本发明涉及一种橡胶补强剂的制备方法，具体指将铸造废弃物垃圾加工改性成橡胶补强剂的方法，属于固体废弃物资源再生利用技术领域。
背景技术：
铸造行业在生产过程中会产生大量废砂、粉尘、烟雾等污染物。其中铸造废砂是铸造车间产生量最大的固体废弃物，铸造工业每年产生的铸造废砂几乎与铸件的产量相同。据侧算，每生产1吨钢铁铸件，将产生1吨左右的铸造废砂。2006 年我国产生大约 3000 万吨铸造旧砂，目前我国己积累了60亿吨左右的废砂和尾矿。由于大多数企业产生的铸造旧砂仍是以堆放为主的方式进行处置，这种处置方式对环境带来极大的不良影响。当地群众所编的顺口溜真实地反映了那里的污染情况：“大风起兮尘飞扬, 家家户户闭门窗, 锅碗瓢盆三寸土, 吃饭难以把嘴张”。可见，铸造废弃物的扬尘污染是多么严重。堆放的铸造废弃物一方面占用了大量的土地，另一方面还可能造成地下水的污染、大气污染和土壤污染。为此采用合理的方式处置铸造旧砂对于保护环境具有重要的现实意义。
我国对于铸造废弃物资源化的研究还处于初步阶段，其原因主要在于利用铸造废弃物生产的产品附加价值很低。经分析，铸造废弃物主要由以SiO2为主的多种氧化物、碳和其他杂质组成。在橡胶行业，普通使用炭黑和白炭黑作为补强剂，其化学成分分别为碳和SiO2，其粒度很细。因此，通过一定的加工处理方法，使铸造废弃物在成分上接近炭黑和SiO2，在粒度上进一步细化，并配以一定的偶联剂表面处理技术提前其与橡胶基体的相容性，将有可能获得具有优异补强效果的橡胶补强填充剂。目前，天然橡胶的市场价格在12000 元/吨以上，炭黑的价格在5000 元/吨以上，气象法白炭黑的价格为5500 元/吨以上。而铸造废弃物作为铸造厂遗弃的垃圾，原料成本可忽略不计，扣除生产成本后其价格仍在1000 元/吨以下。因此，使用铸造废弃物作为天然橡胶的补强填料可以大大降低天然橡胶制品的成本，提高其产量和性能。同时将铸造废弃物垃圾资源化利用，产生经济效益，解决环境污染问题。
早在1999年国家计委和国家科技部联合发布的《当前优先发展的高技术产业化重点领域指南》 第55项中就指出：“近期产业化的重点是：选择废弃物复合材料……”。在2007年国家发改委和科技部联合发布的《当前优先发展的高新技术产业化重点领域指南》第119项中仍指出：“利用工业固体废弃物生产复合材料……”。由此可见，以废弃物复合材料作为铸造废弃物资源化系统工程的技术支撑符合国家的发展战略。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种天然橡胶/铸造废弃物复合材料的制备方法，它通过制备橡胶基复合材料的方式将铸造废弃物资源化利用，不但能大大提高天然橡胶的力学性能，还具有显著的经济效益、环境效益和社会效益。
本发明是这样来实现的，天然橡胶/铸造废弃物复合材料具有如下配方： 天然橡胶100重量份；氧化锌5重量份；硬脂酸2重量份；硫磺3重量份；二硫化二苯并噻唑0.6重量份；二硫醇基苯并咪唑1.5重量份；铸造废弃物50~150重量份。
配方中的铸造废弃物是由下述步骤制得的填料：
一、筛分和初磨：将铸造废弃物垃圾通过20目分样筛去除大颗粒杂质，然后在球磨机中球磨2 h，选取粒度为200目以上的铸造废弃物粉体；
