣与硅烷偶联剂、硬酯酸进行混合，利用恒温磁力搅拌器在搅拌温度75℃与搅拌时间60min下对其进行搅拌，获得改性多孔钢渣。实施例3以制备本专利技术产品100g为例所用的组分及其质量配比为：所述磷酸溶液的质量分数为90％；所述硅烷偶联剂为工业纯；所述硬脂酸为分析纯；所述钢渣的粒径为2.68μm～92.14μm，化学成分(质量分数)为SiO2(12.31％)、Fe2O3(25.08％)、Al2O3(1.56％)、CaO(47.00％)、MgO(5.61％)、P2O5(0.99％)、MnO(1.80％)、SO3(0.13％)和其他(5.52％)。首先将磷酸溶液与钢渣进行混合，利用恒温磁力搅拌器在常温下对其进行搅拌6h，得到多孔钢渣。然后再将多孔钢渣与硅烷偶联剂、硬酯酸进行混合，利用恒温磁力搅拌器在搅拌温度70℃与搅拌时间20min下对其进行搅拌，获得改性多孔钢渣。实施例4以制备本专利技术产品100g为例所用的组分及其质量配比为：所述磷酸溶液的质量分数为85％；所述硅烷偶联剂为工业纯；所述硬脂酸为分析纯；所述钢渣的粒径为4.70μm～90.29μm，化学成本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于橡胶填料的改性多孔钢渣，其特征在于，按重量百分比计，所述改性多孔钢渣组成如下：

【技术特征摘要】
1.一种用于橡胶填料的改性多孔钢渣，其特征在于，按重量百分比计，所述改性多孔钢渣组成如下：所述磷酸溶液的质量分数为70％～90％；所述硅烷偶联剂为工业纯；所述硬脂酸为分析纯；所述钢渣的粒径为2.2μm～115.0μm，按质量百分数比计，其组成为：2.一种如权利要求1所述用于橡胶...

【专利技术属性】
技术研发人员：张浩，龙红明，顾恒星，刘秀玉，唐刚，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34