取向硅钢氧化镁废弃物制造超高分子塑料添加剂的方法
【专利摘要】本发明涉及一种取向硅钢氧化镁废弃物制备超高分子塑料添加剂的方法，其包括以下步骤：(1)以取向硅钢氧化镁废弃物为原材料，通过高温煅烧，去除碳，得到活化废弃物；(2)将步骤(1)得到的活化废弃物进行球磨包覆，得到包覆物；(3)将步骤(2)得到的包覆物过筛，得到超高分子塑料添加剂。本发明通过将取向硅钢生产过程中的氧化镁废弃物进行处理后制造出粗制氧化镁，用作超高分子材料的添加剂，一方面可以作为颗粒物添加剂增强高分子材料的力学性能，还可作为阻燃剂提高高分子材料的阻燃性能；另一方面实现变废为宝，降低了取向硅钢的生产成本，同时提高了废弃物资源化的回收利用率。
【专利说明】
取向硅钢氧化镁废弃物制造超高分子塑料添加剂的方法
技术领域
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[0001]本发明涉及超高分子塑料添加剂的制造方法，特别是涉及一种利用生产取向硅钢产生的氧化镁废弃物制造超高分子塑料添加剂的方法。
【背景技术】
[0002]在取向硅钢生产过程中，当硅钢乳制到成品厚度后，必须进行脱碳和高温退火处理。在进行高温退火前需在带钢表面涂覆一定量的氧化镁浆液，高温退火时，带钢表面涂覆的氧化镁和脱碳退火时带钢表面生成的氧化膜在IlOOcC时将发生化学反应(2Mg0+Si02 =Mg2S14),形成硅酸镁玻璃膜，即常说的硅酸镁底层。其主要目的有以下几个方面:第一，可以防止硅钢在高温退火时互相粘结；第二，可以降低制造铁芯材料的涡流损耗；第三，高温退火时，促进脱硫和脱氮反应。
[0003]在实际生产中，高温退火前氧化镁的涂敷需要有一定的厚度要求，才能达到上述的目的。而退火完成后，硅钢表面形成硅酸镁底层的同时还残留一部分氧化镁，这部分氧化镁在钢卷开卷时以固态粉尘被除尘系统收集后成为废弃物，被除尘系统收集的固态氧化镁粉尘因已经过高温烧结，有些硅钢成分元素会转移到氧化镁废弃物中；其次，涂覆在硅钢表面的氧化镁浆液除硅钢级氧化镁外，还含有其他成分，这将导致氧化镁废弃物成分复杂，很难再利用，目前这些固态氧化镁粉尘都是作为废弃物进行处理。如果取向硅钢年产量达到30万吨，每年产生2000吨以上的氧化镁粉尘废弃物。这些氧化镁的粉尘作为废物进行处理，一方面，增加了环境压力，不符合绿色经营的管理要求；另一方面，氧化镁废弃物中的氧化镁含量高达90%以上，作为废弃物造成了资源的极大的浪费。
[0004]超高分子材料尤其聚乙烯、聚丙烯产品自问世以来，一直保持持续的消费增长，广泛应用于注塑、薄膜、单丝、纤维、中空成型、挤出成型领域，产品走向多样化、功能化和高附加值化，市场不断拓宽，遍及工农业及日常生活品各个领域。随着市场竞争的日趋激烈以及电子和汽车等工业的发展，成本低、耐热、力学性能及电学性能优良、加工性能好的材料需求量越来越大。尤其聚丙烯(PP)作为三大通用塑料之一，必须在保持其他性能的同时大大提高其力学性能才能满足现代社会的使用需求。随着消费结构的变化，在巩固均聚PP的同时，各大PP生产商都致力于开发性能优越的无规和抗冲的PP。为适应不断提出的高性能PP产品需求，在现有工业和催化剂体系下，对PP的基础树脂改性，近年成为发展主流。改性的主要手段有添加添加剂、共混以及接枝等。对于PP而言，为提高冲击强度和降低成本的改性主要采用共混的方法，可以达到宏观上均匀混合，其性能有一定的提高。另外，PP是一种极易燃烧的材料，近年来，国家愈来愈重视合成材料的阻燃问题，PP阻燃化问题也是亟需解决的问题。