二、酸洗：将100 g步骤一中磨细的铸造废弃物粉体浸泡在3000 ML浓度为0.85 mol/L的盐酸溶液中，缓慢搅拌24 h，静置分层后将上层清夜倒出，下层固体沉淀物经去离子水反复洗涤至洗出液为中性，真空干燥后得到去除铁、铜、钾、钠、锰等酸溶性氧化物的铸造废弃物粉体，收集后备用；
三、碱洗：取100 g经步骤二提纯多次收集的铸造废弃物粉体浸泡在3000 ML浓度为1.00 mol/L的氢氧化钠溶液中，缓慢搅拌24 h，静置分层后将上层清夜倒出，下层固体沉淀物经去离子水反复洗涤至洗出液为中性，真空干燥后得到去除铝等碱溶性氧化物的铸造废弃物粉体，收集后备用；
四、混合改性：配制相对分子量为30000的聚乙烯基吡咯烷酮水溶液，其质量百分比浓度为5%；准备固含量为50%的阴离子型乳化沥青为改性剂；取100克经步骤三提纯多次收集的铸造废弃物粉体与2~5 g葡萄糖，5~8 g聚乙烯基吡咯烷酮水溶液和3~10 g乳化沥青研磨混合均匀，然后通过60目不锈钢分样筛后得到团聚颗粒；
五、真空热处理：将步骤四中的团聚颗粒在真空炉中于700~800℃下热处理1~3 h，冷却到室温；
六、磨细：将经步骤五得到的颗粒经球磨机磨细至粒度大于325目，即得到铸造废弃物填料。
天然橡胶/铸造废弃物复合材料按照下述天然橡胶的常规炼胶和硫化工艺步骤制备：
（1）开炼：按照配方称量各组分在开炼机上按常规工艺方法进行混炼。先混炼生胶，随后加入硬脂酸和氧化锌，混合；然后加入硫磺、促进剂和防老剂；最后加入铸造废弃物填料；均匀炼胶后得到混炼胶片；
（2）硫化：将上述混炼胶片停放48小时后，切块放入模具中在硫化机上硫磺，硫化条件为150 ±2℃，8分钟。硫化结束后得到天然橡胶/铸造废弃物复合材料，室温放置2周后进行性能测试。
作为优选，葡萄糖用量为2 g，聚乙烯基吡咯烷酮水溶液用量为5 g，乳化沥青用量为3 g，铸造废渣在天然橡胶中的最佳添加量为70~80质量份。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
实施例1
天然橡胶/铸造废弃物复合材料按如下配方（配方1）进行称量配料： 天然橡胶100重量份；氧化锌5重量份；硬脂酸2重量份；硫磺3重量份；二硫化二苯并噻唑0.6重量份；二硫醇基苯并咪唑1.5重量份；铸造废弃物70重量份。
配方中的铸造废弃物按照下述步骤制得：
一、筛分和初磨：将铸造废弃物垃圾通过20目分样筛去除大颗粒杂质，然后在球磨机中球磨2 h，选取粒度为200目以上的铸造废弃物粉体；
二、酸洗：将100 g步骤一中磨细的铸造废弃物粉体浸泡在3000 ML浓度为0.85 mol/L的盐酸溶液中，缓慢搅拌24 h，静置分层后将上层清夜倒出，下层固体沉淀物经去离子水反复洗涤至洗出液为中性，真空干燥后得到去除铁、铜、钾、钠、锰等酸溶性氧化物的铸造废弃物粉体，收集后备用；
三、碱洗：取100 g经步骤二提纯多次收集的铸造废弃物粉体浸泡在3000 ML浓度为1.00 mol/L的氢氧化钠溶液中，缓慢搅拌24 h，静置分层后将上层清夜倒出，下层固体沉淀物经去离子水反复洗涤至洗出液为中性，真空干燥后得到去除铝等碱溶性氧化物的铸造废弃物粉体，收集后备用；
