一种改性收尘粉及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种改性收尘粉的制备方法，用偶联剂和中和剂等组成的化学改性剂，对收尘粉原料进行表面化学偶联和中和改性处理，得到改性收尘粉。本发明专利技术制备得到的改性收尘粉，颗粒表面化学键合一种或一种以上饱和或不饱和结构的有机基团，增大颗粒表面的疏水性(活化指数大于0.95)，增强改性收尘粉颗粒与橡胶基体间的结合力，同时中和收尘粉的强碱性(pH＝10)，使得制备得到的收尘粉为pH＝7‑8的中性收尘粉。本发明专利技术方法具有节能环保、对收尘粉的利用程度高(＞90％)、原料收尘粉具有颗粒细度选择范围宽(400目～3000目以上，或37微米～4微米以下)、偶联剂用量少(1‑2％)且分布均匀等优点，制得的改性收尘粉与橡胶基体相容性好，在橡胶制品填充中可全部取代碳酸钙、部分取代滑石粉或碳黑，是一种成本低、品质优的资源再生型材料。

【技术实现步骤摘要】
一种改性收尘粉及其制备方法和应用
本专利技术属于橡胶制品填料加工
，涉及一种改性收尘粉及其制备方法和应用。
技术介绍
收尘粉是铝加工行业中铝矾土煅烧所排放的固体废弃物，是由不同组成、结构和形态的微粒组成的分散体系。收尘粉的主要化学成分为铝(45.39％)、硅(35.99％)、钾(11.94％)氧化物，一定量的铁(1.35％)、钛(1.22％)、镁(0.84％)、钠(0.42％)、钙(0.39％)氧化物。我国铝加工行业排放的收尘粉数量巨大，仅在河南洛阳地区，每年铝矾土煅烧所产生的收尘粉就超过15万吨，完全没有被利用。目前，铝加工行业对收尘粉的基本处理办法是将大量收尘粉堆积于灰场，占用土地资源；或作为垃圾进行填埋处理，而这些被填埋的强碱性的收尘粉，会使土壤盐碱化和板结硬化，对植被生长产生危害，对水质会造成严重污染(如图1所示)。如果对铝矾土煅烧收尘粉进行分选、偶联(表面改性)、中和等处理，可把收尘粉按细度不同加工成三个等级和用途不同的产品。其中，细度400-800目(37～15微米)的收尘粉，用作塑料制品专用填料；细度1000-3000目(13～4微米)的收尘粉，用作橡胶制品专用填料(代替轻质碳酸钙或部分滑石粉)；细度3000目以上(4微米以下)的收尘粉，用作橡胶制品半补强剂(类似于白炭黑)及涂料专用填料。而未经加工处理的收尘粉，只能用作建材原料，如水泥填料或砖块等，经济价值不高。因此，加强收尘粉的综合开发利用，提高其经济效益和附加值，无论从环保、节能或资源再利用的角度看，都是十分必要的。由于收尘粉中含有大量性能稳定的二氧化硅、氧化铝、氧化钾等成分，无机亲水性的颗粒表面，与橡胶等疏水性有机基体的相容性差，易使颗粒与聚合物基体的结合面成为复合材料的薄弱环节；另外，收尘粉的粒度细，表面能较高，容易产生团聚，很难在橡胶基体中均匀分散，使其应用范围受到限制，使用效果大打折扣。如果化学改性剂直接在橡塑制品生产中添加，用量大，在颗粒表面分布不均匀，搅拌捏合过程耗时长，能耗高，以及生产工艺或加工设备密封不良引起细颗粒向大气中飘扬等，从而影响其填充的效果以及制品的外观和品质，如橡胶制品表面喷霜、力学强度下降等，并严重制约改性收尘粉的规模化生产和在橡塑工业中的推广使用。因此，必须修饰和改善其表面性状。收尘粉经偶联剂表面化学偶联和中和改性后，疏水性增强，分散稳定性提高，在有机材料的填料等方面具有广泛用途。然而，迄今为止，还没有关于收尘粉的表面化学改性处理及其在橡胶制品中填充的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，改变收尘粉填埋、污染环境或低端应用的现状，提供一种改性收尘粉的制备方法，以收尘粉为原料，通过表面喷雾化学偶联和中和改性一体化工艺处理，制得改性收尘粉。本专利技术方法针对收尘粉中氧化钾含量高、易吸潮呈强碱性(pH值为10)的特点，专门采用了中和剂(不饱和有机酸)对其进行中和改性处理，有别于其它粉体(如碳酸钙、粉煤灰)仅用偶联剂进行表面化学改性(中国专利文献CN101240095A、102070794A、102010535A等)，这不仅使改性收尘粉变为pH值为7-8的中性收尘粉，而且改性收尘粉中的不饱和基团还能与橡胶基体以共价键结合，同时起到改善收尘粉填料与橡胶基体之间的相容性和增强橡胶制品力学性能的双重作用。本专利技术方法采用偶联剂和中和剂并用，其用量(2-4％)明显少于其它专利文献中单一偶联剂的用量(5-10％)。本专利技术方法制得的改性收尘粉作为橡胶填料，可全部取代轻质碳酸钙、或部分取代滑石粉、碳黑充填在橡胶制品中的应用。本专利技术提供了一种改性收尘粉的制备方法，在收尘粉的制备过程中加入化学改性剂，对收尘粉进行化学偶联和中和改性处理，即可得到所述的改性收尘粉，其中，所述化学改性剂包括偶联剂、中和剂和分散剂。其中，所述偶联剂：中和剂：分散剂的质量比为偶联剂：中和剂：分散剂＝(1-5)：(1-10)：(0.2-2)；优选地，为1：1：0.6。本专利技术中，所述化学改性剂和收尘粉的质量比为化学改性剂：收尘粉＝(1-10)：(50-200)；优选地，为3：100。其中，所述偶联剂是硅烷、铝酸酯、钛酸酯、锆酸酯等中任意的一种或两种以上混合，优选地，为硅烷、钛酸酯；其用量为所述收尘粉重量的0.5-5％，优选地，为1-3％。