一种塑料填充补强用改性粉煤灰及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种改性粉煤灰及其制备方法，具体涉及一种塑料填充补强用改性粉 煤灰及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 在未来相当长的时期内，我国能源供应和消费格局仍然将以煤为主。然而伴随着 煤的消耗，产生了大量的粉煤灰废弃物。目前，我国粉煤灰的综合利用还处于较低的层次， 主要集中在建材、筑路、回填、农业及化工等方面。这些方法虽能解决大部分粉煤灰的利用， 但附加价值低，仍然具有一定的二次污染。随着技术的发展，粉煤灰也逐渐用于高分子材料 填充领域，但由于粉煤灰密度大，表面羟基多，亲水性强，造成在材料中易沉降、分层，与材 料相容性差，使复合材料综合力学性能下降。即使采用表面改性的方法能增加部分相容性， 但由于粉煤灰组成复杂，含有二氧化硅、三氧化二铁、三氧化二铝等多种组份，通常单一的 改性方法改善相容性的程度有限。
[0003] 为了提高粉煤灰在塑料中填充量，提高复合材料的综合机械性能，必须对粉煤灰 进行表面改性，增加塑料基体和粉煤灰的界面相互作用。目前，采用偶联剂处理填料是活化 惰性填料、提高塑料和填料相容性的主要方法。专利CN103319762B和CN104356505A先采用 200-800°C烘培粉煤灰0.5-5小时，再用硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂处理;专 利CN102850825B采用多种偶联剂进行复配的处理方法:将粉煤灰在350-450°C下烧结48h， 再先后用稀酸、稀碱搅拌1.5-2.5h，用去离子水冲洗至中性，最后用复配偶联剂处理;专利 CN101348578B采用30-47%的氢氟酸腐蚀处理2天，用氢氧化钠、氢氧化|丐、水处理，再用二 氧化碳调整PH至中性，最后用偶联剂处理。专利CN201010608625采用多种硅烷偶联剂进行 复配制备了粉煤灰塑料填充剂。
[0004] 由于粉煤灰主要成份包括二氧化硅、三氧化二铁、三氧化二铝等，采用偶联剂处理 对其中的二氧化硅改性比较有效果，但对金属氧化物处理的效果则不明显。另外，现有技术 采用单一改性物质进行表面改性，很难选择一种既与粉煤灰结合牢固，又与塑料基体结合 牢固的改性剂，即在粉煤灰与塑料基体间形成的是弱边界层，补强效果不明显。因此现有公 开技术存在如下缺陷:采用偶联剂处理成本高，预处理工艺复杂，时间长、效率低;特别是采 用高腐蚀性强酸和强碱对设备腐蚀性大，设备要求非常高，也对人身体健康产生极大的危 害;粉煤灰改性不均匀，对材料物理性能提高不明显，在降低材料成本的同时以牺牲材料力 学性能为代价。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种塑料填充补强用 改性粉煤灰及其制备方法，它分两次涂覆改性，粉煤灰表面改性均匀，在粉煤灰与塑料基体 间形成强相互间作用力的界面层，结合更牢固，界面作用力传递均匀，能增加在塑料制品中 的填充量，甚至提高机械力学性能;且不采用昂贵的偶联剂以及腐蚀性极强的强酸强碱，成 本低，操作安全;原料间的输送采用密封管道，改善工作环境，减少环境污染。
[0006] 为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
[0007] -种塑料填充补强用改性粉煤灰，其特征在于:所述塑料填充补强用改性粉煤灰 的组成原料及重量比为，粉煤灰:热固性树脂溶液:界面增强剂乳液=100:5-30:5-20;所述 热固性树脂溶液的组成原料及重量比为，热固性树脂:热固性树脂溶剂= 100:150-400;所 述界面增强剂乳液的组成原料及重量比为，基体树脂:催化剂:乳化剂:水:有机溶剂=100: 0.2-1：1-3：100-400：50-150〇