四、混合改性：配制相对分子量为30000的聚乙烯基吡咯烷酮水溶液，其质量百分比浓度为5%；准备固含量为50%的阴离子型乳化沥青为改性剂；取100克经步骤三提纯多次收集的铸造废弃物粉体与2 g葡萄糖，5 g聚乙烯基吡咯烷酮水溶液和3 g乳化沥青研磨混合均匀，然后通过60目不锈钢分样筛后得到团聚颗粒；
五、真空热处理：将步骤四中的团聚颗粒在真空炉中于700~800℃下热处理1~3 h，冷却到室温；
六、磨细：将经步骤五得到的颗粒经球磨机磨细至粒度大于325目，得到铸造废弃物填料。
天然橡胶/铸造废弃物复合材料按照下述天然橡胶的常规炼胶和硫化工艺步骤制备：
（1）开炼：按照配方称量各组分在开炼机上按常规工艺方法进行混炼。先混炼生胶，随后加入硬脂酸和氧化锌，混合；然后加入硫磺、促进剂和防老剂；最后加入铸造废弃物填料；均匀炼胶后得到混炼胶片；
（2）硫化：将上述混炼胶片停放48小时后，切块放入模具中在硫化机上硫磺，硫化条件为150 ±2℃，8分钟。硫化结束后得到天然橡胶/铸造废弃物复合材料样品1，室温放置2周后进行性能测试。
按照天然橡胶制品力学性能测试标准，测得样品1的拉伸强度为14.03 MPa，断裂伸长率为655.5%，邵氏硬度55，撕裂强度24.5 MPa。
实施例2
天然橡胶/铸造废弃物复合材料具按如下配方（配方2）进行称量配料：天然橡胶100重量份；氧化锌5重量份；硬脂酸2重量份；硫磺3重量份；二硫化二苯并噻唑0.6重量份；二硫醇基苯并咪唑1.5重量份；铸造废弃物50重量份。
其他过程与实施例1完全相同，制备得到的天然橡胶/铸造废弃物复合材料样品2。
按照天然橡胶制品力学性能测试标准，测得样品2的拉伸强度为12.10 MPa，断裂伸长率为747.7%，邵氏硬度48，撕裂强度18.1 MPa。
实施例3
天然橡胶/铸造废弃物复合材料具按如下配方（配方3）进行称量配料：天然橡胶100重量份；氧化锌5重量份；硬脂酸2重量份；硫磺3重量份；二硫化二苯并噻唑0.6重量份；二硫醇基苯并咪唑1.5重量份；铸造废弃物80重量份。
其他过程与实施例1完全相同，制备得到的天然橡胶/铸造废弃物复合材料样品3。
按照天然橡胶制品力学性能测试标准，测得样品3的拉伸强度为12.70 MPa，断裂伸长率为607.7%，邵氏硬度50，撕裂强度18.7 MPa。
实施例4
天然橡胶/铸造废弃物复合材料具按如下配方（配方4）进行称量配料：天然橡胶100重量份；氧化锌5重量份；硬脂酸2重量份；硫磺3重量份；二硫化二苯并噻唑0.6重量份；二硫醇基苯并咪唑1.5重量份；铸造废弃物100重量份。
其他过程与实施例1完全相同，制备得到的天然橡胶/铸造废弃物复合材料样品4。
按照天然橡胶制品力学性能测试标准，测得样品4的拉伸强度为7.95 MPa，断裂伸长率为563.7%，邵氏硬度56，撕裂强度16.1 MPa。
实施例5
天然橡胶/铸造废弃物复合材料具按如下配方（配方5）进行称量配料：天然橡胶100重量份；氧化锌5重量份；硬脂酸2重量份；硫磺3重量份；二硫化二苯并噻唑0.6重量份；二硫醇基苯并咪唑1.5重量份；铸造废弃物150重量份。
其他过程与实施例1完全相同，制备得到的天然橡胶/铸造废弃物复合材料样品5。
按照天然橡胶制品力学性能测试标准，测得样品5的拉伸强度为6.45 MPa，断裂伸长率为447.2%，邵氏硬度68，撕裂强度15.9 MPa。