[0005]塑料添加剂的种类较多，其中具有一定阻燃效果的塑料添加剂在CN103937027A，CN103788559A，CN103194076A，CN102482452A，CN101084261，CN1142234 均有公开。但是，CN103788559A和CN103194076A说明阻燃塑料添加剂的组成及含量等，从组分来看属于有机含卤阻燃材料，存在安全性隐患；CN103937027A和CN102482452A说明了硼磷酸盐、硼酸磷酸盐、金属硼磷酸混合物作为阻燃塑料添加剂，主要依赖于磷的控制阻燃效果，但是此类物质成本较高；CN101084261和CN1142234主要说明S12XaCO3作为塑料添加剂，只说明其对塑料的力学性能作用，并未指出阻燃效果。另外，CN104099469A说明取向硅钢热处理后废弃氧化镁粉的利用，主要是对氧化镁废弃物与其他物质简单混合后生产转炉溅渣护炉用镁碳球，并未对其进行深加工处理。而超高分子塑料PP的生产需要多功能化的一种添加剂，既可以提高其强度、降低其成本，又能起到阻燃的效果。纯化后的取向硅钢氧化镁废弃物成为其最佳选择。另外，关于此类取向硅钢氧化镁废弃物作为塑料添加剂及阻燃剂的报道至今未见报道。
【发明内容】
[0006]本发明通过将取向硅钢氧化镁废弃物进行处理后制造出的粗制氧化镁，可以用作超高分子材料的添加剂，一方面可以作为颗粒物添加剂增强力学性能，还可作为阻燃剂提高高分子材料的阻燃性能；另一方面实现变废为宝，从经济效益方面，降低了取向硅钢生产成本；从社会效益方面，可以提高废弃物资源化的回收利用率，对于提升企业形象具有非常重要的意义。
[0007]本发明提供了一种取向硅钢氧化镁废弃物制造超高分子塑料添加剂的方法，其解决取向硅钢用氧化镁废弃物的回收再利用问题，实现从氧化镁废弃物制备超高分子塑料添加剂的方法。此类塑料添加剂既可作为颗粒物添加剂增强力学性能，还可作为阻燃剂提高高分子材料的阻燃性能。另外，该工艺方法操作简单，既减少了固体废弃物的排放，又避免了资源的浪费。
[0008]本发明中，术语“取向硅钢氧化镁废弃物”和“氧化镁废弃物”都是指取向硅钢生产过程中产生的含有大量氧化镁的废弃物。
[0009]根据本发明的取向硅钢氧化镁废弃物制造超高分子塑料添加剂的方法采用取向硅钢生产过程中废弃的氧化镁为原材料，通过高温煅烧、球磨包覆、过筛步骤得到超高分子塑料添加剂，具体过程包括如下步骤:
[0010](I)以取向硅钢氧化镁废弃物为原材料，通过高温煅烧，去除碳，得到活化废弃物；
[0011](2)将步骤(I)得到的活化废弃物进行球磨包覆，得到包覆物；
[0012](3)将步骤(2)得到的包覆物过筛，得到超高分子塑料添加剂。
[0013]优选的，步骤⑴所述的高温煅烧为在空气流量为40?110ml/min，550?850°C下的管式炉煅烧2?8h。
[0014]优选的，步骤⑵所述的球磨包覆为将活化废弃物与为活化废弃物质量2?12%的硬脂酸钠或硬脂酸镁在球磨机中包覆。
[0015]优选的，所述球磨机为行星式球磨机，转速为90?150r/min，球磨时间为2?6h。
[0016]优选的，步骤(3)所述的过筛为过40?500目筛，优选为48目、80目或300目筛。
[0017]本发明的一个优选实施方式中，所述取向硅钢氧化镁废弃物制造超高分子塑料添加剂的方法可以为:
[0018](I)将取向硅钢氧化镁废弃物在空气流量为40?110ml/min，550?850°C下的管式炉煅烧2?8h，去除碳，得到灰白色活化固体物；
[0019](2)将步骤⑴所得灰白色活化固体物与为灰白色活化固体物质量2?12%的硬脂酸钠或硬脂酸镁在行星式球磨机以90?150r/min转速，球磨2?6h，得到经包覆材料；
[0020](3)将步骤(2)所得经包覆材料过48目、80目、300目筛得到不同粒度的超高分子塑料添加剂。
[0021]所得到的不同粒度的超高分子塑料添加剂按照10?50%的比例添加。