其中，所述中和剂是富马酸、油酸、山梨酸、亚油酸、亚麻油酸、桐油酸、花生四烯酸等中任意的一种或两种以上混合，优选地，为山梨酸、亚麻油酸、桐油酸、花生四烯酸；其用量为所述收尘粉重量的0.5-10％，优选地，为1-5％。其中，所述分散剂是溶剂油、酒精、乙酸乙酯、三乙醇胺、环氧大豆油、烯丙氧基环氧丙烷、缩水甘油醚等中任意的一种或两种以上混合，优选地，为酒精、三乙醇胺、烯丙氧基环氧丙烷、缩水甘油醚；其用量为所述收尘粉重量的0.2-5％，优选地，为0.5-2％。本专利技术中，所述收尘粉选自细颗粒收尘粉、超细颗粒收尘粉和极细颗粒收尘粉等中的一种或多种；优选地，为极细颗粒收尘粉。其中，所述细颗粒收尘粉的粒径为400-800目(37～15微米)；优选地，为800目(15微米)。其中，所述超细颗粒收尘粉的粒径为1000-3000目(13～4微米)；优选地，为3000目(4微米)。其中，所述极细颗粒收尘粉的粒径为3000目以上(4微米以下)；优选地，为3500目(3.5微米)。本专利技术对收尘粉的“化学偶联”和“中和改性”处理同时进行。本专利技术所述化学偶联和中和改性处理优选通过喷雾方式进行的。本专利技术在收尘粉的制备过程中，还包括搅拌、捏合、加热、干燥处理步骤。本专利技术中，所述加热的温度为50-100℃；优选地，为80℃。本专利技术中，所述加热的时间为10-60分钟；优选地，为10-40分钟。本专利技术中，所述干燥的温度为50-100℃；优选地，为80℃。本专利技术中，所述干燥的时间为20-30分钟；优选地，为30分钟。本专利技术中，所述干燥用热风或微波进行干燥。本专利技术中，所述搅拌的条件为：50-300转/分、10-60分钟；优选地，为100转/分、40分钟。在一具体实施方式中：首先，在室温下向收尘粉喷洒含有偶联剂、中和剂和分散剂的化学改性剂的雾状分散液，并同时开启搅拌、捏合、加热装置；然后加热约10分钟后，即温度升温至80℃时，在此温度下持续搅拌、捏合并干燥30分钟。本专利技术采用先室温下喷洒含有偶联剂、中和剂和分散剂的化学改性剂的雾状分散液并同时搅拌、捏合、加热，然后，在恒温状态下搅拌、捏合、干燥的方案制备改性收尘粉，主要目的在于使改性剂充分的、均匀的接触粉体颗粒。否则，会造成改性不完整，一部分粉体没有被改性，影响其使用效果和橡胶制品的力学性能。本专利技术在容器顶部进行喷雾的目的，一方面可以防止收尘粉粉体扬尘，保证改性剂完整的、均匀的分散在所有收尘粉颗粒表面，其效果显著优于直接将收尘粉掺入液体中进行混合；另一方面，降低分散剂的使用量。另外，本专利技术采用加热的步骤，既可强化收尘粉颗粒表面进行的偶联和中和的化学反应，又起到干燥的作用。本专利技术在搅拌、捏合约10分钟后，设备就开启电加热，从室温升至80℃(约10分钟)，此后20-30分钟的80℃恒温加热、干燥也伴随着搅拌、捏合。本专利技术中，所述捏合是指粉体颗粒在异形搅拌桨作用下的搅动过程。本专利技术中，所述“喷雾化学偶联处理”是指由安装在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改性收尘粉的制备方法，其特征在于，在收尘粉的制备过程中加入化学改性剂，对收尘粉进行化学偶联和中和改性处理，得到所述改性收尘粉；其中，所述化学改性剂包括偶联剂、中和剂以及分散剂。

【技术特征摘要】
1.一种改性收尘粉的制备方法，其特征在于，在收尘粉的制备过程中加入化学改性剂，对收尘粉进行化学偶联和中和改性处理，得到所述改性收尘粉；其中，所述化学改性剂包括偶联剂、中和剂以及分散剂。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述化学偶联和中和改性处理是通过喷雾方式进行的。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述收尘粉选自细颗粒收尘粉、超细颗粒收尘粉和极细颗粒收尘粉中的一种或多种。4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述细颗粒收尘粉的粒径为400-800目；所述超细颗粒收尘粉的粒径为1000-3000目；所述极细颗粒收尘粉的粒径为3000目以上。5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述喷雾化学偶联和中和改性处理是在捏合机中进行，由设置在所述捏合机顶部的至少一个喷头向所述收尘粉的表面直接喷洒所述化学改性剂。6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述收尘粉的制备过程中，还包括搅拌、捏合、加热、干燥处理步骤。7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述搅拌的条件为50-300转/分、10-60...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢美然，韩会景，张衡臣，毕馨文，马仁旺，宫军，田莉，
申请(专利权)人：华东师范大学，
类型：发明
国别省市：上海,31