[0008]优选的，所述热固性树脂为苯酚甲醛树脂、环氧树脂、尿素甲醛树脂、三聚氰胺甲 醛树脂、聚氨酯树脂中的一种或多种。
[0009] 优选的，所述苯酚甲醛树脂由苯酚类化合物、甲醛、氢氧化钠及水合成制得，所述 苯酚类化合物为间苯二酚、对苯二酚、邻苯二酚、苯三酚及甲酚中的一种或多种。
[0010] 优选的，所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、双酚S型环氧树脂、 羟甲基双酸A型环氧树脂中的一种或多种。
[0011]优选的，所述热固性树脂溶剂为水、乙醇、丙酮、异丙醇、环己烷、环己酮、甲苯环己 酮、氯苯、二氯苯、二氯甲烷、环氧丙烷、醋酸甲酯、醋酸乙酯、醋酸丙酯、甲基丁酮、甲基异丁 酮、乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚及乙二醇单丁醚中的两种或两种以上的混合溶液。
[0012] 优选的，所述基体树脂为氯化聚乙烯、氯化聚丙烯、氯化聚氯乙烯、聚氯乙烯-醋酸 乙烯酯，聚氯乙烯-丙烯酸酯、聚氯乙烯-醋酸乙烯酯-马来酸酐、聚乙烯醋酸乙烯酯、聚乙烯 接枝马来酸酐、聚丙烯接枝马来酸酐、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯接枝马来酸酐、氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯接枝马来酸酐中的一种或多种。
[0013] 优选的，所述催化剂为过氧化异丙苯、过氧化苯甲酰、二叔丁基过氧化物、过氧化 氢二异丙苯、硬脂酸、油酸中的一种或多种。
[0014] 优选的，所述乳化剂为十二烷基苯磺酸钠、失水山梨醇单油酸酯、聚氧乙烯失水山 梨醇单硬脂酸酯、月桂醇聚氧乙烯醚硫酸钠、十八烷醇基聚氧乙烯醚中的一种或多种。
[0015] 优选的，所述有机溶剂为丙酮、异丙醇、环己烷、环己酮、甲苯、二甲苯、甲苯环己 酮、氯苯、二氯苯、二氯甲烷、环氧丙烷、醋酸甲酯、醋酸乙酯、醋酸丙酯、甲基丁酮、甲基异丁 酮、乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、乙二醇单丁醚中的一种或两种以上的混合溶液。
[0016] -种塑料填充补强用改性粉煤灰的制备方法，其特征在于:步骤如下：
[0017] (1)计量:粉煤灰、热固性树脂溶液及界面增强剂乳液分别由高位槽经管道加入自 动计量装置中，按照1〇〇 : 5-30 : 5-20进行计量;计量后的粉煤灰经管道先加入反应釜装置 中；
[0018] (2)第一次涂覆①:在反应釜中加入经过计量后的热固性树脂溶液，将粉煤灰与热 固性树脂溶液在反应釜中常温搅拌混合5_20min;
[0019] (3)第一次涂覆②:将经步骤(2)处理后的粉煤灰与热固性树脂溶液的混合物搅拌 升温到80-120°C并恒温30-90min，反应活化、干燥粉煤灰与热固性树脂溶液的混合物体系；
[0020] (4)第一次涂覆③:将经步骤(3)处理后的粉煤灰与热固性树脂溶液的混合物冷却 至室温，得到第一次涂覆粉煤灰；
[0021] (5)第二次涂覆①:将步骤(4)得到的第一次涂覆粉煤灰加入经过计量后的界面增 强剂乳液，常温搅拌混合5-20min;
[0022] (6)第二次涂覆②:将经步骤(5)处理后的第一次涂覆粉煤灰与界面增强剂乳液的 混合物搅拌升温到50_80°C并恒温30-90min，反应活化、干燥第一次涂覆粉煤灰与界面增强 剂乳液的混合物体系；
[0023] (7)第三次涂覆③:将经步骤(6)处理后的粉煤灰混合物冷却至室温，粉碎、筛分得 到改性粉煤灰。
[0024] 与现有技术相比，本发明的有益效果：
[0025] 1、本发明分两次涂覆改性，粉煤灰表面改性均匀，在粉煤灰与塑料基体间形成强 相互间作用力的界面层，结合更牢固，界面作用力传递均匀，能增加在塑料制品中的填充 量，甚至提高机械力学性能。第一次涂覆的热固性树脂树脂与粉煤灰中二氧化硅表面的羟 基、三氧化二铁、三氧化铝等氧化物的离子键反应吸附，第二次涂