[0022]本发明将取向硅钢生产过程中产生的大量含氧化镁的废弃物回收再利用，制造超高分子塑料添加剂，此类塑料添加剂即可作为颗粒物添加剂增强力学性能，还可作为阻燃剂提高高分子材料的阻燃性能。通过将生产取向硅钢产生的氧化镁废弃物的再利用，使废弃物中的镁元素基本得到回用，回收效率超过96%，同时实现了氧化镁废弃物的减排，避免了由此造成的环境污染。在降低取向硅钢氧化镁废弃物的处置费用的同时，制造出超高分子塑料添加剂获取经济效益。
【附图说明】
[0023]图1为实施例1中过48目筛所得的超高分子塑料添加剂的X-射线衍射谱图；
[0024]图2为实施例1中过80目筛所得的超高分子塑料添加剂的扫描电镜图。
【具体实施方式】
[0025]所用取向硅钢氧化镁废弃物为宝钢生产取向硅钢产生的氧化镁废弃物，其成份如下:MgO 彡 90%,Al2O3^ 2.2%,S12^ 2.5%，总铁含量(TFe) ( 2.1%，其它杂质彡 1.2%；取向硅钢氧化镁废弃物粒径为5 μ m < D50 < 15 μ m。
[0026]氧指数采用南京诺禾的NH-01-01型智能氧指数测试仪，按照国标GB/T2406—1992测试方法进行。利用模具，样品制备成哑铃形。
[0027]用CMT-100电子万能试验机，对超高分子量材料进行拉伸强度、断裂伸长率的测定。
[0028]利用LDH-1200，将超高分子量材料制备为80*10mm，缺口为2mm的样条，测试其冲击强度。
[0029]实施例1
[0030](I)将取向硅钢氧化镁废弃物在空气流量为50ml/min，650°C下煅烧6h，去除碳，得到灰白色活化固体物；
[0031](2)将步骤(I)所得灰白色活化固体物与为灰白色活化固体物质量6%的硬脂酸钠在行星式球磨机以120r/min转速，球磨5h，得到经包覆材料；
[0032](3)将步骤(2)所得经包覆材料过48目、80目、300目筛得到不同粒度的超高分子塑料添加剂。
[0033]图1显示了过48目筛所得的超高分子塑料添加剂的X-射线衍射谱图，图2显示了过80目筛所得的超高分子塑料添加剂的扫描电镜图。
[0034]应用实例I
[0035]在HL-200型双辊混炼机中，将实施例1所得的经包覆材料过300目筛后得到的超高分子塑料添加剂，加入到超高分子量PP(分子量约100万)中，超高分子塑料添加剂的加入质量为超高分子量PP的40%。在转子速度为65r/min，混炼温度为180摄氏度的条件下，混炼1min。
[0036]检测所得产品的阻燃性能、拉伸强度、断裂伸长率和冲击强度。结果表明，所得产品由原来纯PP的氧指数为19提高到27，大大增加超高分子量PP的阻燃性能；拉伸强度为未添加前的91.2%、断裂伸长率为未添加前的67.8%、冲击强度提高到未添加前的140%。
[0037]实施例2
[0038](I)将氧化镁废弃物在空气流量为40ml/min，750°C下煅烧4h，去除碳，得到灰白色活化固体物；
[0039](2)将步骤⑴所得灰白色活化固体物与为灰白色活化固体物质量10%的硬脂酸镁在行星式球磨机以90r/min转速，球磨6h，得到经包覆材料；
[0040](3)将步骤(2)所得经包覆材料过48目、80目、300目筛得到不同粒度的超高分子塑料添加剂。
[0041]应用实例2
[0042]在HL-200型双辊混炼机中，将实施例2所得的经包覆材料过80目筛后得到的超高分子塑料添加剂，加入到超高分子量PP中，超高分子塑料添加剂的加入质量为超高分子量PP的25%。在转子速度为65r/min，混炼温度为180摄氏度的条件下，混炼lOmin。
[0043]检测所得产品的阻燃性能、拉伸强度、断裂伸长率和冲击强度。结果表明，所得产品由原来纯PP的氧指数为19提高到27，大大增加超高分子量PP的阻燃性能；拉伸强度为未添加前的100%，断裂伸长率为未添加前的76.8%，冲击强度提高到未添加前的120%。
[0044]实施例3
[0045](I)将取向硅钢氧化镁废弃物在空气流量为110ml/min，550°C下煅烧8h，去除碳，得到灰白色活化固体物；
[0046](2)将步骤(I)所得灰白色活化固体物与为灰白色活化固体物质量4%的硬脂酸钠在行星式球磨机以150r/min转速，球磨2h，得到经包覆材料；
[0047](3)将步骤⑵所得经包覆材料过48目、80目、300目筛得到不同粒度的超高分子塑料添加剂。
[0048]应用实例3
[0049]在HL-200型双辊混炼机中，将实施例3所得的经包覆材料过40目筛后得到的超高分子塑料添加剂，加入到超高分子量PP中，超高分子塑料添加剂的加入质量为超高分子量PP的20%。在转子速度为65r/min，混炼温度为180摄氏度的条件下，混炼lOmin。
[0050]检测所得产品的阻燃性能、拉伸强度、断裂伸长率和冲击强度。结果表明，所得产品的氧指数达到25，拉伸强度为未添加前的96.7%，断裂伸长率为未添加前的72.1%，冲击强度提高到未添加前的123%。
[0051]实施例4
[0052](I)将取向硅钢氧化镁废弃物在空气流量为85ml/min，850°C下煅烧8h，去除碳，得到灰白色活化固体物；
[0053](2)将步骤(I)所得灰白色活化固体物与为灰白色活化固体物质量12%的硬脂酸钠在行星式球磨机以110r/min转速，球磨3h，得到经包覆材料；
[0054](3)将步骤(2)所得经包覆材料过48目、80目、300目筛得到不同粒度的超高分子塑料添加剂。
[0055]应用实例4
[0056]在HL-200型双辊混炼机中，将实施例4所得的经包覆材料过80目筛后得到的超高分子塑料添加剂加入到超高分子量PP中，超高分子塑料添加剂的加入质量为超高分子量PP的10%。在转子速度为65r/min，混炼温度为180摄氏度的条件下，混炼lOmin。
[0057]检测所得产品的阻燃性能、拉伸强度、断裂伸长率和冲击强度。结果表明，所得产品氧指数达到21，拉伸强度为未添加前的100%，断裂伸长率为未添加前的92.3%，冲击强度提高到未添加前的110.5%。
【主权项】
1.一种由取向硅钢氧化镁废弃物制造超高分子塑料添加剂的方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)以取向硅钢氧化镁废弃物为原材料，通过高温煅烧，去除碳，得到活化废弃物； (2)将步骤(I)得到的活化废弃物进行球磨包覆，得到包覆物； (3)将步骤(2)得到的包覆物过筛，得到超高分子塑料添加剂。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(I)所述的高温煅烧为在空气流量为40?110ml/min，550?850°C下的管式炉煅烧2?8h。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述的球磨包覆为将活化废弃物与为活化废弃物质量2?12%的硬脂酸钠或硬脂酸镁在球磨机中包覆。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述球磨机为行星式球磨机，转速为90?150r/min，球磨时间为2?6h。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:步骤(3)所述的过筛为过40?500目筛。6.据权利要求5所述的方法，其特征在于:步骤(3)所述的过筛为过48目、80目或300目筛。
【文档编号】C08K9/10GK105985533SQ201510089032
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年2月26日
【发明人】殷玫婕, 陈砚秋, 黄雪松, 吴昊, 倪建春, 黄晓明
【申请人】宝山钢铁股份有限公司